環境研究総合推進費による研究（地球環境研究）

１．オゾン層の破壊に関する研究

〔担当者〕

〔目　的〕
北半球中高緯度においては，１９８０年代後半からオゾン減少傾向が顕著になってきた。特に，１９９５年，１９９６年，１９９７年の冬季〜春季に，北極極渦内でのオゾン層破壊が大きく進むなど，最近極域から中緯度にかけてのオゾン層破壊が深刻化している。フロンを主とするオゾン層破壊物質の成層圏大気中濃度は今世紀中にピークを迎え，緩やかな減少に向かうとされているが，臭化メチル等の最近その影響がクローズアップされてきたオゾン層破壊物質に関しては，その動態，対策ともに不明な点が多く，研究が急務である。さらに，極域成層圏の寒冷化傾向が続くならば，オゾン層破壊の回復が遅れる可能性があり，観測に基づいてオゾン層破壊の動向と機構を解明することが求められている。１９９６年に打ち上げられた国産の地球観測衛星「みどり（ＡＤＥＯＳ）」は１９９７年６月３０日に停止したが，１９９７年春季の大規模なオゾン層破壊についてＩＬＡＳ等により詳細な観測データが得られた。これらの衛星データを活用するとともに，地上からの遠隔計測，気球観測を組み合わせた総合的な観測により，オゾン層破壊の機構を解明しモデル化する研究を進めること及びこのように深 刻化したオゾン層破壊が人の健康や生物・生態に及ぼす影響，その蓄積の影響等に関する研究を進めることが本研究の目的である。

〔内　容〕
（１）衛星データ等を活用したオゾン層破壊機構の解明とモデル化に関する研究
　ＩＬＡＳデータ等を用いたオゾン層破壊における極渦変動の影響の解明，東シベリア及び日本における地上からの観測による極渦が中緯度のオゾン層変動に及ぼす影響の解明，統計的手法によるオゾン層変動の力学的・化学的要因の関連性の解明，化学−放射−力学結合モデルによる極渦の物理・化学過程の解明，オゾン層破壊にとって重要な塩素分子・ラジカルの不均一反応機構の解明，中層大気における力学・光化学結合過程の解明を行う。
（２）臭化メチル等の環境中挙動の把握と削減・代替技術の開発に関する研究
　臭化メチルの環境中挙動を把握するための，その起源と大気中の分布・反応の研究，放射性炭素同位体比測定による臭化メチルの起源の研究，臭化メチル及び代替物質の人への暴露実態と影響の評価に関する研究を行う。
（３）衛星利用大気遠隔計測データの利用実証に関する研究
　大陽掩蔽法大気センサーによるオゾン層破壊関連物質及び温暖化関連物質などの測定データ処理手法に関する研究を行う。また，衛星ライダーの観測計画や計測データ処理手法に関する研究も行う。
（４）紫外線の増加が人の健康に及ぼす影響に関する疫学的視点を中心とした研究
　ライフスタイルを考慮した標的部位における紫外線有効暴露量評価手法の開発，白内障の実態把握ならびに白内障発症と紫外線暴露との関連性，人の紫外線暴露に対する遺伝的感受性決定要因，発がん物質への複合暴露による発がん過程に及ぼす修飾因子に関する研究を行う。
（５）紫外線増加が生態系に及ぼす影響に関する研究
　紫外線増加が野生植物に与える影響の評価に関する研究を行う。

〔成　果〕
（１）衛星データ等を活用したオゾン層破壊機構の解明及びモデル化に関する研究
　極渦内のオゾン及びオゾン層破壊関連物質の変動を明らかにするために，南極昭和基地で地上からのオゾンゾンデ観測を行うとともに，ＩＬＡＳによって得られたデータの解析を行った。ＩＬＡＳを中心とするこれらのデータの解析から，１９９６／１９９７年の冬／春の北極域のオゾン破壊速度の高度分布・時間変化を求めることに成功した。また脱窒（ｄｉｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が重要であることを確認した。第三回欧州オゾン集中観測（ＴＨＥＳＥＯ）の一環として，東シベリアのヤクーツク及び北海道母子里でオゾンゾンデ観測を継続した。また，極渦の変動が極域オゾン層破壊に大きな影響を及ぼし，さらに中緯度に影響を及ぼすため，極渦の変動特性の変化を抽出する手法，オゾン変動への影響を把握する手法を開発した。さらに，過去と現在の衛星観測データに見られる統計情報量の比較検討，衛星に基づくオゾンや一酸化塩素の年々変動の解明，温度場による極域成層圏区も（ＰＳＣ）の出現確率の衛星データ間の比較を行った。
　化学輸送モデルに関しては，ＣＣＳＲ／ＮＩＥＳ大気大循環モデルにＰＳＣ上での不均一反応系を組み込み，南極オゾンホールの再現を再現したＣｌＯｘ系を組み込み，このモデルとＮＣＥＰ客観解析データを同化した。同時に，極域成層圏雲上の不均一反応を含んだトラジェクトリーボックスモデルを三次元ラグランジュモデルに発展させた。濡れ壁反応管を用いて，アセトンの硫酸溶液への取り込み過程について調べた結果，取り込みは可逆的溶解過程であり，最近示唆されているような不均一反応の重要性に関しては，その寄与は小さいことを見いだした。また，レーザーレーダーから得た気温鉛直分布から鉛直方向の波動構造の特性を明らかにした。
〔発　表〕Ａ−２，３， ２０〜２３， Ｆ−５〜１１， ３１〜４５， ａ−１〜３， ４１〜４９， ｆ−１〜３， ６０〜６８
（２）臭化メチル等の環境中挙動の把握と削減代替技術の開発に関する研究
　大気中臭化メチルについて南東アジア海域−東インド洋−南大洋における２回の航海（ＫＨ−９６−５及び３９次南極観測航海）から得られた観測値と１９９６〜１９９８年の北極域・北西太平洋・亜熱帯域におけるモニタリング結果を合わせて解析し，全球規模の緯度分布を明らかにした。臭化メチルの人為的発生量（約３５Ｇｇ）を上回ると見積もられている自然起源の臭化メチルについて熱帯域に大きな発生源のあることが示唆された。
　臭化メチル代替品の大気質への影響を評価するための研究の一環として，前年度のクロロピクリンに続いて，メチルチオイソシアネート（ＭＴＩＣ）及び最近くん蒸効果があることが報告されているプロパルジルブロマイドに関して，光化学チャンバーを用いて大気寿命及び光化学反応生成物の測定を行った。その結果，ＭＴＩＣは光分解が主な消失過程であり，主生成物としてＳＯ２を生成することがわかった。一方プロパルジルブロマイドに関してはＯＨラジカルやハロゲン原子の反応が主な消失源であることがわかった。
　加速器質量分析法による微量試料測定手法の検討を，固体イオン源及びガスイオン源それぞれについて継続し，測定手法の比較検討を行った。前年度製作した捕集装置の運転経験に基づき，可搬式の小型捕集装置を作製し，海外を含む現場での臭化メチルの捕集，精製作業を進めた。
〔発　表〕Ｄ−９，１０， ３９， ４２， Ｆ−５１〜５４， ａ−４， ５， ｄ−１０，４３〜４６， ｆ−１０９〜１１２
（３）衛星利用大気遠隔計測データの利用実証に関する研究
　オゾン層の監視・研究のための環境庁センサーＩＬＡＳの後継機であるＩＬＡＳ−II は，成層圏オゾン層観測はもとより，温暖化関連物質分布の導出の可能性が指摘されており，その手法の開発を行うことが重要である。さらに，ＩＬＡＳ−II 後継機では本格的に温暖化関連物質の測定を目指すことから，その測定並びにデータ処理手法の確立を早急に行う必要がある。このことから，本研究では，太陽掩蔽法大気センサーによる温暖化関連物質などの測定データ処理手法を，シミュレーション等に基づいて確立することを目的とする。
　また，宇宙開発事業団は，雲・エアロゾルの全球観測のためのライダー技術実証衛星を２０００年代初頭に打ち上げる。衛星ライダーデータから雲の分布やエアロゾルの分布等の地球物理量を抽出する手法，気候モデルへ導入するための手法等を確立することが重要かつ緊急の課題となっている。そのため，この研究では，計測データから地球物理量（雲エアロゾルの分布情報）への変換，雲の光学的特性の導出のためのアルゴリズムを確立する。また，衛星ライダーによる有効な観測計画立案手法，観測した雲の全球分布データを気候モデルへ導入するための手法の基礎を確立する。
　このため，ＩＬＡＳでの処理アルゴリズム開発の成果と，実データ処理での経験のフィードバックを基に，ＩＬＡＳ−II 及びその後継機に向けて，二酸化炭素等の温室効果気体濃度導出アルゴリズムの基礎検討を進め，シミュレーションで評価した。また，地上ライダー観測により雲の光学的性質に関する検証データを取得した。これまでに蓄積されたデータを用いて雲分布等の統計的なモデルを作成について検討した。さらに，衛星ライダーのシミュレーションデータを作成し，多重散乱を含む雲・エアロゾルのライダー信号の解析アルゴリズムについて計算機シミュレーションによる評価を行った。
〔発　表〕Ａ−１５〜２３，２６， ２７， Ｆ−１８〜２７， ａ−２２〜２９， ４１〜４９， ｉ−１９〜２１
（４）紫外線の増加が人に及ぼす影響に関する研究
　「ライフスタイルを考慮した，標的部位における紫外線有効暴露量評価手法の開発に関する研究」においては，マネキンモデルを使った実験を行い，各種防御対策の効果について検討した。眼鏡の着用は眼部への紫外線暴露の防止に極めて大きな効果を持つことが明らかになった。また，帽子の着用も眼部あるいは顔上部への紫外線暴露に対して一定の効果を持つことが明らかになった。異なる条件下での実験により，実験結果の再現性等について検討中である。また，国内外で実施した眼科検診受診者を対象に，戸外活動時間，帽子，眼鏡の着用といったライフスタイルに関する実態調査を行い，これらの要因を考慮した暴露量推定を試みた。
　「白内障の実態把握並びに，白内障発症と紫外線暴露との関連性解明に関する国際比較研究」においては，紫外線照射量の大きく異なるシンガポール，アイスランド，能登で地域住民を対象に眼科検診を行い，白内障発症，水晶体混濁と紫外線暴露との関連について検討した。水晶体混濁有所見率はシンガポール，能登，アイスランドの順に高く，また，年齢との関係でみると３地区間でおよそ１０才のズレ（能登を基準として，シンガポールは１０才早く，逆にアイスランドは１０才遅い）が観察された。紫外線暴露との関連について解析を進めている。
　「人の紫外線暴露に対する遺伝的感受性決定要因の解明に関する実験的研究」においては，ＨＳＶ−チミジンキナーゼ遺伝子を導入したラット細胞を用いて紫外線によって引き起こされる突然変異の線量率依存性を調べた。その結果，同じ線量のＵＶ３００ｎｍを照射した際には，線量率を低下させるに従い，変異の発生率が上昇することがわかった。日常的に暴露を受けている線量率での変異の発生率を今後調べていく必要がある。
　「発がん物質への複合暴露による発がん過程に及ぼす修飾要因に関する実験的研究」においては活性酸素種を除去するタンパク質であるメタロチオネインを欠損したマウスに７，１２−ジメチル（ａ）アントラセンとＢは紫外線を複合暴露した。その結果，メタロチオネインを欠損したマウスでは皮膚の腫瘍や潰瘍が発生しやすいことが明らかとなった。紫外線の発がん促進作用について今後検討する必要がある。
〔発　表〕Ｂ−７，Ｅ−１１， ２８， ２９ ｅ−２〜１０
（５）紫外線増加が野生植物に与える影響の評価に関する研究
　白山のアキノキリンソウのうち山頂部の集団（ＯＮ）と登山口の集団（ＢＤ）に，ＵＶ−Ｂを照射したときの生理的な影響を検討した。１週間ＵＶ−Ｂ照射した場合ＢＤでは葉面積成長阻害とＵＶ−Ｂ照射量との間に負の相関が，ＯＮでは葉面積成長阻害及びアントシアニンの蓄積とＵＶ−Ｂ照射量との間にそれぞれ負および正の強い相関が認められ，ＢＤよりも一定量のＵＶ−Ｂに対して大きく反応する傾向があった。以上の結果から，ＢＤとＯＮではＵＶ−Ｂに対して応答性が異なると考えられる。
　札幌及び西表島において太陽光紫外線をキュウリ子葉に暴露しＤＮＡ損傷産物の形成が起こるかどうか検討したところ，札幌より西表島での損傷産物量の方が多い傾向が見られた。さらに西表島において太陽放射によって形成されるＤＮＡ損傷量を追跡した結果，野外における太陽紫外線は，植物のＤＮＡに損傷を与えるレベルであり，オゾン層破壊によってＤＮＡ損傷量が増加する可能性があることが確認された。
　ホウキモロコシ芽生えの光回復酵素についても検討した。その結果，ホウキモロコシ芽生えにはＣＰＤ及び６，４−ＰＰに対する別々の光回復酵素が存在し，ＣＰＤ回復酵素の誘導は光により制御されていることが示唆された。光回復酵素活性の作用スペクトルを求めると４００〜４２０ｎｍにピークが認められたが，この結果はこれまでに報告されている作用スペクトルとは異なり，高等植物のＣＰＤ光回復酵素は，他の生物とは異なるクロモフォーを持つ可能性が示唆された。紫外線によるフラボノイド合成の制御機構を解析するため，紫外線によってシロイヌナズナの２つのＡＣＣａｓｅのうちどちらが紫外線で誘導されるかを検討した。その結果，ａｃｃ１が主要な紫外線応答遺伝子であることを見いだした。
〔発　表〕Ｈ−６， １１， ｂ−１８４，ｈ−１４〜１７