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オゾン層と極渦破壊

環境問題豆知識

中根 英昭

 最近,対流圏大気中のフロン等の総塩素濃度が下がり始めたとの記事が新聞紙面をにぎわした。他方,南極オゾンホールは拡大・深化しており,また北極域のオゾン層破壊も深刻化している。オゾン層は順調に回復に向かうのか否か。この答えの鍵は極渦といわれるものの動向が握っている可能性が高い。そこで,極渦とオゾン層破壊の関係について述べる。

 まず,南極オゾンホールと極渦の関係から説明する。南極では,春季に10〜25kmの高度のオゾンが急速に減少し,特に17km付近ではオゾンがほとんどなくなってしまう。オゾンホールは,南極の特殊な気象条件とフロンから放出された塩素原子により,次のような機構で発生する(図1)。

  • 南極の冬及び春には極渦と呼ばれる強い西風が南極上空を取りまく。極渦の内部では風 が比較的弱く,非常に気温が低く,外部との空気の交換があまりない。
  • 冬期の非常な低温(-78°C以下)のために,硝酸や氷を主成分とするエアロゾルである 極成層圏雲(PSC)が生成し,その表面で,下のような不均一反応が起こる。

    ClONO2+HCl →Cl2 (気相)+HNO3(固相)

    ClONO2+H2O →HOCl(気相)+HNO3(固相)

  • 春になって南極に日が当たるようになると,Cl2やHOClは分解して塩素原子を生成し,オゾンを破壊する。

 つまり,いったん不活性化していた塩素化合物が,オゾンを連鎖反応的に破壊できる活性な形に変換されるため,オゾンホールが生じるような激しいオゾン層破壊が起こるのである。

 南半球の極渦の形は,ほぼ南極を中心とする円形であり,極渦の内部がそのままオゾンホールの領域と重なっている。

図2
気象庁客観解析データを用い, 国立環境研究所のソフトウェアシステ ムによって図示した。等渦位線の混ん でいる部分の内側が極渦内部である。 温位レベル475Kは約20kmの高度に相当する。

 ところが,北半球では,図2に示すように,円形でないばかりか,中心も北極からはずれている。このため,欧州,シベリア,カナダなどがしばしば「極域」になってしまう。北半球の極渦の中でも極成層圏雲は発生するため,オゾンホールと呼ぶ程激しくはないが,南極オゾンホールと同様の機構のオゾン層破壊が起こっている。実際,図2の極渦内側全体で,オゾンが数十%破壊されていたことが分かっている。今後十数年間のオゾン層破壊は,フロン等の規制の効果だけではなく,極渦の強さや極渦内部の低温の持続の程度によっても左右されると考えられる。

(なかねひであき,地球環境研究グループ
オゾン層研究チーム総合研究官)