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温室効果ガスについて

このところ”書く”のが億劫になった、その気になるまで当分の間お休みします。
でも記憶に残したいものは残しておこう。

知り合いから送られてきたものです。
内容が面白いので転載します。

---------
今日は先日会社で購読している雑誌に興味深い小論文の記載がありましたので、かいつ
まんでご紹介致します。

これは (社)火力原子力技術協会の雑誌の2008-8月号に記載のもので タイトルは「今、
地球は? そして、温室効果ガスはどこに?」と題され、著者は東大の金子祥三氏、なら
びに当社(三菱重工業)の黒石卓司氏です。

1.はじめに

我々の住むことができる地球は、一体どのようなバランスで存在しているのであろうか?
  太陽系の惑星の中で、極めて奇跡的な条件で我々生物が住める環境が維持されている
。この奇跡的なバランスの一翼を担っているのが「温室効果ガス」であり、この温室効果
ガスが無ければ我々は凍死する。主な温室効果ガスとして、二酸化炭素、水蒸気、メタン
ガス、オゾンなどがあるが、この中で、最も大きな影響があるものが「水蒸気」であるこ
とは意外に報道されていない。温室効果の予測精度を上げるには「水蒸気」の精度の良い
取り扱いが不可欠である。
京都議定書の第一約束期間が2008年4月にスタートし、地球温暖化に関する情報がマスメ
ディアを通じて毎日のように報道されている。2030年や2050年までに大幅に二酸化炭素を
低減することは国家や個人に大きな経済的影響を及ぼすことになるであろう。そこでより
良い理解のために「温室効果ガス」に注目して解説する。

2.地球そして生命の誕生

地球カレンダーという言葉がある。これは地球が誕生した46億年前から現在までを1年に
例えたものだ。この間の大きなイベントを振り返ってみる。26億年前に生命の起源となる
バクテリアが海中に誕生する。その後、陸上に生物が誕生するのが4億年前。化石燃料は1
~3億年前に造られている。そして人類がアフリカに誕生したのが500万年前。500万年前
といっても地球カレンダーでは、大晦日の14時30分頃だ。では、産業革命は?というと大
晦日の23時59分59秒にあたる。人類は産業革命以降のわずか1秒間で1~3億年前に造られ
た化石燃料を使い果たそうとしているのだ。

3.地球の変化

どのように地球に生命が誕生し進化してきたのだろうか? その謎を解くキーワードは「
水」と「大気」と「温度」である。① 水 : 太陽系のほかの惑星と違って、地球はそ
の表面の7割が海であり、「水の惑星」と呼ばれている。②大気 : 生物の多くが生きて
いく上で大気中に存在する21%の酸素が必要であることは言うまでもないが、光合成を行
う植物には二酸化炭素も必要不可欠である。そして二酸化炭素は大気中に0.03%含まれて
いる。③温度 : 陸地と海洋を合わせた全地球の平均表面温度は15℃である。 (参考 20
07年度は16.5℃)

これらの「水」、「大気」、「温度」や他の条件が奇跡的にバランスしていることにより
、太陽系惑星の中で唯一、地球上で我々人間が生活できる環境を与えられていると言える
であろう。恐竜が最盛期を迎えるのは1~3億年前で、この頃が地球の歴史上最も温暖な時
期で現在より6~12℃程度暖かく、また二酸化炭素濃度も現在の4~6倍程度であったよう
だ。

4.奇跡的なバランスで存在している地球

太陽系の代表的な惑星である金星、地球、火星を比較してみたい。太陽に近い金星は地球
より多くの太陽エネルギーを受けるために地表温度は414℃、地球は15℃。一方、地球よ
り遠い火星は-41℃。もし地球の位置が太陽に近ければ、地球の表面温度は高くなり、太
陽から遠くなれば地表温度は低くなる。また、地球の大きさが変わるといく力(重力加速
度)が変わる。火星には希薄な大気が存在するが、月には大気は無い。これは地球の重力
加速度が9.8m/s2であるのに対し、火星と月の重力加速度はそれぞれ3.7m/s2、1.6m/s2と
小さく、大気を引き寄せておけないためだ。もし、地球の大きさが小さく、引力が小さけ
れば、地球は酸素を大気中に引き寄せておけなかったかも知れない。いずれにしても、現
在の地球は、太陽からの距離、そして地球の大きさなどの条件が奇跡的に整ったために、
人類が生活できる環境になったと言っても過言ではない。

4.1地球の大気

地球の直径は12,756km。この地球を対流圏(0~12km)、成層圏 (12~50km)、中間圏(50~
80km)、熱圏(80~800km)からなる大気が覆っている。では、大気の厚さイメージするため
に、地球を1mの球に換算いてみると、大気(対流圏)は約1mmに相当し、地球を覆っている
大気は非常に薄いということがイメージできる。

4.2地球のエネルギーバランス

ここで、地球のエネルギーバランスについて考えてみたい。太陽から降り注がれるエネル
ギーの約50%が陸地や海に吸収され風、波、潮流、植物の光合成などの気候システムに使
われる。約30%は雲などの大気により宇宙に反射される。そして、太陽エネルギーの約20
%は地球を覆っている温室効果ガスに関与して、地表温度に影響を及ぼしている。
   
4.3地球の表面温度

ここでは、地球を宇宙におけるひとつの球と考えて説明するために「表面温度」という表
現を使っているが、この温度は我々が普段使っている「地上の気温」、「天気予報で使っ
ている気温」と同じものである。現在の地球の表面温度は15℃である。この温度は、温室
効果を担っている水蒸気、二酸化炭素、オゾンなどがありバランスしており、温室効果ガ
スがなければ、地球の表面温度は-20℃になってしまい我々は凍死してしまう。また、温
室効果ガスによる温室効果は35℃であるが、この内訳は水蒸気が21℃、二酸化炭素が7℃
、その他のガスが5℃である。上述のように、温室効果を最も多く担っているのは二酸化
炭素ではなく、水蒸気である。従って、温室効果を考える際には水蒸気の存在を忘れては
ならない。

5.温室効果ガス

ところで、温室効果ガスとはどんなものであろうか? 大気の主な成分としては、窒素、
酸素、アルゴン、二酸化炭素、水蒸気などがある。気体の中で二酸化炭素や水蒸気など光
線をよく吸収する
3原子以上からなるガスを温室効果ガスと呼び、代表的なものが二酸化炭素、水蒸気、メ
タン、オゾンなどである。太陽から放射され地球に吸収されるエネルギー、地球で反射さ
れるエネルギー、温室効果ガスに吸収されるエネルギー、三者のバランスで現在の地球の
表面温度は15℃でバランスしている。

5.1地球温暖化係数

温室効果ガスが地球温暖化に影響を与えているが、それぞれの温室効果ガスが与える影響
度はことなる。地球温暖化係数とは、個々の温室効果ガスの地球温暖化に対する影響をそ
の持続時間も加味した上で、二酸化炭素の効果を1として相対的に現す指標である。水蒸
気は2~3、家畜の腸内発酵ガスであるメタンガスは23、一昔前の冷蔵庫の冷媒であったフ
ロンガスは数千~数万であり、二酸化炭素に比べその効果は格段に大きい。

以下に主な温室効果ガスについて紹介する。

5.2水蒸気

水蒸気が凝縮してできる雲は流動的であるが、平均すると全球の60%を覆っている。また
、水蒸気は地球温暖化係数が2~3である上に、温室効果35℃のうち21℃を担うもので無視
できないということを頭に入れておく必要があるだろう。また、気候変動の中で、最も複
雑なものが水蒸気と雲の動きである。
 ・水蒸気は凝縮して雲になる。
 ・雲の寿命は短く局地的に変化する。
 ・雲の厚さに比例して日光を反射する割合が変わる。
この反射能力を示す値として反射能(アルベド)が使われる。
   
   地球の反射能(アルベド)

砂漠・・・・・・・・・・・・・30~45%
森林・・・・・・・・・・ 5~20%        農地・草原 ・・・・・
・・・・16~26%
水(緯度0~60゜)・・・・・・・ 8%以下
水(緯度60~90゜)・・・・・・・10~100%
新雪・・・・・・・・・・・・ 80~95%
雲(積乱雲) ・・・・・・・・・65~75%
地球全体・・・・・・・・・  30%

上記のように、例えば森林のアルベドは5~20%、新雪は80~95%。そして雲のアルベド
はほぼ雲の厚さに比例するが、積乱雲の場合65~75%である。雲は高度10km以下に存在す
るが、位置する高さによって、低層雲(2km以下)、中層雲(2~6km)、高層雲(6~10km) な
どがあり、アルベド値が異なる。このように物質の表面でアルベドは異なるが、地球全体
では30%になる。すなわち、太陽から受ける放射エネルギーの30%は地球から反射してい
ることになる。このように水蒸気は水蒸気のままで最大温室効果ガスであり、雲になると
太陽光を反射して地球を冷却する相反する効果を持っており、しかも雨となって海との間
で循環する実に厄介な対象である。

5.3二酸化炭素

地球における二酸化炭素は約1000年前から280ppm前後で安定していたが、産業革命が始ま
った1800年以降加速度的に増加している。(このデータは南極ボストーク基地の氷に含ま
れる微量成分の分析からわかる。)

2004年の世界主要国の二酸化炭素排出量をみると、一人当たりの排出量はアメリカが世界
一である。しかし、2006年の最新データによれば、二酸化炭素排出量は中国が年間62億ト
ンを超え、アメリカの年間58億トンを抜き世界一になっている。日本の二酸化炭素排出量
は13億トン。日本の人口は1億2600万人であるから、一人当たり約10トンとなる。

5.4オゾン

オゾンは地表からおよそ25~30kmあたり(成層圏)に多く存在し、太陽から放射される紫外
線と光化学反応することで、オゾンから酸素を作ると同時に紫外線を吸収している。紫外
線が皮膚がんの原因になることは良く知られており、オゾンは人を紫外線から守る大切な
役目を果たしている。

このオゾンを破壊するのがフロンガスであり、地球温暖化係数は数千~数万と非常に高い
。フロンガスは一昔前まで冷蔵庫の冷媒として使われていたが、2000年までに撤廃するこ
とが国際条約で締結され、現在では使われていない。しかしながら、今までに放出された
フロンガスのうちオゾン層まで達したものは僅か10%である。一方、フロンガスは安定し
た化合物であるため、大気中での寿命は100年近くと言われている。従って、今後100年以
上にわたってオゾン層が影響を受けることは間違いないであろう。そして、南極のオゾン
ホールが問題になっているが、フロンの影響といわれている。しかしながら、北極にはオ
ゾンホールが存在しない。それは北半球にはジェット気流があり、低緯度で造られるオゾ
ンがジェット気流で北極まで運ばれているためである。

5.5メタンガス

ニュージーランドでは400万人いる人口の10倍以上の羊や牛が飼育されている。また、メ
タンガスの地球温暖化係数が二酸化炭素の23倍あるため、家畜から排出されるメタンの温
室効果が火力発電所などから排出される二酸化炭素の温室効果に相当するほどである。

5.6温室効果ガスは何処に

その他の温室効果ガスとして特筆すべきものが、六フッ化硫黄である。この六フッ化硫黄
の地球温暖化係数は23,900で温室効果ガスの中で最も高い。

以上の温室効果ガスを纏めると、大気には3枚の毛布が存在していると考えると理解しや
すい。それらは、大気最下層に「水蒸気」と「二酸化炭素」として、約30kmの成層圏に「
オゾン」として存在している。

6.終わりに

46億年という地球の長い歴史の中で、我々は産業革命以降、僅か200年の間に化石燃料を
大量に消費することで、革命的進歩を遂げ、今、最も恵まれた時代を享受している。おそ
らく、数100年後には化石燃料は使い果たされてしまうのであろう。その間に、画期的な
エネルギーに関する技術革新がなされることも考えられるが、その技術革新がなければ、
産業革命以前の生活に戻り、その中で工夫していく社会になるのであろう。地球の歴史を
振り返ってみても、温暖な時期、寒冷な時期、また、海面の変動、地殻の変動などの環境
変化に順応しながら人類は生き延びてきた。ただし、産業革命以降の変化は過去の変化と
比べ、あまりにも急である。今、我々にできることは、この変化を少しでも減速すること
ではないだろうか。
  
地球温暖化の議論は、日々の生活に埋没していた我々に、地球規模のエネルギーバランス
や化石燃料の特殊性と有難さを改めて考えさせてくれた。
地球温暖化による気候変動が注目されている昨今ではあるが、あまり新聞やTVで報道され
ていない情報を本稿で紹介した。

ともすれば、二酸化炭素の影響ばかりが強調されていますが、水蒸気も大きな影響力を持
っているということですね。今後、この水蒸気をどのようにコントロールするかといった
分野の研究が必要になるかも知れませんね。

では、今日はこれで失礼します。
また、面白い情報あればメイルさせて頂きます。
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