地球温暖化

(2022年8月11日更新) [ 日本語 | English ]

地球温暖化 (global warming)

有珠山 / サロベツ泥炭採掘跡
1986年, 2006年の有珠山火口原. ワタスゲ・エゾカンゾウ

温室効果 greenhouse effect

大気が温室のビニール・ガラスのような役割をし起こる温度(temperature)上昇
地球大気: 日射に対しほぼ透明(透過する) → 地球放射(赤外放射)はよく吸収 → 地表温度に影響

[(簡易) 1層大気モデル]
仮定 → 大気層吸収率: 太陽放射の 0.1、地球放射の 1 (太陽放射の1割と地球放射の全てを吸収)
→ 地表面が大気からの赤外放射を吸収 → 地表面温度は大気がない場合の放射平衡温度よりも高い
→ 大気の温室効果(金星表面温度は放射平衡温度より極めて高 = 金星は厚い大気存在, 温室効果強)

[気象, 温室効果, 温暖化ガス, 地球温暖化指数, CO₂, 温度 ]
講義 [ 地球温暖化総論 | 地球温暖化生態学特論 ]

温暖化ガス (温室効果ガス)

地表面からの熱(= 長波放射)を吸収する働きをもつガス
Ex. CO₂, CH₄, O₃, CFCs, 亜酸化窒素(N₂O)

温室効果がなければ地球表面温度は-19°Cと推定 (現在 14°C)

CO₂製法

大理石・石灰岩等に塩酸を加える

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO2↑ + H₂O

炭酸水素ナトリウムに塩酸を加える

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO2↑ + H₂O

IPCC AR5

1880-2012: 世界平均地上気温0.85°C上昇
2100(予測): 0.3-1.7°C上昇 (最大4.8°C)

地球温暖化指数 (Global Warnming Potential, GWP)

現時点で排出された単位質量の期待より生じる温暖化への効果を現時点から将来のある時点まで積分したもの → CO₂に対する比で表現

種類化学式: 寿命(年) / GWP (積算期間100年)
二酸化炭素 (CO₂) 不定 / 1
メタン (CH₄) 12 ± 3 / 21
亜酸化窒素 (N₂O) 120 / 310
CFCs (クロロフルオロカーボン)

CFC-11 (CHCl₃) 50 ± 5 / 4000
CFC-12 (CF₂Cl₂) 102 / 8500
CFC-113 (C₂F₃Cl₃) 85 / 5000
CFC-114 (C₂F₄Cl₂) 300 / 9200
CFC-115 (C₂F₅Cl) 1700 / 9300

HFCs (ハイドロフルオロカーボン)

HFC-23 (CHF₃) 264 / 11700
HFC-32 (CH₂F₂) 5.6 / 650
HFC-41 (CH₃F) 3.7 / 150
HFC-43-10m (C₅H₂F₁₀) 17.1 / 1300
HFC-125 (C₂HF₅) 32.6 / 2800
HFC-134 (C₂H₂F) 10.6 / 1000
HFC-134a (CH₂FCF₃) 14.6 / 1300
六フッ化硫黄 (SF₆) 3200 / 23900

PFCs (パーフルオロカーボン)

パールフルオロメタン (CF₄) 50000 / 6500
パーフルオロエタン (C₂F₆) 10000 / 9200
パーフルオロプロパン (C₃F₈) 2600 / 7000
パーフルオロプタン (C₄F₁₀) 2600 / 7000
パーフルオロソンクロブタン (c-C₄F₈) 3200 / 8700

CO₂

CO₂増加と地球温暖化

Ex. 化石燃料の大量消費 → インダス文明滅亡

CO₂効果 (CO₂ effect)

ハワイ(マウナロア)観測: 1年間にCO₂濃度4-6 ppm程度振動(夏最低 → 植物活動)
南極氷中空気分析、ハワイ島・南極等の観測結果等 → 産業革命以降、大気中CO₂濃度上昇

年変化を除いてもCO₂量が年々増加(増加率 1 ppm/yr)

CO₂増加量の見積もり → 大気温度上昇の見積もり(≈ 1.5-4K/100yr)

予測: 21世紀末には2000年の倍にCO₂増加
原因: 石炭・石油(化石燃料)大量消費、大規模森林破壊 → 気温もこの100年間少しずつ上昇

メタン (methanea)

(国吉修論)

大気中メタン

空気成分測定法

ガスクロマトグラフィー
マススペクロロメーター(質量分析器): 真空容器中で帯電し走る気体分子に磁場をかけ走路を曲げ、分子質量による曲がり方の差を利用し、気体の種類別量を測定。化学的に異なる気体を区別するだけでなく、同位元素の違いも計れる

炭化水素全般

全炭化水素total hydrocarbon = 非メタン炭化水素 + メタン

非メタン炭化水素: 光化学反応性高い → 公害発生予測に重要
メタン: 光化学反応性を無視できる

検出原理: 赤外線吸収法(NDIR): 測定対象濃度比較的高い Ex. 自動車排ガス

非分散赤外分析計
近赤外レーザーメタン検知器

レーザーメタン mini (東京ガスエンジニアリング 2013)

検知範囲: 1-50000 ppm-m

化学発光法: 開発途上
半導体センサ法: 定量用には不十分 (ガス漏洩検知器等に利用)
接触燃焼法: 測定対象濃度が比較的高い Ex. 自動車排ガス
水素イオン化検出法(FID): 環境大気計測の主流 = 大気用炭化水素計

イオン化検出法(FID): 環境大気計測の主流 = 大気用炭化水素計全炭化水素計total hydrocarbon meter, THC: トータル測定
非メタン炭化水素計non-methane hydrocarbon meter: メタン以外の組成をグループ別に測定

モデル Ex. フォワード法、インバース法
メタン安定同位体比測定: 土壌中や土壌-大気間でのメタン収支見積可能 (Keppler et al. 2006)

温度 (temperature)

温室効果 greenhouse effect ≈ 地球温暖化 global warming → 海面上昇

20°C前後の海水 → 水温1°C上昇毎に体積 0.03%増加
気温3°C上昇 → 影響水深100 mまで → 海水膨張で海面 9 cm上昇 + 大陸氷河溶け大量の水が海へ

生態系の移動

温量指数 (warmth index, WI)

20世紀100年間: 地球レベル = +0.6°C↑, 日本 ≈ 1°C↑ (気象庁 2002 「20世紀の日本の気候」)

桜前線 (cherry blossom front): ソメイヨシノ開花 → 50年間で5日早まる
[生物] CO₂↑ + T↑ → 生物応答 Ex. 光呼吸 → CO₂濃度と関係

シナリオと政策 (scenario)

SRESシナリオ

代表(的)濃度経路(シナリオ)

代表濃度経路を複数用意し、個々の将来気候予測を行う → その濃度経路実現する多様な社会経済シナリオを策定可能

数字(W/m²)は世紀末の放射強制力 (IPCC AR5)

☻ RCP2.6 低安定化シナリオ, 2.6W/m²

将来の気温上昇を2°C以下に抑えるという目標のもとに開発された排出量の最も低いシナリオ

☻ RCP4.5 中位安定化シナリオ, 4.5W/m²
_☹ RCP6.0 高位安定化シナリオ, 6.0W/m²
_☹ RCP8.5 高位参照シナリオ, 8.5W/m²

2100年における温室効果ガス排出量の最大排出量に相当するシナリオ

[ 環境法 ]

政策

日本

温対法 (地球温暖化対策推進法)
= 地球温暖化対策の推進に関する法律(正式名称)
1998 制定
2002 改訂 (京都議定書締結による)

特定事業所排出者・特定輸送排出者に温室効果ガス排出量の算出・報告・削減を求める

Cf. 省エネ法 (= エネルギーの使用の合理化等に関する法律)

対象エネルギー: 燃料・熱・電気対象 ⇒ 再生可能エネルギー含まない
対象分野: 工場等、輸送、住宅・建築物、機械器具、電気事業者の5分野