(露崎担当分 2023年1月28日更新) [ 日本語 | English ]
[ 地球温暖化総論 | オゾン層破壊と紫外線影響評価総論 ] [ 環境医学 | 環境汚染 ]
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"環境科学"という、いくら考えても何のことかわからない"科学"さえ現れる始末である。(奥野 1978) 1. 人間生活復権学: 日常生活レベルの問題意識涵養に立脚(井下田 1982)a. 環境質充足のための諸方策を考察 b. 健康・快適・安全・利便性等に横溢した地域生活環境の実現・維持図る 2. 人間の関わる環境の維持・改善に関する学問体系(天野 1982) 1, 2共に環境を主とし人間を傍らで見ている 3. 環境科学に関する諸見解a. 理性と技術の活動領域に関する科学(Vorontsov & Kharitonova 1970) → 自然保護学提唱: 自然環境保護に力点 b. 人間中心論 → 人間の理性と技術を自然に向ける力を考慮(沼田 1974) → 人間生態学 human ecology人間に限定してもよい → 結局人間に帰結するから c. 人間生存と環境(問題)の捕捉と調和のとれた解決法を見出す学問→ 妥協か犠牲か、完全な解決策があるか → 単一学問分野で賄いきれない → 学際的研究 d. 吉良竜夫の要望(1974)
1) 学際性 a. 生命哲学bioethics: 人間生活の復権 (ポター 1974) 人間の生存と生活の質を高め → "どう知識を使うか"という知識を与える新しい英知の必要性 b. 生命倫理観: bioethicsを基礎とした
1) 学際性 科学の応用(中岡 1979) |
1) 「+」と「-」の応用がつきまとう 目標良好な生活環境維持・創造 = 健康性・安全性・快適性・利便性 + 自然(環境)の充足 環境科学の3つの柱
Ex. BSE 問題に対するEU 諸国の措置 環境認識環境 = 自然: 古来の認識(environment is nature: aminism) → 文化導入 Ex. ルネッサンス「自然に帰れ」西欧・合理・キリスト: 自然に対する人間の責任(Passmore 1974) 人と自然を対立したものと捉える → 公害・環境問題 日本・非合理・仏教: 日本思想文化(三枝博音) - 自然観の確立が遅れている日本人は自然を大切にする民俗か否か 西欧と東欧の接点を見出すことが大切なのではないか→ 環境再認識: 第二次大戦以後 - 汚染・公害等発生 → 人に起因したことが環境を通じ人に戻る |
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地球環境: スケール大きく自然現象も複雑であり実験困難 → シュミレーションの意義大 Ex. ヒートアイランド heat island = general system model → 原因: 熱汚染 thermal pollution
↓から へ→ 自然システム 生物システム 人類システム
自然 陸海空サイクル 光合成・呼吸 資源・災害
生物 分解・呼吸 食物連鎖 食糧
人類 廃棄 スペース圧迫 経済サイクル
(都市化)
地球的規模の環境問題
西暦2000年の地球 (既に過ぎたが)人口, 食糧, 森林, 砂漠化, 動植物減少, エネルギー, 化学物質, 大気・気象, 海洋, 水, 土壌「宇宙船地球号 Spaceship Earth」破綻 → 現生活問題すら解決できない - 地球問題解決は無理 Ex. 環境変動予測 environmental perception → 砂漠化防止
砂漠化防止政策(国連、UNESCO等の援助): 土木技術・緑化事業 (理論と呼びたい人もいるがダメ) ガイア仮説 Gaia hypothesisGaia, Gr. 大地の女神1979 ラブロック J (英, 生物物理学・医学): 地球 = 自己調節能力持つ1生命体(有機体) → 全体論
地球 = 大気20数%の酸素含む → 維持 ↔ 火星金星等の太陽系他惑星と異なる
→ [思想] ディープエコロジー Dwakins R: 生態系そのものが自らの生存維持に、他の生態系の生存を補助することは遺伝子の仕組みからは考えられない まったく現実的ではない 参考 ディープエコロジー deep ecology1973 アルネ・ネス (スウェーデン)生命圏平等主義想: 原生自然に触れ、環境問題をより精神的・内面的に考え、自然の見方や振る舞いを探求 批判: シャロウ・エコロジー shallow ecology = 環境問題を具体的・実践的レベルのみ解決、人間に有用な自然のみ保護
地球規模環境問題は、現社会システムと文明が生みだした |
個々人が自らの「価値観」改め意識変革し、ライフスタイル改め新生活スタイルを形成する必要 → 環境倫理学
地球環境保全地球環境問題解決 = 国際社会共同作業必要1980年代終頃: 国際連合や米国議会で地球環境問題が取り上げられる 地球環境保全や再生をめざす活動 → 世界的広がり
日本: 身近な里山の自然を守ろうという運動
PCB・ダイオキシン等分解微生物 → バイオテクノロジー用い分解効率上げる研究
National Environmental Policy Act 環境ガバナンス(環境統治) environmental governance社会が環境を管理する能力や仕組地球環境ガバナンス: 地球社会が環境を管理する能力やその仕組 国際環境ガバナンス: 国際社会が環境を管理する能力やその仕組
[過去] 法制度中心に形成 [現在] グローバル化 → 必ずしもそうではない ↔ 中心的権威の存在しない分権的社会におけるガバナンス
[主体] 国家、政府、国際機関、地方自治体、市民、女性、先住民、若者、市民団体、企業、学会等 地球温暖化地球温暖化総論地球温暖化生態学特論 気候変動枠組条約 (国際会議) メタンと水素の利用価値メタン = 燃料利用価値 ↔ 水素 = 燃料 + 物質利用価値(期待)CH4 + 2O2 → CO2 (warming gas) + 2H2O ⇔ 2H2 + O2 → 2H2O (clean + 石油の4倍の熱) 水素: 21世紀の理想エネルギーと期待されるメタンより遥かに価値の高いガス 紫外線(UV)とオゾンホールオゾン層破壊と紫外線影響評価総論 (オゾン層) |
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地球温暖化などの大規模環境変動は、単細胞から大型動植物までを巻き込んだ様々な影響を生物圏にもたらす。生態系の環境応答を明らかにするためには、細胞等のミクロスケールから地球規模のマクロスケールまで、また時間的にも様々なスケールを考慮した調査・解析が欠かせない。この考慮のもと、主に陸上と海洋の植物群集に注目し、生態系の地球温暖化への応答様式および環境へのフィードバックについて学ぶ。 「地球温暖化生態学特論」(後期開講)の導入部分を兼ねる。また、「環境保全特論 Advanced course in environmental conservation 」も参考にされたい。担当部分は、「地球温暖化の科学 6 章」である。 対策 (政策・法律)温暖化対策税温媛化対策経済的政策措置の1つ利点 直接規制に比べ市場メカニズム通じ最少コストで最適努力配分もたらす 問題 目標とする温室効果ガス削減量実現に適正な税率設定は可能か → 導入には、既に多額の税が課せられている石油諸税との調整必要 + 産業の国際競争力に対する懸念、企業間負担格差是正も課題 |
カーボンオフセット carbon offset経済活動・生活等通じ「ある場所」で排出された温室効果ガスを、植林・森林保全・クリーンエネルギー事業等により「他の場所」で直接・間接的に吸収する考え方と活動1. 直接的 = CO2固定(吸収量増加) + CO2固定化技術による固定化 Ex. 植林 2. 間接的
「クリーン開発メカニズム clean developement mechanism, CDM」(京都議定書)等を通じ、潜在的にCO2を多く排出する途上国の設備を先進国の削減技術を用い改良し、排出CO2量を減らす カーボンポジティブ: カーボンオフセットを通じCO2をより多く相殺した状況 |
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生態系 ecosystem バイオーム biome: 温度と降水量 (人為)撹乱 disturbance 撹乱の規模依存性scale-dependence on disturbances 温室効果と冷蔵庫効果 greenhouse effect and refrigerator effect光合成 photosynthesis
6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 衛星データを用いた一次生産力推定 estimation of primary productivity by satellite data
光合成有効放射吸収量(absorbed photosynthetically active radiation, APAR)
アラスカ森林火災 小規模操作実験野外温暖化実験 experimental warming
温室 field greenhouse |
能動的オープントップチャンバー active open-top chamber
多年生草本 perennial plants 大規模 (地球規模)分布 distribution
一要因 single factor (例: 温度のみで分布が決まる場合) リモートセンシング remote sensing 植物(と土壌、水)の一般的な光反射パターン 植生指数 vegetation index (NDVI)
NDVIの季節変化 seasonal changes in NDVI Topic 好気的条件下における陸上植物からのメタン放出 methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions |
2004年から2010年まで、大学院環境科学院環境起学専攻修士課程1年を主な対象に行った。本頁は、それらを一つに整理したもの ( 参考文献 )
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オゾン層破壊のメカニズム、およびそれに伴う紫外線(ultraviolet)増加が生態系に及ぼす影響、それらの評価手法について、生物・物理・化学の基本的な部分から説明する。 |
生物進化や地球生態系成立の歴史を学びし、生物と物理化学的環境の相互作用によって現在の地球環境が成立したこと、地球環境問題はこの相互作用系に対する人為的撹乱に起因することを理解する。 |
第1部: 大気オゾンの物理と化学
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第2部: 紫外線影響評価
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O2 → [太陽からの紫外線] → O3 (オゾン) 相対的にO3高濃度の高度範囲 = 成層圏 + 成層圏より若干上(≈ 高度25 km) オゾン ozone: UV (0.24-0.30 μm)吸収 → 紫外線は生物に大きな変化を及す 質量分析法 → 対流圏大気化学過程研究に応用 成層圏オゾン層 = 太陽紫外線吸収 → 地上生命系に必要不可欠 ↔ オゾン = 強毒性: 対流圏、とりわけ地表付近では、人体、植物等に有害な大気汚染物質 + 温室効果気体 → 濃度変化は地球規模での気候変動にも影響 地球表面付近: 地表面からの輻射熱で暖められた空気 → 上に冷たく重い空気 → 対流 = 対流圏
厚さ約10 kmの対流圏の上は約-55°Cで最も重い空気層 – より上にいくと温度高い安定した大気層 → 産業活動活発化に伴い、対流圏オゾン濃度増加傾向 オゾン生成・消失に関わる化学過程は定量的把握なされていない
対流圏オゾンの生成・消失過程への関与が指摘される、反応性無機ハロゲン種に焦点を当て、質量分析法を用いた観測、実験研究がある 東正剛による解釈 オゾンホール発見 discovery of ozone hole1982 忠鉢繁(南極・オングル島昭和基地気象観測担当): 成層圏オゾン量が9月4日から突然異常低値
この季節、例年300ドブソン単位前後の値 → 1982年10月観測値215ドブソン単位前後に低下 1985.3 アムンゼン･スコット基地で類似値を得た論文: Nature掲載 → 反響
著者は、国際オゾンシンポシウム後、忠鉢訪れ議論交わした英国研究者 1997.3: 北極でオゾンホール確認 2002 南極オゾンホール観測開始から10年間中の最小値 極渦(極夜渦)極域上空成層圏で、太陽光射さない冬季(極夜)間に極点中心に低気温大気渦発達極渦内部成層圏気温-78°C以下に低下 → 硝酸や水蒸気からなる極域成層圏雲(PSCs)出現 通常、クロロフルオロカーボン類chlorofluorocarbons (CFCs)から解離した塩素の大部分は、下部成層圏ではオゾン層破壊作用のない塩化水素や硝酸塩素の形で存在 極渦内部に極域成層圏雲発生 → 雲粒子表面で化学反応 → これらの物質から変化した塩素ガスが大気中大量放出 → 塩素ガスもオゾン破壊作用ないが光で壊れやすく、春に太陽光線が射すと解離し活性塩素原子が放出されオゾン破壊急激に進行 [消耗 = depletion, 崩壊 = disruption] オゾン層破壊 ozone depletionフロンガス(クロロフルオロカーボン) chlorofluorocarbon, CFC → オゾン層破壊冷蔵庫・エアコン冷媒、エアゾル噴射剤、ウレタン発泡剤、電子回路等精密部品洗浄剤等 |
大量使用フロン中、特に塩素系フロンの作用 → 塩素系フロン使用全面禁止 空気中放出フロンは5-10年で成層圏に達し1990年代放出塩素系フロンによるオゾン層破壊は今後も続く UVは遺伝子突然変異要因で皮膚癌、若年白内障、植物成長阻害原因 O2 + O [+ UVenergy] → O3 (オゾン, 不安定分子) → O2 + O この光化学反応が絶えず起こり、酸素:オゾン比安定 携帯オゾン計測器 MICROTOPS II: (Soloar Light Company)ハロカーボン類(HC)ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)を含む炭素化合物の総称多くは非天然(天然HC Ex. 塩化メチル、臭化メチル) クロロフルオロカーボン類(chlorofluorocarbons, CFCs): ハロゲンとしてフッ素と塩素のみを含むもの日本ではフロン(国外ではフレオン)とよぶ場合がある ハイドロクロロフルオロカーボン類 (hydrochlorofluorocarbons, HCFCs) = CFCs + Hハイドロフルオロカーボン類 (hydrofluorocarbons, HFCs) = CFCs – Cl パーフルオロカーボン類 (perfluorocarbons, PFCs): 全てフッ化された炭素化合物 + ハロン類: ハロゲンとして臭素が加わったもの + 四塩化炭素 CCl4 + メチルクロロフォルムmethyl chloroform, CH3CCl3 一般に大気中濃度は極めて低いが強い温室効果 → IPCC (2001): 低濃度だが産業革命以降の温室効果ガス増加による放射強制力中、HC寄与は推定14% 紫外線量に影響を与える因子NOx: 排気ガス等から空気中に供給
NO2 + O3 → NO2 + O2
NOxよりも6倍硬化が高い。さらにSO等が問題となっている 国際的取り組みオゾンホール発見は、地球の有限性を認識させ、地球環境問題への国際的連帯意識育てた1976: オゾン層に関する世界行動計画 採択 (UNEP 国連環境計画) 1985.3: ウィーン条約 Vienna Convention 採択 (UNEP) → オゾン層破壊原因物質の規制目的 1987.09 モントリオール議定書(Montreal Protocol)採択 (UNEP)
= オゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書 Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer 1988: フロン等規制法またはオゾン層保護法公布(日本) 1989: 特定フロンの排出抑制・使用合理化指針 公布 (日本, 環境庁/通産省) 1992.11: モントリオール議定書第4回締約国会議 (於 コぺンハーゲン) 議定書改訂 → 特定フロン(フロン・ハロン・四塩化炭素・トリクロロエタン)を95年までに全廃決議(発展途上国は経過措置として2010 年まで), 代替フロンも2020年までに撤廃決議 (UNEP) 1995: モントリオール議定書第7回締約国会合 (於 ウィーン)議定書改訂 - HCFC全廃時期前倒し (UNEP) 1996.1: フロンガス製造規制法 発効 (日本) |
生体作用生体影響を理解し、不必要に電磁場暴露を恐れる、逆に危険な暴露を受け(与え)ない電磁波electromagnetic waves (= 光子photon)E = k/λ (E ∝ 周波数)電磁波-光子エネルギー関係: 大エネルギー電磁波を物質に照射 → 光子1個1個のエネルギーが足りなければ物質から電子をはぎ取ることはできない 電離放射線 ionizing radiation生体構成物質イオン化可能エネルギーを持つ高エネルギー電磁波(Ex. X線)→ DNA変性 非電離放射線 non-ionizing radiationイオン化エネルギーを持たない電磁波生体に与える影響
神経刺激(感電)体内に電流が流れる → 神経細胞細胞膜に電位差 → 電位差が閾値を越し神経細胞興奮
筋細胞興奮 → 意思と無関係に収縮開始 熱的作用電磁場により生体が発熱する作用 Ex. 電子レンジ電磁場が時間的に速く変化 → 表皮効果で細胞膜電圧減少し神経刺激作用低下 → 熱的作用が支配 SAR (specific absorption rate) ≡ 電磁場の生体への熱的作用の大きさ → 生体影響安全基準 |
体重1kgあたりに1秒間に吸収されるエネルギー(w/kg) → ANSI (American National Standard Institute, 米国規格協会)防護基準(ANSI C 95.1-1982)
a) 全身SAR < 0.4w/kg: 動物実験 → SARが4-8 w/kgで分裂症状: 10倍の安全見込み < 0.4w/kg
電磁場エネルギーを吸収した結果の体温上昇に起因。安全基準守る限り危険小 非熱的作用細胞レベルでの実験結果 → 幾つかの影響を確認(個体への影響は未確認)低レベル電磁場への継続的暴露: 熱作用が無視できる程度の弱い電磁場への長期暴露での影響
発電所・変電所労働者の疫学的調査: 影響が有るとも無いとも報告
送電線: 電場は国内では地上で3000V/m以下に制限 |
修復 repairment修復の2型1) 光回復(光修復) photoreactivation修復機構詳しく調べられる可溶タンパク質で細胞質の10-5しかないがクローニング可能なため解明進む 照射UVより長波長の光: 350-450 nmが回復しやすい
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操作によりピーク消滅 → FAD関与?: yeast吸収ピーク = 275, 380 nm (52 kd) 2) 暗修復 dark repair昆虫・鳥-花紫外線域が可視光部に入る = ヒトよりも短波長側が見える
花の見え方はヒトとは異なる |
オゾン層減少は、南極大陸周辺の上空において顕著に認められるが、それ以外の地域においても報告がある。オゾン層は、紫外線B (UV-B)量を吸収するため、オゾンホールを始めとするオゾン層減少はUV-Bを増加に直結する。UV-Bは、生態系に影響を及ぼすことが危惧されるが、生態系そのものの構造と機能が良く理解されていない現状では、紫外線が生態系に与える影響に至っては、殆ど不明というのが現状であろう。特に、紫外線増加に伴う生態系変化機構については、長期的な変動予測が必要となるため、その元となる基礎データの蓄積が始まったばかりといっても過言ではない。本講義では、空間的・時間的特性の観点から調べられた例を示すことにより、今後の応用への基礎となる部分を紹介する。また、オーストラリアでは、北半球と比べて紫外線の影響が顕著であり、紫外線が種々の環境に与える影響の測定および、その軽減手法についての研究が盛んである。その一部を紹介したい。
1講目紫外線に対する植物個体の応答Effects of UV on terrestrial plants and ecosystems  植物群集 plant community植物相 flora
駒ケ岳 Mount Koma を例にして
春紅葉 Leaf colors in spring with reference to UV 生態系の空間軸・時間軸に沿った変化 spatial and temporal changes in ecosystems
地形的連続 toposequence 光合成 photosynthesis生態系 ecosystemバイオーム biome環境 environment
温度 temperature
北極 arctic: 極地生態系が着目される理由 紫外線と陸上植物... の前に 温暖化: 「地球温暖化総論」(特に参考文献) 紫外線に対する植物個体の応答
フラボン類 - 春に葉が赤い理由
二次代謝産物とは何か(Ex. ニコチン) 室内実験: 長所と短所 - 全ての実験に言えること紫外線耐性は相対的に評価 |
 外挿 extrapolation - 危険 可視光による修復 [鈴木さんの講義参照] 菌根 mycorrhiza と植物菌根菌に対する紫外線の影響菌根菌-植物間相互作用 紫外線量変化に伴う相互作用の変化 リター分解と紫外線: 光分解と微生物分解 野外実験 field experiment紫外線に対する生態系としての応答ナンキョクギボウシゴケ(Grimmia antarctici Card)の紫外線応答 光合成に利用される波長 菌根 mycorrhiza と植物紫外線に対する生態系の応答への道菌根菌に対する紫外線の影響 菌根菌-植物間相互作用 紫外線量変化に伴う相互作用の変化 リター分解と紫外線: 光分解と微生物分解 メタ解析 meta-analysis
メタ解析の基本的な考え方 簡易紫外線測定装置: Solar Light Co. Inc. オーストラリアにおける紫外線影響の現状南極に近いほど、危機意識は強い。国・地域としては、オーストラリア、南アフリカ、そして南米諸国において、紫外線が生態系あるいは生物に与える研究を室内および野外実験によって精力的な研究がなされている。
海洋と陸上の違いを認識
2講目/試験問 (試験). 紫外線に対する陸上植物の応答についてまとめ、今後の課題について知れることを記せ。(2010)問 (試験). 陸上植物への紫外線影響は、単一種で生育しているときよりも、複数種が同所的に生育していることで、より強くなったり弱くなったりする。その事例をあげて、理由を簡潔に説明せよ。 (2009) The effects of ultraviolet on the growth of terrestrial plants are often enhanced or lessened more by multi-culture than by mono-culture. Show the case(s), and explain the reason(s) briefly. (2009) 問 (試験). 植物群集の紫外線応答は、植物だけを調べても解明できない。その理由を、具体的事例をもとにして説明せよ。(2006, 2008) レポート: 生態系の紫外線応答について、海洋生態系と陸上生態系とを比較し、それぞれの特徴を整理し、両者の違いが分かるようにまとめよ。(2006, 2008) |
