１．モントリオール議定書第１６回締約国会合

(中)オゾン層・気候保護産業協議会

　　大川　章

 

　　寒いプラハで熱い議論を第16回モントリオール議定書締約国会合が11月22日～26日までチェコのプラハで開催された。時折雪の舞い散る、氷点下の気温の中で、世界各国から約450名の参加者が会場のホテルヒルトンに集まり、熱い議論を交えた。昨年同様、2004年末で全廃となる臭化メチルの例外申請、そろそろ例外申請を止めたいとするCFC-MDI用途、途上国問題、財政問題に多くの時間が費やされ、途中で夜の会議が設定されたにも拘わらず、最終日に報告書が採択されたのが23時であった。この様に多くの時間を費やした割には、我が国に大きく影響する決定事項も無く、臭化メチルの例外申請に関しては、再度、臨時の締約国会合を開くことが決められた。

　

　　米国がECを寄り切る議論された内容では、臭化メチルの例外申請に関しては2005年の量は承認されたが、2006年を申請量に対し、一律20%削減案に反発し、議論が合意されなかった。来年7月の公開作業部会の直前に臨時の締約国会合を開いて審議することになった。喘息に使われるCFC-MDIの例外申請では、日本は2004年から申請はしておらず、製造及び国内販売も止めたと発言している。 

CFC-MDIを止めたいECと、引き続き申請をしたい米国が対立し、最終的に米国案で決着した。四塩化炭素が使用されているブロセスエージェントでは、技術・経済アセスメントパネル(TEAP)が5ヶ国から出された9件の審査を行い、全て基準内との評価を受けて、米国がプロセスエージエントとして認められているプロセスをリストアップした表に追加する提案を行ったが、ECが排出量の情報等が不足している物が有るとして来年再検討することを提案したが、結局米国案が採用された。このようにいくつかの重要な議題に於いて、ECと米国が対立する場面が見られ、いずれも米国が強引に意見を通した形となった。一方代表団では、日本の発言回数がトップスリーであり、このところ日本政府の活躍が目立つ会議となっている。

新たなODSの議題なしn-プロピルブロマイドに関してはTEAPが簡単に説明したのに留まり、新たなODSの話題は出なかった。また、モントリオール議定書の締結後20年に当たる2007年を「国際オゾン層年」とすることが宣言された。　来年の会議には、セネガルがダカールでの開催で立候補した。

 

 

２．平成１６年度（第１３回）ブループラネット賞

　財団法人旭硝子財団が主催する「ブループラネット賞制度」は、地球環境問題の解決に優れた業績をあげた個人または組織を表彰するものとして、地球環境国際賞とも呼ばれている。

　２００４年度の受賞者は、スーザン・ソロモン博士（米国）とグロ・ハルレム・ブルントラント博士（ノルウェー）であり、２００４年１１月１日に授賞式が行われた。

　ソロモン博士の受賞は、“南極のオゾンホールの生成機構を世界に初めて明らかにし、オゾン層の保護に大きく貢献した業績”によるもので、ブルントラント博士の場合は、“環境保全と経済成長の両立を目指す画期的な概念「持続可能な開発」を提唱し世界へ広めた業績”によるものであった。

　今回は、両氏の業績、エピソード等を、旭硝子財団から提供頂いた資料１)および過去の文献を参照して紹介する。

 

＜写真１＞ブループラネット賞授賞式　　　

1.1 「ブループラネット賞」

  （財）旭硝子財団は、地球環境国際賞「ブループラネット賞」制度を１９９２年に設置、以後毎年その表彰が２件づつ行われ、２００４年度は、その１３回目で、合計２６件（２３名、４組織）の業績が表彰されている。

　ブループラネット賞の趣旨は、（財）旭硝子財団の説明によると、“地球環境問題の解決に向けて、科学技術の面で著しい貢献をした個人または組織の業績を称え、感謝を表すとともに、多くの人々がこの人類共通の課題に立ち向かう意欲と意識を高めることを目的する”ものである。

　対象分野は、“地球温暖化、酸性雨、オゾン層の破壊、熱帯雨林の減少、生態系破壊や種の絶滅、砂漠化の進行、河川・海洋汚染などの地球環境問題全般”と、“エネルギー、人口、食糧、水等の諸問題、環境経済・政策、環境倫理・哲学、環境変化に因る疾病への対策、廃棄物処理、リサイクリングなど、地球環境の保全や自然保護と密接に関連する諸問題”である。

1.2 スーザン・ソロモン博士について

　ソロモン博士は、オゾン層破壊の具体的な現象である南極上空でのオゾンホールについて、その成因を世界で初めて明らかにした。同博士は、同僚と共に、南極の成層圏に見られる非常に冷たい雲の粒の表面が関わる不均一系の塩素化学反応を取り入れた仮説を提唱し、１９８６年と８７年の二度にわたり南極でオゾン層の実地観測を行って仮説の検証に成功した。これにより、オゾンホールは、大気中に増加した塩素と南極の極低温環境が相まって発生すること、そして塩素供給源としてのクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）との因果関係が明らかになった。その結果、モントリオール議定書が１９９０年に改訂され、ＣＦＣ等のオゾン層破壊物質の全廃の方向が決まり、オゾン層保護に大きく貢献した（写真２）。

＜写真２＞ソロモン博士

  ソロモン博士は、イリノイ工科大学で化学を学んだ後、カリフォルニア大学バークレー校で大気化学を専攻し、博士号を取得、卒業後、１９８１年に米国海洋大気庁に入り、現在に至るまで、同所で大気化学の研究を続けている。

　７０年代末から春先の９月から１０月にかけて、南極上空で大規模なオゾン量の極端な減少が観測されたことが８０年代半ばになって公表された。博士はこのデータに大変興味を持ち、これを説明するため、南極上空特有のマイナス８０℃の極低温大気条件の下に形成される雲（極成層圏雲）が関わる不均一系反応に基づく仮説を発表した。

　この中で博士は、気相中ではあまり起こらない塩酸と硝酸化塩素の反応が、極成層圏雲中の極低温微粒子表面では非常に速く起こって硝酸と塩素を生成し、次にこの塩素が、南極に太陽光が再び射し始める春に、光分解して塩素ラジカルや酸化塩素、二酸化塩素等となり、そして、これらの活性な塩素種がオゾンを極めて高い効率で破壊すると説明した。この仮説は、オゾン破壊に関わる塩素ラジカルの生成を説明できるばかりでなく、高濃度の活性な塩素種の存在をも説明できた点で画期的であった。

　博士は、オゾンホールの存在を確認し、生成機構を明らかにするために、８６年８月末に弱冠３０歳で調査遠征隊のリーダーとして南極に赴いた。数種類の方法でオゾンの減少を測定し、生成機構解明の鍵となる化学物質の測定を行った。活性塩素濃度を測定したところ、気相化学反応で説明しうる濃度のおよそ１００倍以上もあり、間違いなく博士の提唱した不均一系反応が関与していることが分かった。翌年、再び第二次遠征隊を率いて南極に赴き、前年よりさらにオゾン破壊がひどくなっていることを観測した。

1.3 ソロモン博士の記念講演

＜写真２＞スーザン・ソロモン博士

 

ソロモン博士は、１１月１１日に、国際連合大学で行われた「平成１６年度（第１３回）ブループラネット賞受賞者記念講演会」において、“オゾン層破壊と気候変動：極から極へ単独旅行”と題する講演を行った。

(1)はじめに

  オゾン層破壊の問題には、多くの側面が関与している、物質の各相（ガス、固体および液体）という側面、科学的な発見の各段階、一般の人々の認識とグローバルな政策決定の側面などである。成層圏オゾン層は、地上の生物を保護する極めて重要な役割を果たしている。オゾン層は、地球を有害な紫外線から遮へいすることで保護しており、これは大気の中の他の分子にはできないことである。しかしこのオゾン層は、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）によるオゾン層破壊の可能性が懸念されるようになった１９７０年代に強調されたように、簡単に他の化学物質の攻撃を受けやすいものである。ＣＦＣは、低い高度では殆ど反応せず、さらに、断熱材の発泡剤、冷却剤、スプレー缶用の高圧ガスなどの用途で使用する際には安全で安定であることが特徴として知られていたので、ＣＦＣによるオゾン層破壊の可能性は驚きをもって受け取られた。ＣＦＣの大気中寿命は、その種類により５０年から数百年と幅があるが、これらの一見無害と思われるガスは化学反応を経て変質し大量のオゾン層破壊をもたらす可能性がある。このことは科学的思考方法に変化をもたらすとともに、関連する政策に様々な挑戦をもたらした。すなわち人間が作り出す化学物質には、世代を大幅に超えた長い期間、環境に影響するものがあるということが強く認識されるようになったのである。同じ様な問題が、多くの温室効果ガスについても生じている。

  ＣＦＣは、どこででも安定であるわけではない。例えば、高度約１０～１５kmの成層圏まで上がると、強力な太陽光が引き起こす光化学過程により、ＣＦＣは分解し 塩素原子が発生する。これらの 塩素原子の一部は、硝酸化塩素や塩酸のような反応性の低い安定なリザーバー分子に変換される。そのため、塩素が特定の化学物質の内どれに分配されるかが（例えばＣｌとＨＣｌ）、オゾン層にとって大変重要なインパクトを持つ。遊離した塩素原子がＨＣｌのような比較的反応性の低いリザーバー分子に変換される限り、オゾン層の破壊は限定的である。一方、塩素原子が、より化学反応を起こし易いＣｌのような形で残る場合は、オゾン層は触媒的なサイクルで破壊されることになる。私の研究の多くは、固体と液体を含む表面反応によってどのようにして塩素配分が劇的な影響を受け、それまでに考えられていたよりずっと大規模なオゾン層破壊を生じるかについて焦点を当てたものである。

　１９８０年代中頃以前のオゾンの化学は、すべて気体分子同士の反応もしくは気体分子と太陽光との反応が関与すると理解されていた。その気相化学反応によれば、地上４０キロメートル付近の上層成層圏にあるオゾン層の上部で、最も大規模なオゾン層の損失が生じるものと推定していた。１９８３年には、ナショナル・リサーチ・カウンシル（ＮＲＣ）は、その報告で、フロンガスを当時の使用量のまま使用し続けた場合、全地球上のオゾン層の破壊は、１００年で約３％と予測していた。この予測による影響は小さく、また遠い先の話であり、不確定要素が多いと論じる人もいたが、これらの議論は、今日でも地球温暖化を論じる場合にしばしば引き合いに出される。

(2)遠く離れた両極地：予期せぬ両極地方におけるオゾン層破壊

①南極オゾンホール

  １９８０年代半ばになり、前例のない、予想を越えた南極のオゾン層の破壊が、春に限って起こるという研究結果が発表され、私たちのオゾン層に対する認識が一変した。オゾン層の破壊は、数パーセントではなく、約三分の一に達することが示されたのである。それも、遠い将来のことではなく、ＮＲＣがこの１００年間は殆ど起こらないと述べたわずか数年後である。これら初期の観察結果が、世界で最も寒い大陸のとざされた研究基地での地上からの観測によってもたらされたことが多くの人々にとって驚きであった。地上局が何年にもおよぶ取り組みで徹底して記録してきた内容を、データ分析手法の誤りのため、衛星が見のがしてきたことが直ぐに分かった。

　地球の最南端にあるこの広大な大陸で、少なくとも１９７０年代から長期にわたり質の高いオゾン層の計測データを保存しているのは３ヶ所だけ、英国のハレー基地、日本の昭和基地、米国の南極点基地である。図１は、これら３つの基地で観測された１０月の全オゾン量測定平均値を時系列で示す。

＜図１＞南極３基地の１０月の月平均オゾン量

　英国のデータがその他２つの基地のデータに比べ、年毎の変動が少ないことから、１９８５年の段階から既にﾊﾚｰ基地ではオゾンが奇妙な挙動を示していたことは明白である。観測された基地間のバラツキは、南半球の極成層圏渦の動きが主な要因になっている。両極とも、冬季の冷却化によって緯度の高いところほど非常に低温となり、その一方で緯度の低いところではかなり暖かい状態が支配的になる。この気温差は、低温の極地気団である渦を取り囲む広大な風系とリンクしている。しかし、この渦は、南北各半球全体にまたがり、天気を動かす波と同様の大気の波で乱される。英国のハレー基地は、時として渦の外にある大気特有のオゾンの水準を示すことがある日本の昭和基地よりも南極の冷たい渦の中に入る頻度の高い位置にある。これらの波の頻度と強度が、ローカルに（例えば、昭和基地とハレー基地間で）、もしくはより大きなスケールで（渦の内部であっても、年毎に）のオゾン濃度やオゾン損失の経年変動を左右する重要な役割を果たしている。

  昭和基地と南極点基地における、１９８０年代のオゾン破壊の垂直分布測定結果は、南極地方の春季に特定の予期せぬ高度において異常な動きがあることを示唆していた。オゾン濃度の変動は、気相塩素化学から予測された高度４０キロメートル付近のオゾン層の最上部ではなく、最も多くのオゾンが存在する、約１０から２０キロメートル付近のオゾン層最上部ではなく、最も多くのオゾンが存在する、約１０キロメートルというまったく異なる高度で生じていた。

  このオゾン破壊の中心が移動したことが、当時、オゾン層全体の三分の一が失われ、また今日でも、破壊の規模がオゾン層全体の半分を超えることもしばしばある理由である。オゾン層の破壊が想像していたよりも大規模であるだけでなく、まったく性質の異なるものであることは明白であった。オゾン層破壊が全地球規模から極地で起こるようになったこと、高度が４０キロメートル域から１０～２０キロメートルに下がったことを説明するため、私たちのこれまでの科学的理解を大きく変える必要に迫られた。

②南極オゾン破壊の新メカニズム

  私は同僚の研究者とともに、オゾンホールはまったく別の化学反応に起因していると提唱した。それは、気相の化学反応ではなく表面での反応である（不均一反応）。その反応は、南極の冬季と春季の極寒の条件下で高度１０～２おキロメートルに形成される氷状の極成層圏雲の表面上で起こるものではないかと提唱した。特に、私たちは、ＨＣｌとＣｌＯＮＯ2  の両方のリザーバー分子が大きく減少すると、触媒的にオゾンを破壊しうる塩素種の密度が、このキーとなる高度において著しく増えることに気づいた。こうして私たちは、極成層圏雲の表面上で次の化学反応を通じてこのことが起こるのではないかと提唱した。

　　ＨＣｌ＋ＣｌＯＮＯ2 →ＨＮＯ３ ＋Ｃｌ2

  昭和基地のオゾンゾンデのデータは、私たちの新しい考えを展開する上で手助けとなった観測結果の一つである。図２には、Solomon et al.（１９８６年）で紹介した私たちの初期のモデル計算と、１０年後に記した改訂モデルの計算８月Portmann et al.、１９９６年）を示すとともに、昭和基地で、様々な年代に測定した１０月の平均オゾンプロフィールを示している。私たちの初期のモデルは、約１８キロメートルより低い高度はカバーしておらず、また現在知られている化学サイクルをすべて含んでいたわけではない。しかし、私たちが提唱した表面化学反応は、このプロセスの最も根本的な特徴を捉えていた。とりわけ、オゾン損失が起きる領域が高度４０キロメートルからオゾン層のまさに中心に移動した事実である。

　なぜ、南極のオゾン層破壊は、冬にではなく、もっと早く１０月に起きるのか？私たちは、もう一つ別のステップが必要であることを強調した。そのプロセスでは、太陽光がなければオゾンを破壊することができないのである（塩素分子Ｃｌ2 の解離）。こうして私たちは、ＣＦＣガスから生じた塩素が、表面反応により、気相化学に基づく考え方で想像されていたより遥かに大きなダメージを、オゾンに対し与える可能性があること、またこれらの表面反応は極成層圏雲を発生させる低温条件の備わった南極地方で最も効率よく起こること、さらに、極冠に太陽光が戻る春に急速なオゾン破壊が進むことを提唱した（Solomon et al.、１９８６年）。この表面化学反応は、Ｃｌ2 とＣｌ間の摂動に関わるだけでなく、速い速度で相互に置き換わる一群の塩素分子（一酸化塩素（ＣｌＯ）および二酸化塩素（ＯＣｌＯ）を含む）に関わり、こうして急速なオゾン破壊を進めることができる。南極のオゾンホールが最初に発見された時からほぼ２０年間が経過した。この間、様々な異なる化学物質に関する一連の測定が行われ、気相から表面化学へ、主たる反応相（場）の移行が確認された（Solomon、１９９９年）。

③観測で得られた証拠：ＣＦＣガスと表面化学の　役割を検証する

  １９８６年、私は４つの異なる研究所グループを含む、南極調査隊を指揮する機会に恵まれ、この表面化学反応が関わっているかどうかを検証するための、初めての測定をいくつか行うことができた。ここでは、私のグループが行った、オゾン、二酸化窒素および二酸化塩素の測定に、説明の焦点を絞る。二酸化塩素は、特に重要な初期の測定項目であった。なぜなら、その分子は塩素と一酸化塩素の量に比例するからで、それが検出されることは、極成層圏雲が実際に塩素を放出していることを直接証明することになるからである。提唱した表面化学反応は、さらに活性窒素を硝酸に変換する。そしてその硝酸は、ＣｌＯＮＯ2  の再形成を妨害し、そのために、オゾン損失はさらに拡大する。これによって二酸化窒素の濃度が減少するので、二酸化窒素分子も化学的に重要な指標になる。実際、私たちが論文（Solomon et al.,1986)で強調したように、表面化学反応の結果生じた物質は、元の反応物質と同じように重要である。最後に、地上からの可視光線を用いたオゾン自体の観測は、ハレー基地、昭和基地および南極点基地で用いた紫外線吸収法など他の方法で報告されたオゾンホールを検証する上で有用であった。

  私の研究生活で最も驚愕した瞬間は、１９８６年９月にマクマード基地でオゾン層のレベルが低下するのを目の当たりにしたときである。オゾン量は、１９８６年の８月下旬に私たちが南極大陸に到着した時点で３００ドブソンユニット（ＤＵ）であったものが、９月下旬には２００ＤＵ以下に減少した。また、オゾン全体の三分の一が失われたことが、オゾンホールの存在の確からしさと、その季節依存性についての他の観測を裏付けていた。また、オゾンの減少に伴い、二酸化塩素が著しく増加していた。

　二酸化塩素は、８月下旬と９月の低温の条件下で、気相化学の解釈に基づく数値より５０倍から１００倍も高いものであった。従って、このデータは、塩素が関係する表面反応がオゾンホールの原因である可能性を示唆していた。対照的に、二酸化窒素の数値は非常に低かったが、これも極成層圏雲の化学から予測できるものであった。気温が上昇するにつれ、二酸化塩素は消滅し、二酸化窒素が増加していたが、これも予想の範囲であった。このように、これら両化合物の季節的な挙動は、南極の成層圏中の化学物質の構成を乱し、急速なオゾン損失につながる表面化学の重要な役割の理論を裏付けるものであった。

④北極地方における初の測定

  南極で二酸化塩素が大幅に増加していることが分かったことから、１９８８年１月、私は同僚と北へ向かい、チューレ（グリーンランド）に行き、 塩素系化学反応が同様に促進されているかを調査した。私たちは、二酸化塩素が北の地でも気相の化学反応に比べ著しく増加していることを確認することができた。

　最近、特に気温の低い年には、北極地方で著しいオゾン層破壊が観測されている。しかし、破壊の水準は南極ほどではない。この違いの主な要因は、春季の北極地方の気温がほぼ毎年、南極よりもかなり速く暖かくなることから、太陽光照射と低温条件が重複して生じることが少なく、そのためオゾン層の破壊が抑えられることにある。（以下略）