大気の構造とオゾン層紫外線酸素分子（O2） → オゾン（O3）オゾン層：紫外線Ｂの 99%を吸収して熱に変える 20-40km 地表 1 オゾン層とは紫外線 ● 酸素分子（O2） → オゾン（O3） ● オゾン層：オゾン濃度が高い領域（成層圏） ● 紫外線Ａ（波長＞ 320nm）：無害 ● 紫外線Ｂ（波長＝ 280-320nm）：オゾン層が 99%を吸収； → 日焼け、皮膚の老化、皮膚ガン ● 紫外線Ｃ（波長＜ 280nm ）：酸素分子によって吸収 2 オゾン層の生成 ●34 億年前：生命が誕生 ● 27 億年前：光合成生物（藍藻類の祖先）の出現 → CO2 からO2 → オゾンの生成開始 ● ４億年前：生物が陸上に進出（ 30 億年間は、生物は紫外線が遮断される水の中でだけ ← オゾン層未発達） ●大気中の酸素量増加 → オゾン量増加 → オゾン層形成（ O2濃度が現在の 10%程度） → 紫外線Ｂの大部分が遮断 ●紫外線Ｂ：有機分子（ＤＮＡ、タンパク質など）を破壊 → 陸上生物に致命的に危険 3 オゾン層破壊 ● オゾン層破壊の原因物質：クロロフルオロカ－ボン（ＣＦＣ）類構成元素：炭素、塩素、フッ素（フロンは日本での通称名）： ● 洗浄剤、発泡剤、冷却剤、噴射剤として使用 → → 成層圏に到達しオゾン層を破壊 → ● 先進国ではＣＦＣの使用を禁止 → 対流圏では安定南極上空にオゾンホ－ル大気中でのＣＦＣの濃度は低下 ● ＣＦＣの寿命は 70ｰ150 年 → → 現在もオゾンホ－ル拡大オゾンホ－ル消滅は２１世紀中頃（？） ● オゾン層破壊のメカニズム CFCl3 紫外線(UV) → Cl + CFCl2 ,, O3 Cl → O2 ● １個の塩素原子は十万個のオゾン分子を破壊 ← 触媒作用 4 南極大陸でのオゾン破壊量 5 南極オゾンホールの年最大面積南極オゾンホールの面積は、南極大陸の約１．５倍。オゾン層破壊物質の規制により、減少傾向。気象庁オゾン層減少の結果 ●紫外線A：無害紫外線B：大部分をオゾン層が吸収紫外線C：酸素が吸収 ●紫外線ＢはＤＮＡやタンパク質を破壊 → ● オゾン層1%減 → UV-B ２% 増 → 皮膚ガン発生率 3-6% 増 ●オゾン層10%減 → UV-B 20% 増 → 皮膚ガン発生率 30ｰ50% 増 ●目の水晶体はタンパク質 → 白内障患者増 ●免疫機能低下、皮膚老化、植物の成長抑制 ●日本上空でもオゾン層は減少 → 紫外線量が増加中 ●ＣＦＣ代替品：温室効果がある → 京都議定書での温暖化ガス排出削減対象品目 7 8 環境に関する問題 (1) 酸性雨の影響について知っていることを書け。 (2) クロロフルオロカーボンはなぜオゾン層を破壊するのか。 (3) クロロフルオロカーボンの使用は禁止された。しかし、今も成層圏のオゾン濃度は低下しつつある。なぜか。 (4) 成層圏のオゾン濃度が減少すると、何が起こり、人間と植物にどのような影響があると考えられるか。 9 環境に関する問題例(2) ●光合成では酸素が放出される。しかし、ここ数億年間大気中の酸素濃度はあまり変わっていない。なぜか。さらに、大気中の酸素濃度が高まるための条件を述べよ。 ●一定量の植物体が、高等動物の食料になって酸化するときと、微生物による腐敗によって酸化するときと、また燃焼で酸化するときとで酸素消費量を比較せよ。ただし、生物相は定常状態にあると仮定する。（ヒント：化学反応方程式の意味を考えよ。） ● 使用済み食用油の処分法として、燃やす、地面に捨てる、川に流す、石けんにするなどが考えられる。この４つの方法ごとに、最終的な生成物の名称と量を比較せよ（化学反応方程式の意味を考えよ）。また、以上のうちで最も望ましくないものはどれか。そう判断した理由も述べよ。（ ● 使用済の食用油を河川に流すとどのような測定値がどう変わるか。その測定値の変化は何を意味しているのか。） 10 14章 ○光合成では・・ 16章 ○使用済みの・・ ○一定量の・・ ○使用済み食用油・・の解答へのヒント ( 光合成太陽エネルギー） CO2は炭素原子の大気中で最も安定な形だから、これを他のものに変えるのにはエネルギーが必要。これが、 CO2を処理して除くことを困難にしている。 11 ●光合成：１分子のCO２→有機化合物中のC１原子とO2１分子 ●有機物の酸化（ルートはいろいろ）：１原子のCと１分子のO2 →１分子の CO2→地上の天然物量が変わらなければ大気中のO2量は変わらない。 ● Cが１原子地中に入る→（石炭、石油、天然ガス等） → 大気中に１分子のO2が残る。 ●有機物が食用油の場合： ●石けん（有用）にする → 微生物などの食物連鎖 → CO2＋ H2O ●燃やす（途中の害が少ない）→ CO2＋ H2O ●地面に撒く → 土壌微生物 → CO2＋ H2O ●川に流す→ 水中微生物（酸素欠乏、富栄養化）→ CO2＋ H2O （いずれの場合でも、二酸化炭素（CO2）の生成量は同じで、差がない。） ●化学反応式の意味：原料と生成物が決まっていれば、途中の反応経路が異なっても、生成物の量も、最終的なエネルギー変化量も変わらない。（「物質不滅の法則」「熱化学方程式（ヘスの法則）」） 12