南極上空のオゾンホールは現在どうなっているのでしょうか？

著者: ウェイ・ケ

1985 年 5 月 16 日、有名な雑誌「ネイチャー」に、英国南極探検隊のジョセフ・ファーマンとその同僚のブライアン・ガーディナー、ジョン・シャンクリンによる記事が掲載されました。彼らは、1970年代半ば以来、南極のハレー湾天文台で深刻なオゾン層の破壊が起こっていると指摘した。 1980年代初頭までに、10月の平均オゾン層破壊率は40%を超えました。それ以来、深刻な環境危機である南極のオゾンホールが世界の注目を集めるようになりました。

その後、NASAは衛星観測データを確認したところ、南極上空に巨大なオゾンホールが形成されていることに驚きました。もちろん、これは本当の「穴」ではありませんが、その中のオゾン濃度は周囲の地域よりもはるかに低くなっています。周囲と比べるとまるで「穴」が開いたような状態です。この「穴」の面積は数千平方キロメートルに達しており、これは米国の陸地面積よりも大きいことがわかった。

1980年代以降、南極のオゾンホールはほぼ毎年季節的に発生し、その面積はますます拡大しました。 1992 年 10 月と 1993 年 10 月のオゾン層の破壊は非常に深刻で、成層圏の一部の地域ではオゾン濃度が 99% も低下しました。 1998年12月、世界気象機関（WMO）は、南極上空のオゾンホールの面積が1000万平方キロメートルを超える日が100日近く続いたことを明らかにした。同年9月には最大面積が過去最高の2790万平方キロメートルに達した（1998年9月19日）。南極のオゾンホールは2000年9月9日に最大面積に達し、面積は2,990万平方キロメートルに達した。このような大規模なオゾンホールは、南米大陸の最南端であるティエラ・デル・フエゴ島やアルゼンチンのサンタクルス島南部を危険にさらすのに十分である。

オゾンホール現象は南極だけでなく北半球でも発生しますが、その頻度は比較的低く、10年に1回程度です。歴史的に、北極では1997年と2011年にさらに大きなオゾンホールが発生しました。2020年3月には、北極地域で再びさらに大きなオゾンホールが発生しました。今回、低オゾン層面積はグリーンランド3つ分の広さ、約600万平方キロメートルに達し、そのうちオゾンホール基準（総オゾン値220DU以下）を満たした面積は100万平方キロメートルを超えた。これは、オゾン総濃度の減少が地球規模で起こっていることを示しています。

UVバリア：オゾン層

オゾン層は命を救う傘です。オゾンは地表近くでは重大な汚染物質ですが、高高度のオゾンは地球上の生命を守る盾となっています。オゾン層は、主にUV-A（波長320〜400nm）の一部、UV-B（波長280〜320nm）の大部分、UV-C（波長200〜280nm）のすべてなど、人体に有害な太陽紫外線のほとんどを吸収することができます。 UVBは紅斑効果紫外線と呼ばれ、皮膚がんや白内障を引き起こす主な要因です。 UVA はシミの原因となる紫外線としても知られ、肌の美白にとって大敵です。肌の日焼け、老化、しわを引き起こす主な放射線です。現在の研究によれば、これは皮膚がんの原因の一つでもあるそうです。短波殺菌紫外線としても知られる UVC は、生命の DNA 構造を破壊する可能性があります。それは最も危険な紫外線です。紫外線殺菌灯はUVCを使用して空気と食品を殺菌します。したがって、環境におけるオゾンの役割は、「天上の仏、地の悪魔」と要約されます。

オゾン層はわずか6億年ほど前に誕生しました。それ以前は、太陽光に含まれる紫外線は遮られることなく地球の表面を照らしていました。短波紫外線UVCの照射下では、地球表面に生命の兆候は見られなかった。そのため、6億年前、生命は深海を這い回り、非常にゆっくりと進化しました。約6億年前にオゾン層が形成されると、海面と陸地が安全になり、生命の進化のための領域が開かれました。約5億4千万年前、地球上で壮大な「カンブリア爆発」が起こりました。地球上には突然、さまざまな生物が出現しました。生命は深海から浅海へ、そして浅海から陸へと進化しました。進化のスピードが加速し、後の恐竜や現代の人類が誕生しました。

オゾン層の安定性は地球上の生命の健康と関係しています。オゾンホールの出現により、地表に到達するUV-B放射の強度が大幅に増加し、人間の健康と生態環境に深刻な害を及ぼします。分析によると、成層圏オゾンが1％減少すると、白内障の世界的な発症率は0.6％から0.8％増加し、白内障で失明する人の数は毎年1万人から1万5千人増加する。オゾン濃度が10％減少すると、悪性でない皮膚腫瘍の発生率が26％増加し、人間の免疫システムが弱まります。さらに、UV-B は植物のクロロフィルを破壊し、光合成に影響を与え、作物の収穫量を減少させる可能性があります。そのため、オゾンホールの発見は世界的なセンセーションを巻き起こし、オゾン層保護に関する世界的な取り組みが急速に進み始めました。

オゾン層の破壊と保護

科学界は1970年代から、人間の活動によって排出されるクロロフルオロカーボン（CFC）が深刻なオゾン層の破壊を引き起こすことを明確に指摘してきました。これらのオゾン層破壊物質（ODS物質）は、地上では非常に安定しており、大型セントラルエアコン、家庭用エアコン、カーエアコン、冷蔵庫などの冷凍機器、ポリウレタン（PU）硬質フォームの発泡剤、抽出剤、溶剤、ドライクリーニング剤、シーケンシング剤、エアゾール殺虫剤の推進剤などに広く使用されています。しかし、大気中に放出された後、成層圏で紫外線の照射を受けて遊​​離Cl粒子を放出し、オゾン層を破壊する触媒として作用する可能性があります。 1 つの Cl イオンが 100,000 個のオゾン分子を破壊する可能性があると推定されています。オゾン層破壊のメカニズムを発見したポール・クルッツェン、F・シャーウッド・ローランド、マリオ・J・モリーナも1995年のノーベル化学賞を受賞した。

国際社会はオゾン層を保護するため、1985年に「オゾン層の保護に関するウィーン条約」、1987年に「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」を採択し、地球規模でオゾン層に深刻なダメージを与える5種類のフロンと3種類のハロンを含む8種類の物質の生産、販売、使用を規制しました。

モントリオール議定書の採択後、議定書の制定を迅速化し、より多くの開発途上国を議定書の対象に加え、禁止物質の種類を拡大するため、ロンドン改正（1990年6月）、コペンハーゲン改正（1992年11月）、ウィーン調整（1995年12月）、モントリオール改正（1997年）、北京改正（1999年11月）などが順次採択された。これにより、モントリオール議定書は「共通だが差異ある責任」を形成し、発展途上国と先進国をそれぞれの状況に応じて扱うこととなった。先進国が率先して行動し、開発途上国の能力向上のために資金的・技術的支援を提供することで、最終的に共同行動を実現しました。

この取り組みにより、モントリオール議定書は先進国と発展途上国に異なる義務を規定した初の国家環境条約となり、また、世界中のすべての国が全会一致で合意した史上初の合意となりました。元国連事務総長のコフィー・アナン氏は、モントリオール議定書を「これまでで最も成功した唯一の国際協定」と称賛した。

協定締結から10年以上が経過し、オゾン層破壊物質の85％以上が除去された。 2000年以降、人為的なオゾン層へのダメージが減少し、大気の自己修復機能が働き始め、拡大を続けていたオゾンホールの悪化が止まり、底打ち・回復の局面に入った。 2016年6月30日、マサチューセッツ工科大学地球・大気・惑星科学部の著名な大気化学者・気候学者であるスーザン・ソロモン教授らが、有名な科学誌「サイエンス」に論文を発表し、南極のオゾンホールが回復しつつあるという世界に朗報を伝えた。これは南極のオゾンホールを「治癒」する道における最初の希望の光とみられている。

1989年以来、地球のオゾン層の破壊に関する科学的評価報告書が4年ごとに発表されています。最新の評価によると、モントリオール議定書の施行以来、世界中の国と地域はオゾン層の破壊を減らすために積極的に代替品を採用し、オゾン層破壊物質（ODS）を段階的に廃止してきました。 ODSの総塩素濃度は、1993年のピーク時の3,660ppt（乾燥空気中のガス分子1兆個あたりに含まれるこのガス分子の数）から10％以上低下し、総臭素濃度は1998年の22.0pptから11％以上低下しました。

オゾン層回復への長い道のり

世界規模の共同の努力により、南極のオゾン層は大幅に回復し、極成層圏オゾンホールもさらに回復しました。 2000 年以降、極成層圏オゾン濃度は 10 年ごとに 1% ～ 3% 増加しています。数値シミュレーション予測によれば、地球全体の平均オゾン総量は2050年までに1980年レベルに戻り、南極のオゾンホールは2060年頃まで1980年レベルに戻りません。2100年頃までに南極のオゾン層は1960年レベルに戻り、その頃にはオゾンホールは完全に消滅するでしょう。

オゾン層の回復が遅い主な理由は、大気中のオゾン層を破壊する原因となるODS物質の大気中での平均寿命が極めて長いためです。例えば、CFC-11 の寿命は 50 年ですが、CFC-12 の寿命は 100 年、CFC-115 の寿命は 1020 年と長いです。したがって、これらは今後も相当の期間にわたり大気のオゾン層を破壊し続け、その濃度は大気のオゾン層が著しく破壊される前のレベルよりもはるかに高いままとなるでしょう。さらに、大気中のオゾン層の回復には、大気中の多くの複雑な物理的、化学的、および動的プロセスが関与しており、複雑な科学的問題であることを人々は認識する必要があります。このため、大気中のオゾン層の回復プロセスは非常に複雑になり、多くの不確実性が伴います。そのため、オゾン層破壊物質の規制を継続的に強化する必要がある。

しかし、「病気は山が崩れるようにやって来て、糸が抜​​けるように去っていく」のです。オゾン層の回復への道は平坦ではなく、さまざまな挫折もあるでしょう。たとえば、2015 年は例外でした。その年のオゾンホールの面積は比較的広く、10月2日に最大の2,820万平方キロメートルに達しました。オゾンホールの大きさは、火山の噴火、エルニーニョ、地球温暖化、成層圏の大気循環の変化など、さまざまな要因によっても影響を受けます。毎年9月と10月は、南極のオゾンホールの面積が最も大きくなり、オゾン層の破壊が最も深刻になる月です。 2022年10月8日、南極のオゾンホールの面積は2,400万平方キロメートルに達した。 10月1日には中心値の最低値が97DUに達し、平年値の3分の1以下となった。南極のオゾン層の破壊は依然として非常に深刻であることがわかります。

オゾン層が完全に回復するまでにはしばらく時間がかかりますが、すでに回復の道を歩み始めています。研究者らは、地球システムモデルのシミュレーション分析を用いて、世界が1980年代以降にオゾン層破壊物質を制御していなかった場合、地球規模のオゾン層の破壊は非常に深刻となり、北極地域のオゾン濃度は1960年の濃度レベル（500DU）をはるかに下回る50～100DUにまで低下していただろうと指摘した。深刻な北極のオゾンホールが発生し、地球表面の紫外線の強度が2倍になり、皮膚がんの発生率が急上昇したであろう。

南極のオゾンホールは人類史上の大きな環境問題です。オゾン層保護活動を通じて、私たちは人間と自然環境が有機的な一体であることを実感しました。魚が水なしでは生きられないのと同じように、生きた魚がいなければ水も存在できません。私たちの社会の発展と科学技術の進歩は、環境破壊を犠牲にして達成されるべきではありません。むしろ、私たちは「自然とともに成長する」という理念を貫き、緑の山々と清らかな水を守り、「地球を守る戦い」に何度も勝利し、私たちが生きていくために依存している大切​​な故郷を守り、保護しなければなりません。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: ウェイ・ケ

査読者：中国科学院大気物理研究所台風専門家、黄福静良

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司