今年の地球上の穴は、南極よりも大きく、火山によって作られました。

今年 9 月の南極上空のオゾンホール (画像提供: ESA)

オゾンホールが再び現れ、その面積は史上最大に近づいています。

著者 |董元

今年の初めに国連が新たなオゾン層破壊報告書を発表し、南極上空のオゾンホールが数十年以内に1980年の水準に戻ると予測されていることを覚えている人もいるかもしれない。

こうなると人々は期待し始めます。人間によるフロンガス（冷蔵庫の冷媒として使われるフロンなど）の乱用により大量に減少し、ついには巨大な穴が開いたオゾン層が、ついに回復するのでしょうか？

しかし、欧州宇宙機関が発表した最新の監視結果は、これに冷水を浴びせかけたようだ。衛星監視によれば、今年9月16日には南極上空のオゾンホールの面積が2600万平方キロメートルに達した。これはブラジル3国分に相当する面積で、2000年9月9日の2990万平方キロメートルという史上最高記録に近い（一部の計測では2840万平方キロメートルと示されている）。

今年7月から9月にかけてのオゾンホールの変化（画像提供：esa）

オゾンホールの現状

オゾン層は地上15kmから30kmの成層圏に位置し、地球上の生物が過度の紫外線によるダメージを受けるのを防ぐ重要な役割を果たしています。 1985年、科学者たちは南極上空に巨大かつ拡大しつつあるオゾンホールを発見した。 1987 年、世界中の多くの国が署名したモントリオール議定書により、CFC を中心とする約 100 種類のオゾン層破壊物質 (ODS) を排除または制限することでオゾン層を保護し始めました。

モントリオール議定書のおかげで、オゾン層破壊物質の使用は大幅に削減されました。さらに、2000年以降、オゾンホールは徐々に縮小しています。

2019年、オゾンホールの面積は1985年以来の最小値（年間最大値は1640万平方キロメートル）に達したが、これは主にその年の南極上空の気温が高かったことと、オゾン層の破壊効率が低かったことによる。その後数年間で、オゾンホールの面積はより高いレベルに戻りました。

オゾンホールの大きさの経年変化（画像提供：コペルニクス大気監視サービス）

地球を揺るがした火山

オゾン層の破壊は、人間の活動による直接的な影響に加え、森林火災や火山噴火などの自然現象とも関連している可能性があります。科学者たちは、今年のオゾンホールの拡大は主に火山の噴火に関係していると考えている。

2022年1月15日、南太平洋のトンガ王国にあるホンガハアパイ島の海底火山（後にトンガ火山と呼ばれる）が激しく噴火した。これは過去30年間で最大の火山噴火であり、現代の観測機器で観測された中で最大のものであった。

トンガ火山噴火（画像出典：Wikipedia）

NASAの科学者ジム・ガービン氏は、火山噴火のエネルギーは広島の原爆爆発で放出されたエネルギーの数百倍に相当すると語った。火山の噴火は世界各地で津波を引き起こし、火山から噴出した物質は高度55キロメートルにまで達した。

トンガ火山の噴火は科学者を含め世界中から広く注目を集めている。噴火から1週間も経たないうちに、研究チームは火山の風下の島に気象観測気球を打ち上げ、火山によって引き起こされた気象の変化の観測を開始した。研究者らは、噴火からわずか1週間後には熱帯南西太平洋とインド洋の成層圏オゾンが5%減少したことを発見した。

一部の科学者は、火山の噴火柱が下層対流圏のオゾン含有量の少ない空気を上層成層圏に運び、それによって火山上空の成層圏オゾン濃度が低下するのではないかと推測している。しかし、もしこれが事実であれば、成層圏オゾン濃度は噴火が終わった後すぐに回復するはずだ。実際、成層圏のオゾンは噴火後数日間減少し続けました。

これは、対流圏の空気への影響に加えて、噴火が成層圏の化学変化も引き起こし、オゾン層の急速な減少が続いていることを示唆している。

トンガ火山の噴火は世界各地で津波を引き起こした（画像出典：Wikipedia）

火山は成層圏を変える

一般的に言えば、成層圏内のハロゲン化合物は、塩化水素 (HCl)、硝酸塩素 (ClNO3)、臭化水素 (HBr) など、オゾン層の破壊を引き起こす主な原因の 1 つです。塩化水素を例にとると、光や水酸化物などの作用により活性塩素フリーラジカルや一酸化塩素フリーラジカルが発生します。これらのフリーラジカルの作用により、オゾンは急速に消費されます。

通常の状況では、塩化水素が光の作用でフリーラジカルに分解される効率は非常に低いですが、雲やエアロゾルの表面にある場合は、この反応が非常に効率的に起こります。これは、南極にオゾンホールが現れる理由も部分的に説明しています。主な理由は、南極の気温が非常に低いため、成層圏に雲が形成されやすくなり、その結果、ハロゲンフリーラジカルが増加し、オゾン層の大幅な減少につながるからです。

トンガの火山噴火により、成層圏に大量のハロゲン化合物が放出されたが、その一部は蒸発した海塩から来たものと考えられる。しかし、オゾン層の破壊に関しては、水蒸気が重要な役割を果たします。この火山噴火によって放出された水蒸気は、地球全体の成層圏負荷の 10% を占めます。

模式図（画像出典：Evan et al、2023）

大量の水蒸気により、二酸化硫黄（大気中に存在し、火山の噴火によっても放出される）が硫酸エアロゾルを形成しやすくなり、ハロゲンフリーラジカルの生成が促進されます。気象観測気球による測定では、火山の高度26.4キロにおけるエアロゾル表面積密度のピークは1立方センチメートルあたり286.9平方ミクロンで、成層圏の一般的なレベルの600倍に相当した。

さらに、成層圏への火山水蒸気の注入により湿度が上昇し、放射冷却が促進され、ハロゲンラジカルが形成されやすくなる可能性もあります。さらに、硫酸エアロゾルは窒素酸化物の濃度を低下させ、それによってハロゲンラジカルがオゾンを消費する速度を加速します。

科学者たちは、この火山噴火によって引き起こされた成層圏の水蒸気量の大幅な増加は4～5年続く可能性があると推定しており、これはオゾン層に非常に大きな影響を与える可能性があり、今後も継続的な監視が必要になるだろう。

トンガの火山噴火がオゾン層に及ぼす影響に関する上記の研究は、10月20日にサイエンス誌に掲載されました。これは、人間が自然界に与えた害は、人間が害を与えなくなった後も長期間にわたって肉眼で見える結果をもたらす可能性があることを思い出させてくれるかもしれません。

願わくば、数十年後には、国連のオゾン層破壊報告書で予測されたように、オゾンホールが 1980 年のレベルに戻る日が来るだろう。

オゾンホールの大きさの経年変化（画像提供：コペルニクス大気監視サービス）

参考リンク:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg2551

https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-5P/Ozone_hole_goes_large_again

https://www.eea.europa.eu/en/topics/in- Depth/climate-change-mitigation-reducing-emissions/current-state-of-the-ozone-layer

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1029/97JD00912

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo4076

https://earthobservatory.nasa.gov/images/149367/dramatic-changes-at-hunga-tonga-hunga-haapai

https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/statistics/annual_data.html

https://mp.weixin.qq.com/s/EdhcNlMh_uhf2j4hu62w0Q
https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1334/egusphere-2023-1334.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/2022_Hunga_Tonga%E2%80%93Hunga_Ha%CA%BBapai_eruption_and_tsunami

https://mp.weixin.qq.com/s/bEmhhxtMVut5C6Zj4JO2ZA