オゾンの成層圏と対流圏における役割と影響

人間が呼吸する酸素は二原子酸素（O₂）で、分子式は O₂ です。一方、同じ酸素原子からなる同素体であるオゾンは 1 個の酸素原子が余分に付加され、分子式は O₃ となります。青みがかった刺激臭を持つオゾンは、主に成層圏（上層大気）に高濃度で存在し、対流圏（下層大気）にも少量が見られます。

成層圏と対流圏におけるオゾンの特徴

成層圏（地表から約8〜30km）では、太陽の紫外線（UV）によって O₂ が分解され、単原子酸素が生成します。この単原子酸素は非常に反応性が高く、O₂ と結合して O₃ を生成します。生成されたオゾンは紫外線を吸収し、地表への有害な短波長紫外線を遮断する「地球のバッファー」として機能します。

対流圏（地表から約0〜8km）では、気圧が低くなるにつれて温度が低下し、地表からの熱輸送が減少します。太陽光が地表で反射し、対流圏内で乱流により紫外線が再分配されます。土壌や植物から放出される炭化水素と、成層圏から供給される少量のオゾンが自然発生的なオゾンの供給源となります。

オゾンホール

1985 年、英国気象局の調査チームは南極上空のオゾン濃度が 1977 年から 1984 年にかけて約40％減少したことを報告しました。これは人間活動が大気に与える影響を示す最初の明確な証拠でした。冷蔵庫やスプレー缶などに使用されるフロン類（CFC）は、上空へ上昇し紫外線で分解されて塩素原子を放出します。塩素原子はオゾン分子と反応し、数万個ものオゾンを破壊し、地球の紫外線シールドを弱めます。

1987 年のモントリオール議定書によりフロン類の使用削減が国際的に進められましたが、既に大気中に放出されたフロン類の影響は 100 年以上残るとされています。紫外線量の増加は早期老化、皮膚がん、白内障、免疫機能低下などの健康リスクを高めます。

対流圏におけるオゾン汚染

成層圏で保護的役割を果たすオゾンとは対照的に、対流圏のオゾンは温室効果ガスとして働きます。産業や自動車から排出される窒素酸化物（NOₓ）と炭化水素が化学反応を起こし、スモッグの主成分となります。オゾンは肺への刺激物であり、感染症や喘息、肺気腫などの呼吸器疾患のリスクを高めます。また、植物の気孔が閉じることで光合成が阻害され、成長が抑制されるため、農業生産にも悪影響を及ぼします。