ヒートアイランド現象について

 よく大都市は、その周辺よりも相対的に暖かいと言われます。これが「ヒートアイランド現象」というものですけど、これは二酸化炭素の増加や、それに伴う地球温暖化とはあまり関係がありません。
 例えば、「都市部では人口が多いので、みんながいっぱい呼吸や自動車で二酸化炭素を出していて、それが都市部の温暖化を促している」という考え方もありますが(20年前に流行っていた説)、これは先生に言わせれば、都市気候を作るのには量が少なすぎる上、二酸化炭素は風で流されてしまうので、都市部だけ暖かいという原因にはこれはならないそうです。

 ではヒートアイランド現象の原因はなんだ?ということですけど、これは大きく三つの要因が考えられるそうです。
1.赤外線
2.人工排熱
3.地表の熱収支

 まず赤外線なんですけど、これは都市部にたくさんビルが建っている事に関係があります。これは物理的な話で、人間がいるかいないかは関係がありません。
 入居者が入る前の集合団地は、その周辺よりも気温が高くなった、という実験から分かるのですけど、背の高い建物、ビルとビルの間において、赤外線のやり取りが交わされる(多重反射)ことで暖かくなるというわけです。
 またコンクリートでできたビルやアスファルトは、赤外線を昼間よく吸収し、夜になってもその熱で暖かいらしいです。夏のビルの表面は70℃にもなるとか。

 次に人工排熱。これはイメージしやすいと思うんですけど、やはり都市部は人口が多いので、じゃんじゃん電気、ガス、石油、ガソリンを使っています。それによる熱の発生で暖かいというわけです。
 新宿の高層ビル街は、全国平均の138倍もの熱を発生させているそうです。ちなみに「新宿区」では43倍です。

 最後に地表の熱収支ですが、これは水が水蒸気になる時に熱を奪う現象、「気化熱」が関係しています。
 1gの水が1gの水蒸気に気化する際に590カロリーの熱を奪います(潜熱)。1カロリーとは1gの水の温度を1℃あげる熱量です。
 よって590カロリーとは約6gの水を100℃にしてしまう熱だと考えることができます。つまり水が水蒸気になる時はそれだけ熱が奪われるということです。
 ちなみに氷が水に状態変化する場合は1g辺り80カロリーの熱を奪います。

 つまり都市部は地面がアスファルトでたくさん舗装されているので、雨が降った時地面に水が吸収できません。すると雨がやんで晴れた時に水が気化する量が、郊外や農村部に比べて少なくなるので、熱が減らないということです。
 あと気化熱に関して言えば、農村部に比べて緑地面積が少ないと、植物の「蒸散(=気孔から気化した水蒸気を排出する現象)」も減るから、それも関係していると思います。

 こう考えると要はアスファルトの舗装が元凶って気がしますよね。熱を奪ってくれる水は吸収しないわ、昼間はバシバシ赤外線貯め込んじゃうわ・・・
 ヒートアイランド現象で、ここまでアスファルトが関係しているとは思いませんでした。

気温の鉛直分布について

 地上から空に向かって真っすぐ観測ロケットを打ち上げて、高度によって気温がどのように広がっているかを調べたものを「気温の鉛直分布」と言うそうです。

 大気は今まで一層のモデルとして考えてきましたが、地層のように何枚かに分けることができます。でもやりすぎると複雑になっちゃうので、ここでは雲が出来る場所「対流圏(地面から上空13kmくらいまで)」とその上にある「成層圏」に分けて考えてきます。

 観測データによると対流圏では、上に1km上がるごとに気温が6℃ずつ下がっていきます。富士山の上の方に雪があるのを考えれば、「高いところは寒い」って言うのはイメージしやすいと思います。
 上空に行けばいくほど気圧が低くなるので、体積が膨張、熱エネルギーが分散します。これを「断熱膨張」と言います。
 つまり東京ディズニーランドのような混雑している場所では暑苦しいけど、広い割に人が少ない、平日の葛西臨海公園ではそうでもないって感じだと思います(この例え葛西臨海公園に失礼ですね…)。
 とにかく気圧の低下によって地面では23℃の気温が、対流圏のおわり「圏界面」ではマイナス6℃くらいまで下がっちゃいます。

 しかし成層圏に突入すると、成層圏のはじめ~上空20kmまでは気温の変化がほとんどなくて等温で、20kmを超えると、逆に徐々に気温が高くなるのです。
 これは一体どういうことか?ってことなんですけど、成層圏を暖めているのは、あの有名な「オゾン層(上空20km~50kmに存在)」だと考えられています。
 オゾンというのは酸素原子が三つで出来ている気体で、紫外線をシャットアウトしてくれますが、猛烈に反応性が高く、極めて不安定な気体であると言えます。
 だからオゾン層が壊れても、「よし、じゃあ直すべ」と、人間が実験室で手っ取り早く作るのは不可能で、光合成を行なうストロマトライトなどの生物の、何億年にも及ぶ地道な酸素の蓄積で形成されたとされています。
 
 オゾンの材料は言うまでもなく気体の酸素ですが、酸素は、酸素原子二つが共有結合と言うくっつき方をして、一つの「分子」として存在しています。
 この酸素分子に135㎚~240㎚の短い波長の紫外線がぶつかると、酸素の共有結合が外れて二つの酸素原子になります。
 酸素原子というのは、「オレは誰ともつるまねえ」と単体でやっていける金属原子のような一匹オオカミではなく、とにかく一人ぼっちが嫌な現代っ子で、すぐに分子を作りたがります。

 そこで寂しい酸素原子は、他の酸素分子と強引に合体、酸素原子三つのチームであるオゾンを作ります。しかし強引にできたチームオゾンの結束力は低く(=反応するエネルギーが高い)、すぐに元の酸素原子一つと酸素分子一つに戻ってしまいます。
 しかしこの酸素原子と酸素分子の合併に、成層圏の上部において窒素のような第3者(第3体と言います)が絡むと、その合併はいくぶん強固なものになります。
 オゾンの持つエネルギーを、第3体がうまく回収してくれるのでオゾンは安定して存在するのです。そのエネルギーの熱量は、オゾン一分子あたり24キロカロリーと言います。

 しかし上手いこと合併したオゾンも、成層圏の下の方で320㎚以上の波長が相対的に長い紫外線が当たると、酸素原子と酸素分子に戻ってしまいます。
 そこで出来た酸素原子は、今度はオゾンと反応、酸素原子は計4つになり、二つの酸素分子となります。ここで94キロカロリーの熱が発生します。

 ここまでの話を整理すると・・・

1.成層圏の上部では、短い波長の紫外線によって酸素分子からオゾンが作られる。またその過程で24キロカロリーの熱が発生する。

2.成層圏の下部では、長い波長の紫外線によってオゾンが酸素分子に戻る。その時94キロカロリーの熱が発生する。

となります。こういったプロセスを「チャップマン機構」と言います。
 つまりオゾン層において、プロセス1と2を繰り返していることで、合計118キロカロリーの熱が生み出されていて、それが成層圏を暖めている事になります。

国会中継について

 政治と金の問題も重要かもしれませんけど、この問題に関してはきりがないし、撲滅できない気がするんですよ。小沢さんが不起訴で、これからもいる限り。小沢さんのバックに相当法律に強いスタッフがいるのか、それとも自身が検察の捜査方法に精通しているのか・・・国家権力を黙らすほどの悪党ぶり!
 そもそも「政治資金規正法」って細川内閣の時、小沢さんが複雑にしちゃったんじゃないでしたっけ?複雑にしちゃえば、ちょろまかせるって思ったのかな?

 だからそれよりも他の政策の議論をした方が・・・と、ニュースの影響で考えていたんですけど、これはこれでおもしろいですね。
 前にも書きましたが、自民党がまだ与党ボケというか野党慣れしてなくて、史上最高にのどかな国会かな~と。
 特に人情派で知られる、自民党丸山和也弁護士の質問。めちゃくちゃ民主党政権励ましてて、笑った笑った。最後は鳩山総理の隣の亀井静香さんに「亀井さんはどう思う?」と質問を無茶ブリ。
 自民党が野党って、民主党が野党より全然いいな。罵詈雑言の国会って見ていてもあまり気持ちのいいものじゃないですし。罵り合いじゃなくて、建設的な議論をしてほしいんです。
 まあ政治と金の話は、自民党自身の大きな問題でもあるから及び腰なんでしょうね。「お前自分の党に言えよ!」ってなっちゃいますから。

暴走温室効果について

 知られざる強大な温室効果ガス「水蒸気」。これをふまえると「人為的に地球を温暖化なんて本当にできるの?」って感じですけど、この水蒸気、なかなかの曲者で、敵か味方か分からないんです。
 水蒸気はとにかく赤外線をめちゃくちゃ吸収するので、これが増えると、当然気温は上昇します。すると水がより蒸発し、たくさん水蒸気が出来ます。
 ここまでは分かりやすいと思うんですけど、ここから二通りのシナリオが考えられます。
 
 ひとつめが「正のフィードバック」で、水蒸気が増えてさらに地球の気温を上げて、それによって、よりたくさんの水が水蒸気になって、その水蒸気がさらに地球の気温を上げて・・・とえんえん繰り返され、最終的に地球の海が全部干上がって気体になっちゃうという、すごく恐るべきシナリオです。
 この状態を「暴走温室効果」といい、金星などで起きたと考えられています。
 
 ふたつめは「負のフィードバック」で、中学校で習うように、増えた水蒸気がふわふわと上空にのぼっていって、気温が下がり再び水に戻って雲を作る、というシナリオです。
 雲がたくさんできるということは、太陽からやってくる短波放射を地上に到達する前に、たくさんはね返してしまう(雲は白い上、雲を作る水滴は、太陽の短波放射をほとんど吸収しない)ので、地球の地面からの赤外放射の量が減り、その放射によって熱を吸収する大気の温度も下がるというわけです。
 
 おっかない響きの暴走温室効果ですが、つまりは水蒸気が雲になっちゃえば起きないってことなんですかね?
 頑張れ!地球の雲!!でも頑張り過ぎると今度は氷河期みたいに寒冷化になるのか・・・う~ん、ほどほどに頑張れ!

温室効果ガスについて

 いよいよ今回地球温暖化の本丸、温室効果ガスについて考えていきます。

 地球の温暖な気候には大気が大きく関わっている事を考えてきました。ちなみに計算をすると、太陽からやってくる短波放射を地球が吸収した時の熱量「πr2×(1-A)F0」と、地面からの熱を吸収した大気が、地球を暖める熱量「4πr2×ε×σ×Tair4」は、地球全体(昼夜が反対の北半球、南半球ひっくるめて)で考えると、大気からもらう熱の方が大きいそうです。
 この計算は、先生に詳しく説明を聞いてないので、さっぱりです。すいません。

 そして、大気の熱の吸収率はイプシロン(ε)であらわすのですが、その度合は二酸化炭素をはじめとする、温室効果ガスの濃度によって変わります。温室効果ガスは大気の熱、赤外線の吸収率を上げてしまいます。
 
 二酸化炭素は、温室効果ガスの大御所的存在で、化石燃料やプラスチックや木、つまりは有機物を燃やしたときに発生します。
 温室効果ガスには、他にもいくつか種類があって、家畜のゲップやウンチから発生するメタンガス、これは何気に二酸化炭素の21倍の温室効果があります(でも自然界で分解されるのは早いらしい)。
 そして一酸化二窒素N2O、これは排出規制がかかって現在は排出量が減っていますが、二酸化炭素の310倍の温室効果があります。極めつけはCFC、クロロフルオロカーボン、いわゆるフロンガスで、かつてオゾン層に穴をあけたりと大暴れしましたが、これ、なんと二酸化炭素の数万倍!の温室効果があるそうです。
 これら温室効果ガスを何とかしようと、現在エコブームで頑張っているわけです。

 しかしここで挙げた四つのガスは、人為的に発生させたり、また逆に抑制“できそう”な、温室効果ガスなのです。
 SF作家マイクル・クライトンは「人間は飛行機は作れるが、空自体は作れない。人間の力など自然に比べれば、ちっぽけなものだ。」と言いましたが、まさにその通りで自然界には人類の力では到底どうにもならない、とんでもなく巨大な勢力が存在するのです。

 それが「水=水蒸気」です。
 温室効果ガスと言ったら、やはり二酸化炭素をやり玉にあげることが近年多いですが、実は何を隠そう温室効果の最大最強の原因は水蒸気で、そのパワーは人間がどうこうできるレベルじゃない。
 強大な勢力すぎて、水蒸気は温室効果ガスから外されているのです。もう温暖化の陰の黒幕で、どうにもならない。大気中の水蒸気なんて、複雑すぎてバタフライ効果、人類には制御できないんです。
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