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太陽から放射されているエネルギーはすべて、電磁波のかたちで地球に到達します。
電磁波は、その波長の長さによって、さまざまな名前がついています。
いちばん波長の長い電磁波はふつう電波といわれているものです。
電磁波は、波長の長い順に、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、７線、宇宙線となっています。
宇宙に存在するすべての天体は、電磁波のかたちでエネルギーを放射していますが、天体の表面温度が高ければ高いほど、その波長は短くなります。
太陽の表面温度は六〇〇〇度に上りますので、太陽から放射される電磁波は波長がきわめて短く、ほとんど〇・ニミクロン（μ）から〇・四ミクロンの範囲にあって〇・五ミクロンのところでエネルギーの強度が最大となります。
可視光線として人間の目にみえる電磁波の波長は、〇・三五ミクロンから〇・七ミクロンの間で、太陽からのエネルギーの半分に当たります。
波長が〇・三五ミクロン以下の電磁波は紫外線で、さらに波長の短い部分は、つよいエネルギーをもっていて、生物が直接浴びたときには、死を意味します。
地球の大気は、地上一〇キロメートルから四〇キロメートルにかけてオゾン層でおおわれています。
オゾン層は、波長〇・二九ミクロンから〇・二二ミクロンの電磁波をほとんど完全に吸収してしまいます。
そのため、紫外線をはじめとして、つよいエネルギーをもった電磁波はごくわずかしか地表にまで到達しません。
地球の歴史で、このオゾン層がつくられるまでに何十億年というながい時間がかかっていますが、生物が海のなかから出て、陸に上がることができたのは、このオゾン層がつくられて、危険な電磁波をさえぎってくれるようになったからです。
ところが、近年、オゾン層が破壊されて、大きな穴ができはじめていることがわかりました。
その原因はフロンガスによるものです。
フロンガスについては、あとでくわしくお話したいと思います。
太陽から放射された電磁波はさらに、大気中の雲や気体分子によって吸収されたり、散乱されたりして、ごく一部分だけが地表に到達します。
とくに、波長が〇・七四ミクロンより長い赤外線は、水蒸気によって吸収され、また、波長ニミクロンの周辺も二酸化炭素によって吸収されてしまいます。
しかし、波長が〇・三五ミクロンから〇・七ミクロンの範囲内にある可視光線は、そのほとんどが地表にまで到達します。
つまり、大気は可視光線については透明であるということになります。
地球は、地表の温度が一五度で、太陽よりずっと低い温度です。
地球から放射されるエネルギーは赤外線のかたちをとり、大気中にある水蒸気、二酸化炭素などによって吸収されます。
この熱エネルギーはまた地表に向けて再放射され、地表の温度を高める役割をはたすわけです。
そして大気の温度かおる程度高くなると、その熱エネルギーは宇宙空間に向けて放射されることになります。
このように、大気はちょうど温室のような働きをしているわけで、二酸化炭素などの気体が温室効果ガスとよばれるのは、このためです。
太陽からの放射と地球からの放射とはまったく波長の異なる電磁波のかたちでおこなわれています。
温室効果ガスは、二酸化炭素、水蒸気のほかに、オゾン、メタン、亜酸化窒素、フロンガスがあります。
地球上に大気皿がまったく存在せず、温室効果ガスがなかったとすれば、太陽から地球へ放射されるエネルギーはそのまま宇宙に向けてふたたび放射されてしまい、そのときの地表温度は零下一八度にまで下がってしまいます。
このような温室効果は、地球以外の太陽系の惑星についてもみられます。
金星憶、地球より内側の公転軌道を回っていますが、金星の大気の気圧は地球に比べて九〇倍ぐらい高く、しかも二酸化炭素が九〇％以上も含まれています。
金星の平均地表気温は四七七度という高温で、鉛が熱水のように溶けて流れ、硫酸の雨が降りそそいでいます。
金星に、このような高温をもたらしているのは、二酸化炭素による温室効果にほかならないのです。
もし温室効果がなかったとすれば、金星の平均地表温度は零下四六度という寒さです。
地球の外側の公転軌道を回っている火星の場合、その大気圧は地球の〇・七％で、二酸化炭素が八〇零下四七度で、とても生物が生息できるような環境ではありません。
地球をおおっている大気の化学的構成が、美しい自然をつくり、生物が生存するために最適な環境をつくりだし、安定的に保たれているのをみると、まさに自然の摂理という言葉がぴったりあてはまるように思われます。
温室効果をもつ気体は、二酸化炭素のほかに、メタン、亜酸化窒素、フロンガスがあります。
そのうち、二酸化炭素についで温室効果の大きいのはメタンです。
大気中のメタンの濃度は七ｐｐｍですから、二酸化炭素に比べるとはるかに微量しか含まれていません。
しかし、メタンの温暖化効果は、二酸化炭素の二〇倍から六〇倍で、温暖化の要因の二〇％を占めると考えられています。
大気中のメタンの濃度は現在すでに、産業革命の頃に比べて約二倍の水準になっています。
しかも毎年一％程度の割合でふえています。
大気中の寿命は比較的短く、一〇年ぐらいですが、メタンも、南極や、グリーンランドの氷床コアを分析して、二二万年前にまでさかのぼって大気中の濃度が測定されています。
メタンの濃度も、二酸化炭素と同じように、地球の平均気温と密接な関係をもっています。
このニ八万年聞を通じて、もっとも、メタンの濃度が高かったのは、いまから二二万年前と一万五〇〇〇年前ですが、いずれもほぼ〇・六五ｐｐｍです。
現在の濃度七ｐｐｍがいかに高いか、わかると思います。
メタンは、有機物が、酸素の不足している状態で、腐敗、発酵するときに発生すると考えられています。
自然の湿地、水田、家畜の腸内発酵、あるいは糞尿や堆肥の処理過程などから発生しています。
天然ガスの主成分はメタンですので、天然ガスの採掘からもメタンが大量に発生します。
最近、アラスカやシベリアで、ツンドラ地帯が一部解けはじめて問題となっています。
将来、地球温暖化が進んで、ツンドラ地帯の永久凍上が解けて、そのなかに固定されているメタンが大量に大気中に放出される危険も指摘されています。
亜酸化窒素は、大気中の濃度が現在五〇ｐｐｂで、毎年〇・二％ないし〇・三％の割合でふえています。
一ｐｐｂというのは、大気十億分子のうち、一分子だけ含まれていることをあらわします。
三一〇ｐｐｂというのは、大気十億分子のうち、亜酸化窒素が三一〇分子含まれていることを意味するわけで、いかに微量しか存在していないかわかると思います。
亜酸化窒素の温暖化効果は大きく、二酸化炭素の二三〇倍程度で、まだ大気中の寿命も一五〇年とながく、全体の温暖化のほぼ、六％の要因となっていると考えられます。
亜酸化窒素は、海洋、森林の土壌などから自然に放出されていますが、化石燃料やバイオマスの燃焼、開墾、肥料などによっても放出されます。
フロンガスは、一九三〇年代にはじめて人工的につくりだされた化学物質で、それまでは自然界には存在しなかったものです。
フロンガスは、人体に対する毒性が低く、化学的にも安定していて、さまざまな長所をもった化学物質です。
フロンガスの合成に成功したとき、奇跡の物質といわれたものです。
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