対流圏の光化学と酸化

太陽光がどのようにして反応性ラジカルの生成を促進し、下層大気中の微量ガスを酸化・除去するのか。

Definition

対流圏の光化学と酸化とは、下層大気中の微量ガスの化学的除去を開始および伝播させる、太陽光によって駆動される一連のラジカル反応である。

Scope

ラジカルを生成する光分解反応、オゾン光分解と水蒸気からのヒドロキシルラジカルの生成、メタンと一酸化炭素の酸化連鎖、ヒドロペルオキシラジカルと有機ペルオキシラジカルの循環、および大気の自己浄化酸化能力の概念を扱う。

Core questions

• 対流圏ではどのようにしてヒドロキシルラジカルが生成されるのか？
• ヒドロキシルラジカルはなぜその微量な濃度にもかかわらず、主要な酸化剤となるのか？
• ラジカル連鎖はメタンと一酸化炭素の寿命をどのように制御するのか？

Key theories

ヒドロキシルラジカル駆動型酸化連鎖

オゾンの光分解により励起酸素原子が生成され、これが水蒸気と反応してヒドロキシルラジカルを形成する。ヒドロキシルラジカルはほとんどの微量ガスを酸化するラジカル連鎖を開始する。

Mechanisms

紫外太陽光はオゾンを光分解して励起状態の酸素原子を生成し、その一部が水蒸気と反応して2つのヒドロキシルラジカルを形成する。ヒドロキシルラジカルは一酸化炭素、メタン、揮発性有機化合物と急速に反応し、ヒドロペルオキシラジカルと有機ペルオキシラジカルを生成する。これらは一酸化窒素と反応してヒドロキシルラジカルを再生し、酸化連鎖を維持する。定常状態のヒドロキシルラジカル濃度は、1立方センチメートルあたり約100万分子に過ぎないが、ほとんどの反応性微量ガスの大気中寿命を決定する。

Clinical relevance

ヒドロキシルラジカルの酸化能力は、汚染物質やメタンなどの温室効果ガスがどれくらいの期間残留するかを決定し、大気質と気候の主要な制御因子となる。

History

クルッツェンらの知見に基づき、ハイラム・レヴィが1971年にクリーンな対流圏がかなりのヒドロキシルラジカル濃度を維持していることを計算したことで、大気の酸化能力に関する現代の理解が確立された。

Key figures

• Hiram Levy
• Paul Crutzen

Seminal works

• levy1971
• seinfeldPandis2016

Frequently asked questions

なぜヒドロキシルラジカルは「大気の洗剤」と呼ばれるのですか？

それは、ほとんどすべての反応性微量ガスと反応してその分解を開始し、微量にしか存在しないにもかかわらず、大気から汚染物質を除去するからです。