私たちが知っている地球上の生命は、温室効果ガスの存在なしには不可能でしょう。 これらの化合物は、大気中に少量存在し、 太陽の熱を捕らえ、その一部が宇宙に逃げるのを防ぎ、それによって地球の温度を生物の存在に適した値に保つことができます。。 ただし、 人間の活動によりこれらのガスの濃度が上昇し、地球全体の気候が変化しています。地球温暖化現象とそれに伴う結果を引き起こします。
温室効果ガスの仕組み、主な種類、発生源、地球の気候バランスに及ぼす影響を理解することは、気候変動に対処するために不可欠です。 この記事では、二酸化炭素 (CO2)、メタン (CH4)、亜酸化窒素 (N2O)、フッ素化ガス、およびその他の化合物に関する最も関連性の高い最新の情報、およびそれらの影響を測定するメカニズムと排出量を削減するための戦略について概説します。
温室効果ガスとは何か？そしてどのように作用するのか？
温室効果は生命にとって必須の自然現象ですが、その激化が現在の地球温暖化の主な原因となっています。 この用語は、農業用温室の仕組みにヒントを得たものです。ガラスの壁は太陽光を透過しますが、ある程度の熱を保持し、内部の温度を上昇させます。同様に、大気中に存在するいくつかのガスは 太陽からエネルギーを受け取った後、地球の表面から放射される赤外線を吸収し、再放射する。.
温暖化後に地球が放出する赤外線の90％は温室効果ガスによって吸収されます。 吸収された熱は再分配され、これらのガスが存在しなかった場合の-15°Cではなく、地球の平均温度を18°Cに保ちます。 主な温室効果ガスとしては、水蒸気、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、オゾンなどがあります。.
問題は、人間の活動、主に化石燃料の燃焼と森林伐採によって、大気中のこれらの成分の濃度が自然レベルを超えて増加したときに発生します。 これにより温室効果が強化され、エネルギーの不均衡が生じ、地球の気温上昇、気象パターンの変化、異常気象の増加につながります。
主要な温室効果ガス：その正体、起源、そして地球温暖化への影響
温室効果ガスは多様であり、発生源、性質、地球を温める能力が異なります。 国際機関による研究と現在の気候に関する知識によると、この現象を引き起こす主な要因は以下のように考えられます。
- 水蒸気（H2どちらか）： これは最も豊富で効果的な温室効果ガスです。 大量の赤外線を吸収する。主に水の蒸発によって生成され、 地球の気温に依存する。その濃度は高度、気温、地域の状況によって異なります。 水蒸気は強力な正のフィードバックループとして機能するため、非常に重要です。温度が上昇すると蒸発が増加し、さらに温度が上昇します。
- 二酸化炭素 (CO2): 産業革命以降、その濃度が急速に高まっているため、気候変動に関する議論の中心となっているガスです。それは、生物の呼吸、有機物の分解、化石燃料（石炭、石油、ガス）の燃焼、産業活動、森林伐採の結果として生成されます。 自然の CO2 サイクルには排出と吸収が含まれており、海洋と森林が主な自然の吸収源となっています。
- メタン (CH4): それは最も単純な炭化水素です。湿地、水田、反芻動物の消化器系、有機物の嫌気性分解によって自然に放出されるほか、畜産、廃棄物管理、化石燃料の採掘や輸送といった人間の活動によっても放出されます。 メタンは二酸化炭素よりも濃度が低いにもかかわらず、温室効果ガスを閉じ込める能力がはるかに高く、その割合は産業革命以前から2%増加している。
- 亜酸化窒素 (N2どちらか）： その主な原因は、集約農業、窒素肥料の使用、畜産業、廃棄物や化石燃料の燃焼、および一部の工業プロセスです。 CO2やメタンほど豊富ではありませんが、その地球温暖化係数は二酸化炭素の約300倍です。
- オゾン（O3): 紫外線を遮断して地球上の生命を守る成層圏オゾンと、大気の最下層に存在し、汚染物質間の化学反応の結果として生成される対流圏オゾンは区別されます。 対流圏オゾンは温室効果ガスとして作用し、健康に有害な汚染物質でもあります。
- フッ素化ガス（Fガス）: 人間が作り出したこれらの合成化合物には、ハイドロフルオロカーボン（HFC）、パーフルオロカーボン（PFC）、六フッ化硫黄（SF6）および三フッ化窒素（NF3）。これらは、冷蔵、空調、電子機器、工業プロセスに使用されます。 これらのガスは、他のガスに比べて濃度がはるかに低いにもかかわらず、地球温暖化係数が非常に高く、大気中での寿命が数千年続くことで知られています。
次の表は、主な温室効果ガス、その濃度、および地球温暖化への寄与率の推定リストを示しています。
| ガス | フォーミュラ | 大気濃度（約） | 貢献 （％） |
|---|---|---|---|
| 水蒸気 | H2O | 10〜50,000 ppm | 36-72 |
| 二酸化炭素 | CO2 | 約420ppm | 9-26 |
| メタン | CH4 | 約1.8ppm | 4-9 |
| オゾン | O3 | 2〜8 ppm | 3-7 |
大気中のすべてのガスが温室効果に寄与するわけではありません。 最も豊富なのは窒素（N2）、酸素（O2) やアルゴン (Ar) などの金属元素は、分子構造上、赤外線を吸収できないため、ほとんど影響を与えません。
地球温暖化係数とガスの大気寿命
さまざまな温室効果ガスの影響を比較するには、地球温暖化係数 (GWP) が使用されます。 この指数は、CO2 に関連して、一定期間 (通常は 20 年、100 年、または 500 年) にわたって各ガスがエネルギーを吸収して地球を暖める能力を定量化します。
例えば メタンの地球温暖化係数は84年で20、28年で30～100である。ながら、 亜酸化窒素のGWPは265に達する 100年。フッ素化ガスの GWP は 10.000 を超える場合があり、大気中での寿命は数百年から数千年に及びます。
温室効果ガスの持続も同様に重要です。 CO2 は 30 ～ 95 年、メタンは 12 年程度、亜酸化窒素は 3.200 世紀以上、六フッ化硫黄などのフッ素化合物は最長 XNUMX 年まで残留する可能性があります。
これは、今日の排出の影響が数十年または数世紀にわたって継続し、将来の世代に影響を及ぼすことを意味します。
自然および人為的排出源
温室効果ガスは自然起源のものもあれば、人間の活動の結果のものもあります。 例えば：
- CO2： 自然の循環（呼吸、分解、自然火災、火山）と化石燃料の燃焼、工業プロセス、森林伐採。
- メタン： 湿地、水田、シロアリ、海底火山活動、反芻動物の消化、廃棄物投棄場、石油・ガス採掘、パイプラインの漏れ。
- 亜酸化窒素: 土壌、海洋、農業肥料、バイオマス燃焼、化学製品製造における細菌プロセス。
- 対流圏オゾン: 太陽の作用による窒素酸化物と揮発性有機化合物間の化学反応。
- フッ素化ガス： 工業プロセス、冷凍システム、空調、消火器、マイクロエレクトロニクス製造での使用。
現在、温室効果ガス濃度の上昇の主な原因は人間の活動です。 石炭、石油、天然ガスをベースとしたエネルギー消費、農業、土地利用の変化は、過去数世紀と比較した際の違いを際立たせています。
人為的温室効果の激化
温室効果ガスの濃度の増加は、数十年にわたる工業化と天然資源の大規模な搾取の結果です。 産業革命以降、エネルギー需要、農業の機械化、大規模な森林伐採、産業の発展により、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素の排出量が急増しました。
例えば 化石燃料の燃焼は、EU における温室効果ガス排出量のほぼ 80% を占めています。 農業はメタンと亜酸化窒素の排出と関連があり、産業と廃棄物処理は二酸化炭素とフッ素化ガスの排出に寄与しています。
その結果、大気中にガスが蓄積され、自然の温室効果が強まります。 産業革命以前と比べて、二酸化炭素濃度は2%増加し、メタンはほぼ50%、亜酸化窒素は約150%増加しました。
地球温暖化による環境と社会への影響
地球温暖化は環境、経済、社会に広範囲にわたる影響を及ぼします。 主な影響は次のとおりです。
- 氷河の融解の加速と積雪の減少、その結果海面が上昇します。
- 異常気象の頻度と深刻度の増加熱波、干ばつ、洪水、激しい嵐など。
- 生物多様性の減少と生態系の改変食糧、水、生態系サービスの入手可能性に影響を与えます。
- 大気質の悪化と公衆衛生への悪影響 スモッグや大気汚染に関連する呼吸器疾患など。
- 農業と食料生産への影響、および農村人口の脆弱性.
- 自然災害や重要な資源の喪失によって引き起こされる人口移動および気候に関連した移住。
排出量の測定と比較：CO2換算値と評価方法
温室効果ガスの総合的な影響は、排出量だけでなく、地球温暖化能力と大気中での滞留時間によっても測定されます。 このため、専門家は、CO2の地球温暖化係数を基準として、さまざまなガスの影響を比較して合計できる「CO2換算」という概念を開発しました。
排出量は、経済部門（エネルギー、農業、輸送、工業、廃棄物）、国および地域別、さらには個人別（一人当たり排出量）で評価されます。 計算方法には、直接推定、排出係数モデル、質量収支、継続的な監視、ライフサイクル評価などがあります。
測定の課題には、透明性、データの可用性と一貫性、および各計算で使用される地理的および時間的境界の決定が含まれます。
吸収源の役割と土地利用の変化
大気は唯一の炭素貯蔵庫ではありません。陸地と海洋の吸収源も気候調節において基本的な役割を果たしています。 森林、ジャングル、土壌、湿地、海洋は大量の二酸化炭素を吸収して貯蔵する能力があり、地球温暖化を抑制します。
しかし、森林伐採やこれらの天然の吸収源の劣化により、吸収能力が低下し、大気中のガスの濃度がさらに増加します。 炭素吸収源を保護、回復、拡大することは、気候変動を緩和するための最も効果的かつ手頃な戦略の 1 つです。
エアロゾルと短寿命気候汚染物質
従来の温室効果ガスに加えて、エアロゾルと呼ばれる微粒子やその他の短寿命汚染物質も気候に影響を与えます。 エアロゾルは、砂漠の塵や火山の噴火などの自然発生源から発生する場合もあれば、化石燃料の燃焼や森林伐採などの人間の活動から発生する場合もあります。
構成に応じて、 一部のエアロゾルは熱を閉じ込める（温室効果に寄与する）一方、宇宙に反射するものもある（地球寒冷化に貢献している）。最も重要な短寿命気候汚染物質としては、ブラックカーボン、メタン、対流圏オゾン、ハイドロフルオロカーボンなどがあります。
これらの汚染物質を削減することで、気候と公衆衛生にすぐに利益をもたらすことができます。 大気中での寿命が短いため、排出量削減によるプラスの効果は数週間から数年以内に現れます。
排出削減のための国際的な行動と戦略
気候変動の課題には世界規模の協調的な対応が必要です。 京都議定書からパリ協定に至るまで、各国は排出量の削減を約束し、低炭素経済を実現するための戦略を策定してきました。
欧州連合、米国、およびその他の世界各国は、化石燃料の使用を制限し、再生可能エネルギーを促進し、エネルギー効率を改善し、フッ素化ガスの使用を規制し、廃水保護を促進するための立法および政治的措置を実施してきました。 注目すべき点としては、排出量取引、セクター別削減計画、炭素回収貯留（CCS）技術の研究などが挙げられます。
ソリューションは 交通とエネルギーシステムの変化必要になるまで 農業、畜産、産業の変革。持続可能な廃棄物管理と資源の合理的な使用も重要性を増しています。
技術革新と自然の解決策
温室効果ガスの排出を削減または排除するには、新しい技術の開発が鍵となります。 CO2 を捕獲、貯蔵、および活用するためのさまざまな技術があります。捕獲および貯蔵によるバイオエネルギー、直接空気捕獲、および農業用土壌での隔離を強化するためのバイオ炭生成などです。
さらに、 再生型農業の推進、森林、湿地、海洋の修復、生物多様性の保全は、気候変動を緩和するための重要な手段です。 これらの自然の解決策は、炭素隔離と生態系の適応および回復力の両方に貢献します。
地球規模の排出削減における課題
温室効果ガス排出量の世界的な削減は、多面的かつ複雑な課題です。 先進国（歴史的に主要な排出国）と発展途上国（排出量が増加している国）の間の不平等により、責任と資源を明確にすることが困難になっています。経済、地政学、技術の可用性、適応性は国によって大きく異なります。
人口増加、国際的な移動、消費と食習慣、経済発展はすべて、排出量の量と種類に影響を与えます。 したがって、ソリューションはさまざまな社会的、文化的、経済的状況に合わせて適応させる必要があります。
セクター別・国別排出量：世界全体の貢献
温室効果ガスの排出源は多様であり、複数の経済部門に広がっています。
- 電気と熱の生成 （主に石炭と天然ガスの燃焼による）二酸化炭素は世界最大の原因です。
- 輸送は化石燃料に大きく依存しており、脱炭素化が最も難しいセクターの1つです。
- 業界化学プロセス、セメント工場、材料製造などが含まれます。
- 農業、林業、土地利用メタンと亜酸化窒素の排出の原因となるだけでなく、吸収源も削減します。
- Gestiónderesiduos特に埋立地と廃水処理です。
国レベルでは、過去と現在の排出量は大きく異なります。 米国、欧州連合、ロシア、中国は、早期の工業化と開発規模により累積排出量でトップを占めている一方、中国やインドなどの新興国では、ここ数十年で一人当たりの排出量が増加している。
人工温室効果ガスの役割：フッ素系ガス
フッ素系ガスは、地球温暖化に不釣り合いな影響を及ぼす合成化合物です。 彼らはその中でも際立っています。
- ハイドロフルオロカーボン（HFC）： 冷凍、空調、エアロゾル、フォームに使用されます。それらの温暖化係数は CO2 の数千倍にもなります。
- パーフルオロカーボン（PFC）： アルミニウムおよびエレクトロニクス業界の従業員。これらは極めて安定しており、何千年も大気中に残ります。
- 六フッ化硫黄（SF6): 電気機器の絶縁に使用されます。これは知られている中で最も強力な温室効果ガスだと考えられています。
- 三フッ化窒素（NF3): 半導体およびマイクロエレクトロニクス業界で使用されます。存在量は少ないものの、地球温暖化への影響は非常に高い。
国際目標を達成するには、管理された使用を促進し、これらのガスを安全で気候に優しい代替物に置き換えることが不可欠です。
温室効果ガスの影響を決定する要因
各ガスが地球温暖化に与える影響は、主に次の 3 つの要因によって決まります。
- 大気中の濃度: 濃度が高くなるほど、保持されるエネルギーへの影響が大きくなります。
- 滞在期間: 数十年または数世紀にわたって大気中に残留するガスは長期的な影響を及ぼします。
- 熱吸収ポテンシャル: いくつかのガスは、それほど豊富ではないものの、エネルギーを閉じ込める効果ははるかに高い（メタンやSF6).
そのため、 たとえ排出量が少量であっても、地球温暖化係数の高いガスを制御することは、気候政策の有効性にとって不可欠です。
大気からのガスの回復、回収、除去
気候変動との戦いには、排出量の削減だけでなく、大気中の温室効果ガスを除去することも含まれます。 最も有望な技術は次のとおりです。
- CO2の地中回収と貯留 安全な地下構造で。
- 直接空気回収CO2を抽出し、貯蔵または再利用する技術を使用します。
- 農業土壌の吸収力向上 バイオ炭の使用と持続可能な農業慣行を通じて。
これらの技術は、森林、土壌、湿地などの自然の吸収源の保護と回復によって補完されなければなりません。
気候教育と意識啓発の重要性
気候変動に対処するには、情報に精通し、意識が高く、関与する国民を育成することが重要です。 環境教育、科学的な啓蒙活動、明確な情報へのアクセスは、社会を動かし、持続可能な慣行を促進し、政府や企業に責任ある決定を下すよう圧力をかけるために不可欠な手段です。