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講義No.09614

微量なのに影響が大きい大気中の有機分子

大気に含まれる微量の有機分子

 大気は、約21%の酸素と約78%の窒素、約1%のその他の物質でできています。その他の物質とは、水や二酸化炭素、アルゴン、またメタノールやメタンなどの有機分子、それに金属です。中でも、有機分子は窒素の約10億分の1と微量ですが、その影響は無視できません。二酸化炭素には温室効果があり、それが地球温暖化の原因になっていることはよく知られていますが、有機分子も地球環境に影響を与え、健康被害を引き起こすからです。

微量なのに影響が大きい理由

 窒素は大量にありますが、化学反応を起こしにくいので問題はありません。それに対して、有機分子は光化学反応で酸素と結合して重くなり、揮発しないため液体や固体などに状態変化します。そうすると、健康被害を引き起こすPM2.5のようなエアロゾルの核となり、その増加を促してしまいます。エアロゾルはスモッグの原因になり、健康被害を引き起こしたり、日照不足で作物の生育に悪影響を与えたりします。
 またオゾンは、成層圏にある場合は紫外線を吸収して遮るため生物にとって有益ですが、対流圏にあると健康に害を及ぼします。有機分子はオゾンを発生させる作用があり、このような化学反応はスピードが速いので、微量でも影響が大きいのです。

有機分子の化学反応プロセスをさらに探究する

 この問題に対処するためには、まず、有機分子の種類や濃度を知ることが必要です。「質量分析」という方法を使うと、リアルタイムでそれを知ることができます。観測点のデータに、地形などほかの情報を加味して、統計学的な手法で全体の濃度を推測します。その発生源は、動植物の排出物といった生命体活動によるものと、車の排ガスや工場の煤煙(ばいえん)など人為的なものがあります。
 しかし、有機分子の濃度を調べるだけでは、根本的な解決にはなりません。地球環境を悪化させる原因や健康被害の要因を明らかにするためには、有機分子の性質や化学反応のプロセスをさらに精緻(せいち)に探究することが重要です。

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この学問が向いているかも 大気化学、質量分析学

横浜市立大学
理学部  准教授
関本 奏子 先生

メッセージ

 私は、「質量分析」という微量の物質を測定できる手法を使って、空気中に含まれる有機分子を計測しています。理由は、そういった有機化合物が地球の大気環境や気候変動に影響しているからです。
 私自身は、大気に含まれる一つひとつの物質がどのような性質を持っていて、最終的に私たちが住んでいる地球にどんな影響を与えるのか、というところに興味があって研究しています。あなたがこうした研究に興味があるなら、ぜひ研究室に見学に来てください。

先生の学問へのきっかけ

 幼稚園から高校までキリスト教系の学校に通っていました。そこでは、発展途上国をはじめとした世界の国々について知る機会が多くあり、将来はグローバルな仕事に関わりたいと思うようになりました。そこで大学で出合ったのが、物質をイオン化することで解析・測定する「質量分析」という技術です。私はこの技術を、大気環境に影響を与える化合物の生成・消滅反応の解析や、濃度計測に利用しています。そのような研究を進める中で、地球環境問題を化学分析の研究から明らかにしていくという、グローバルな課題に出合いました。

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関本 奏子 先生がいらっしゃる
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 横浜市立大学は、「実践的な教養教育」を導入しています。高度な専門知識を教養教育を通じて身につけ、バランスのとれた人材育成を図る教育システムです。日本を代表する国際港湾都市に位置する大学として、世界に羽ばたく人材の輩出を目的に、国際感覚を養うさまざまな取り組みも充実しています。個々の可能性を最大限引き出すための厳しい教育プログラムを愛情を持って進めていきます。

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