| Project/Area Number |
23K24990
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| Project/Area Number (Other) |
22H03736 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
竹中 規訓 大阪公立大学, 大学院現代システム科学研究科, 教授 (70236488)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 佑介 大阪公立大学, 大学院現代システム科学研究科, 准教授 (90780099)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 雪氷化学 / 光化学反応 / 対流圏オゾン / 氷中の反応 / 臭素 / 二酸化窒素 / 亜硝酸 / 硝酸 |
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| Outline of Research at the Start |
化学的に安定と信じられている雪氷中で起こる様々な化学反応や光化学反応の特徴を明らかにする。
雪氷中で生成した臭素が融雪時に放出され、極域の対流圏オゾンを触媒的に分解し、極域における春の大気化学に影響を与えている。この雪中の臭素の存在は知られておらず、本研究ではなぜ臭素が存在しているにも関わらず、検出されないか、その臭素が雪中でどのように反応に関わるかを明らかにすることが1つ目の目的である。また、然の雪中でどの程度硝酸の光化学反応が促進されるのかを明らかにすることと、この硝酸の生成過程を明らかにする。
追加的に別の課題で研究を行っているウルトラファインバブルの氷中での存在や反応について明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は4つの研究を行った。それぞれの結果について
1)氷中の臭素は過酸化水素が存在すると反応して臭化物イオンを生成するため、氷中の臭素の濃度を測定することができない。そこで、融解時に過酸化水素が臭素と反応しないように、二酸化マンガン溶液中で解凍することで、臭素が過酸化水素と反応しないようにした。しかし、様々な条件で試みたが、臭素を保持することはできないことが分かった。
2) 氷中に生成した臭素は徐々に大気へ放出される。しかし、その放出量は徐々に減少し、2日程度で、ほぼ放出が止まることが分かった。また、その後、氷中では長期にわたり安定に存在すること、融解すると高濃度の臭化物イオンが存在していても直ちにほぼすべての臭素が放出することが分かった。氷中で生成した臭素は氷中に保存されること、春季に氷の融解と共に放出されていることが示唆された。
3)氷中では光が多重散乱をするために光分解が効率よく起こる。溶液ではほぼ起こらない硝酸の光分解も氷中ではかなり進行する。どの程度の促進作用がるのかを硝酸の光分解から調べた。その結果、実験室では容器壁面から出た光が戻ってこないために南極のような雪氷だけの条件に比べ光の多重散乱の回数が少なく、光分解の程度が大きく抑制されることが分かった。また、北海道の屋外において、雪の中の光の減衰の程度を測定する実験を行った。その結果、南極に比べ減衰速度が非常に速いことが分かった。
4)冬期に雪表面からHONOが放出されているのではないか、雪の表面でNO2から硝酸が出ているのではないかという指摘を受けた。そこで、実験室内において、氷表面におけるNO2からの硝酸やHONOの生成を調べた。その結果、反応により生成した硝酸は氷中に残り、HONOは主として気体として放出されること、純氷の場合は硝酸よりもHONOの生成量の方が少し多いことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
凍結による臭化物イオンと過酸化水素の反応の解明には氷中で生成した臭素の測定が必須でるが、非常に難しく研究が遅れている。屋外で調査する段階に達していない。今後は試料に残った過酸化水素を定量することで生成量を見積もることができるかどうかを試みている。一方で臭素の放出挙動については、ほぼ計画通りに進んでおり、2024年度は放出される臭素の屋外測定を計画している。
硝酸の光分解に関しても、その濃度が非常に低いため十分な再現性が得られていないため、進捗が遅れている。濃度を高くするなど、連続測定ができないかなど、さらに検討していく。氷表面におけるNO2の反応は、少し遅れている、純氷との反応は結果が得られが、自然雪での実験に間に合わなかった。自然雪を今保存しているので、この研究を進めていく。また、雪の結晶形の違いと反応性の違いの調査を屋外で行う予定であったが、この冬の2月の暖冬のために予定していた長岡では降雪がほとんど得られず、測定ができなかった。2024年度はぜひ屋外調査を行いたい。さらに雪中の太陽光強度の減衰測定では、光強度を全方向から受光するために、拡散球を検出器に取り付ける必要があるが、雪の中で測定する市販のモノは存在せず自作したが、光検出の方向依存性があることが分かり、2023年度に測定した光強度の減衰は、参考値となってしまった。そのため、いくつかの場所での測定ができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は臭素の放出挙動の実験室実験はほぼ終えたので、次の3つのテーマの研究を並行してすすめていく。
1) 試料に残った過酸化水素を定量することで生成量を見積もることができるかどうかを試みる。また、凍結試料を直接分光光度計で測定できるかどうかを調べる予定である。また、実際の雪の中の臭化物イオンや過酸化水素の測定を行う予定である。
2) 雪の中の硝酸の光分解を、自然雪を用いて調べる。生成するHONO、硝酸、NO、NO2濃度を測定し、雪の組成との関係を明らかにする。また、フィールドにおいて、太陽光により分解し放出される気体、雪の中に残る成分などの調査を行う。さらに、雪の深さごとの太陽光スペクトルを測定し、減衰の程度と雪組成の関係を調べる。
3) 自然雪とNO2の反応を調べる。現在、2023年度の2月に採取した雪試料を保存しているので、その雪を用いた実験室実験を行い、反応量の違い、生成する組成の違いと雪組成の関係を調べる。また、長岡において、降雪の結晶形の違いと生成物の違いを調べる。さらに雪氷表面から放出されるHONOの測定を行い、放出挙動を調べる。
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