極成層圏雲内の氷晶がオゾン層の破壊に果たす役割の微物理過程の実験的研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05455001
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 古川 義純 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20113623)
• Keywords: オゾンホール / フロンガス / 氷結晶 / 第2高調波発生 / 分子動力学法 / 表面構造 / 表面融解

Research Abstract

1.氷結晶表面がオゾン分子の破壊反応に及ぼす影響を見積もるための実験を行った。このためには、氷結晶表面の構造を分子レベルで解析するための手法を確立することがまず必要である。今年度貼、氷結晶表面へ超強力なパルスレーザー光を照射し、表面で発生する第2高調波(Second Harmonic Generation,SHG)の検出の実験を行った。その結果、極めて注意深く作製した氷表面の試料からは検出可能な強度のSHGが発生することを確かめた。これにより、氷結晶表面の分子配列及び吸着異分子の挙動の解析が可能となった。この手法により、オゾン破壊反応に伴なう氷結晶表面での反応生成物の分析を開始した。
2.氷結晶表面でのオゾン破壊反応の素過程を解明するため、分子動力学法による計算機シミュレーションを行った。その結果、氷結晶表面には、分子配列の乱れた遷移層が存在することが明らかになった。このような層に含まれた水分子は、フロンの分壊で生じるHclやClONO_2などの分子と極めて容易に反応すると予想される。従って、これが氷表面のオゾン破壊の活性度を上昇させる原因のひとつと考えられる。
3.計算機シミュレーションの結果は、氷の表面構造に強い異方性が存在することを明らかにした。このことは、オゾン破壊反応の活性度が結晶の面方位により異なることを意味している。すなわち、従来から指摘されている様な極成層雲中の氷晶の形状がオゾン破壊反応の活性度と関連しているとする考え方を指示する結果を得た。

Research Products

• [Publications] H.Nada: "Arisotropic Properties of Ice/water Interface:A Molecular Dynamics Study" Jpn.J.Appl.Phy.34. 583-588 (1995)
• [Publications] Y.Furukawa: "Experimental study on the melting transition at interface between Ice and substrate" in The Structure of Surfaces. IV. 511-516 (1994)