| 研究課題/領域番号 |
23K28213
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| 補助金の研究課題番号 |
23H03523 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分63010:環境動態解析関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
中川 書子 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (70360899)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2026年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2025年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
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| キーワード | 対流圏 / オゾン / 一酸化窒素 / 二酸化窒素 / 三酸素同位体組成 / 都市大気 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、大気中の二酸化窒素の生成反応を定量的に判別できる新指標として二酸化窒素および一酸化窒素の三酸素安定同位体組成に着目し、この実測に世界で初めて挑戦する。本研究が実現することで、対流圏オゾンの生成反応をはじめとした対流圏窒素酸化物の光化学反応過程を、既存の数値モデルとは独立に把握できる。既存の数値モデルの検証が実現し、より確度の高い将来予測につなげることができる。また、不均一反応のように、反応速度定数の決定が難しい反応が関与する場合でも、大気光化学反応過程が解明できる。これは大気光化学反応過程解析に革新的な進歩をもたらすものであり、大気化学や地球環境科学に新時代を切り拓く。
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| 研究実績の概要 |
温室効果ガスであり大気酸化力もあり重要な対流圏オゾンは、主に一酸化窒素と有機過酸化ラジカルとの反応で生成した二酸化窒素が光解離する過程で生成される。そこで本研究では、大気中の二酸化窒素および 一酸化窒素の三酸素同位体組成の定量化手法を確立し、二酸化窒素の主要生成経路(オゾンによる酸化反応か、有機過酸化ラジカルによる酸化反応か)を判別し、その相対寄与率を直接定量化した。そして、二酸化窒素の光解離速度より見積もられたオゾンの総生成速度に有機過酸化ラジカルによる酸化反応の寄与率をかけることにより正味のオゾン生成速度を見積もることを試みた。
観測は名古屋市の都心域と郊外域の２地点で昼夜別に行った。多段フィルターパック法を用いて、窒素酸化物（4種）の各化合物を亜硝酸イオンの形で同時に捕集した他、オゾンを硝酸イオンの形で捕集し、超純水に抽出後、化学的に亜酸化窒素に還元し、さらに熱分解によって酸素化した後、質量分析計に導入して三酸素同位体組成を求めた。得られた結果より一酸化窒素と二酸化窒素の反応過程を定量的に把握した上で、上記の正味オゾン生成速度を見積もった。
名古屋市において、有機過酸化ラジカルによる酸化反応の寄与率を見積もったところ、都心域で19-47%、郊外域では2-50%であった。これより正味のオゾン生成速度を算出したところ、都心域で0.6-3.3 ppb/min、郊外域では0.03-1.2 ppb/minと見積もられた。日射量が多くオゾン生成が活発になる夏季の平均オゾン生成速度を比較したところ、都心域（0.1ppb/min）は郊外域(0.2ppb/min)の５倍以上あり、都心域ではオゾン生成が非常に活発であることが明らかになった。交通量の多い幹線道路沿いでは、自動車から排出される一酸化窒素や揮発性有機化合物の影響でオゾン生成速度が局所的に速くなっている可能性が考えられる。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
2年目以降の目標は、本研究で新規開発した二酸化窒素および一酸化窒素の三酸素同位体組成分析法を用いて大気観測を行う。大気試料は昼夜別に採取して二酸化窒素および一酸化窒素の三酸素同位体組成およびオゾンの三酸素同位体組成を実測する。そして、二酸化窒素の生成に対する「有機過酸化ラジカルによる酸化反応の寄与率」を算出し、観測大気における正味のオゾン生成の有無および正味のオゾン生成速度を算出することである。
2024年度は2023年度に引き続き、愛知県名古屋市で観測を行った。窒素酸化物類や揮発性有機炭素化合物の濃度が異なる2地点(都心の若宮大通公園と郊外の名古屋大学)で観測を行い、比較を行った。特に、自動車や工場から窒素酸化物類や揮発性有機炭素化合物などの汚染物質が放出され、これらがオゾン生成に与える影響を定量的に評価した。多段フィルターパック法で捕集した各窒素酸化物の濃度をイオンクロマトグラフ法により定量し、現場で連続観測した窒素酸化物類・オゾン濃度等の基本データと比較・検証した。その上で、連続フロー型の三酸素同位体組成定量システムを用いて、一酸化窒素・二酸化窒素・オゾンの三酸素同位体組成を定量して「有機過酸化ラジカルの寄与率」を見積もり、観測大気における正味のオゾン生成の有無および正味のオゾン生成速度を算出した。また、新手法開発の際、本研究で対象とする一酸化窒素には同位体標準ガスが存在しないことから、水の酸素同位体比国際標準を使って市販の一酸化窒素の酸素同位体比を決定することによって、国際標準で値決めされた一酸化窒素同位体標準を用意するのに成功している。本研究で新しく開発した分析法および名古屋市の観測結果は学会で報告した。本研究は、当初の研究計画どおりに進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
3年目も引き続き、本研究で新規開発した二酸化窒素および一酸化窒素の三酸素同位体組成分析法を用いて大気観測を行う。大気試料は昼夜別に採取して二酸化窒素および一酸化窒素の三酸素同位体組成およびオゾンの三酸素同位体組成を実測する。そして、二酸化窒素の生成に対する「有機過酸化ラジカルによる酸化反応の寄与率」を算出し、観測大気における正味のオゾン生成の有無および正味のオゾン生成速度を算出する。2025年度は、愛知県名古屋市で観測を行う他、北海道札幌市（北海道環境科学研究センター）でも観測を行う。申請者らの先行研究で、名古屋市および札幌市でガス状亜硝酸と二酸化窒素の三酸素同位体組成を観測したところ両都市間で大気化学反応環境が有意に異なることが確認されたことから、札幌市は名古屋市と大気環境が大きく異なると考えられることから札幌市でも観測を行い、実証する計画である。
多段フィルターパック法で捕集した各窒素酸化物の濃度をイオンクロマトグラフ法により定量し、現場で連続観測した窒素酸化物類・オゾン濃度等の基本データと比較・検証する。その上で、連続フロー型の三酸素同位体組成定量システムを用いて、一酸化窒素・二酸化窒素・オゾンの三酸素同位体組成を定量して「有機過酸化ラジカルの寄与率」を見積もり、観測大気における正味のオゾン生成の有無および正味のオゾン生成速度を算出する。結果をもとに、各大気環境下のオゾンに対する越境汚染等の影響を評価する。本研究で新しく開発した分析法は学会で報告する他、欧文誌に投稿する。
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