温室効果：生成方法、原因、ガス、結果 - 環境 - 2025

温室効果は、雰囲気は、地球によって放出された赤外線の一部を保持する自然なプロセスであり、したがって、それを加熱します。この赤外線放射は、太陽放射によって地球の表面で生成された熱から発生します。

このプロセスは、不透明な物体としての地球が日射を吸収して熱を放出するために発生します。同時に、大気があるため、熱が宇宙空間に完全に逃げることはありません。

温室効果スキーム。出典：ロバートA.ローデ（英語版ウィキペディアのドラゴンズフライト）、スペイン語felixへの翻訳、適応レイアウトバスケ

熱の一部は、大気を構成するガスによって吸収され、全方向に再放出されます。したがって、地球は15℃の平均温度を確立する特定の熱平衡を維持し、生命が発達することができる可変範囲を保証します

「温室効果」という用語は、周囲温度が必要以上に低い気候で植物を成長させるための温室と似ています。これらの栽培家では、プラスチックまたはガラスの屋根が日光の通過を可能にしますが、熱の排出を防ぎます。

このようにして、より低い外気温に関係なく、植物の発達に有利な暖かい微気候が維持されます。

温室効果に最も関連するガスは、水蒸気、二酸化炭素（CO2）、およびメタンです。その後、人間による汚染の結果として、他のガスが組み込まれ、CO2レベルが増加します。

大気中のCO2ガス、水蒸気、メタン

これらのガスには、窒素酸化物、ハイドロフルオロカーボン、過フッ化炭化水素、六フッ化硫黄、およびクロロフルオロカーボンが含まれます。

温室効果は良いですか悪いですか？

温室効果は、その存在に適切な温度範囲を保証するため、地球上の生命にとって基本です。ほとんどの生化学プロセスでは、-18ºC〜50ºCの温度が必要です。

地質学の過去には、地球の平均気温に増減がありました。過去2世紀の間、地球の気温は持続的に上昇するプロセスがありました。

違いは、現在、増加率が特に高く、人間の活動に関連しているように見えることです。これらの活動は、現象を強調する温室効果ガスを発生させます。

では、何が問題なのでしょうか？

工業化の結果として、18世紀半ば以降、人間は環境に汚染物質を永続的に追加しています。これらの汚染物質の中には、熱を吸収したりオゾン層を損傷したりするために、温室効果に寄与するガスの放出があります。

オゾン層は成層圏の上部にあり、紫外線（高エネルギー）の太陽放射をフィルタリングします。紫外線が多ければ多いほど、より多くの熱が発生し、さらに変異原性の影響が生じる可能性があります。

一方、CO2やメタンなどの保温性ガスは、地球からの放出熱損失を低減します。オゾン層を損傷するガスには、すべてフッ素化合物と塩素化合物があります。

温室効果の増加の結果は、地球の温度の増加です。これにより、極地の氷や氷河の融解など、一連の気候変動が引き起こされます。

温室効果はどのように生み出されますか？

-地球の大気

大気の層

大気の化学組成と構造の基本的な要素を理解することは、温室効果を理解するための基本です。

地球大気の化学組成

窒素（N）は、地球の大気の構成要素である79％と酸素（O2）が20％を占めています。残りの1％はさまざまなガスで構成されており、そのうち最も豊富なのはアルゴン（Ar = 0.9％）とCO2（0.03％）です。

これらのガスは、太陽光、つまり太陽が放出する短波エネルギー（可視および紫外スペクトル）を吸収できません。

大気の層

大気ガスの割合が最も高いのは、地表から高さ50 kmまでの帯に集中しています。これは、引力が原因で、大気を構成するガスに重力がかかるためです。

これらの最初の50 kmの大気では、2つの層が認識されます。最初の層は0〜10 kmの高さで、2番目の層は10〜50 kmの高さです。1つは対流圏と呼ばれ、大気のガス状質量の約75％を集中します。

2つ目は、成層圏であり、大気のガス質量の24％を濃縮し、その上部にはオゾン層があります。オゾン層は、太陽からの紫外線を固定する責任があるため、温室効果を理解する上で重要です。

大気のこれらの層の上にさらに3つの層が広がっていますが、最も低い2つの層が温室効果の決定要因です。

- 温室効果

温室効果が発生するプロセスの主な要素は、太陽、地球、大気ガスです。太陽はエネルギーの源であり、地球はこのエネルギーの受け手であり、熱とガスの放出器はそれらの特性に応じて異なる役割を果たす。

太陽光エネルギー

太陽は基本的に高エネルギー放射線を放出します。つまり、電磁スペクトルの可視波長と紫外波長に対応します。このエネルギーの放出温度は6,000ºCに達しますが、そのほとんどは途中で散逸します。

大気に到達する太陽​​エネルギーの100％のうち、約30％が宇宙空間に反射されます（アルベド効果）。20％は浮遊粒子とオゾン層によって主に大気に吸収され、残りの50％は地球の表面を暖めます。このビデオはこのプロセスを反映しています：

地球

他の体と同じように、地球はこの場合長波放射（赤外線）である放射を放出します。地球から放出される赤外線は、白熱中心（地熱エネルギー）から放射されますが、放出温度は低くなります（ほぼ0℃）。

ただし、地球は太陽エネルギーを受け取り、それを加熱して追加の赤外線を放出します。

一方、地球はアルベド（明るい色調または白色度）により、太陽放射の重要な部分を反射します。このアルベドは主に雲、水域、氷によるものです。

アルベドと惑星から太陽までの距離を考慮すると、地球の温度は-18ºC（実効温度）になります。有効温度とは、体がアルベドと距離のみを考慮しなければならないものを指します。

ただし、地球の実際の平均気温は約15℃で、有効温度との差は33℃です。実際の温度と有効温度のこの顕著な違いにおいて、大気は基本的な役割を果たします。

雰囲気

地球の温度の鍵はその大気です。もしそれが存在しなければ、惑星は永久に凍結されます。大気は、多くの短波放射を透過しますが、長波（赤外線）放射の大部分を透過しません。

太陽放射を通過させることにより、地球は加熱されて赤外線放射（熱）を放出しますが、大気はその熱の一部を吸収します。このようにして、大気と雲の層が熱くなり、あらゆる方向に熱を放出します。

温室効果

赤外線の大気滞留による地球温暖化のプロセスは、温室効果と呼ばれています。

キューガーデン（イングランド）の温室。ソース：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kew_gardens_greenhouse.JPG

その名前は、生産地域に存在するものよりも高い温度を必要とする種が育てられる農業温室に由来しています。このため、これらの栽培ハウスには、太陽光の通過を可能にするが、放出された熱を保持する屋根があります。

このようにして、成長に必要な種の暖かい微気候を作成することが可能です。

原因

温室効果は自然なプロセスですが、人間の行動（人為的行動）によって変化します。したがって、現象の自然な原因と人為的な変化を区別する必要があります。

-自然な原因

太陽光エネルギー

太陽からの短波（高エネルギー）電磁放射が地球の表面を加熱します。この加熱により、長波（赤外線）放射、つまり熱が大気中に放出されます。

地熱エネルギー

惑星の中心は白熱であり、太陽エネルギーによって引き起こされるよりも追加の熱を生成します。この熱は、主に火山、噴気孔、間欠泉、その他の温泉を通じて地殻を伝わります。

大気組成

大気を構成するガスの特性によって、太陽放射が地球に到達し、赤外線が部分的に保持されることが決まります。水蒸気、CO2、メタンなどの一部のガスは、大気の熱を保持するのに特に効率的です。

温室効果ガスの自然な貢献

地球表面の温暖化による赤外線を保持するこれらのガスは、温室効果ガスと呼ばれます。これらのガスは、生物の呼吸によってCO2として自然に生成されます。

また、海洋は大気と大量のCO2を交換し、自然火災もCO2の原因となります。海洋は、窒素酸化物（NOx）などの他の温室効果ガスの天然源です。

一方、土壌中の微生物活動は、CO2とNOxの発生源でもあります。さらに、動物の消化プロセスは大量のメタンを大気にもたらします。

-人為的原因

発熱

人間の活動は、温室効果を増加させるガスに寄与するだけでなく、追加の熱も提供します。供給される熱の一部は化石燃料の燃焼によるもので、もう1つはアルベド効果の減少によるものです。

地表面の温度分布。ソース：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

後者は、アスファルトなどの暗い人工表面による太陽エネルギーの吸収が大きいためです。さまざまな調査により、大都市では1.5〜3ºCの正味熱入力が発生することが示されています。

産業活動

一般的に産業は、温室効果に影響を与えるさまざまなガスだけでなく、大気中に追加の熱を放出します。これらのガスは、熱を吸収して放出したり（例：CO2）、オゾン層を破壊したりします（例：NOx、CFCなど）。

自動車交通

都市に大量の車両が集中しているため、大気に加えられるほとんどのCO2の原因となっています。自動車交通は、化石燃料の燃焼によって生成される総CO2の約20％を占めています。

電気と暖房の生産

電力と暖房の生産のための石炭、ガス、石油誘導体の燃焼は、CO2のほぼ50％を占めています。

製造および建設業界

これらの産業活動は、化石燃料の燃焼によって生成されるCO2のほぼ20％を占めています。

山火事

森林火災は人間の活動によっても引き起こされ、毎年数百万トンの温室効果ガスが大気中に放出されます。

ゴミ捨て場

廃棄物の蓄積と発生する発酵プロセス、および前記廃棄物の燃焼は、温室効果ガスの発生源です。

農業

農業活動により、毎年300万トン以上のメタンガスが大気に放出されています。この点で最も貢献している作物の中に米があります。

イネの場合、メタンの寄与は、その栽培システムによって生成された生態系からもたらされます。これは、水稲に米が植えられて人工の沼ができるためです。

沼地では、細菌が嫌気性条件下で有機物を分解し、メタンを生成します。この作物は、大気中に注入されるメタンの最大20％を占める可能性があります。

管理が温室効果ガスを生成する別の作物はサトウキビです。収穫前に燃焼され、大量のCO2を生成するためです。

反すう家畜

牛のような反すう動物は、消化器系でバクテリアによって行われる発酵プロセスを通して繊維質の草を消費します。前記発酵は、各動物に対して毎日3〜4リットルのメタンガスを大気中に放出する。

牛のみを考慮すると、温室効果ガスの5％に相当する寄与が推定されます。

- 連鎖反応

温室効果ガスの増加を引き起こす地球の気温の上昇は、連鎖反応を引き起こします。海の温度が上昇するにつれて、大気へのCO2の放出が増加します。

同様に、極と永久凍土が溶けると、そこに閉じ込められていたCO2が放出されます。また、周囲温度が高くなると、森林火災が発生しやすくなり、より多くのCO2が放出されます。

温室効果ガス

水蒸気やCO2などのいくつかのガスは、温室効果の自然な過程で作用します。人為的なプロセスには、CO2以外のガスも含まれます。

異なる温室効果ガスの蓄積の世界的な傾向曲線。出典：Gases_de_efecto_invernadero.png：DouglasGreen派生作品：Ortisa（トーク）派生作品：Ortisa

京都議定書は、二酸化炭素（CO2）とメタン（CH4）を含む6つの温室効果ガスの排出を想定しています。また、亜酸化窒素（N2O）、ハイドロフルオロカーボン（HFC）、過フッ化炭化水素（PFC）、六フッ化硫黄（SF6）。

水蒸気

水蒸気は、熱を吸収する能力のために最も重要な温室効果ガスの1つです。しかし、液体と固体の水は太陽エネルギーを反射し、地球を冷却するため、平衡が生成されます。

二酸化炭素（CO2）

二酸化炭素は大気中の主要な長寿命の温室効果ガスです。このガスは、ここ数十年の間に発生した温室効果の増加の82％を担っています。

2017年に世界気象機関は405.5 ppmの全世界のCO2濃度を報告しました。これは、1750年（産業革命以前）の前に推定されたレベルよりも146％増加しています。

メタン（CH

メタンは2番目に重要な温室効果ガスであり、温暖化の約17％に寄与しています。メタンの40％は自然の発生源、主に湿地によって生成されますが、残りの60％は人間の活動によって生成されます。

これらの活動の中には、反すう農業、稲作、化石燃料の開発、バイオマス燃焼があります。2017年の大気中のCH4濃度は1,859 ppmに達し、産業革命以前のレベルより257％高くなりました。

窒素酸化物（NOx）

NOxは成層圏オゾンの破壊に寄与し、地球を透過する紫外線の量を増やします。これらのガスは、硝酸とアジピン酸の工業生産と肥料の使用に由来します。

2017年までに、これらのガスは329.9 ppmの大気中濃度に達しました。これは、産業革命以前の時代に推定されたレベルの122％に相当します。

ハイドロフルオロカーボン（HFC）

これらのガスは、CFCの代わりにさまざまな産業用アプリケーションで使用されます。ただし、HFCはオゾン層にも影響を与え、大気中での活性の持続性は非常に高くなります。

ペルフルオロ炭化水素（PFC）

PFCは、アルミニウム製錬プロセスの焼却施設で製造されます。HFCと同様に、それらは大気中での耐久性が高く、成層圏オゾン層の完全性に影響を与えます。

六フッ化硫黄（SF6）

このガスは、オゾン層に悪影響を及ぼすだけでなく、大気中の残留性も高くなります。高電圧機器やマグネシウムの製造に使用されます。

クロロフルオロカーボン（CFC）

CFCは強力な温室効果ガスであり、成層圏オゾンを破壊し、モントリオール議定書で規制されています。ただし、中国など一部の国では、さまざまな産業プロセスで使用されています。

生物の温室効果とは何ですか？

-境界条件

私たちが知っているような生活は、特定の温度レベルを超えると不可能です。一部の好熱性細菌のみが、100℃を超える温度の環境に生息できます。

重要な温度

一般に、ほとんどの有効寿命を可能にする温度変動の振幅は、-18℃から50℃の範囲です。同様に、生命体は-200°Cと110°Cの温度で潜伏状態で存在する可能性があります。

ほとんどの動植物の種は、室温に対する耐性の範囲がさらに制限されています。

-温度の動的バランス

温室効果は、その重要な温度範囲を保証するため、地球上の生命にとって好ましい自然のプロセスです。しかし、これは、太陽エネルギー入力と赤外線放射出力の間で適切なバランスが維持される限りです。

バランス

自然が固定化するのと同じくらい多くの温室効果ガスを生成するので、バランスは保証されます。海は約300ギガトンのCO2を生成しますが、吸収はわずかです。

同様に、植生は約440ギガトンのCO2を生成すると同時に、約450を修正します。

汚染による温室効果の影響

人為的な汚染は、温室効果ガスの余分な量をもたらし、自然の動的バランスを壊します。これらの量は自然に生成される量よりもはるかに少ないですが、このバランスを破るには十分です。

これは、惑星の熱バランスに深刻な影響を及ぼし、そして地球上の生命にも影響を与えます。

地球温暖化

温室効果ガスの濃度が増加すると、世界平均気温が上昇します。実際、産業革命以前の時代から、地球の平均気温は1.1°C上昇していると推定されています。

一方、これまでのところ2015年から2019年の期間が過去最高の記録となっている。

氷の融解

気温の上昇は、世界中の極地の氷と氷河の融解につながります。これは、海面の上昇と海流の変化を意味します。

気候変動

地球温暖化による気候変動のプロセスについては完全な合意はありませんが、現実には、地球の気候は変化しています。これは、他の側面の中でも、海流、風のパターン、降雨の変化で証明されています。

人口の不均衡

気温の上昇による生息地の変化は、種の個体数と生物学的行動に影響を与えます。場合によっては、個体数を増やし、分布範囲を拡大する種があります。

しかし、成長と繁殖のための温度範囲が非常に狭い種は、個体数を大幅に減らすことができます。

食料生産の減少

種は温度の上昇の影響を受けるため、多くの農業および畜産地域では生産量が減少します。一方、生態学的変化は農業害虫の増殖をもたらします。

公衆衛生

ベクター媒介疾患

惑星の平均気温が上昇するにつれて、一部の病気の媒介動物は地理的範囲を拡大します。したがって、熱帯病の症例はその自然の範囲を超えて発生しています。

ショック

温度の上昇は、いわゆる熱衝撃または熱中症を引き起こす可能性があり、これは極端な脱水を意味します。この状況は深刻な臓器不全を引き起こす可能性があり、特に子供や高齢者に影響を及ぼします。

予防と解決策

温室効果の増加を防ぐために、それを引き起こすガスの排出を減らす必要があります。これには、国民の意識から国内および国際的な法律を経て、技術的な変化に至るまでの対策が必要です。

しかし、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によると、排出量を削減するだけでは不十分です。さらに、地球温暖化を止めるためには、現在の大気中の温室効果ガス濃度を下げる必要があります。

この意味で、解決策は植生被覆を増やして大気中のCO2を固定することです。もう1つは、技術的なエアフィルターシステムを実装してCO2を抽出し、工業製品に固定することです。

これまでのところ、京都​​議定書などの国際合意に到達するための取り組みは、目標を達成していません。一方、大気中のCO2を抽出するための技術開発は、プロトタイプレベルでしかありません。

防止

温室効果の増加を防ぐためには、温室効果ガスの発生を減らす必要があります。これは、市民の良心の発達、立法措置、技術変化を含む一連の行動を意味します。

気づき

温室効果の増加によって引き起こされる地球温暖化の問題に気づく市民は基本です。このようにして、必要な社会的圧力が提供され、政府と経済大国が必要な措置を講じます。

法的枠組み

温室効果ガス発生の問題に取り組むための主な国際合意は、京都議定書です。しかし、これまでのところ、この法的手段は、温室効果ガスの排出率の削減に効果的ではありませんでした。

排出率が高い主要先進工業国の一部は、2期目の議定書の延長に署名しませんでした。したがって、実際の効果を達成するには、より厳しい国内および国際的な法的枠組みが必要です。

技術的変化

温室効果ガスの排出を削減するには、工業プロセスのリエンジニアリングが必要です。同様に、再生可能エネルギーの使用を促進し、化石燃料の使用を削減する必要があります。

一方、一般に汚染廃棄物の発生を減らすことは不可欠です。

ソリューション

専門家によると、温室効果ガスの排出を削減するだけでは十分ではなく、現在の大気中の濃度を削減する必要があります。このため、非常に単純な技術または高度な技術を使用できるさまざまな代替案が提案されています。

カーボンシンク

そのためには、森やジャングルのカバレッジを増やし、緑の屋根などの戦略を実装することをお勧めします。植物は大気中のCO2を植物構造に固定し、大気から抽出します。

炭素抽出ポンプ

これまで、大気からCO2を抽出することは、エネルギーの観点からコストがかかり、経済的コストが高くなります。しかし、空気をろ過してCO2を除去する効率的な方法を見つけるための研究が進行中です。

これらの提案の1つは既にパイロットプラント段階にあり、カルガリー大学とカーネギーメロン大学によって開発されています。このプラントでは、水トラップとして水酸化カリウムの溶液を使用し、苛性カルシウムを使用して空気をろ過します。

このプロセスでは、空気に含まれるCO2が保持され、炭酸カルシウム（CaCO3）が形成されます。その後、炭酸カルシウムが加熱されてCO2が放出され、得られた精製CO2が工業用に使用されます。

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