春季東アジア域におけるブラックカーボンの約9割は化石燃料由来

1. 発表のポイント

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地球温暖化緩和で最も重要となる短寿命汚染物質の一つであるブラックカーボンについて、春季東アジア域ではその約9割が人間活動に伴う化石燃料の燃焼過程に由来することを観測的研究から突き止めた。

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本成果は、世界的に見ても人為起源大気汚染物質の大発生源である東アジア域における有効な温暖化緩和策と考えられるBC排出量削減に科学的な根拠を与えるものであり、IPCCの次期報告書等にも活用されうるものである。

2．概要

国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長　松永　是、以下「JAMSTEC」という。）地球環境部門 地球表層システム研究センター 物質循環・人間圏研究グループの宮川拓真研究員らは、長崎県・福江島（図１）で2015年春季に採取された微小な大気エアロゾル（PM_2.5エアロゾル）試料の化学組成の分析結果から、主要な温室効果気体の二酸化炭素、メタンと並んで地球温暖化を促進するブラックカーボン（BC）やその逆に寒冷化を促進しうる有機炭素（OC）（※1）について、東アジアの偏西風の風下における発生源寄与率（化石燃料 vs. 非化石燃料）の推定を行いました。

その結果、BCは観測期間中の平均で化石燃料を発生源とする割合が約9割にも達することがわかりました（図2、図3）。これは、人為起源大気汚染物質の巨大発生源である東アジア域において化石燃料を使用するBC排出源に重点的に対策を施していくことが地球温暖化緩和策にとって有効であることを示唆しています。一方でOCは、化石燃料以外にも自然起源（陸域植生や海洋）に由来する成分も半分程度寄与していることが明らかとなりました。（図3）このことは、化石燃料の使用を抑制しても、自然起源のOCは影響を受けないため、その地球温暖化の緩和効果が継続する可能性を示唆しています。これらの成果は、世界的に見ても顕著に温暖化が進行している東アジア域における地球温暖化緩和策にとって基礎となる科学的知見であり、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の次期報告書等でも活用できるものです。

本研究は環境省環境研究総合推進費S-7、2-1403、JSPS科研費JP26550021、北極域研究推進プロジェクト（ArCS）の一環として実施したものです。本成果は、10月1日刊行のエルゼビア社の科学誌「Atmospheric Environment」214巻に掲載される予定です。

論文タイトル：Characterization of carbonaceous aerosols in Asian outflow in the spring of 2015 : importance of non-fossil fuel sources
著者：宮川拓真¹、駒崎雄一²、C. Zhu¹、竹谷文一¹、X. Pan^1,3、Z. Wang³、金谷有剛¹
所属：1. 海洋研究開発機構 地球環境部門、2.元海洋研究開発機構、3.中国科学院大気物理研究所

３．背景

炭素性エアロゾルはBCやOCなどの炭素を主成分とするPM_2.5エアロゾルの総称で、あらゆる大気環境下に存在するだけでなく、太陽光の効果的な散乱・吸収や雲粒生成への作用を通して、地球温暖化に影響を及ぼす重要な大気組成のひとつです。特にBCはその強い光吸収特性から、大気を温める効果（正の放射強制力）を持ち、地球温暖化緩和策において関心の高い短寿命気候汚染物質の一つです。BCやOCをはじめとするPM_2.5エアロゾルの地球温暖化への影響を精緻に評価するためには、大気エアロゾルの全球分布を決める、どこからどれだけ発生しているのか（起源別の発生量）及び大気における滞留時間（大気寿命、※2）が重要となります。特に前者では、人間活動の影響を自然の森林火災の寄与などと分離することなどが望まれるが、従来のBC・OC全体の観測値からは知ることができず、数値モデルによる推定結果に頼らざるを得ませんでした。世界的にみても人間活動が急速に活発化している東アジア地域では、排出源削減対策を的確に講じる必要がありますが、起源情報に関する研究は特に少なかったのです。

JAMSTECでは2009年から長崎県・福江島大気環境観測施設（図1）において大気成分の測定を継続し、巨大発生源である中国などから、大気汚染物質が東シナ海を渡って輸送されている様子を明らかにしてきました（2010年11月10日既報）。本研究では、常設の観測機器に加えて大気エアロゾルサンプラーを2015年の春季（3-4月）に同施設へ設置し、PM_2.5エアロゾル試料を日々採取しました。その試料に対して高度な化学分析を適用し、得られた放射性炭素同位体比（※3）と有機分子マーカー（※4）などの情報と、気象・衛星データの解析などを組み合わせて、炭素性エアロゾルの発生・生成源を追求しました。

４．成果

常設の観測機器で得られた燃焼過程の良い指標である一酸化炭素濃度と放射性炭素同位体比分析から得られた炭素性エアロゾル全体の¹⁴C濃度の変動を比較すると、これらは明確な反相関の関係をもつ（図2）ことがわかりました。この観測事実は、化石燃料由来の寄与率と燃焼起源の強度が良い相関性を持っていることを意味し、燃焼の影響を強く受けた大気では、非化石燃料起源の代表格である森林火災等のバイオマス燃焼ではなく、化石燃料を使用する発生源の寄与率が卓越していたことを見出しました。バイオマス燃焼の寄与率を分子マーカーの一種であるレボグルコサン（※4）の濃度から推測し、BCとOCのそれぞれにおいても、その起源を化石燃料・バイオマス燃焼・その他（※5）に区分しました。（図3）

BCは、観測期間中の平均で、化石燃料の寄与率が約9割に達することがわかり、人間活動の顕著な影響が明らかとなりました。バイオマス燃焼が支配的でないのは、衛星によって大陸上の火災発生がほとんど検出されなかった観測事実とも整合的です。中国本土の限られた都市部における既往研究でも同様な結論が得られており、本研究により東アジア広域において化石燃料を使用するBC排出源が地球温暖化緩和策にとって重要であることの裏付けがとれました。

その一方で、OCにとってはバイオマス燃焼由来ではない「その他」に分類される非化石燃料由来成分、ここではとくに陸域植生・海洋といった自然起源に由来する揮発性有機化合物の大気中光化学反応において生成される二次有機炭素の割合が平均的にも半分程度（54%、図3）を占めることがわかり、人為起源以外の対策不可能な成分の重要性も同時に明らかとなりました。このように、本研究では、数値モデルに頼らずに、高度な分析データのみに基づいて、発生源寄与率を明らかにすることができました。

５．今後の展望

東アジアでのBC排出削減のためには、化石燃料を使用する発生源への対策が有効であり、今後の削減策への反映が望まれます。温室効果気体やBCによる大気加熱効果は、BC以外のOCのような非光吸収性の大気エアロゾルによる寒冷化作用により緩和されています。実際にはより複雑な温暖化作用についても理解を深める必要があります。本研究で示されている通り、OCの一部はBCと同じ発生源を持つことから、BC排出量削減対策はOCに対しても同時に起こり得るため、期待するような緩和効果が得られない可能性もあります。一方で、人間による制御や改変が及ばない自然起源のOCも重要な寄与を持っていることから、これらは将来にわたって温暖化緩和に貢献する可能性があります。近年の研究では、このような自然起源のOCを多く含む清浄な「バックグランド大気」が大陸に起因する「人為起源汚染大気」と混合することで、単純な足し算とはならない複雑な相互作用を示すことも明らかとなりつつあります。今後変わりゆく東アジア域において、自然起源に由来する二次有機炭素の相対的な重要性が増す可能性があり、その動態解明は今後の重要な課題となります。