クエリ: 今日の生活に重要なガスは初期の大気には存在していなかった
文章: アルカン アルカンは、地球上および太陽系の他の惑星上に存在するが、炭素鎖の数は100程度のものまでであり、それ以上の大きさのアルカンはごくわずかしか存在しない。軽い炭化水素、特にメタンやエタンは百武彗星の尾や炭素質球粒隕石などから検出されている。また、ガス惑星である木星、土星、天王星、海王星の大気の構成成分でもある。土星の衛星タイタン上には、かつてアルカンからなる海が存在していたと考えられており、現在でも液体のメタンが存在するとされている。 痕跡量のメタン(約0.0001 %)は地球の大気中にも存在するが、これは主に古細菌によるものである。水に対する溶解度が低いため海水中には存在しないが、高圧・低温条件ではメタンは水との共結晶であるメタンハイドレートを形成し、これらは海底に埋蔵されている。2006年現在では工業的採掘は行われていないものの、メタンハイドレートの鉱脈はエネルギー量に換算すれば現存する天然ガスと石油をあわせたものを超える量が存在するとされており、メタンハイドレートから取り出されるメタンは将来の燃料源として注目されている。 今日ではアルカンは主として天然ガスや石油から得ている。天然ガスは主にメタンやエタンからなり、少量のプロパン、ブタンを含む。石油は液体のアルカンとその他の炭化水素の混合物である。これらは共に動物プランクトン、植物プランクトンといった海洋生物の死骸が太古の海の底に沈んだのち、他の沈降物で覆われて無酸素状態に置かれ、何百万年もの間高温・高圧条件にさらされたのちに現在の状態になったと考えられている。天然ガスの生成は、例えば以下の式で表されるような反応によるものである。
文章: 硫化カルボニル 自然界では海底火山などから放出される。大気中に最も多く存在する硫黄化合物であり、0.5(±0.05)ppbほど含まれる。硫黄循環でも重要である。1640年以降の南極大陸の氷床コアでの硫化カルボニル濃度の測定が行われた。成層圏に到達した硫化カルボニルは酸化により硫酸となる。地上では植物の光合成により、海上では海水による加水分解で、数年で分解される。硫化カルボニルの最大の人工的発生源は化学合成の中間体や二硫化炭素製造時の副産物であるが、自動車、石炭火力発電所、バイオマス燃料、焼き魚、ごみやプラスチックの焼却、石油精製、合成繊維やゴム・デンプンの製造によっても生じる。合成ガス中において代表的な硫黄系不純物でもある。年間に300万トンの硫化カルボニルが大気中に放出されるが、その1/3が人間活動により生じたものであると考えられる。 チーズと、キャベツなどの野菜類に微量、穀物や種子に0.05~0.1 mg/kg程含まれる。 星間物質や、金星の大気に含まれる。 文章: マアト山 マアト山では比較的最近に火山活動があった。この痕跡は、金星探査機マゼランが1992年にレーダー調査を行った際に発見された。金星探査機マゼランは、マアト山の山頂付近および北側斜面において過去に火山灰流が発生した形跡があるというデータを報告した。 1980年代初頭、パイオニア・ヴィーナス計画により金星の大気調査が行われた。その際、金星の中層大気および超高層大気において、二酸化硫黄およびメタンの濃度に大きな変動があったことが確認された。このことは、惑星地質学者の大きな関心を引き寄せた。この濃度変化の理由の1つとして、マアト山においてプリニー式噴火が発生し、高く噴き上げられた火山ガスが大気と混じりあった可能性が挙げられた。 金星において火山活動が活発であるという証拠は数多く示されているが、マアト山の噴火は今日まで確認されていない。 文章: 天然ガス 天然ガスの名称は、産出場所および精製方法によって変わる。 燃焼したときの二酸化炭素排出量は、カロリー当りで石油より少ない。ただし、主成分であるメタンの地球温暖化係数は「21」と大きいため、大気への放出は避ける必要がある。 ただしメタンは大気中の寿命が約12年(時定数)で排出量の63.2%は分解され、分解量を超過する分が濃度上昇に反映される。このため、排出削減をすれば大気濃度がすぐに減少する。 文章: タイタン (衛星) 木星と土星の衛星は、太陽系内で惑星が形成したと考えられているのと同様に、共降着によって形成されたと考えられている。若い巨大ガス惑星が形成されると、周囲を円盤状に囲んでいた物質は徐々に合体し、衛星へと成長する。木星は非常に規則的で、惑星のような軌道を持つ衛星を4個持つが(ガリレオ衛星)、タイタンは土星系を圧倒的に支配しており、共降着だけでは説明できない高い軌道離心率を持っている。タイタンの形成のために提案されたモデルでは、土星系も木星のガリレオ衛星に似た衛星群から形成され始めたが、一連の巨大衝突によって破壊されてしまい、これらの衝突の破片から、イアペトゥスやレアなどの中規模の衛星が形成されたとされている。そのような激しい初期の状態は、タイタンの軌道離心率の高さも説明できる。 また、タイタンの大気の主成分は窒素であるが、この大気の起源については大きく二つの説があった。1つは窒素分子を含んだ氷がタイタンに集積した後に窒素ガスを放出したことで窒素主体の大気が形成されたとする直接集積説であり、もう1つはタイタンに集積したアンモニアが何らかの化学変化過程を経て窒素に変化したとするアンモニア起源説である。2004年のホイヘンス探査機による調査の結果、直接集積によって大気が形成された場合に大量に存在が予想される希ガスがほとんど存在しないことが明らかとなったため、直接集積説を想定することは難しくなった。2014年、タイタンの大気中に含まれる窒素の同位体比の分析によって、それが土星周辺に存在する物質の共降着ではなく、オールトの雲に見られるものと同様の物質から供給された可能性があることが示唆された。 文章: 海 水を主成分とする海は地球誕生後まもなく形成され、現在まで継続している。海の主成分は水であるが、各時代で溶解塩類の構成や海水温は変動し、海に住む生物は進化を続けた。海の歴史を概説する。 地球は約46億年前、無数の微惑星が衝突によって融合して成長し、誕生した。誕生直後の地球の表面は、微惑星の衝突エネルギーによる熱で岩石が溶けたマグマの海(マグマオーシャン)に覆われていた。地表はマグマの熱と大気中に大量に存在した二酸化炭素による温室効果で非常な高温となっており、水は全て水蒸気(分厚い雲)として大気中にあった(この二つの物質は微惑星がぶつかった際に放出されたものと考えられる)。 その後、微惑星は原始惑星へ吸収されるなどして次第に数を減らし、微惑星が地球へ衝突する回数も徐々に減り始める。すると高温だった地球も温度が下がり、溶岩も冷え固まりだす。そして徐々に気温が下がると、水蒸気として上空に存在していた水が雨となって、大量に降り続けた結果、マグマオーシャンはそれらにさらに冷やされて固まり、海が誕生した(この頃に降った雨は気圧の関係で300度という非常に高温な熱湯の雨だった)。海が出来ると大気中の二酸化炭素が急速に海水に溶解し、温室効果が減って気温がさらに低下した(この時、同時に気圧も現在に近い所にまで下がって行った)。現在判明している海の最古の証拠はグリーンランドで発見された40億年前の火山岩で、海洋プレートの沈み込み場所に生成した花崗岩である。 文章: タイタン (衛星) タイタンは唯一濃い大気を持つことが知られている衛星で、また、太陽系内では地球とタイタンだけが唯一窒素に富んだ大気を持っている(ガス惑星や太陽の表層のガスを大気に含めない場合)。ボイジャーによる観測では、タイタンの大気は地球のものよりも高密度で、表面での圧力は1.45 atmであることが示されている。タイタンの大気の質量は地球の大気全体の1.19倍で、同じ単位表面積あたりの質量は地球の約7.3倍、密度は4倍になる。不透明なもやの層は、太陽や他の光源から放出された可視光線の多くを遮断し、タイタンの表面を覆い隠している。またタイタンの重力が弱いため、大気は地球よりもはるか上空にまで広がっている。 タイタンの成層圏では秒速200メートルに達するスーパーローテーション(超回転)が存在する。このスーパーローテーションは金星にも見られ、両者はしばしば比較される。これはボイジャーによる観測時のデータから予想されており、2005年にカッシーニ探査機から分離されたホイヘンスによる観測で証明された。タイタンの大気は広範な波長の電磁波に対し不透明であり、軌道上から表面の完全な反射スペクトルを得ることは不可能であった。2004年の探査機カッシーニ・ホイヘンスが到着して初めて、タイタンの表面の直接撮影に成功した。 タイタンの大気組成は、窒素(97%)、メタン(2.7±0.1%)、水素(0.1-0.2%)、そしてその他の微量のガスである。微量のエタン、ジアセチレン、メチルアセチレン、アセチレンおよびプロパンといった炭化水素や、シアノアセチレン、シアン化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、シアン、アルゴン、ヘリウムなどのガスも含まれている。炭化水素は、タイタンの大気の上層内で太陽からの紫外線によってメタンが分解された際に生成され、それが濃い橙色の霧を形成していると考えられている。タイタンは公転軌道の95%が土星の磁気圏内であるため、この磁気圏がタイタンの大気が太陽風によって消失するのを防いでいるかも知れない。 文章: 大気汚染 大気汚染について述べた最も古い部類の文献としては、西暦61年に古代ローマのセネカが都市の煙や悪臭を嘆いた記述がある。 イギリスのロンドンでは9世紀半ばに既に「空気の悪さ」が知られていた。発展する工業や家庭用暖房の燃料として石炭の使用の増加により、大気汚染が進んで人体への影響が問題になり、1273年には健康を害するものとして石炭の使用を禁止。1306年には職人が炉で石炭を焚くこと(業務用)を禁止した。しかし、代替燃料が無かったため長続きせず、街の発展や人口の増加とともに深刻化していった。16世紀には、感染症や大火とともに大気汚染が大きな問題となった。当時の女王エリザベス1世は、議会の開催中にロンドン市内で石炭を燃やすことを禁止する命令を出している。また、17世紀後半の国王ウィリアム3世がロンドン市街の大気汚染を避けて、当時はまだ郊外であったケンジントン宮殿に移るなど、依然として汚染は続いた。 18世紀半ばのイギリスでは、産業革命によって工業化が急速に進み、ロンドンでは19世紀に入ると、汚染の酷い時期の「死者の増加数」が発表されるほど大気汚染は深刻化した。1905年には医師H. A. デ・ボーがロンドンの大気汚染に対してsmoke(煙)とfog(霧)を合成したsmog(スモッグ)という言葉を初めて用いた。以下、20世紀前半からの世界の大規模な大気汚染の事例を挙げる。 文章: モータリゼーション また、「大衆車」の発達と普及は、モータリゼーション推進の上で重要な原動力となり、多大な影響を及ぼす。近年の例としては、東ドイツにおいて、ベルリンの壁崩壊前は一般大衆向けの乗用車(トラバント)が極めて入手し難い物であったため、西側経済圏で戦後の経済発展を遂げた当時の西ドイツほど交通網が大衆の自動車利用に対応していなかったところへ、東西ドイツ統合後は自動車利用が一気に拡大したことにより、都市の道路整備の拡充が追いつかずに大規模な渋滞が発生するようになり、日常生活にも支障をきたしているとされている。 モータリゼーションは、都市部や過密地だけでなく、地方や過疎地の生活にも大きな変化をもたらす。高規格道路の整備が進めばより大型の輸送車両が使用可能になり、流通コストと所要時間が大幅に変動することで、産業やそれを支える物流の形態にも大きな変化を発生させるほか、人口の流入・流出(人口流動)も加速させ、さらには自動車産業の発達に伴う景気の上昇といった経済上の変化の発生要因ともなる。 この様な先進国の事例の他にも、現在でも多くの国でモータリゼーションが進行中である。しかし、特にモータリゼーション初期段階の国においては交通安全に寄与する社会的なインフラが、ハードウェア面(道路設備など)においてもソフトウェア面(交通に関するルールの周知とマナーの啓蒙と普及など)においても不足していることが多く、人口当たりの交通事故の発生率が急激に上昇する傾向があり、日本でも高度経済成長期に「交通戦争」が大きな社会問題となった。また、モータリゼーション初期の国においては排出ガス対策も往々にして不十分であり、大気汚染など、都市部を中心に深刻な環境問題を引き起こすことがある。 文章: ガス機器 都市ガスが最初に用いられたのは、ガス灯を利用した外灯のためであった。このため、現在でも日本で最初にガス灯が灯った1872年10月31日を記念して、毎年10月31日がガス記念日と定められている。その後ガス灯は改良されたものの、電気による照明の簡便性のために、現在では観光地など特定の箇所に設置されているのみである。 ガス灯の他にも、装飾を兼ねた照明器具としてのかがり火や、聖火台などのモニュメントの燃料として、ガスが用いられることがある。 20MPa(約200kgf/cm)近くまで圧縮した天然ガス (CNG:compressed natural gas) を燃料として走行する自動車で、天然ガス自動車とも呼ばれる。大型トラックから軽自動車まで、様々な車種で生産されている。エンジンは、ディーゼルエンジンを転用して使用する。メーカーが生産する車種だけではなく、各メーカのディーゼル車をCNG車へ改造する会社も存在する。 文章: 都市ガス 世界最初のガス事業は1812年に英国首都ロンドンの「ロンドン・アンド・ウェストミンスター・ガスライト・アンド・コークス社」によるガス灯への供給が始まりとされている。日本では、1872年に 高島嘉右衛門が始めた横浜瓦斯会社(後の横浜市瓦斯局、現在東京ガスネットワーク管内)による神奈川県庁へのガス灯への供給が始まりとされている。これを手伝ったフランス人技師のアンリ・プレグラン(Henri Auguste Plegrin, 1841-1882年)を雇って、2年後に東京府ガス局(現・東京ガス)が発足した。 このように日本においては元々は、特に都市部のガス灯照明への燃料供給のために都市ガス網のインフラ整備が行われ、その後、より安価で安全かつ照度が高く、整備の手間も省ける電灯の普及によって、(ごく一部を除き)照明用から、燃料用途として都市ガスの用途転換が行われた。 文章: シェールガス シェールガス(英語: shale gas)は、頁岩(シェール)層から採取される天然ガス(天然気)。元は太古の海にいたプランクトンや藻などであり、それらが堆積したものが数千万年から数億年という長い時間をかけて変化しガスになったもので、「化石燃料」の一つ。 従来のガス田ではない場所から生産されることから、非在来型天然ガス資源と呼ばれる。頁岩気(けつがんき)ともいう。 アメリカ合衆国では1990年代から新しい天然ガス資源として重要視されるようになった。また、カナダ、ヨーロッパ、アジア、オーストラリアの潜在的シェールガス資源も注目され、2020年までに北米の天然ガス生産量のおよそ半分はシェールガスになると予想する研究者もいる。 別の研究者は、シェールガス開発により世界のエネルギー供給量が大きく拡大すると予想している。ライス大学ベイカー研究所(英語版)の研究では、アメリカとカナダにおけるシェールガスの生産量の増加によってロシアとペルシャ湾岸諸国からヨーロッパ各国へのガス輸出価格が抑制されると結論付けた。2009年の米中シェールガス・イニシアティブにおいてアメリカのオバマ大統領は、シェールガス開発は温室効果ガス排出量を減らすことができるとの見解を示した。しかしその後シェールガスの温室効果ガス排出量が、従来の天然ガスや石油よりも大きくなるとの指摘が学会から上がるようになった。 文章: シェールガス シェールガスは、頁岩(シェール)層から採取される天然ガス(天然気)。元は太古の海にいたプランクトンや藻などであり、それらが堆積したものが数千万年から数億年という長い時間をかけて変化しガスになったもので、「化石燃料」の一つ。 従来のガス田ではない場所から生産されることから、非在来型天然ガス資源と呼ばれる。頁岩気(けつがんき)ともいう。 アメリカ合衆国では1990年代から新しい天然ガス資源として重要視されるようになった。また、カナダ、ヨーロッパ、アジア、オーストラリアの潜在的シェールガス資源も注目され、2020年までに北米の天然ガス生産量のおよそ半分はシェールガスになると予想する研究者もいる。 別の研究者は、シェールガス開発により世界のエネルギー供給量が大きく拡大すると予想している。ライス大学ベイカー研究所の研究では、アメリカとカナダにおけるシェールガスの生産量の増加によってロシアとペルシャ湾岸諸国からヨーロッパ各国へのガス輸出価格が抑制されると結論付けた。2009年の米中シェールガス・イニシアティブにおいてアメリカのオバマ大統領は、シェールガス開発は温室効果ガス排出量を減らすことができるとの見解を示した。しかしその後シェールガスの温室効果ガス排出量が、従来の天然ガスや石油よりも大きくなるとの指摘が学会から上がるようになった。 文章: 太陽系 銀河系には、水素やヘリウム、そして少量の重元素からなる岩石質や有機質の微小な塵(星間塵)を含む星間ガスがある。このような星間ガスが1,000個/cmを超える数密度となる場合を星間雲といい、内部で水素分子が形成されるようになる。通常、星間雲はごくゆっくりと回転している。星間雲は均質ではなく、密度の偏りがある。この偏りが大きくなって数密度が100億個を超える部分ができることがあり、そうなると一酸化炭素、シアン化水素、アンモニアなどのさまざまな分子が形成される。これを分子雲と呼ぶ。太陽系は約45億6800万年前に、この分子雲の重力崩壊によって形成された。この分子雲は数光年ほどの大きさを持ち、太陽と同時にいくつもの恒星を形成した可能性がある。現在の太陽系が形成される領域で、pre-Solar nebula(英語版)と呼ばれる星雲が形成される。そして、角運動量保存の法則によって、分子雲は収縮時、より速く自転するようになり、原子が頻繁に衝突による運動エネルギーが熱に変換されて、温度が高くなる。自転の加速によって中心に原始太陽が誕生し、当時の光度は現在の10倍、表面温度は約4,000 Kであったとされている。その周囲には、直径約200auにもわたる原始惑星系円盤(もしくは原始惑星系星雲、特に太陽系の場合は原始太陽系円盤とも呼ばれる)が形成され始めた。そこで形成された、惑星の元となる微惑星が約100億個形成され、塵やガスが合体を繰り返し、より大きな原始惑星へと成長していく。初期の太陽系には、こうした原始惑星が何百個も存在していたとされているが、合体や破壊を繰り返して、現在の惑星や準惑星、小惑星などが形成された。 太陽周辺の温度の高い領域では、沸点が高い金属やケイ酸塩のみが固体として存在でき、このような物質が地球型惑星の水星、金星、地球、火星を形成した。金属元素は、原始惑星系円盤の中でも一部しか存在していないため、地球型惑星は大きく成長することができなかった。地球のような固体惑星がいつ形成されたかについては、星雲ガスがあるときか、消失後か、議論の余地がある。星雲ガスがなくなると、ガス抵抗がなくなるため、原始惑星の軌道が乱れるとその乱れを抑えるものがなくなる。すると、原始惑星は互いの重力相互作用により接近し、軌道が乱されるようになる。微惑星同士の衝突があったように、原始惑星同士も衝突するようになる。星雲ガスがないため衝突は激しいものになり、破壊も合体もいずれも起こるようになる。このような巨大衝突の繰り返しで、金星、地球が形成されたと考えられる。水星と火星は原始惑星の生き残りか、成長がわずかであったものであろう。地球の月は、地球形成末期に起きた巨大衝突の産物であるとする説(ジャイアント・インパクト説)が有力である。 巨大惑星(木星型惑星と天王星型惑星)は、現在の火星軌道と木星軌道にある雪線の外側で形成された。これらの惑星を形作っている氷結した揮発性の化合物は、地球型惑星を形成している金属元素やケイ酸塩よりも豊富に存在していたため、これらの惑星は水素とヘリウムからなる分厚い大気を取り込むのに十分な、地球の10倍の質量を持った大きな原始惑星にまで成長することができた。木星と土星の質量が異なるのは、土星形成の後期に、何らかの理由で星雲ガスが消失し、材料となるガスそのものがなくなったためであり、天王星、海王星の質量が小さい段階にとどまったのも、この2つの惑星は星雲終末期にガスの取り込みが始まったため、あまり成長できずに終わったためであると考えられている。小惑星帯、カイパーベルト、オールトの雲は、惑星になりきれなかった残骸となった小天体が密集したものとされており、ニースモデルでは、これらの領域の形成と、巨大惑星が形成された位置、さまざまな重力による作用を介して、どのように今の軌道に落ち着いたかを示している。 文章: 超高層学 超高層学または大気学(Aeronomy)は、解離とイオン化が重要な役割を果たす大気の上層領域について研究する学問である。 Aeronomyという用語は、Some Thoughts on Nomenclatureと題されたシドニー・チャップマンによる1946年のネイチャー誌への投書によって最初に使われた。 今日では、この用語は、他の惑星の大気の超高層の研究も含む。超高層学は大気物理学の一分野であり、超高層学の研究には、データを収集するための気球、人工衛星、観測ロケット等が必要である。大気潮汐や中間圏発光現象等が研究されている。 文章: タイタンの大気 タイタンにかなりの量の大気が存在することは、1903年にタイタンの周辺減光を観測したスペインの天文学者ホセ・コマス・ソラが初めて推測し、1944年にジェラルド・カイパーが分光学的手法を用い、メタンの分圧が100ミリバールの桁の大気が存在することを確かめた。1970年代に行われた観測で、カイパーの測定値はかなりの過小評価であることが示され、タイタンの大気中のメタンの存在量は10倍も高く、地表気圧は少なくとも2倍であることが明らかとなった。地表気圧の高さは、メタンがタイタンの大気の極一部であることを意味した。1981年、ボイジャー1号が初めてタイタンの大気を詳細に観測し、地表気圧は地球より高い1.5バールであることを明らかにした。