大気汚染

地球の大気は、高度約100kmまでの空気の層で、これは地球の直径のわずか約0.8%しかありません。地球にとってまさに薄皮一枚の厚さしかない大気の層で起きている大気汚染は、自然由来の大気汚染と、人類活動由来の大気汚染とに大きく2分することができ、人類活動由来の大気汚染はより深刻です。

海洋汚染でも触れた、海中の生物にとって深刻な問題である海洋汚染と、地上の生物にとっての大気汚染は、ある種似た関係性にあると言えます。

気候変動とも密接に絡んでおり、広い意味で大気汚染がクリアになる方向に向かえば、太陽光を吸収する物質が減り、温暖化要因となってしまう一方、それぞれの汚染物質の減少ひとつとっても、気温の昇温と冷却といった反応が違うという複雑な一面もあります。

屋外にある物や車などに何らかの粒子が積もって汚れた時や、空気清浄機のフィルターが汚れた時などは、空気が汚れていることを実感します。大気汚染の問題は、私たちの最も身近で起きている環境問題でありながら、生活する中でつい忘れてしまいがちではないでしょうか。この問題ときちんと向き合う事は、地上で生きる人類をはじめあらゆる生命にとっても、地球にとっても、とても重要です。

大気汚染とは

大気は地球の表面を層の様に取り巻いており、そのうち大気汚染が起きているのは、地表に近い順に、対流圏(0m~高度約17km)、成層圏(~高度約50km)、中間圏(~高度約85km)とまたがっています。これらの層を合わせた大気は、地球の直径の1/100に満たない、地球にとって薄皮一枚の厚さしかありません。主要な大気汚染物質の発生場所は地表に接する対流圏です。

大気汚染は、大気中に排出された物質が増加し、自然が持つ大気の成分を変容させ、人類をはじめとする生態系に影響を及ぼします。人類活動由来では、工場や火力発電所、自動車や飛行機等からの排煙や粉塵、自然由来では、火山・森林火災・砂塵・黄砂等、また成層圏から沈殿するオゾンなどもあります。
それらの大気汚染物質は、具体的には環境基準に定められている物質が該当し、各国で排出規制の取り組みがされています。

大気汚染物質

次に挙げる二酸化硫黄(SO2)、二酸化窒素(NO2)、一酸化炭素(CO)、PM(微粒子状物質)、VOC(揮発性有機化合物)、光化学オキシダント(オゾン)は、言わば世界的基準での大気汚染物質の代表格です。これら以外にも多種多様な大気汚染物質が存在します。大気汚染物質の一部は複雑なプロセスを経て二次汚染物質へと変化します。

二酸化硫黄(SO2)
石油や石炭などの化石燃料が燃焼すると、中に含まれる硫黄が酸化した物質(SOx)の一種として発生します。火力発電所や工場、また自動車、飛行機などから排出、自然活動では火山活動も発生源です。酸性雨の原因物質のひとつでもあります。国内では過去の四日市ぜんそくの原因物質でもありました。大気汚染防止法の特定物質28種類のひとつ。

二酸化窒素 (NO2)
ものが燃焼する時に窒素酸化物(NOx)の一種である一酸化窒素(NO)が発生、さらに酸素と結合して二酸化窒素(NO2)が発生します。赤褐色で刺激臭のある気体で、火力発電所や工場、家庭、自動車や飛行機などから発生します。山火事や火山など自然界でも発生します。酸性雨や光化学スモッグ(オゾン)の原因物質のひとつで、呼吸器系や血液の酸素運搬系にとって毒性があります。PM等の二次汚染物質の前駆体です。大気汚染防止法の特定物質28種類のひとつ。

一酸化炭素 (CO)
石油・石炭・ガスなどの化石燃料や、木材など炭素を含む物質が、酸素不足による不完全燃焼をすると発生します。主に自動車や家庭のストーブ類から発生。無色・無味無臭でありながら、毒性の強い気体です。血液の酸素運搬機能が低下し、酸素不足による頭痛、吐き気、最悪は死に至る一酸化炭素中毒を引き起こします。また、大気中のメタンの寿命を長くする為、気候変動因子に悪影響を与えるとされます。大気汚染防止法の特定物質28種類のひとつ。

PM (微粒子状物質)
多様な大気汚染の微粒子状物質は粒径によって区分されており、PM2.5(微小粒子状物質)は粒径2.5μm(1μmは1mmの1/1000)以下、SPM(浮遊粒子状物質)とPM10(粒子状物質)は粒径10μm以下の、空中を浮遊する様な微細な物質です。SPMは1972年に設定された日本特有の粒径区分で、より厳密にサイズ定義されています。各PMの実態は多様で複雑であり、その発生源としては、工場や火力発電所、粉塵を発生する施設、自動車や飛行機などにより排出される煙やすす(ブラックカーボン)、またガス状大気汚染物質が太陽光による化学反応で2次生成されるといった人間活動由来のもの、風によって巻き上げられる土壌粒子や火山灰、海洋や植物由来の物質など、自然由来のものがあります。PM2.5のように微細になれば肺の奥まで到達し、健康被害がより深刻なものになります。

図 PM2.5の生成メカニズム (出典:環境省)

VOC (揮発性有機化合物)
文字通り揮発性の有機化合物で、塗料、接着剤、洗浄剤、印刷、シンナー、ガソリン、などの多様な使用現場で発生し、主要なものだけでも200を超える物質があるとされます。
PMや後述の光化学オキシダントの前駆体のひとつでもあり、直接的にも間接的にも人体への悪影響があります。規制の歴史が比較的浅いため対策が求められています。

光化学オキシダント(オゾン)
工場や自動車から排出される窒素酸化物(NOx)やVOCである炭化水素(HC)が、太陽光による光化学反応によって、オゾン等の酸化性の大気汚染物質を生成、それらを総称して光化学オキシダントと言い、その大部分はオゾンです。都市部の光化学スモッグは光化学オキシダントが高濃度になって発生します。高濃度の光化学オキシダントは目や喉、呼吸器系に悪影響が出ます。
上記を対流圏のオゾンとすると、成層圏のオゾン層は、太陽光の有害な紫外線を吸収し、地上の生命を保護する役割を果たす「良い」オゾンです。

その他の多種多様な大気汚染物質として、日本の大気汚染防止法で規制されている「特定物質 28種類」(アンモニア、ホルムアルデヒド、ベンゼン等)や、「有害大気汚染物質 248種類」(アセトアルデヒド、クロロホルム、トリクロロエチレン等)が存在します。これら規制物質の数の多さは、大気汚染物質の複雑性を反映したものとも言えます。

世界の大気汚染

新興国で起きている大気汚染

地球的規模で大気質を観測しているスイスのIQAirで、2023年の年間平均PM2.5濃度に関する情報として、世界で最も大気の汚染された国が公表されました。それによると、ワースト上位にあがったのはそれぞれ日本より人口の多い、バングラディシュ、パキスタン、インドといった新興国でした。日本は96番目、ちなみに隣国の中国は19番目(134ヵ国中)でした。(参照: 2018-2023 世界で最も汚染された国と地域 https://www.iqair.com/jp/world-most-polluted-countries)　日本もかつて新興国時代には大気質の汚染が確認されており、年代によって変遷するものである事は補足したいと思います。
バングラディシュではレンガ産業が盛んで、レンガの生成焼成時に多くの石炭によって二酸化炭素(CO2)やPM2.5が排出される事が原因の一つとされています。首都ダッカの空は曇って見え、健康被害も確認されています。
パキスタンでは野焼き、レンガ焼成、古い車やバイクからの排煙などが原因とされており、インドでも野焼き、火力発電所、古い車やバイク、爆竹(宗教的行為)などが原因とされていて、各国の内情に沿っている事が伺えます。各国で共通しているのは化石燃料の燃焼や野焼きなどです。

先進国の自動車排ガス偽装

世界に先駆けて環境問題に先進的な取り組みをする事でも知られるEU(ヨーロッパ)。大気汚染物質の移動発生源の中でも、その割合の深刻なディーゼル車の排気ガス規制(PM、CO2、NOx等を規制)も世界に先んじて進めてきました。しかし2015年ドイツのフォルクスワーゲンで、この規制を逃れるソフトウェアの搭載が発覚しました。その後日本でも排気ガス規制に対し、メーカー各社が改ざんや偽装などをした事が相次いでニュースにもなりました。企業の利益追求の姿勢や、野心的な規制をクリアするための技術が各メーカー任せになっているといった事情が背景にあるとも指摘されています。結果的に排ガス不正・偽装によって、大気汚染物質の増加が放置された事は残念な事です。
また100年に一度の大変革期と言われる自動車業界は、その過渡期にあると言えます。EV(電気自動車)やハイブリッド車などをはじめとした、エコカーの選択肢という概念は浸透してきているものの、消費者メリットが限定的で普及の足かせになっているという現状も横たわっています。

産油国の大気汚染

石油はその燃焼使用時の排出物質(二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、PM、メタン等)が、大気汚染や温暖化の原因物質である事を想像しますが、原油採掘(と石油精製)の現場でもこれらの排出物質が漏出されます。ガスフレアや随伴ガスといった副産物による排出です。近年では新しい技術によって一部では減少させているとされますが、古くからの採掘現場では世界的にも局地的に高い割合で二酸化炭素や硫黄酸化物などの環境因子物質が排出されました。また石油製品をエネルギーとしても利用するため、産油国では採掘時と利用時という、二重に大気汚染が進んだという経緯があります。
石油はエネルギーや動力の源としていまだ世界中で高い需要があり、その価格面ではOPECの影響もあり世界経済とも密接な関係にあります。近年では非OPECであるアメリカのシェールオイルが台頭し産出量で突出しています。また産油国の脱炭素の動きとして、中東湾岸の産油国UAEの取り組みは特筆すべきものがあります。COP26で2050年ネットゼロ(カーボンニュートラル)を掲げ、野心的な取り組みを進めている事で知られます。二酸化炭素の排出に関しては、産油国の排出は地球にとって大きなウェイトを占めています。

山火事や森林火災と大気汚染

二酸化炭素やPM等の排出で、地球にとって大きなウェイトを占めるもう一つは森林火災です。日本は比較的湿度があるせいか森林火災は目立っていません。しかし近年では毎年世界中で森林火災が起きてニュースでも取り上げられている通りです。中でも2023年は、国連のグテーレス事務総長が「地球沸騰化」という表現で警鐘を鳴らした通り、近年では最も暑い記録的な年になりました。この年はカナダ、ハワイ、ギリシャ、ロシアなど、各地で大規模な森林火災と大きな被害が報告されました。カナダの森林火災で発生したPM等の排出物質が、ニューヨークに到達した際の大気汚染の様子を見た人もおられるのではないでしょうか。また、2019年にオーストラリアで起きた大規模な森林火災は、大気汚染等の影響を語る前に、多様な生物を死に追いやり生態系を破壊した事に衝撃を受けた方も多いでしょう。
近年の気候変動により、今まで地球上でバランスされていた気象に変化が起き、気象の極端化が起きていますが、その影響は熱波や干ばつといった現象を引き起こし、森林火災を悪化させるという負の連鎖が起きています。

新型コロナウィルスの影響と大気質

地球規模で蔓延した感染力の高い未知のウィルス、新型コロナウィルス。2020年〜2022年の3年間は、世界中の都市でたびたびロックダウンが行われ、人間は基本的な行動制限を余儀なくされました。全ての生活やビジネスは外出をしない方法が模索されました。その影響は大気汚染にとってどの様な変化だったのでしょうか。例えば、中国の首都北京の大気汚染は、それまで昼間でも視界が悪かったのですが、2020年2~3月のロックダウンにより、大気質が改善され空気が澄んだ青空が戻りました。
IPCC(気候変動に関する政府間パネル)によれば、2020年は大気汚染の排出削減が一時的に見られ、人間活動により生じるエアロゾルによる冷却効果が減少し、放射強制力が一時的にわずかに増大した。しかしその気候応答は自然変動の幅を超える事はなく、二酸化炭素濃度は2020年も増加し続けた *1、とあります。 (出典：IPCC AR6 SPM D.2.1)
このことは重要な記録です。一時的にではあるものの、大気質を良くすることは出来るという前向きな記録として、どうあるべきか今後の大気汚染防止に活かしたいものです。 ( *1: エアロゾルは大気汚染の原因である一方、温暖化に対しては太陽光を遮る要素となり冷却効果をもちます。ただし昇温効果と冷却効果は各物質により異なります。)

戦争による大気汚染への影響

2022年2月に始まったロシアによるウクライナ侵攻、また2023年10月からはイスラエル・パレスチナ戦争と、コロナ禍に続く形で災禍が発生し、戦時下の国が増えてしまいました。(言うまでもなく、戦争をする、仕掛けるのは人間の愚かさが露呈したものと思わざるを得ません)
ここでは戦争による大気質への悪影響について考察を試みたいと思います。砲弾やミサイルなどが被弾すれば、爆発とともに建物や施設は破壊・燃焼が起き瓦礫と化してしまいます。そこでは大気汚染物質の項で書いた様に、爆発や燃焼により窒素酸化物(NOx)、建物の崩壊により多様なPM(粉塵や煙)、燃料の使用では化石燃料の燃焼による二酸化炭素や硫黄酸化物(SOx)、その他様々な有害な化学物質が、時間とともに被害が広がるほど、環境中へ排出され続けます。原子力発電所など、破壊されると環境にとって致命的に危険となる施設もあります。
また、ロシア産のLNG(液化天然ガス)の不買により、代替エネルギーとして石炭をはじめ他の化石燃料に切り替えた国もあります。結果として間接的に脱炭素と逆行する事となり、二酸化炭素ほか大気汚染物質の排出も多くなります。
全てを破壊する戦争は、最悪の環境破壊行為でもあることは明白です。

健康面への影響、WHOによる勧告および推奨事項

大気汚染物質の健康への影響は、大気汚染物質の各物質の説明でも触れた通りです。ここでは世界中の最新かつ膨大な科学的証拠を元に作成された、WHO(世界保健機関)の大気質ガイドラインから、いま一度大気汚染の健康面への影響と、具体的な大気汚染物質の目標数値について確認したいと思います。

大気汚染による健康面への影響は、不健康な食事や喫煙等と同等の健康リスクと推定されます。具体的には大気汚染の暴露は、心血管疾患、呼吸器疾患、肺がんなどの罹患率や死亡率を増加させます。また、毎年数100万人が死亡し、病気の危険に晒されています。

代表的な大気汚染物質であるPM2.5, PM10, オゾン(O3), 二酸化窒素(NO2), 二酸化硫黄(SO2), 一酸化炭素(CO)に関する推奨目標数値について、下記の表にまとめられています。

表0.1. Recommended AQG levels and interim targets (出典: WHO global air quality guidelines 2021)

(筆者補足) 表内の各数値の単位はμg/㎥(COはmg/㎥)です。右端のAQG level(大気質ガイドラインレベル)は、科学的根拠に基づく各物質の暴露の最低レベルに相当、つまりAQGレベルの超過は公衆衛生の重大なリスクとなり得ます。Interim targets(暫定目標)は、1段階目から4段階目にレベル分けされ、4段階目に向けてAQGレベルに近づいていきます。汚染濃度の高い地域に向け、最終的なAQGレベルの達成に向けたステップとして暫定目標が設定されています。

大気汚染と気候変動の関係

大気汚染は気候変動と密接な関係性にあります。

大気汚染物質は、大気中のエアロゾルとして、太陽光を反射し遮る事による冷却効果を持ちます。(実際には削減する物質ごとに昇温・冷却作用が異なるという複雑な面があります。)大気汚染対策によって汚染物質(エアロゾル)が減少すれば、大気質が改善され澄んだ空気になりますが、太陽光を遮る物質が減少し、温暖化効果をもたらしてしまいます。これは、地球温暖化の温室効果ガスである二酸化炭素やメタン等の削減努力による冷却効果と打ち消し合う関係にある事を意味します。

こうした問題を考える際、IPCCのAR6報告書に次の様な記載があり、重要なヒントになり得ます。

「自然科学的見地から、人為的な地球温暖化を特定の水準に制限するには、二酸化炭素の累積排出量を制限し、少なくとも二酸化炭素正味ゼロ排出を達成し、他の温室効果ガスも大幅に削減する必要がある。
メタン排出の大幅な、迅速かつ持続的な削減は、エーロゾルによる汚染の減少に伴う温暖化効果を抑制し、大気質も改善するだろう。」
出典: IPCC AR6/WG1報告書 SPM暫定訳（文部科学省及び気象庁）より、D.1

メタンはSLCP(短寿命気候汚染物質: SLCP「SLCPs: Short-Lived Climate Pollutants」)であり、二酸化炭素に比べて環境中の滞留時間が短いという特徴があります。SLCPにはメタン以外に対流圏オゾンや煤(すす:ブラックカーボン)などがあります。

大気汚染と気候変動の抑制を共に考える際に、メタンの削減は短期間・高効率で冷却効果をもたらすため、二酸化炭素とあわせて削減努力を加速することで、冷却効果の方を高めるということに意識を向ける必要がありそうです。

こうした複雑な問題を解決に向けて前進させるには、大気に国境がない以上、国家間の垣根を超えた、地球規模での人間の努力や協力無くして解決の道は難しいものと思われます。

対策や取り組み、我々に出来ること

大気汚染の問題は、我々が日常呼吸をする際に吸い込む空気の問題であり、様々な病気や死とも因果関係のある問題です。最も身近でありながら、普段あまり気にしない人もいるであろうこの問題は、複雑なプロセスを経て現在の状況に至っています。その原因として、人類活動由来では、工場や火力発電所、自動車や飛行機等からの排煙や粉塵が挙げられます。この大気汚染を抑制するにはどうすれば良いでしょうか。大気汚染問題の対策や取り組み、我々に出来ることをまとめました。

国や自治体が行なっている対策・取り組み

• 大気環境のモニタリング
• 法律による汚染物質の排出規制
  • 「大気汚染防止法」
  • 「自動車NOx・PM法」
  • 「自動車排出ガス規制」

国は法律で、工場などの固定発生源や、自動車などの移動発生源に対して、汚染物質の排出規制をかけています。大気汚染防止法の制定から50年以上を経て、大気汚染物質は当初からは減少傾向にあります。ただ、人間活動がある限り、大気汚染物質の排出は続いています。

我々個人で出来ること

• 再生可能エネルギー主体の電力会社への転換、または省エネを心掛ける
• 自動車はエコカーへの転換、公共交通機関の積極利用
• ゴミの量を減らしてリサイクルをする
• 室内では空気清浄機を利用して汚染物質を除去する

などがあります。化石燃料の利用の段階的廃止は効果的です。具体的には電力会社の発電方法に着目して、火力発電所由来の電力ではなく、再生可能エネルギー由来の電力を主体とする電力会社に切り替えることや、自動車はガソリン由来の動力ではなく、電気や水素、エコ燃料を使った動力に切り替えることで、大気汚染物質の排出を大きく抑制することができます。
また、室内での空気清浄機の利用は我々自身の健康のために有効です。一方屋外では、PM2.5や黄砂、光化学スモッグ等で空気質が悪い時のマスクの着用も有効となります。

我々個人で出来ることは、汚染物質の排出抑制という観点で「地球温暖化 | 我々に出来ること、取り組み」も参考になります。是非併せて読んでみてください。

地球にとって薄皮1枚である大気の、さらにその一部である対流圏は、まさに生命のゆりかごです。我々地上の生命が暮らす対流圏で起きている人間活動由来の大気汚染は、その健康を危険にさらし、悪くすれば命を奪ってしまう問題でもあります。この機会にぜひ大気汚染の対策や我々にできる事について、いま一度考えて行動に移す事を検討してみましょう。