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オゾンは善玉、それとも悪玉?

2009 - 11/26 [Thu] - 23:59

【サーパスマンション】で有名な穴吹工務店が、
会社更生法の適用を申請しました。
まだまだ建設不況が続いております。
ホンと、良い話を聞きません。

私も絶不調です。
今年の春先に喘息を発症してしまいましたが、
その後、夏にも発作を起こし、
先週末からまたまた始まりやがった(>_<)
そんなわけで、連休中はゼーゼー生きた心地がしませんでした。

もともとスギ花粉に対するアレルギーが強かったんですが、
さすがにまだ飛散していないはず。
お医者様も「不思議ですね~」って首をかしげてしまう始末です。
ただ自分なりに、何となく気になる点があります。
ひょっとしたら、【オキシダント】が関係しているのかも――

さて、久しぶりの更新です。
体内の活性酸素に続き、
今日は自然界の活性酸素を紹介しましょう。
それがかの有名なオゾン(ozone)でございます。

ozone-1

一般的に大気中の【酸素】は、
酸素原子(O)が2ヶ結合した酸素分子(O2)として存在します。
ところが自然の摩訶不思議で、
中には酸素原子が3ヶくっ付いている【酸素】があります。
これがオゾン(O3)ですが、オゾンには不対電子がありません。
つまり、ラジカルじゃないってことですが、
安定した酸素分子(O2)に戻ろうとする性質があります。
このため強い酸化力を持っており、
広い意味で活性酸素の一つに数えられるわけです。

ちなみに。
これまで体内での利用は知られていませんでした。
ところが最近になって、意外なことがわかってきたみたい。
白血球の一つである好中球がオゾンを産生し、
これを殺菌作用に利用しているらしいのです。
オゾンって、とってもいい奴……?

オゾンが生成されるには、
原子状の酸素(O)が生成されることが大前提です。
酸素分子(O2)を真っ二つに裂いてもできますが、
この化学反応には膨大なエネルギーを要するため、
自然界でそんな反応がそうそう簡単に起きるもんじゃございません。
ただし、稲妻が大気を切り裂いたとしましょう。
すると、辺りに生臭い悪臭が漂います。
これこそがオゾンの匂いで、
オゾンの名はギリシア語で「臭う事」を意味する【ozen】に因んでいるそうです。

さて、稲妻に触れた大気は【電離】を起こします。 つまり、プラズマです
そのエネルギーで酸素分子(O2)が酸素原子(O)に分断され、
これが酸素分子とくっ付いてオゾンが生成されるのです。
程度の差はあれ、
同じような現象は高圧放電をしている電気製品にも起こります。
代表的なのがコピー機で、
使用中に妙な匂いが気になっていた方もいるのでは?
放電式の空気清浄機からも微量のオゾンが発生しているはずですし、
マイナスイオンドライヤーの正体もオゾンでしょう。
労働環境では、溶接作業がオゾンを発生させることで有名です。

しかし、こうして発生するオゾンなんて微々たるもの。
大気中のオゾンを発生させる”原動力”は紫外線(ultraviolet)です。
そこで、太古の地球の物語を紹介しましょう。
地球が誕生したのは、今から約40億年も昔の話。
ところが、生命が陸上に上陸したのはわずか5億年前です。
それまでは深海で暮らしていました。

なぜ(?_?)

理由は、陸上には有害な紫外線が容赦なく降り注いでいたから。
とても生命が生きられるような環境じゃなかったわけです。
しかし、35億年前に光合成をする藻類が出現し、
恐ろしい有毒ガスを撒き散らし始めました。
それが【酸素】に他なりません。

酸素は海中に溶け出し、
その酸化作用で絶滅した嫌気性生物も少なくないでしょう。
鉄も酸化して、地球は赤く錆びあがりました。
そして海中濃度が飽和に達した20億年前、
とうとう酸素は大気中にぶくぶくと吹き出し始めた!
この本来なら有害な酸素が、
地球環境に劇的な変化をもたらしちゃうことになります。

繰り返しますが、地球上には紫外線が降り注いでいました。
その高エネルギーによって、
酸素分子(O2)も酸素原子(O)に引き裂かれたわけです。
これを【光解離】といいますが、
この酸素原子(O)が酸素分子(O2)と結合すればオゾン(O3)の誕生です。
最初は酸素濃度が高くなかったので、
オゾンも地表近くにへばり付いていたことでしょう。
しかし、その後15億年という途方もなく長い時間をかけ、
大気中の酸素濃度は少しづつ上昇していきました。
それに伴ってオゾンもより上空に移動し、
こうしてオゾン層(Ozone Layer)が完成したという次第です。

それでも【オゾン層】の厚みは、1気圧0℃ではたった3mmにしかなりません。
ただし、”薄皮”がぐるっと地球を取り巻いているイメージは不正確です。
実際には10~20km上空の成層圏に高濃度のオゾンが含まれており、
これを一般に【オゾン層】と呼んでいます。

図をクリックすると拡大します
ozone-2

地球に降り注ぐ紫外線は、
波長の長いものから順にUV-A、UV-B、UV-Cの3種類で、
波長が短くなるほど有害です。 UV-C が一番危険です
しかしUV-CやUV-Bはオゾン生成に吸収されてしまうため、
地上にはほとんど到達しなくなりました。
現在、地球上の生き物に降り注ぐ紫外線の90%以上は、
紫外線の中では最も害の少ないUV-Aです。

こうして紫外線の脅威が軽減された結果、
5億年前に植物が上陸し、4億年前には脊椎動物が上陸を成し遂げました。
それが両生類であり、私達もその子孫の一人です。
ただし紫外線がゼロになったわけではないので、
生命はその防御手段を備えています。
それがさまざまな色素(coloring matter)で、
人間もメラニン(melanin)という優秀な黒色色素を備えています。
これがなかったら地上で生活できないという重要な化学物質ですが、
メラニンはチロシンから合成されるL-ドーパが原料になります。
ここで博学な方は閃いたはず!
何を隠そう、神経伝達物質であるドーパミンの原料と同じなんです。

【後補】
原子や分子が光のエネルギーを吸収すると、
電子は大人しい基底状態から活発な励起状態に遷移します。
それが解離性のポテンシャルを持つ場合には解離するわけですが、
吸収する光の波長は原子や分子によって異なります。

吸収帯

【図】をご覧になっていただければ、
酸素やオゾンの吸収帯が紫外線域にあることがわかると思います。
そのおかげで、
290nm以下の紫外線はほぼ完全にシャットアウトされるのです。
一方、メラニン色素の吸収帯は300~700nmと考えられていますから、
残った UV-A と可視光線の全域を見事にカバーします。
生命とは良くできてるもんだと、改めて感心、感心。


成層圏で生まれたオゾンは、
大気循環で対流圏にも下降してきます。
”空から降りてくる”オゾンは高度が高いほど高濃度で、
森林や山岳地帯で高濃度になるのはそのせいです。
森の空気が爽やかなのはフィトンチッドばかりでなく、
比較的高濃度のオゾンが含まれているからに違いありません。
酸化力の強いオゾンには殺菌作用があるので、
山の空気は清浄――
だから、転地療養も効果があるのでしょう。
その濃度は0.05~0.08ppm、高くてもせいぜい0.1ppmです。
やっぱり、オゾンはいい奴……かな

しかし、対流圏のオゾンは良い事づくめではありません。
オゾンは腐食性の強い有毒物質でもあり、
タイヤなどのゴム製品を扱う方はオゾン劣化に悩まされます。
そして、劣化されるのはゴムばかりでない!
濃度が高くなりすぎると、人間にとっても危険です。
そこでここからは、オゾンのマイナス面を紹介していきましょう。

オゾンは対流圏でも生成されています。
その主要なエネルギー源はここでも紫外線ですが、
対流圏では酸素分子(O2)を切り裂く方法とはちょっと異なる。
成層圏でのオゾン生成と違い、
窒素酸化物(NOx)揮発性有機化合物(VOC)という材料が必要になります。

図をクリックすると拡大します
ozone-3

空気中で燃焼させると一酸化窒素(NO)が生じ、
酸素と反応して二酸化窒素(NO2になります。
これがいわゆる【NOx】ですが、 「ノックス」と読みます
NO2 は紫外線のエネルギーを吸収して光化学反応を起こし、
再び NO に戻ります。
そのときに酸素原子(O)を放出するわけで、
これが酸素分子(O2)と結合すると――オゾンが生成されます。

ただし不安定なオゾンはすぐさま NO と反応し、
こうしてまたまた NO2 を生成して酸素分子(O2)に戻ります。
このサイクルを繰り返すだけならオゾン濃度は上がりませんが、
ここにもう一つの【VOC】が加わると厄介なことになります。
というのも、
【VOC】から生成される過酸化ラジカル(ROO・)が、
NO から NO2 を再生してしまうのです。
こうして消費されなくなったオゾンの濃度は、
ぐんぐん上昇する一方となってしまう。

原動力が”紫外線”ですから、
この光化学反応は温度が高く日差しの強い季節に活発になります。
生成される酸化性物質は光化学オキシダント(oxidant))と総称され、
その大部分がオゾンと考えて差し支えありません。
しかし非常に小さな粒子状物質(エアロゾル)も含んでいるため、
大気は薄モヤがかかったように霞みます。
もうわかりますね?
これが光化学スモッグと呼ばれる現象です。

光化学スモッグは公害が問題となった1970年代に発生し、
目をチカチカさせたり、喉の痛みを起こさせるなどの健康被害を生じました。
極論すれば光化学オキシダント=オゾンであることから、
オゾンのイメージもだいぶ変わってきませんか?

  高濃度のオゾンは要注意――なのです。

自然界に存在する【天然の浄化物質】だからといって、
これを甘く見るととんでもないことになります。

最後に。
【図】をもう1枚ご覧ください。
ozone-4

これは(財)日本環境衛生センター 酸性雨研究センター(ADORC) の発行した、
「増えつづける対流圏オゾンの脅威」というパンフレット中からの引用です。
少々、加筆させていただいております。
濃い赤色になるほどオキシダント濃度が高いことを示しますが、
これは取りも直さずオゾン濃度が高いことと同義です。

大気汚染の規制が厳しくなり、
光化学スモッグ問題は1980年代に解決したといわれてきました。
ところが日本地図の色は年とともに濃くなっており、
2000年代に入って、再び光化学スモッグが発生し始めたのはご承知の通り。

しかも、関東地方内陸部の色が極端に濃いでしょ?
これは関東地方に特有の局地風の影響で、
私の住んでいる群馬県南部は日本有数のオゾン高濃度地帯らしいのです。
それに加えて、
オゾン濃度は呼吸器系疾患の有症率と相関するという指摘もあります。

こうなると、ゼーゼー苦しんでいる私としては放っておけません。 
というわけで。
次回はオゾンの怖い一面を暴き出します。



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