大気汚染

大気汚染とは、大気中の微粒子や有害な気体成分が増加して、人の健康や環境に悪影響をもたらすこと。人間の経済的・社会的な活動が主な原因である。自然に発生する火山噴火や砂嵐、山火事なども原因となるが、自然由来のものは大気汚染に含めない場合がある。

1. 概要
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世界保健機関は2018年の推計で、世界では大気汚染を原因として呼吸器疾患などで年間約700万人が死亡しており、世界人口の約90%が健康被害の恐れがあるレベルの大気汚染に曝されているとの推計を示している。ただ、2022年では、約670万人に減っている。特に都市部を中心に汚染が悪化しており、経済協力開発機構は2012年、「2050年には大気汚染による死者が水質汚染による死者を上回って環境悪化による死者の最大の要因になるだろう」と予測しているoecd120315}}。発展途上国では薪の利用が多い事などから屋外よりも室内の汚染の方がリスクが高くwhofs313}}、都市部ではこれに都市化による屋外汚染が加わる形になっているoecd120315}}。室内汚染による死者は、国際エネルギー機関の報告書によると2016年時点で年間350万人である。

2. 歴史
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2.1. 大気汚染の顕在化
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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。 重苦しい都市の空気、そして、煮炊きが始まると、
蒸気とスズが入り混じる破滅的な煙をどっと吐き出す
台所。あの恐ろしい悪臭から逃れるいや否や、
私の健康がたちまち回復するのを感じた。

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esme-8。

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とfogを合成したsmogという言葉を初めて用いたesme-8}}。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。
1910年代の1910年から1920年のロンドンでは、市街地の煤塵の降下量が1km2当たり年間200トンに達したesme-8}}。
1930年12月 ベルギーのマース川沿いの町エンギスで、工場排気によるスモッグを伴った汚染が原因で健康被害が発生、通常の死亡数の10倍に相当する60人が死亡。家畜、鳥、植物にも被害を及ぼしたesme-8}}。
1944年頃から アメリカ合衆国ロサンゼルスで、眼、鼻、気道などの粘膜の持続的・反復性刺激を伴う「白いスモッグ」による大気汚染が発生し始めた。当初は原因物質が何であるかよく分からなかったが、後に光化学オキシダントによるものと判明し、光化学スモッグという言葉が生まれた。ロサンゼルスは盆地状の地形で汚染物質が滞留しやすく、高気圧下で風の弱かった1951年夏には高齢者約400人が死亡している。対策は行われているが、21世紀に入ってからも続いているesme-8。
1948年10月 アメリカのペンシルバニア州ドノラで、工場排気による汚染が発生、人口14000人中43%が重軽傷を負い、18人が死亡した。後に、無風状態が続いたことや川沿いの谷状の地形であったことが汚染物質を滞留させ、被害を大きくしたと分析されているesme-8。
1950年11月 メキシコのベラクルス州ポザリカで、ガス工場の事故により大量の硫化水素ガスが漏れ出し、住民22000人中22人が死亡した。後に、盆地の中で弱風状態にあったことや霧が発生していたことが被害を大きくしたと分析されているesme-8。
1952年12月 ロンドンで二酸化硫黄を多く含んだ濃いスモッグが5日間にわたって停滞、約4,000人の死者を出した。これを契機としてイギリスでは大気浄化法が制定されたesme-8。1962年1月にも同様の大規模なスモッグが発生し、この時は数百人が死亡したesme-8}}。
1984年12月2日 - 3日 インドのマディヤ・プラデーシュ州ボパールの化学工場で、作業ミスにより有毒ガスのイソシアン酸メチルが約2時間にわたり計40トン流出、風で市街地に流れて滞留し住民に健康被害をもたらした。死者は14,000 - 20,000人、被害者は35 - 40万人とされ、家畜の牛4,000頭も死亡、後遺症も報告されている。汚染物質の比重が重かったことや大気の混合度が低い深夜であったこと、適切な対応がとられず住民が避難できなかった事などが被害を拡大させた。
2013年1月10日頃より、中華人民共和国の首都北京を中心とする華北の広範囲で高濃度汚染が発生し、2月初旬までの3週間に亘って継続した。その間の最も汚染が酷かった1週間には、華北から中原さらに華東経て雲貴高原にまで至る国土の約3分の1で高濃度汚染の発生が確認され、1月28日には中国主要74都市の約半分で空気質指数が最悪の「深刻な汚染」レベルに達した。
2018年1月30日 モンゴルの首都ウランバートルにて3,320㎍/㎥のPM2.5濃度が観測されている。近年、モンゴルでは首都集中型の[1]しており、子どもたちの間では肺炎が蔓延しているとされる。

2.2. 研究と対処の進展
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大気汚染の研究が進展したのは20世紀に入ってからである。著名な研究として、都市気候の中での大気汚染を論じたもの、工業地域や都市での石炭の消費と大気汚染や煤塵の関係を論じたもの、ロンドンにおける公園とその周囲の大気汚染を調べ比較したもの、大気汚染と都市計画について論じたものなどがある。これらを通じて集められた知見は法規制や大気汚染の予測へと進展するec-6-3}}。日本では、高度経済成長期の1960年代に大気汚染が増加するとともに研究が進展した。初期の著名な研究として東京・川崎の大気汚染について述べた伊藤、箕輪の研究があり、これをもとに両名は1965年に『大気汚染気象ハンドブック』を著している。1966年には学術誌『大気汚染研究』が創刊されている。この頃から国や自治体など行政が主体となった組織的な研究が活発化したec-6-3}}。1967年に制定・施行された公害対策基本法で「典型七公害」の一つとして大気汚染の規制が開始され、後の1993年には環境基本法に継承された。1968年には大気汚染防止法が制定されている。

中国では1980年代に研究が始まり、2001年には国内47都市の空気質予報のテレビ放送を開始しているec-6-3}}。

産業革命以来、燃料の主力は石炭であり、石炭の燃焼に伴う煤煙を多く含んだ「黒いスモッグ」による大気汚染が多かった。これに対処するため、煤煙の排出を規制することが行われた。煤煙を上空に送るほど気流は安定していて拡散しやすいことから、規制初期には煙突を高くする措置が取られた。例えば、日本では大気汚染対策初期の1970年頃から高さを増した集合煙突が増加した。しかし、これは発生源付近の地上の濃度を下げるだけで、汚染を拡散させているのに過ぎず、本質的な解決ではなかった。後に、煤煙を回収する集塵装置が開発・普及し、排気ガス処理が進むesme-8。

2.3. 白いスモッグ・光化学スモッグの問題化と汚染の多様化
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一方、先進国では20世紀中盤から、燃料の主力が煤煙を多く出す石炭から石油に替わっていった。これにより煤煙は減少したが、石油に多く含まれる硫黄分に由来する硫黄酸化物、また自動車から排出される窒素酸化物・炭化水素、窒素酸化物と炭化水素が化学変化を起こしてできる光化学オキシダントが増加し、これらを多く含んだ「白いスモッグ」が大気汚染の中心となったesme-8。二酸化硫黄の対策として、硫黄分を回収する脱硫装置の開発・普及が進められた。日本では1970年頃から脱硫装置の設置が進んだため、東京の二酸化硫黄濃度は1960年代後半の約60ppbが1970年から1985年にかけて約5分の1に減少、1990年代初めには約10ppbになっている。またアメリカのニューヨークでも1960年代後半の約80ppbから1990年代初めに約11ppbまで減少するなど、先進国では20-30年間で最も多かった時期の6分の1程度に減少させているesme-8。またアメリカでは大気浄化法の1990年改正において二酸化硫黄、窒素酸化物、水銀に排出取引制度が導入され、排出総量の削減に寄与している。

こうして先進国では煤煙や硫黄酸化物が削減されたが、次に光化学オキシダントを多く含んだ白いスモッグ、いわゆる「光化学スモッグ」が問題化した。日本では1970年に初めて発生している。光化学オキシダントを引き起こす窒素酸化物や炭化水素は、先進国でも大きな削減はできていない状況にあるesme-8。

短期的な健康被害を及ぼす汚染が減少した先進国では、長期的な健康影響への関心が高まり、揮発性有機化合物などの有害化学物質が問題となった。これらに対しても規制が行われ、現在も健康影響の評価が進められているesme-8。

一方、温室効果ガスによる地球温暖化、フロン類などによるオゾン層の破壊も、地球規模の大気汚染として浮上した。

また、被害の全貌が明らかになった訳ではないが、1950-1960年代には大気圏内核実験により地球規模で放射性降下物の濃度が上昇した。その後低下して、1990年代にはほとんどなくなっている。

2.4. 途上国の高い汚染リスクと越境汚染問題
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発展途上国では、先進国では削減に成功している煤煙や二酸化硫黄を主体とした大気汚染が依然として見られるesme-8。開発途上国と先進国の大気汚染物質濃度を比較した国際連合人間居住計画の1990-1995年の資料によると、二酸化窒素の濃度は両者で大きな差はないが、二酸化硫黄は開発途上国が先進国の約2.5倍、粒子状物質は同じく約3.5倍である。排出源が家庭における調理や暖房などに由来するため規制が難しい構造があり、また貧困や教育の問題も関係している。更に、アジア・アフリカ・ラテンアメリカの人口が急増している都市や工業地帯では大気汚染が深刻な状況にあるunhsp01。

一方、ヨーロッパでは1960年代から酸性雨による生物への被害が深刻化し、越境汚染への関心が高まった。1969年にOECDが酸性雨問題に関して国際協力の必要性があることを勧告。1972年には西ヨーロッパ11カ国でモニタリングの枠組みが発足した。同年の国際連合人間環境会議では国境を跨いだ酸性雨が議題の1つとなり、世界にその被害状況が報じられた。各国は1979年に長距離越境大気汚染条約 を締結、1983年に発効し世界初の越境大気汚染に関する条約となった。加盟各国に対策、監視、情報交換を行うことを定め、以後段階的に拡充しているichikawa98}}。北アメリカのカナダとアメリカの間でも1970年代に酸性雨が越境汚染として問題化し、当初は主張が対立していたが、1980年に両国が覚書を交わして以降監視や情報交換を進め、1991年にアメリカ・カナダ空気質協定を締結しているatomica01080124。

ヨーロッパや北アメリカではこうした汚染状況を明確化するため、各国の排出量や沈着量などのデータを作成し公表している。例えば、北欧のスウェーデンでは硫黄酸化物の93%、窒素酸化物の87%が国外から運ばれてきて沈着しているというデータが得られているichikawa98}}。

東南アジアでは、森林火災や泥炭火災の煙が大規模な煙霧となり周辺国にまで広がる越境汚染が、1980年代から深刻化した。1997-1998年には約9万km2に及ぶ火災によりブルネイ、インドネシア、マレーシア、フィリピン、シンガポール、タイの6カ国に広がる過去最大の煙霧が発生、2006-2007年にもカンボジア、ラオス、ミャンマー、タイの4カ国で空気質指数が"Unhealthy"となる大規模な煙霧が発生している。これに対処するため、東南アジア諸国連合加盟国は2002年に越境煙霧汚染ASEAN協定を締結し、国家間の情報提供や連携した防止策を取り決めている。ただし、域内の泥炭面積の7割を有するインドネシアが条約を批准していない事や、所得の少ない農民によるアブラヤシ生産のための開墾が森林破壊の主な原因で、伐採により露出して乾いた泥炭が火災を引き起こしている事などの問題があり、その後も越境煙霧汚染は度々発生している。

硫黄酸化物、窒素酸化物、酸性雨、スモッグ・煙霧などの越境汚染は、同様に大きな排出源を有するインド、バングラデシュなどの南アジアや、中国、韓国、日本などの東アジアでも発生している。東アジアでは1998年に酸性雨の原因物質の動向を監視する東アジア酸性雨モニタリングネットワークが発足している。

2.5. 先進国における課題
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技術革新と大規模な大気汚染源に対する規制の強化・摘発により、先進国では大気汚染は大幅に改善されたが、そうした努力にもかかわらず環境基準の完全な達成には至っていない。焦点となっているのは窒素酸化物や粒子状物質、オゾン、VOCである。

自動車が主な排出源である窒素酸化物は、規制強化に伴う事前予想に比べ濃度の低下が小さく、規制が不十分だとする意見もあるeea14}}。

ヨーロッパや北米では、娯楽用として、また他の燃料の価格上昇、更に再生可能エネルギーとしてバイオマス燃料が見直された影響などから薪ストーブの使用が拡大した。ヨーロッパでは2010年代に粒子状物質の排出源の2割を占め、VOCのひとつベンゾピレンの濃度上昇などに寄与した。イギリスでも、2020年のPM2.5の約2割が薪ストーブ由来と推定され、世帯普及率は8%に過ぎないが、道路交通より多く、それまでに石炭の使用減少など産業部門で減少した分が相殺されている。排出を抑える改良が行われているものの普及には時間がかかり、また屋内では汚染の大きな割合を占め、屋外に排出される分も少なくない影響があることから、規制へと舵が切られているwhoe15。

3. 汚染物質と汚染のメカニズム
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3.1. 汚染物質と発生源
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大気汚染物質は、粒子とガスに二分できる。主な汚染物質には以下のようなものが挙げられる。

PM2.5を初めとする粒子状物質、ブラックカーボン、それらを含むばい煙
粉塵 - 火山灰や砂埃
排出ガス - 一酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物
光化学オキシダント - 排気ガス等が光化学反応を起こして生じる。都市に多い汚染である。光化学スモッグなどと呼ばれる
揮発性有機化合物 - ホルムアルデヒドなどのアルデヒド類、多環芳香族炭化水素の一部、ダイオキシン類など）（重量比や体積
比）