大気汚染
汚染物質と汚染のメカニズム > 輸送・拡散

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大気汚染のプロセスは、まず発生源から汚染物質が放出される事から始まる。発生源は固定発生源と移動発生源に分かれ、前者はさらに工場などの「点源」と道路や都市全体などの「発生域」に分けられ、後者は自動車などが該当する。
次に放出された汚染物質は大気の流れ（風）によって輸送される。輸送の段階で一部は物理・化学的変化を起こしたり他の物質に取り込まれたりする。例えば二酸化窒素と炭化水素は大気中で紫外線を受けて反応し光化学オキシダントを生成し、二酸化硫黄は水・アンモニアと反応・酸化して硫酸（硫酸液滴）や硫酸塩などの硫酸エアロゾルを生成し、窒素酸化物は酸化・アンモニアと反応して硝酸（硝酸液滴）や硝酸塩などの硝酸エアロゾルを生成する。このように大気中で汚染物質から二次的に生成される物質を「二次汚染物質」といい、通常の「一次汚染物質」と区別する。二次汚染物質の中には、気体成分同士が反応して液体や固体の微粒子を形成するものも少なくなく、ナノメートル(nm)の大きさの粒子状物質の多くはこのような気体中の反応で生成されると言われている。
気体成分は雲粒や雨粒に溶解し、粒子状物質は雲核として働いたり落下する雨粒に捕捉されたりして雨粒に取り込まれる。雲に取り込まれて大気中から除去されることをレインアウト、雨に取り込まれて大気中から除去されることをウォッシュアウトという。取り込まれた大気汚染物質は雨を汚染し、酸性であれば酸性雨の発生に寄与する。
また、粒子状物質の中には微粒子同士で凝集して大きさを増すものがある。輸送の段階で大きな微粒子は重力により落下する。落下したものは地面や植物などの表面に沈着（堆積）し大気中からは除去されるが、多くは土壌汚染や水質汚染へと移行する。概ね粒子径1µm以下では空気抵抗と重力加速度がほぼ等しくなりほとんど落下しないとされている。
輸送は地形や気象条件により大きく左右され、通常は風により拡散（大気拡散）されて発生源から離れるに従って濃度が下がっていく。大気汚染物質は概ね流体の渦や乱流運動的な拡散運動をすることが知られており、水平方向よりも鉛直方向の風が強いほど拡散しやすい。しかし、一定の条件下では汚染物質が滞留して高濃度汚染を引き起こす。
高濃度汚染は風が弱い（または無風の）時に起こる傾向があり、弱風を起こす気象条件として安定した気圧傾度の緩やかな高気圧の圏内に入ることや、気温減率が減少・逆転する安定層や気温逆転層が発生すること、地形の条件として谷や盆地であることが挙げられる。大気汚染が問題化した20世紀中盤はこのような条件下で高濃度汚染が多発した。また、昼間は地上付近の気流の乱れや対流が活発だが夜間は放射冷却により安定層・逆転層が生じて汚染物質が滞留しやすいこと（日変化）も知られている。日変化にはこのほかに海陸風によるものがある。
例えば、関東地方では午後から日没までを中心に発生する光化学スモッグが日没後の海風に乗って（メソスケールの前線である海風前線としても観測され）内陸に運ばれる関係で、発生地である東京都心や京浜工業地帯で窒素酸化物濃度が最も高く、風下の関東内陸部で光化学オキシダント濃度が最も高いという傾向がある。千葉県での調査においても、窒素酸化物や二酸化硫黄は東京に近い北西部で値が高いが、光化学オキシダントは北部・東部・南部で値が高い。ヨーロッパでも、窒素酸化物や粒子状物質は都市、特に道路で値が高いが、オゾンはむしろ農村の方が値が高い。
また、季節風の風向変化も分布に影響を与える。前述の千葉県の調査においても季節により高濃度域の分布が変わることが分かっている。また冬季の暖房使用による煤塵や一酸化炭素の増加など、排出量が変化することによっても季節変化が起きる。
都市においては建物が風を弱め、粒子状物質やガスを滞留させて部分的な高濃度を作り出すことがある。
このほかの汚染の因子として、汚染の継続時間がある。発生源からの放出の継続時間、（一部の汚染物質については）分解されて無害化するまでの時間、地形や気象条件などに左右される。汚染の継続時間と空間的・時間的規模は相関しており、物質や発生源により大体の規模が決まっている。幹線道路や工場周辺の高濃度汚染は高濃度範囲が数百m - 1km程度・放出から汚染が開始するまでは10分-1時間程度である。大都市や工場地帯になるとこれが1-10km・1-10時間程度になる。光化学スモッグや酸性雨は数十-数百km・長くて数日程度になる。オゾンホールや地球温暖化では、数千-1万km・1-100年と非常に大きな規模になる。