地球上の植物、植物プランクトン、藻類は太陽の光エネルギーを用いて、水と空気中の二酸化炭素を原料として有機化合物を生成するとともに酸素を放出するが、これを光合成と呼ぶ。光合成により生成した酸素は大気中に蓄積され動物の呼吸や化石燃料の燃焼に、また有機化合物は動物の食料やエネルギー源として利用されている。
光合成は光エネルギーを化学エネルギーに変換する光化学反応（明反応）と、化学エネルギーにより水素と二酸化炭素から糖を合成する一連の反応であるカルビン回路（暗反応）からなる。明反応は太陽光を当てることにより水を分解して水素を分離する反応であり、植物などの細胞に含まれる葉緑体が触媒として機能する。葉緑体による水の分解メカニズムについては長年研究されてきたが、2011年に大阪市立大学の神谷信夫教授、岡山大学の沈健仁教授らにより葉緑体に含まれるたんぱく質複合体（光化学系II(PSII)）の分子構造の解析が行われ、この複合体が4つのMn、1つのCa、5つのO、4つのH2Oからなることが明らかになった。大阪市立大学では2013年に人工光合成研究センターを設立し、人工光合成の実現に取組み始めた。
植物などの光合成とは異なる触媒による人工光合成の原点は、1972年に発表された東京大学の本多健一教授と藤嶋昭大学院生の実験にある。二人は二酸化チタンと白金電極を接続して水に挿入し紫外線を照射すると、両極間に電流が流れるとともに、二酸化チタン電極から酸素が、白金電極から水素が発生することを発見した。電気を消費して水を電気分解することは常識だが、この発見は、可視光線ではないが光のエネルギーが電気エネルギーに変換され、かつ水分解を行うことであり、光合成の明反応に相当する。この光触媒による水分解は本多・藤嶋効果と呼ばれる。
2010年のノーベル化学賞受賞者である根岸英一教授は日本政府に対し人口光合成の研究開発を強く提言し、その結果、先端的低炭素化技術開発（科学技術振興機構）、人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換（文部科学省・日本学術振興会）、人工光合成化学プロセス技術研究組合（経済産業省）などのプロジェクトが開始された。特に人工光合成化学プロセス技術研究組合プロジェクトでは、2012年より10年間に150億円を投じて水を分解する光触媒の開発（吸収波長の長波長化-可視光線で機能する触媒、量子効率の向上）、水素分離膜の開発（穴の直径が酸素分子と水素原子の大きさの間である3.0―3.4オングストロームの分子ふるいの開発、ゼオライトやシリカ膜の改良）、水素と炭酸ガスから有機物を合成する触媒の開発（炭素数が2－4のオレフィンの収率向上）などを行う予定である。
人工光合成の実現には広範囲な知識や技術が必要であり、実用化すれば波及効果が大きいため、海外でも研究開発が行われている。アメリカでは2011年に連邦政府がカリフォルニアに人工光合成ジョイントセンターを開設し 5年間で100億円以上を投資する予定であり、またEU、中国、韓国なども人工光合成の研究を推進している。
太陽光のエネルギー変換効率は植物によるが平均的に0.2％程度である。2006年から人工光合成の研究を行っているトヨタグループの豊田中央研究所は2011年、金属錯体と半導体を組合せた二酸化炭素還元光触媒により蟻酸の生成を実証したが、エネルギー変換効率は0.14％ であった。同研究所では2016年までにメタノールなど付加価値の高い有機物をエネルギー変換効率1％で生成すべく研究を行っている。
パナソニックも太陽光を照射する光電極に同社のLED照明の技術を利用した窒化ガリウムなどの窒化物半導体を、また有機物を生成する電極に金属触媒を使用して2012年にエネルギー変換効率0.2％で蟻酸の生成に成功しているが、同社は2020年に年間10トンの二酸化炭素から6000リットルのエタノールを生産する計画を立てている。
東京大学の堂免一成教授は金属イオンを含む酸窒化物を光触媒として使用し、可視光による水分解で成果をあげているが、2050年には日照時間が7.6時間である5キロメートル四方の土地にエネルギー変換効率10％のソーラー水素プラントを建設することにより、1日当たり5100トンの水と二酸化炭素を使用して年間50万トンのメタノールを経済的に成り立つように生産する構想を発表している。現在のエネルギー変換効率は0.3％程度のため、約30倍の活性を持った光触媒を開発しなければならず、完成のためには多くの人材と資金を投入する必要がある。
人類はこれまで植物が長い年月をかけて生産し蓄積してきたエネルギー資源を燃焼し、二酸化炭素を発生させてきたが、人工光合成が実現すれば水と二酸化炭素と太陽光から有機物を合成することにより、このサイクルを逆転させることが出来る。経済的に成り立つエネルギー変換効率の高い光合成触媒の開発にはまだ大分時間がかかるが、21世紀後半のエネルギー源として人口光合成技術の実現が期待されている。
![秋も深まるホームコースの10番...]()
秋も深まるホームコースの10番フェアウェイ
シアトル地域ではUSGAによるゴルフスコアのポスティングは11月15日で終了し、来年2月終わりまではラウンドしたスコアは登録されない。
今年はくまごろうのUSGAハンディキャップは昨年11月15日と同じ16.1で始まった。3月15日は15.7、4月15日は16.5、5月15日は17.3、6月15日は16.8、7月15日は17.8、8月15日は17.5、9月15日は16.4、10月15日は16.7、そして11月15日は17.1で今シーズンを終えることになる。
今年は最もコンディションの良いシーズン真っ最中の7月、8月に調子が悪く、ハンディキャップが増えている。しかし5月、6月は調子が良く、80台でのラウンドも何回かあった。今年は2打目でグリーン近くまで来る確率は確かに増えているが、ショートゲームやパットでへまをしてスコアを落とすことが問題だ。
シーズンオフの間に寄せやパットをたくさん練習し、来年こそは念願のUSGAハンディキャップ15.0以下を達成しよう。
前回柚子の写真を撮影したのは10月19日、あれから3週間足らずだが、くまごろうの希望が伝わったのか、柚子がすっかり色付いてきた。少し小ぶりだが大きいものは直径が60ミリ近くあるので、立派に柚子として通用するだろう。改めて数えると13個の実がなっている。
写真でもわかるように、何故か木の下の部分の枝だけに実が付いており、背丈が1.5メートルほどある他の部分には実がない。四国などの柚子の産地の写真では上の方まで実が付いているのに。
果実を長く付けておくと来年実がならないという話もあるので、来週か再来週にはすべての実を収穫しよう。
わがやの柚子は順調に成長している。9月25日のブログには実の直径が約45ミリと記録しているが、今では50ミリを超えている。また色合いもひと月前は深緑色だったものが、より薄い緑色になっている。いくつかの実は既に収穫したので、現在は12個の実がなっている。小さな緑色の実を既に食したが、香りは正真正銘の柚子であった。
でも実はまだ黄色味を帯びてはいない。ひょっとしてこの木は黄色くならない緑色の実をつける柚子なのだろうか。くまごろうとしてはこれらの実が黄色くなることを望むのだが。
枯れかけた最初の柚子の木も鉢に植え替え、手入れをしたために少しづつ元気を取り戻している。今年は実をつけないが来年は収穫出来る可能性がある。わがやではこれから先、よその柚子をうらやむことはなくなるだろう。
![主催者のホームページより借用]()
主催者のホームページより借用
今日はIssaquah Run with the Fishesに参加して5kmのコースを走ってきた。レースのスタートが午前9時だから、朝食を2時間以上前に済ますために6時に起床した。せっかくの日曜日なのに朝寝坊出来ない。家を出た午前8時の気温は8℃、会場に到着して日陰に入ると寒さが身にしみるが、陽だまりに行けば日差しが心地良い。
9時丁度にレースはスタート、規模が小さいためスタートラインがそれほど混みあわないのは助かる。スタートしてすぐに右に曲がると、時々買い物やレストランに行く時に車で通る道を走るのだが、2キロ地点付近までコースが平らなのは良いがまっすぐでやや面白みに欠ける。1.6キロ地点通過タイムは8分30秒ほどで、ハイペースだ。コースはその後右折を2回、左折を1回の後、3.2キロ地点を通過する。タイムは18分20秒前後でこれでは目標の27分でのフィニッシュが難しいと少しあせる。1キロ毎の距離表示をしてくれればペース配分をより正確に行えるが、1マイル毎ではそれも叶わない。フィニッシュ時のタイムは28分36秒、目標には届かなかった。このタイムを2倍すれば57分12秒となり、今年3月に行われたMercer Island 10Km Runのタイム58分30秒より少しましな程度で、コースが平坦であること、距離が短いことを勘案すれば大した記録ではない。
今日のレース結果は完走者1083名、平均タイム34分27秒、くまごろうは男子70-74歳のエージグループでは7人中1位、因みに2位のタイムは28分49秒で僅差、3位は30分15秒だった。また70歳以上で特筆すべきは男子80歳で32分55秒、最年長86歳で35分6秒の記録であり、これらは敬服に値する。くまごろうも80過ぎてもこのペースで走れるよう、一層トレーニングを行ってゆかねばならない。
![9番ホールパー4のグリーンまで...]()
9番ホールパー4のグリーンまで約100ヤード付近
先週も今週も都合で土曜定例ゴルフは日曜日にプレイすることになったが、先週は途中から雨が激しくなったため、不本意ながら9ホールを終えたところでやめた。
今週は金曜日夜から風雨が激しくなり、土曜日は一日中土砂降り、日曜の今日も風雨が強くなるとの予報だった。そのため今日ゴルフは出来ないだろうと半ば諦めていたが、朝早く起きると曇り空で雨は降っていない。テレビで天気予報を見ると、ドップラーレーダーによるデータでは一時的な雨雲の切れ目によるもので、まもなく次の雨雲が近づくとのことだ。
とりあえずクラブに赴き、ドライビングレンジでウォーミングアップするがまだ雨は降り出さない。雨が激しくなったら途中でやめるつもりで9時45分頃1番ホールからスタートする。2番ホールで雨が降り出し、4番ホールでは風も強くなって激しくなる。風が強いので傘は持参していたがさすわけには行かない。この位置ではクラブハウスが遠いので、6番ホールまではがんばろうということになった。
5番ホールを終えた頃には風は相変わらず強いものの雨が小降りになり、そのまま9番まではプレイを続けた。スコアは3ダブルボギーに2パーで46、このようなコンディションではまあまあだろう。9番ホールを終えた時に再び雨が強くなってきたので、今週もここでやめることにした。
シアトル地域では雨を嫌がっていてはアウトドアのアクティビティは何も出来ない。われわれはレインジャケット、レインパンツ、レインハット、レインシューズ、ゴルフバッグのためのレインカバーなどを完備し、タオルをたくさん持ってラウンドする。グリーンに雨水がたまったりしない限りゴルフはプレイ出来る。風がない雨降りなら、クラブのグリップやボールや手をタオルで拭うために少し忙しくなるが、結構ゴルフは楽しめる。しかしさすがに今日ゴルフをやっていた人は少なかった。
わがやの鉢植えの柚子が一段と成長している。8月15日には一番大きい実の直径が28ミリであったが、今では45ミリになっている。ゴルフボールの直径が42.67ミリだから、それよりも大きく育ったことになる。写真でも明らかなように実は深い緑色で、一人前に柚子らしいあばた面である。もしも嵐などにより今実が落ちても、すだちの代わりくらいにはなるだろう。
この深緑色も来月には少しは黄色味がかってくるのだろうか。くまごろうの柚子プロジェクトは開始後4年目にしてようやく成果が上りつつある。
ねこはよく眠る。わがやの花里子は一日のうち、少なくとも20時間は眠っている。眠っていないのは、餌を食べるか、外の景色を眺めるか、おもちゃで遊ぶか、甘えるか、用を足す時くらいだ。近くに座っていると思ったら、いつの間にかうとうとと眠っている。変な格好をして寝ていても、われわれと違い寝違えたり肩を凝らせたりはしない。寝起きざまに思い切り背伸びをすれば、それですべておしまいだ。ねこは夜行性というがそれは野生の猫で、花里子のようにデッキ以外は屋外で行動しないねこは、夜中はわれわれのベッドの上で頭を抱えて熟睡している。洋子さんは時々ねむれない、と不満を漏らすが、いまだかつてねこの不眠症なんて聞いたことがない。ねこは眠ることに関しては天才だ。
ねこは狭いところが好きだ。身を守るのに適していると考えているのだろう。病院に連れてゆく時は嫌がるくせに、普段はリビングルームにおいてあるキャリーケースの中に勝手に入って丸くなって熟睡している。陽だまりがあれば、真夏の暑い日でもその真ん中で気持ち良さそうに眠っている。
われわれがテレビを見ている時、そばに置いてある花里子用の寝箱に入って顔を上げていたのに、眠気が我慢出来なくなって頭がこっくりと下を向いた。まるで謝っているように見えたので、起こさないようそっとシャッターを押したが、この状態でしばらくの間眠っていた。
![くまごろうのサイエンス教室『地...]()
私たちが住んでいる地球の周りには空気があり、動物は空気中の酸素を呼吸して生命を保っている。また、空気中に酸素があるから燃料を燃やすことが出来、炊事したり、暖をとったり、更には電気、鉄道、自動車、通信など文明の利器を使うことが可能となる。
空気とは地球の表面近くにある大気のことであるが、一般的に大気とは惑星の重力によりその周りを取り巻いている気体をさす。太陽系では、水星には重力が弱いため自身で形成する大気はほとんどなく太陽風の成分である水素やヘリウムによるごく薄い大気層が、金星には二酸化炭素を主成分とし、わずかに窒素を含む濃厚な大気が、火星には二酸化炭素を主成分とし、わずかな窒素とアルゴン、それに微量の水蒸気や酸素を含むごく薄い大気層が、また木星と土星には原始太陽系星雲の理論的構成に近い比率の水素とヘリウムを主成分とする大気がある。
地球の地表から高度約500kmまでの大気のある空間を大気圏、大気圏の外側を宇宙空間と呼ぶ。地球大気は地表から80〜90kmまでは均一で窒素78%、酸素21%、アルゴン0.9%、二酸化炭素0.04%などにより構成されている。それより高度が増すにつれ分子量の多いものから減少し、170km以上では酸素が主成分となる。
高緯度地域では地表から高度約10km、赤道付近では高度約17kmまでの空間は対流圏と呼ばれ、大気が垂直方向、水平方向に活発に移動している。対流圏では高度が増すにつれ気圧が低下して空気が断熱膨張するため、100m上昇すると気温が平均0.65℃の割合で低下し、対流圏最高部（対流圏界面）では気温が－70℃位まで低下する。
太陽からの輻射熱により海や地球表面から水が蒸発するため、対流圏の大気には多量の水蒸気が含まれている。水蒸気は高高度で気温の低下により凝縮し、雲が出来る。水の蒸発、凝縮、雲の形成、降水を水循環と呼ぶが、気象現象のほとんどが対流圏における水循環によって生じている。雲は地球から水蒸気が宇宙空間に放散されることを防ぐとともに、地球の表面を覆って太陽光を吸収・反射し、地球をある程度冷却する役割をもっている。雲の中でも強い上昇気流によって生じる積乱雲はもっとも高い高度に達し、対流圏界面にまで達することも珍しくない。ジェット旅客機の巡航高度は約10,000mだが、積乱雲はたびたび航空機の障害物となる。
対流圏ではいくつかの大気循環が起こる。熱帯地域で太陽熱により温められた大気は上昇し、そのために赤道低圧帯が形成される。上昇した大気は対流圏で冷却され、北緯または南緯30度付近で下降流となって中緯度高圧帯を形成し、地表では赤道低圧帯に向かって流れる。これに地球の自転による慣性力が加わるため、地表では北半球では北東の風、南半球では南東の風となる。このような大気の循環をハドレー循環、それによって起こる地表付近の風を貿易風と呼ぶ。
また北極や南極では太陽高度が低く気温が低いため、大気は下降して地表に向かい極高圧帯を形成する。極の上空では相対的に気圧が下がるため緯度60度付近で上昇した大気が流れ込み、その結果大気が上昇した付近には高緯度低圧帯が発生し、地表付近では極高圧帯から高緯度低圧帯に向けて風が吹き、極循環と呼ばれる大気の循環を形成する。極循環の地表付近での風は貿易風と同様地球自転による慣性力が加わって北東（北半球）または南東（南半球）の風となり極東風と呼ばれる。
前述のハドレー循環により中緯度高圧帯の地表に達した大気の一部は高緯度低圧帯に向けても流れるが、この風は地球自転の影響により西風となり、偏西風と呼ばれる。偏西風は気圧配置や極の寒気により蛇行しつつ地球を一周する。また偏西風は緯度が20－60度における天候を左右する。偏西風上層にはジェット気流と呼ばれる風が吹いており、ジェット気流は冬季に強く最大風速が時速360kmに達する。現代のジェット旅客機は東に向う便ではジェット気流を利用することによりより早く飛行することが出来る。
対流圏の上にある11〜50kmの大気層は上へ行くほど気温が高くなり、この領域を成層圏と呼ぶ。対流圏の成層圏と接する部分である対流圏界面では気温が－70℃前後であるが、成層圏上部では－15℃から0℃程度である。成層圏で気温が上昇するのは、成層圏に形成されるオゾン層が太陽からの紫外線を吸収し加熱されるためである。ちなみに地球大気のオゾンはほとんどが成層圏に存在するが、オゾンは大気中の酸素分子が紫外線により解離して酸素原子となり、酸素分子と結合することにより生成する。このオゾン層により太陽から来る有害な紫外線の多くが吸収され、地上の生態系が保護されている。20世紀になってから冷凍用冷媒などに使用されるフロンガスや、化石燃料の燃焼に際し発生する窒素酸化物がオゾン層を破壊することが明らかとなり、その結果紫外線の地表への照射量が増大することを危惧してフロンや窒素酸化物の発生が国際的に規制されている。
成層圏ではその名称とは異なり、対流圏ほどではないが大気の流れがある。対流圏界面に隣接する成層圏下部では対流圏での気流の影響を受け同じような大気の流れがある。成層圏下部を除く領域では、白夜となる極付近では太陽による日照時間が長いためオゾン層によって暖められて高圧となり、極から離れた部分では相対的に低圧となる。この圧力差による気流に地球の自転による慣性力が作用して、夏を迎えている半球では東風が吹き、これは成層圏偏東風と呼ばれる。逆に冬は極付近には日照がほとんどないため低圧となり、低緯度から吹き込む気流により成層圏偏西風が生じる。
地球表面から50〜80kmの領域は中間圏と呼ばれ、この部分では高度とともに気温が減少する。成層圏にはオゾンが存在し太陽からの紫外線によって発熱するが、中間圏では高度とともにオゾンが減少するためである。中間圏最上部を中間圏界面と呼ぶが、平均気温は－90℃程度である。
中間圏の外側の高度80〜800kmの領域は熱圏と呼ばれ、高度とともに気温が上昇する。この領域における大気の成分である窒素や酸素が太陽からの電磁波や電子のエネルギーを吸収してイオンと電子に電離するためである。熱圏では気温が2,000℃程度まで上昇するが、分子の密度が極めて低いため、大気から受ける熱量は小さく熱さは感じられない。ちなみに国際宇宙ステーションは高度約400kmを飛行しており、これは熱圏の領域となるが、高熱による問題は発生しない。熱圏で電離したイオンや電子は電離層を形成し、地表からの電波を反射する性質を持つため、この電離層を利用して電波による遠距離通信が可能となる。電波は波長が長いほど電離層で反射されやすく、ごく波長の短い電波は電離層を通過するので、人工衛星や宇宙との通信に利用することが出来る。
地球大気の領域ではないが、熱圏のはるか外側には磁気圏と呼ばれる領域がある。太陽は高温の電離した水素やヘリウムによるプラズマである太陽風を放出しているが、太陽風が直接地球に到達すると生態系に甚大な被害を及ぼす。幸いにも地球には地磁気があり、これが磁場を形成して太陽風が地球に降り注ぐことを防いでいる。太陽風と地磁気がバランスすることによって形成される空間が磁気圏で、太陽に面した側すなわち昼の部分では高度約60,000km、夜の側は磁気圏尾部と呼ばれ高度100万km以上にも引き伸ばされている。極地で見られるオーロラは磁気圏尾部に侵入した太陽風が磁力線に沿って加速され、極地の大気と衝突することによって引き起こされる。
![主催者の写真を借用]()
主催者の写真を借用
昨日、10月6日に開催されるIssaquah 5K Runにエントリーした。くまごろうにとってはわがやから約20分の場所で行われるこのレースは初参加であるが、距離が5Kmでありまたコースも平坦なので、日頃のトレーニングの成果を見るのに良い機会だと思う。今年は3月17日のSt. Patrick’s Day Dash、3月24日のMercer Island 10Km Runに参加しているので3回目のレースだ。
くまごろうは今年は1月2日の走り初め以来、ほぼ毎週2回約8キロのコースを走っており、2回のレースも含めて既に67回トレーニングを重ねている。Issaquah 5K Runまでにまだひと月あるので、それまでに十分走りこみ、好タイムを期待したい。起伏の多いMercer Island 10Km Runでは58分30秒だったので、目標は高めに設定して27分。しかし2007年7月15日に開催されたTacoma Narrows Bridge 5Kmでは27分39秒、昨年4月29日のBellevue 5Km Runでは29分53秒だったので、これはかなり厳しい目標だ。目標達成のためにがんばろう。
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