大気 (たいき、atmosphere) は、地球の周囲を取り巻く気体のこと。大気の存在する範囲を大気圏 (気圏) という。地表付近の大気を一般に空気と呼ぶ。地球科学では地球環境を大気圏、水圏、陸圏 (地圏, 岩石圏)、生物圏にわけて扱う。地球以外の惑星、恒星についても同様に大気の概念が適用される。
大気圏は高度500kmを超える範囲まで広がっているが、宇宙空間との境界は便宜的に高度80kmから120kmあたりとされている。地表面上の大気の主な成分は、窒素が 78.1%、続いて酸素が20.949%、アルゴンが0.9%、二酸化炭素が0.04%。二酸化炭素や水蒸気の濃度は変動する。
地球大気の区分
地球大気の鉛直構造
地球大気は鉛直方向に温度変化が激しいため、温度を基準に四つの層に区分されている。これを地球大気の鉛直構造という。
| 大気の鉛直構造 (高度) |
|---|
熱圏
(80km-800km) |
中間圏
(50km-80km) |
成層圏
(9/17km-50km) |
対流圏
(0km-9/17km) |
- 対流圏 - 0-9/17km。高度とともに気温が低下。さまざまな気象現象が起こる。赤道付近では厚く、極では薄い。成層圏との境界は対流圏界面。
- 成層圏 - 9/17-50km。高度とともに気温が上昇。オゾン層が存在する。成層圏との境界は成層圏界面。
- 中間圏 - 50-80km。高度とともに気温が低下。成層圏との境界は中間圏界面。
- 熱圏 - 80-800km。高度とともに気温が上昇。
成層圏と中間圏をあわせて中層大気とも呼ぶ。熱圏のさらに上部に外気圏をおく場合もある。
その他の区分
鉛直構造とは別の視点から命名されているものもある。
- 電離圏 (電離層 ionosphere) - イオンを含む層。中間層と550km以上の熱圏にある。
- 外気圏 (exosphere) - 熱圏の電離圏よりも上。
- オゾン層 高度約10-50km。成層圏に含まれる。
- 磁気圏 (magnetosphere) - 地球磁場と太陽風の圧力がつり合う境界の内側。高度1000km以上。太陽とは逆側に10000kmほどの尾を引く。磁気圏とは磁力線でつながる。
- ヴァン・アレン帯 (Van Allen radiation belts) - 太陽からの高エネルギー荷電粒子がの密度が高い領域。特に赤道上空。
地球大気の「進化」
十億年以上前の地球大気の歴史についてはほとんど分かっていないが、以下のようなことが考えられている。
- 地球が誕生した頃の原始大気は主にヘリウムと水素からなり、高温高圧だった。
- 35億年前、地殻ができるくらいまで地球の表面が冷え、多くの火山が盛んに噴火を繰り返し、二酸化炭素とアンモニアを放出した。水蒸気と多少の窒素も含まれていたが、酸素は存在しなかった。この大気は現在よりも100倍ほど濃く、高濃度の二酸化炭素が温室効果により地球が冷えるのを防いでいたと考えられている。
- 次の数十億年で、水蒸気は濃縮し、雨となって海を作った。海は約50%の二酸化炭素を吸収した。光合成を行う生物が誕生すると、それらは二酸化炭素を酸素に変換するようになる。長い時間をかけて過剰な炭素は化石燃料や堆積岩、動物の殻の形で固定される。放出された酸素はアンモニアと反応し窒素を生成した。
- 最初は鉄などが酸素と反応し吸収した。さらに植物が現れることで酸素が著しく増え、二酸化炭素は減少する。酸素は初期の生物の大量絶滅とさらなる進化を導いた。酸素は紫外線に反応しオゾンをつくった。オゾン層が形成されると地表に降り注ぐ紫外線が減少し、生物が陸上にあがる環境が整う。
関連項目
- 気象学、地球物理学、地球科学
- 地球温暖化
- 大気圧(Atmospheric pressure)
- 天体の大気圏(Celestial body atmosphere)
- 地球大気圏(Earth's atmosphere)
心が広いことも大気という。
