大気圏（対流圏・成層圏・中間圏・熱圏）
大気圏とは、地球を取り巻く薄い大気の層（地上から100kmくらいまで）のこと。大気は４層構造をしており、下から「対流圏」「成層圏」「中間圏」「熱圏」と名付けられています。各層の境界の高度は、概ね10km、50km、80kmで、気温変化に着目して分けられています。この大気圏の外側は一般に宇宙と呼ばれています。
大気層（4つの層）の分け方
まず、大気の4つの層が何を根拠に分けられているのかということが重要です。空気は透明なので、４つの層に分かれていることは、視覚的にはわかりません。しかし、気温（大気の温度）の変化に着目すると、一目瞭然です。
大気は高い所に行くほど、気温が低くなると思っている方、逆に太陽に近づくので気温が高くなると考えている方もおられるかも知れません。しかし、高い所に行くにつれて、気温は上がったり、下がったりするのです。
まず、地上から上空に向かって気温は下がっていきます。しかし、10kmくらい上空にいくと、逆に上空にいくほど気温は上がりはじめます。この温度変化が転換するところを「圏界面」と呼び、圏界面より下を「対流圏」、上を「成層圏」と呼んでいます。
このように、上空の気温の変化を見ていくと、地上から上空に向かって「下がって→上がって→下がって→上がる」という感じです。気温が上がったり、下がったりする境界を境に、大気は4つの層に分けられます。下から、対流圏、成層圏、中間圏、熱圏です。グラフにすると、（少々ゆがんだ）マクドナルドのMの字を横にしたようなグラフになります。次のようなグラフ（図）を何も見ないで、ささっと簡単に書けるようになれば、第一関門突破です。
大気圏の各層で起こる現象
次に、各層の特徴やそこで起こる現象などを覚えておくと、得点アップにつながります。特に重要なのは次の３つ。
まず、対流圏では、気象現象が起こるということです。対流というのは、空気が上昇したり、下降したりすることです。空気が上昇すると雲ができます。雲ができると雨が降るなどの「気象現象」が起こるのです。台風などの気象現象もすべて対流圏で起こっています。
ちなみにジェット機が飛ぶのは、この対流圏の上層の方（圏界面付近／高度約10km）です。対流圏では空気が上下に動くため、飛行機の揺れて、時には危険を伴うからです。
2つ目に重要なのは、成層圏にはオゾン層があるということです。太陽が地球に降り注ぐエネルギーのうち、紫外線は、私たち生物にとって有害です。オゾン層は、地球のバリアのような役割をして、有害な紫外線を吸収してくれています。
３つ目はこの成層圏で気温が上昇する理由です。成層圏には、オゾン層が存在するために、成層圏の気温が高くなるということです。上記のとおり、オゾン層は、紫外線、太陽からやってくるエネルギーを吸収します。エネルギーを吸収するために成層圏の気温が上昇するのです。
※成層圏で気温が上昇する理由を問われたら、「オゾン層」、「紫外線」などのキーワードが含まれる選択肢が正解です。
大気圏各層で起こる現象のまとめ
重要事項です。必ず覚えましょう。
| 大気圏 | 起こる現象など |
|---|---|
| 熱圏 | イオンや電子（太陽からのX線や紫外線を吸収し、高温）。 オーロラが見られる。 |
| 中間圏 | 流星（中間圏上層～熱圏）、夜光雲が見られる。 |
| 成層圏 | オゾン層（太陽からの紫外線を吸収）が存在する。 |
| 対流圏 | 100m高くなるごとに、約0.65℃の割合で気温が下がる。 気象現象が起こる。 |
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チャレンジ問題
図1は国際宇宙ステーション（ISS）から撮影した地球大気と月である。月は質量が小さく重力が小さいため、大気を引き止めておくことができず、大気のない天体となった。一方、地球は重力によって窒素、酸素、アルゴンおよび変動幅の大きい水蒸気などの大気を持つ惑星となった。図2 は地球大気の構造を示したものである。地球の大気は主に曲線アに示される変化によって4つの部分に区分されている。
問1 図2 の中で、降雨、降雪などの気象現象が生じている部分はどこか。最も適当なものを、次の1 ～ 4 のうちから一つ選べ。
1 中間圏 成層圏 対流圏
2 成層圏 対流圏
3 対流圏
4 季節により変化する
問2 図2 の曲線アは高さの変化にともなうある量の変化を示している。その量として最も適当 なものを、次の1 ～ 4 のうちから一つ選べ。
1 湿度
2 平均風速
3 大気の温度
4 大気の平均密度
問3 図2 のオゾン層は私たちの生活に密接な関係を持っている。オゾンの量の減少は重大な環境問題となり、世界でオゾン層を保護するためにさまざまな対策がなされてきた。オゾン層の役割を説明した文として最も適当なものを、次の1 ～ 4 のうちから一つ選べ。
1 二酸化炭素を減少させ気温上昇を抑制している。
2 太陽からの紫外線の大部分を吸収し、陸上生物の生息を可能としている。
3 大気中の酸素の大部分を作り出している。
4 地球放射の大部分を吸収し地球の温度を一定に保っている。
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