大気圏とは、地球を取り囲む気体の層を指し、主に窒素（約78%）と酸素（約21%）を主体とする気体で構成されています。この大気は、地球の重力によって保持され、気象現象や生命維持に不可欠な役割を果たします。
大気圏の構造
地球の大気圏は、高度によって異なる特徴を持つ5つの層に分けられます。
1. 対流圏（Troposphere）
- 高度：地表〜約10〜15km
- 特徴：
- 気象現象（雨・雲・風）が発生する領域
- 高度が上がるほど温度が下がる（平均 -6.5°C/km）
- 飛行機の航行が主に行われる
2. 成層圏（Stratosphere）
- 高度：約10〜50km
- 特徴：
- **オゾン層（20〜30km付近）**が存在し、紫外線を吸収
- 高度が上がるほど温度が上昇
- ジェット気流（高速な風）が流れる
3. 中間圏（Mesosphere）
- 高度：約50〜85km
- 特徴：
- 高度が上がるほど温度が下がる（最低 -90°C）
- 流星（隕石）が燃え尽きる領域
- 大気密度が極端に低い
4. 熱圏（Thermosphere）
- 高度：約85〜600km
- 特徴：
- 太陽からの紫外線やX線を吸収し、高温（数千°C）になる
- 国際宇宙ステーション（ISS）が飛行する高度（約400km）
- オーロラが発生する領域
5. 外気圏（Exosphere）
- 高度：約600km〜宇宙空間（約10,000km）
- 特徴：
- 大気圏の最外層で、宇宙空間との境界が曖昧
- 大気分子の密度が極端に低く、ほぼ真空に近い
大気圏の役割
- 生命維持
- 酸素の供給（生物の呼吸）
- 二酸化炭素の循環（植物の光合成）
- 温度調節
- 温室効果ガス（CO₂、H₂O、CH₄）が地球を適温に保つ
- 極端な温度変化を防ぐ（昼夜の温度差が小さい）
- 宇宙線・有害放射線の遮蔽
- オゾン層が紫外線（UV-B、UV-C）を吸収
- 磁気圏が宇宙線（高エネルギー粒子）を防ぐ
- 気象現象の発生
- 雲や雨が形成され、水循環を維持
- 風や気流が地球の熱エネルギーを分配
- 流星の消滅
- 大気との摩擦で小惑星や流星が燃え尽き、地球衝突のリスクを軽減
大気圏と宇宙の境界
- カーマン・ライン（Kármán Line）：高度100km
- 国際航空連盟（FAI）が宇宙空間の境界と定義
- ただし、NASAや米空軍では高度80kmを宇宙とみなすこともある
大気圏と航空・宇宙技術
- 航空機
- 旅客機（高度10〜12km）：対流圏の上層
- 超音速機（高度20〜30km）：成層圏
- スペースプレーン（高度100km以上）：熱圏・外気圏へ
- 宇宙開発
- 人工衛星：高度200km以上（熱圏・外気圏）
- 宇宙船の再突入：中間圏・成層圏を通過（摩擦熱による発熱）
人類への影響と課題
- 気候変動（温室効果ガスの増加）
- CO₂増加による地球温暖化
- 異常気象の増加（台風・大雨）
- オゾン層の破壊
- フロンガス（CFCs）によるオゾン層の減少
- 紫外線量の増加による健康被害（皮膚がん・白内障）
- 宇宙ごみ（スペースデブリ）
- 熱圏・外気圏に蓄積する人工衛星の破片
- 衛星運用や宇宙探査のリスク増加
まとめ
大気圏は、生命の維持、温度調節、気象現象、放射線防御など、多くの役割を果たしています。人類の活動による影響も大きく、気候変動・オゾン層破壊・宇宙ごみといった課題への対応が求められています。航空・宇宙技術の発展とも関係が深く、今後の研究や開発が重要な分野となるでしょう。
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