1-1 大気の鉛直構造：4つの層と気温の変化

地球の大気は、地上から高さ約100km以上まで広がっていますが、「高度とともに気温がどう変化するか」によって、下から順に対流圏・成層圏・中間圏・熱圏の4つの層に区分されます。

まずは、全体のイメージを以下の図で確認しましょう。気温のグラフが「ジグザグ」になっているのが特徴です。

1. 対流圏

私たちが生活し、雨や雲などの気象現象が起こる領域です。

高さ: 地表〜 10〜16km
- 試験対策: 圏界面の高さは緯度と季節で変わります。
- 赤道付近: 約16km（高い）
- 極付近: 約8km（低い）
- 夏は高く、冬は低くなります。
気温の変化:高度とともに低下する
- 割合（気温減率）は、平均して100mにつき約0.65℃下がります。
熱源（理由）:
- 太陽の光で暖められた**「地表面」からの熱**を受け取るため、地面に近いほど暖かく、離れるほど寒くなります。
特徴:
- 大気全体の質量の約80%と、水蒸気のほとんどがこの層に存在します。
- 空気が上下によく混ざる（対流する）ため、雲や降水などの気象現象が発生します。

対流圏の上に広がる、非常に安定した層です。

高さ: 対流圏界面〜約50km
気温の変化:高度とともに上昇する
- 下部はほぼ一定（等温層）ですが、上に行くほど気温が上がります。成層圏界面（約50km）では0℃近くまで上がることがあります。
熱源（理由）:
- 高度20〜30km付近に存在するオゾン層が、太陽からの紫外線を吸収して熱を出すためです。
特徴:
- 下冷上暖（下が冷たく上が暖かい）の構造のため、対流が起こりにくく、空気が安定しています（＝成層）。
- 雲はほとんど発生しませんが、稀に「真珠母雲（極成層圏雲）」が見られることがあります。

大気中で最も低温になる領域です。

高さ: 成層圏界面〜約80km
気温の変化: 高度とともに再び低下する
熱源（理由）:
- オゾン層のような熱源がなく、下の成層圏からも遠ざかるため、上に行くほど冷えます。
特徴:
- 上端の中間圏界面付近では、気温がマイナス90℃以下になり、地球の大気中で最も寒冷な場所となります。
- 夏の高緯度地方では、この付近に「夜光雲」が発生することがあります。

宇宙空間へと続く、極めて空気の薄い層です。

高さ: 中間圏界面（約80km）〜 500km以上
気温の変化:高度とともに急激に上昇する
- 上部では1000℃〜2000℃に達することもあります。
- 注意: 気温（分子の運動エネルギー）は高いですが、空気が極端に薄いため、肌で感じる「暑さ」とは異なります。
熱源（理由）:
- 酸素原子や窒素分子が、太陽からの強力なX線や極端紫外線を吸収するためです。
特徴:
- 電離層（D層、E層、F層）が存在し、電波通信に影響を与えます。
- 高緯度地方ではオーロラが観測されます。

各層の境界を「〇〇圏界面」と呼びます。

特に重要なのが、対流圏と成層圏の境目である「対流圏界面」です。

対流圏界面の「折れ曲がり」付近では、成層圏の空気が対流圏に漏れ出すことがあります。