地球の大気構造と成分の科学的解説

地球の大気とは、地球の表面を層状に覆っている気体のことである。地球科学の諸分野では「地表を覆う気体」としての大気を指して「大気」と呼び、身近に存在する気体や一定量のまとまりを指す場合は「空気」と区別して用いられることがある。

大気が存在する範囲は大気圏と呼ばれ、その外側は宇宙空間とされる。一般的には、大気がほとんど消失する高度100kmのカーマン・ラインより外側が宇宙空間として扱われることが多い。

大気の化学組成

地表付近における乾燥大気の主な成分は、体積比で窒素が約78.08%、酸素が約20.95%、アルゴンヌが約0.93%、二酸化炭素が約0.03%（近年の排出量増大により現在は約0.04%強）となっている。水蒸気は最大で4%程度に達するが、場所や時間によって変動が大きい。

地球大気の鉛直構造

大気は、気温の変化を基準にして鉛直方向に複数の層に区分される。高度が上がるにつれて気圧や密度は単調に低下する。

地球大気の進化の歴史

約46億年前の誕生初期、地球内部からの脱ガスにより水蒸気や二酸化炭素、窒素を主成分とする原始大気が形成された。その後、水蒸気の凝結によって海洋が誕生し、二酸化炭素が海中に溶解・固定されたことで大気圧が大きく低下した。

光合成を行う生物の出現により酸素が放出され、オゾン層が形成されることで陸上環境が整えられた。一方で、地質時代を通じて酸素濃度は変動を繰り返しており、ペルム紀末などには大きな環境変動が引き起こされた。