地球の大気：構造と組成および歴史

地球の大気は、地球表面を層状に覆う気体の層です。地球科学の専門分野では「大気」と呼びますが、日常生活においては「空気」とも呼ばれます。大気が存在する範囲を大気圏と呼び、その外側は宇宙空間と定義されます。学術的な境界は基準により異なりますが、一般的には高度100kmのカーマン・ラインが宇宙空間との境界として用いられます。

鉛直構造

大気は気温の鉛直変化を基準として複数の層に区分されます。高度が上がるにつれて気圧や密度は単調に低下します。主要な層には対流圏、成層圏、中間圏、熱圏などがあり、さらにその上部には外気圏が存在します。

成分

地表付近の乾燥大気は、主に窒素（約78%）と酸素（約21%）で構成され、アルゴンや二酸化炭素などが微量に含まれます。水蒸気は場所や時間によって大きく変動しますが、気候に重要な役割を果たします。二酸化炭素やメタンなどの温室効果ガスは、気候変動の観点から継続的に監視されています。

大気の進化

地球誕生時の原始大気は、主に水素やヘリウムで構成されていましたが、太陽風により散逸しました。その後、火山活動による脱ガスで二酸化炭素や水蒸気が放出され、海洋の形成とともに二酸化炭素が吸収・固定されました。生命の誕生と光合成生物の出現により酸素濃度が上昇し、現在の組成へと変化しました。

大気モデル

産業や航空分野では、大気の物性を把握するために標準大気モデルが利用されます。国際標準化機構（ISO）の「国際標準大気」や、航空分野で用いられるICAO標準大気などが代表的です。