成層圏の温度分布
その後、成層圏よりもさらに高層の気温の分布も調べられ、図「大気の鉛直方向の温度分布」に示すように、地表から「対流圏」「成層圏」「中間圏」「熱圏」に区分されています。このような温度の分布は、大気にかかわるいろいろな現象、特に放射と吸収にかかわる現象を反映した結果です。
大気の鉛直方向の気圧分布（『理科年表』の図を改変）
その後、成層圏よりもさらに高層の気温の分布も調べられ、図「大気の鉛直方向の温度分布」に示すように、地表から「対流圏」「成層圏」「中間圏」「熱圏」に区分されています。このような温度の分布は、大気にかかわるいろいろな現象、特に放射と吸収にかかわる現象を反映した結果です。
対流圏の温度構造では、潜在的に対流が起こりやすくなっています。この理由は、後ほどご説明しましょう。
対流圏の上限である対流圏界面を境に、さらに上空の成層圏では、高度が高いほど温度が高くなっています。
成層圏の温度分布がこのようになる理由は、成層圏の大気に含まれるオゾン（O₃）が、太陽光線に含まれる「紫外線」を吸収して暖まるためです。成層圏は、対流圏とは逆に上から紫外線で暖められるため、上空ほど温度の高い温度分布になるのです。気温が極大となる約50km付近が成層圏の上限とされています。
成層圏では、上空ほど暖かく密度が小さいという、対流圏とは逆の温度構造になっているため、対流圏のような対流活動は抑制されます。このため、成層圏の大気の流れは、ほぼ水平方向のみとなります。対流圏の上層を吹く偏西風ジェット気流は、対流圏内だけでなく成層圏下層にも広がっています。低気圧や高気圧の移動や衰退にかかわる偏西風ジェット気流ですから、成層圏の気象も天気予報には関係しています。
ちなみに、成層圏の気流は乱れも少なく、空気抵抗も小さいことから、長距離のジェット機などはこの層を飛ぶことがあります。
長距離ジェット機は、気流の乱れの影響を受けにくい成層圏を飛ぶことがある photo by gettyimages
熱圏は、大気と天文の境界領域
成層圏のさらに上は、次第にオゾンが少なくなっているので、上空へいくほど温度が低くなっています。この層を中間圏といいます。窒素8割、酸素2割という大気の組成は、地上から中間圏までほぼ一定であることがわかっています。
大気最上部の熱圏では、太陽光の高エネルギーの成分が窒素や酸素の分子や原子によって吸収されています。このため、太陽に近い上空ほど気体分子はエネルギーを得て激しく運動し、温度が高くなっています。
熱圏は高度500km付近までありますが、この付近の空気はきわめて希薄です。500km以上は外気圏といい、気体分子の運動速度が地球の重力をふりきる脱出速度を超えているので、空気が宇宙空間へ逃げ出しています。
外気圏からみた地球大気 photo by gettyimages
その一方で、火山活動によりマグマから放出される火山ガスにより、地中から大気に気体が補充されています。
熱圏の下部では、宇宙空間から高速で飛びこんできた塵（小さな砂粒）が、希薄ではあっても存在する空気との摩擦で熱せられて光り、地上から流星（流れ星）として見られます。
また、極地方で見られるオーロラができるのも熱圏の下部です。太陽風（太陽から周囲に吹き出されている粒子）と地球磁場が作用し合うことで地球のまわりに生じた電流が、地球大気に流れこんでオーロラとなります。熱圏では、大気と天文の境界領域の現象が起こっているといえるでしょう。いわゆる「大気圏」は、この熱圏より下層をいいます。
