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地学

大気たいきの構造こうぞうと運動うんどう

最終確認日:

この章しょうで学まなぶこと

第だい 5 章しょうでは 大気たいき の構こう造ぞうと動うごきを学まなびます。 私わたしたちが呼吸こきゅうする空気くうきは地ち球きゅうを包つつむ 薄うすい層そう。 その層そうは高たかさで性せい質しつが大おおきく変かわり、 地ち球きゅう全体ぜんたいで大おおきな循環じゅんかんをしています。

  • 大気たいきの 4 層そう構こう造ぞう (対流圏たいりゅうけん・成層圏せいそうけん・中間圏ちゅうかんけん・熱圏ねつけん) を知しる
  • 各層かくそうの 気温きおん の変化へんかをグラフぐらふで理り解かいする
  • オゾン層おぞんそう の役やく割わりを知しる
  • 大気大循環たいきだいじゅんかん (ハドレー・フェレル・極循環きょくじゅんかん) をつかむ
  • 偏西風へんせいふう と ジェット気流じぇっときりゅう が天気てんきとどう関かかわるかを理り解かいする
  • コリオリ力こりおりりょく で風かぜが曲まがるしくみを知しる

ポイント: 大気たいきの 「質しつ量りょうの 99%」 は地表ちひょうから 約やく 30 km までに集しゅう中ちゅうしています。 地ち球きゅうの半径はんけいが 6378 km なので、 大気たいきは リンゴの皮かわより薄うすい とも言いえます。 この薄うすい層そうが私わたしたちの命いのちを支ささえています。

1. 大気たいきの組成そせいと気圧きあつ

大気たいきの組成そせい

地表ちひょう付ふ近きんの乾燥かんそう大気たいき (水蒸気すいじょうきを除のぞく) の組成そせい:

気体きたい割合わりあい
窒素ちっそ (N₂)約やく 78.1%
酸素さんそ (O₂)約やく 20.9%
アルゴン (Ar)約やく 0.93%
二酸化炭素にさんかたんそ (CO₂)約やく 0.04% (増加ぞうか傾けい向こう)
その他た微量びりょう

そのほか、 場所ばしょと時期じきで大おおきく変動へんどうする 「水蒸気すいじょうき」 が 0〜4% 含ふくまれます。

気圧きあつとは

気圧きあつ = 大気たいきの重おもさによりかかる圧力あつりょく。 単位たんいは hPa (ヘクトパスカル)。

場所ばしょ気圧きあつ
海面かいめん (標準ひょうじゅん)1013 hPa = 1 気圧きあつ
富士山ふじさん山頂さんちょう (3776 m)約やく 640 hPa
エベレスト山頂さんちょう (8848 m)約やく 320 hPa
旅客機りょかくき飛行ひこう中ちゅう (10 km)約やく 250 hPa

ポイント: 気圧きあつは 高たかさとともに急きゅうに下さがる。 高度こうど 5500 m で約やく半分はんぶん (500 hPa)、 そこから 5500 m ごとにさらに半分はんぶんになります。

2. 大気たいきの 4 層そう構こう造ぞう

宇宙から見た地球の大気層
地球ちきゅうの大気たいき (国際宇宙ステーションこくさいうちゅうステーションからの撮影さつえい) — 地球ちきゅうの縁えんに対流圏たいりゅうけん (オレンジ)、 成層圏せいそうけん (青あお) が層状そうじょうに重かさなる様子ようすが見みえる。 大たい気きの 99 % は地表ちひょうから約やく 30 km までに集中しゅうちゅう、 地ち球きゅうの半径はんけい (6378 km) と比くらべると 「リンゴの皮かわより薄うすい」 とも言いわれる。

4 層そうの概要がいよう

気温きおんが高たかさとともに 増ふえたり減へったり することで、 大気たいきは 4 層そうに分わけられます。

層そう高度こうど気温きおんの変化へんか主おもな特とく徴ちょう
対流圏たいりゅうけん0〜約やく 11 km高度こうどとともに 下さがる (-6.5℃/km)気象きしょう現象げんしょうが起おきる、 雲くもや雨あめ
成層圏せいそうけん11〜50 km高度こうどとともに 上あがるオゾン層おぞんそう がある、 安定あんてい
中間圏ちゅうかんけん50〜80 km高度こうどとともに 下さがる流星りゅうせいが燃もえる、 夜光雲やこうくも
熱圏ねつけん80〜約やく 500 km高度こうどとともに急きゅうに 上あがるオーロラおーろら、 電離層でんりそう、 国際宇宙ステーションこくさいうちゅうステーション

対流圏たいりゅうけんの特とく徴ちょう

  • 厚あつさは 赤道せきどうで約やく 17 km、 極きょくで約やく 8 km と違ちがう
  • 気温きおんは平均へいきん 100 m あたり 0.65℃ 下さがる (気温減率きおんげんりつ)
  • 上端じょうたんを 対流圏界面たいりゅうけんかいめん (圏けん界面かいめん) と呼よぶ
  • ほぼ全すべての 気象きしょう現象げんしょう がこの層そうで起おきる (雲くも・雨あめ・雪ゆき・雷かみなり)

成層圏せいそうけんとオゾン層

成層圏せいそうけんで気温きおんが上じょう昇しょうするのは、 オゾン (O₃) が 紫外線しがいせん を吸きゅう収しゅうして加か熱ねつされるから。

用よう語ご説せつ明めい
オゾン層おぞんそう高こう度ど 20〜30 km 付近ふきん、 オゾンの濃度のうどが高たかい層そう
役やく割わり太たい陽ようからの紫外線しがいせん (UV-B、 UV-C) を吸きゅう収しゅう、 生物せいぶつを守まもる
オゾンホールおぞんほーるフロンふろんなどにより南極なんきょく上空じょうくうのオゾンが減少げんしょうした現象げんしょう

大事だいじ: 1980 年代ねんだいに南極なんきょくのオゾンホールおぞんほーるが発はっ見けんされ、 フロンふろん規制きせい (モントリオール議定ぎてい書しょ、 1987 年ねん) が行おこなわれました。 今いまではゆっくりと回かい復ふくしており、 「国際こくさい協力きょうりょくで解決かいけつできた環境かんきょう問題もんだい」 の数少かずすくない例れいです。

中間ちゅうかん圏けんと熱ねつ圏けん

層そう特とく徴ちょう
中間圏ちゅうかんけん気温きおんは高こう度どとともに下さがり、 約やく -90℃ まで冷ひえる (大気たいき中ちゅうで最もっとも冷つめたい)。 流星りゅうせいが燃もえる
熱圏ねつけん太陽たいようからのX線Xせん・紫外線しがいせんを吸きゅう収しゅうして数すう百ひゃく〜1500℃ まで加か熱ねつ。 ただし気体きたいがまばらなので 「熱あつい」 感覚かんかくではない

電離層でんりそうとオーロラ

熱圏ねつけんには強つよい紫外線しがいせんやX線Xせんで気体きたい分子ぶんしが電離でんりした 電離層でんりそう があります。 電波でんぱを反はん射しゃするため、 短波たんぱ通信つうしんに利り用ようされます。

オーロラおーろらは、 太陽風たいようふうの荷電粒子かでんりゅうしが 地球磁場ちきゅうじば に沿そって高こう緯い度ど上空じょうくうに入はいり、 大気たいき分子ぶんしとぶつかって光ひかる現象げんしょう。 北極ほっきょく・南極なんきょくに近ちかい場所ばしょでよく見みられます。

3. 大気たいきが動うごく原因げんいん

太陽たいようからの熱ねつの不ふ均一きんいつ性せい

地球ちきゅうは球きゅうなので、 太陽たいようからの 熱ねつの受うけ方かた が緯い度どで違ちがいます。

緯い度ど受うける熱ねつ
赤道せきどう付ふ近きん太たい陽ようがほぼ真上まうえ、 単位たんい面積めんせきあたりの熱ねつが多おおい
極付きわめつき近きん太たい陽ようが低ひくい角かく度ど、 同おなじ熱ねつが広ひろい面積めんせきに分散ぶんさん

この 不均きん一いつ が、 大気たいきと海洋かいようを動うごかす エネルギー源げん です。

コリオリ力りょく

地ち球きゅうが自じ転てんしているため、 動うごく物体ぶったいは 見みかけ上じょう曲まがって 進すすみます。 この 「見みかけの力ちから」 が コリオリ力こりおりりょく。

半はん球きゅう物体ぶったいが曲まがる向むき
北半きたはん球きゅう進行しんこう方向ほうこうに対たいして 右みぎ に曲まがる
南半みなみはん球きゅう進行しんこう方向ほうこうに対たいして 左ひだり に曲まがる

コリオリ力こりおりりょくは 赤道せきどうで 0、 極きょくで最大さいだい。 これが、 偏西風へんせいふうや低気圧ていきあつの渦うずの向むきを決きめます。

ポイント: 北半球きたはんきゅうの低気圧ていきあつは 「反はん時計とけい回まわり」、 高気圧こうきあつは 「時計とけい回まわり」 に風かぜが吹ふくのは、 コリオリ力こりおりりょくのせい。 南半球みなみはんきゅうでは逆ぎゃくになります。

4. 大気たいき大だい循環じゅんかん

3 つの循環じゅんかん

地ち球きゅう全体ぜんたいの大気たいきの動うごき = 大気大循環たいきだいじゅんかん は、 各かく半球はんきゅうで 3 つの循じゅん環かんから成なります。

循じゅん環かん緯い度ど動うごき
ハドレー循環はどれーじゅんかん赤道せきどう〜30°赤道せきどうで上じょう昇しょう、 30° で下降かこう
フェレル循環ふぇれるじゅんかん30°〜60°中緯い度どの弱よわい循じゅん環かん
極循環きょくじゅんかん60°〜極きょく極きょくで下降かこう、 60° で上じょう昇しょう

各かく循環じゅんかんのしくみ

ハドレー循環はどれーじゅんかん:

段だん階かい場所ばしょ動うごき
① 加熱かねつ赤道せきどう付ふ近きん強つよい太陽たいよう熱で空気くうきが上じょう昇しょう
② 高こう緯い度どへ上空じょうくう高たかい高こう度どを北きた (南みなみ) へ流ながれる
③ 下か降こう緯い度ど 30° 付近ふきん冷ひえて下降かこう、 亜熱帯高圧帯あねったいこうあつたい
④ 戻もどる地表ちひょう貿易風ぼうえきふうとして赤道せきどうへ戻もどる

地表ちひょうでの風かぜの帯

大気大循環たいきだいじゅんかんの結けっ果か、 地表ちひょうには緯い度どごとに特徴とくちょう的てきな風かぜが吹ふきます。

緯い度ど風かぜ名前なまえ
赤道せきどう付ふ近きん弱よわい上じょう昇しょう気き流りゅう赤道無風帯せきどうむふうたい
0°〜30°北東ほくとう (南東なんとう) の風かぜ貿易風ぼうえきふう
30°〜60°西にし寄よりの風かぜ偏西風へんせいふう
60°〜極きょく極きょくからの風かぜ極偏東風きょくへんとうふう

高圧こうあつ帯たいと低圧ていあつ帯たい

緯い度ど気圧きあつ天気てんきの傾けい向こう
赤道せきどう (0°)赤道低圧帯せきどうていあつたい雨あめが多おおい (熱帯ねったい雨林うりん)
30°亜熱帯高圧帯あねったいこうあつたい乾燥かんそう (砂漠さばくが集しゅう中ちゅう)
60°亜寒帯低圧帯あかんたいていあつたい低気圧ていきあつが通とおりやすい
極ごく極高圧帯ごくこうあつたい寒さむくて乾かん燥そう

ポイント: サハラ砂漠さはらさばくやアラビア砂漠アラビアさばく、 オーストラリア中央ちゅうおうの砂漠さばくが 緯い度ど 30° 付ふ近きん に集しゅう中ちゅうしているのは、 亜熱帯高圧帯あねったいこうあつたいの下か降こう気き流りゅうが原げん因いん。 大気大循環たいきだいじゅんかんの結けっ果かとして地球ちきゅう上じょうの気候きこうが決きまっています。

5. 偏西風へんせいふうとジェット気流きりゅう

偏西風へんせいふうとは

偏西風へんせいふう は、 中緯度いど (30°〜60°) の上空じょうくうを 1 年中ねんじゅう 西にしから東ひがしへ 吹ふく強つよい風かぜ。 日本にほん上空じょうくうにも吹ふいていて、 天気てんきが西にしから東ひがしへ移うつる 原因げんいんです。

ジェット気流きりゅう

ジェット気流じぇっときりゅう は、 偏西風へんせいふうの中なかでも特とくに強つよい流ながれ。 高こう度ど約やく 10 km、 幅はば数すう百ひゃく km、 速はやさ 100〜300 km/h に達たっします。

種しゅ類るい緯い度ど特とく徴ちょう
亜熱帯ジェット気流あねったいジェットきりゅう緯い度ど 30° 付近ふきん強つよくて安定あんてい
寒帯前線ジェット気流かんたいぜんせんジェットきりゅう緯い度ど 50°〜60° 付近ふきん蛇行だこうしやすく、 天気てんきを大おおきく動うごかす

偏西風へんせいふうの蛇行だこうと異常いじょう気象きしょう

偏西風へんせいふうはまっすぐではなく 南北なんぼくに蛇行だこう します。 蛇行だこうが大おおきくなると:

現象げんしょう説せつ明めい
ブロッキング高気圧ブロッキングこうきあつ蛇行だこうが動うごかなくなり、 高こう気き圧あつが 1 か所しょに居座いすわる → 猛暑もうしょ・熱波ねつは
強つよい寒波かんぱ北きたからの寒気かんきが大おおきく南下なんか → 大雪おおゆき
長雨ながあめ低気圧ていきあつが同おなじ場所ばしょを通とおり続つづける

大事だいじ: 近年きんねんの 「異常いじょう気象きしょう」 (猛暑もうしょ・豪雨ごうう・暖冬だんとう) は、 偏西風へんせいふうの蛇行だこうが大おおきくなった結けっ果かとも言いわれています。 気候変動きこうへんどうとの関かん係けいが研究けんきゅうされています。

日本にほんの飛行機ひこうきとジェット気流きりゅう

東京とうきょう → ロサンゼルスは 追おい風かぜ で約やく 10 時間じかん、 ロサンゼルス → 東京とうきょうは 向むかい風かぜ で約やく 12 時間じかんかかります。 ジェット気流じぇっときりゅうは 航空こうくう に大おおきな影えい響きょうを与あたえます。

6. ふりかえりと安全あんぜん配慮はいりょ

  • [ ]大気たいきの 4 層そう (対流圏たいりゅうけん・成層圏せいそうけん・中間圏ちゅうかんけん・熱圏ねつけん) を気温きおんの変化へんかとセットで言いえる
  • [ ]オゾン層おぞんそうの役やく割わりとオゾンホールおぞんほーる、 モントリオール議定ぎてい書しょを知しっている
  • [ ]コリオリ力こりおりりょくが自じ転てんから生うまれるしくみと半球はんきゅうで向むきが違ちがうことを説せつ明めいできる
  • [ ]大気大循環たいきだいじゅんかんの 3 循じゅん環かん (ハドレー・フェレル・極きょく) を言いえる
  • [ ]貿易風ぼうえきふう・偏西風へんせいふう・極偏東風きょくへんとうふうが緯い度どごとに吹ふくと知しっている
  • [ ]偏西風へんせいふうとジェット気流じぇっときりゅうが天気てんきを西にしから東ひがしへ動うごかすことを知しっている
  • [ ]偏西風へんせいふうの蛇行だこうが異常いじょう気象きしょうを生うむことを知しっている

この章しょうの安全あんぜん配慮はいりょ

  • 高山こうざんでの 高山病こうざんびょう に注意ちゅうい: 高こう度どが上あがると気圧きあつが下さがり酸さん素そが薄うすくなる
  • 紫外線しがいせん対たい策さく: オゾン層おぞんそうが守まもってくれても、 高緯度いどや高山こうざんでは強つよい → 日焼け止めひやけとめ・サングラス
  • 航空機こうくうき内ないでは気圧きあつが低ひくい環境かんきょう (約やく 0.8 気圧きあつ)、 体調たいちょう不良ふりょうに注意ちゅうい
  • 気象きしょう現象げんしょう (台風たいふう・豪雨ごうう・落雷らくらい) は 気象庁きしょうちょうの警報けいほう・注意報ちゅういほう を必かならず確かく認にん
  • 大気たいき汚染おせん (PM 2.5・黄砂こうさ) が多おおい日ひはマスク・換気かんき注意ちゅうい

次じの章しょう: 第だい 6 章しょうでは 大気たいきの中なかで起おこる気象きしょう現象げんしょう を詳くわしく学まなびます。 雲くものでき方かた、 前線ぜんせん、 低気圧ていきあつ・高気圧こうきあつ、 台風たいふう、 そして日本にほんの四季しきと天気てんきの関係かんけいがテーマです。

ハドレー循環・フェレル循環・極循環と地表の風帯を示す立体図
大気大循環たいきだいじゅんかん の立りっ体たい模も式しき図ず — 各かく半はん球きゅうに ① ハドレー循環はどれーじゅんかん (赤道せきどう〜30°、 貿易風ぼうえきふう)、 ② フェレル循環ふぇれるじゅんかん (30°〜60°、 偏西風へんせいふう)、 ③ 極循環きょくじゅんかん (60°〜極ごく、 極偏東風きょくへんとうふう) の 3 つが並ならぶ。 30° の下か降こう気き流りゅう = 亜熱帯高圧帯あねったいこうあつたい にサハラ砂漠さはらさばくなどが集しゅう中ちゅうする理り由ゆうが一目ひとめで分わかる。
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