地学 第1回

大気・水圏に注目すること

この授業では「気候」(英語では climate) に注目することにした。 気候とはなにかの説明は、複雑な話になってしまう。 ここではひとまず、気候とは大気・水圏の状態である、ということにしておきたい。

大気とは空気のことだが、物質として見たときに「空気」と言い、 地球や惑星のまわりにひろがっている物体として見たときに「大気」と言う。 地球を構成する部分のうち、 気体である部分を「大気」あるいは「大気圏」「気圏」という、と考えてもよい。

「水圏」は、地球を構成する部分のうち、液体である部分、というとらえかたと、 H2O を主要成分とする部分、というとらえかたがあって、 どちらにしても地球の水圏の主要な部分は 海洋 (海水がひろがっているところ) なのだが、 それ以外の部分を扱うときや、ほかの惑星を扱うときは、 どちらの意味であるか注意する必要がある。 (今回の話にとっては、どちらの考えでもよい。 ただし地球内部の「外核」と呼ばれる部分も液体だと考えられているが、 これは水圏に含めないことにする。)

陸上では、大気と固体地球の境界面が、地面だ。 海上では、大気と海洋の境界面が、海面だ。 地面と海面をあわせた用語として「地表面」と言うことがある。 なお、海洋と固体地球の境界面は、海底だ。

大気・水圏は、地球全体にとっては、浅い[注]層にすぎない。 地球の大きさは、赤道から極までの周が1万 km (基本単位では1千万 mだが、ここでは便宜上キロメートルでそろえてみる)なので、 半径にすれば、約6千 km だ。 他方、海の深さは、最大で11 km、平均で約4 kmだ。 大気の厚さを論じるのはむずかしい。 気体の密度は圧力に応じてけたちがいに変わりうるからだ。 だいたい、大気の密度は高さ 5 km ごとに半分になるような、高さの指数関数に近い分布をしている。 したがって、高さ 100 kmでは、密度は海面付近の大気の約百万分の1になる。 そこから上にも大気はあることはあるのだが、その質量は全体の百万分の1以下にすぎない。 そこで、気象学者の感覚では、大気の厚さはせいぜい100 kmということになる。 これを地球の半径と比べてみてほしい。

それでも、地球の科学のうちで、大気・水圏は重要だと考えられている。

そのひとつの理由は、われわれ人類を含む生物が、地表面付近に生きているからだ。 人は空中や、地中や、海水中で、道具を使えば短時間は滞在できるかもしれないが、 生活を続けることができない。 その生存は、大気・水圏や、その中で生きる他の生物に依存している。

しかし、かりに人類や生物がいなかったとしても、 地球のうちで、大気・水圏で起きていることには、特徴がある。 そのうちで、わたしが重視しているのは、 地球とその外(太陽、宇宙空間)との間のエネルギーのやりとりのうち、 量的に大きな部分が、大気・水圏で起きていることだ。 まず大事なことは、 光や電波などの電磁波(図録132ページ参照)にとって、 大気は(完全にではないが)透明だが、水圏や岩石圏は不透明なことだ。 その結果、地球でおこる電磁波のやりとりのうちで、 地表面でおこる吸収や反射が、大きな部分をしめる。


2018-04-10, 2018-09-28
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
[2018年度 秋学期「地学」目次] [地学の教材目次] [教材目次]