２．地球環境
a. 大気と海の状態

大気の状態（図：大気の温度と圧力）
地表付近の温度（気温）と圧力の変化
　　地表　　　　　温度　 15 ℃　　圧力　1 気圧
　 　1 km 上空　　　　　  8 ℃　　　　　0.8気圧
　 　3 km 上空　　　　　 -4 ℃　　　　　0.7気圧
　　10 km 上空　　　　　-50 ℃　　　　　0.3気圧
　温度は6.5℃/kmの割合で下がる
　圧力は5km上昇する毎に半分になる
大気全体を通じて高さの関数として見る
　圧力は、高さとともに単調に、指数関数的に減少
　　高さが数倍高くなると、圧力は数桁小さくなる（圧力の目盛は対数）
　温度は、下降と上昇を繰り返す
温度と圧力の単位
　温度；絶対温度Kは摂氏に273℃を加えたもの（-273℃が0 K）
　圧力：1気圧＝1,013 hPa (hPa＝100 Pa)

Q. 高山病はどのような原因で発生するか？

圧力の分布
大気の圧力は、高さとともに指数関数的に減少
　圧力と密度の間の相乗効果による
圧力は、その高さより上にある荷重の合計できまる
　大気の密度が一定ならば、圧力は高さとともに直線的に減るはず
　現実には、密度は圧力に比例して変化する（ボイルの法則）
　圧力と密度は、お互いに関係しあって、高さとともに著しく減少
地表：圧力1気圧、大気の密度1.23 kg/m3
[参考]
圧力pは高さhより上の荷重で決まる　dp/dh = -gρ
　　g 重力加速度、ρ大気の密度
ρはpに比例（ボイルの法則）　p = (RT/M)ρ
　　R ガス定数、M 大気の平均分子量、T 絶対温度
dp/dh = -(gM/RT)p  から　p, ρ ∝ exp(-(gM/RT)h) 
　　温度などはほぼ一定と仮定

Q. 高さ5kmの山の上では、酸素は地表よりどの程度減少するか？

温度の分布
温度の分布は極大と極小をもつ
極大と極小を境に、大気を下から対流圏、成層圏、中間圏、熱圏に分ける
　その境界（圏界面）は、緯度などに依存し、時間的にも変化する
温度は、大気に出入りするエネルギーの収支で決まる
　基本的なエネルギーは、太陽から入射する電磁波で、その大半は地表で吸収
　温度は地表が高く、上空にいくほど下がる傾向
　　地表付近は、温度の時間変化が大きく、逆転層も生じうる
温度分布が極大と極小をもつのは、途中でエネルギーの吸収があるため
　高さ10〜40kmでオゾンO3層が紫外線を吸収し、成層圏で温度が上昇
　高さ80km以上では、OやNが短紫外線やX線を吸収し、熱圏で温度が上昇
このような温度分布は、酸素の多い地球特有のもの

Q. 熱圏や成層圏の温度上昇には、多量の熱はいらない。何故か？

大気の区分（図：地球をとりまく大気）
対流圏：地表〜高度約10km
　地表で加熱されるために、大気は不安定で、複雑な対流が発生
　水蒸気は、上昇とともに凝結し、雲になって、雨や雪として降る
　地表付近の気象条件は、対流圏の状態に支配される
成層圏：高度約10km〜高度約50km
　温度勾配が逆転するために、対流圏での大気の運動を押さえる効果
　雲は存在しないが、下部に偏西風、ジェット気流などの強い流れ
　ジェット機の通行などに利用される
中間圏：高度約50km〜高度約80km
　大気の状態は対流圏ほど不安定でない
　最上部では雲ができる。極地方の夜光雲
　中間圏から熱圏にかけて、極地方ではオーロラが発生
熱圏：高度約80km〜高度約300km
　空気が希薄で、一部がイオン化し、プラズマ状態になっている
　電離層は、地表からの電波を反射して、情報の伝達に寄与
　熱圏は上部で磁気圏につながる

Q. 成層圏で雲ができないのは何故か？

海の温度と圧力（図：海の温度）
海水の温度は、海面付近が一番高く、深部で一定値に近づく
　太陽の熱が主に地表付近で吸収されるため
　1kmよりも浅い部分では、温度は緯度に依存し、季節によっても変わる
　それより深い部分では、温度は場所や深さによらず、ほぼ一定値；1〜2℃
海水の密度は、深さとともに1.024 g/cm3から1.028g/cm3まで増加
　密度の変化は、圧力、温度、塩分の量を反映
　塩分の量は、場所や深さによるが、約3.5%
圧力は、深さとともにほぼ一定の割合（0.1気圧/m）で増加
下図：E. W. Spencer "Earth Science:Understanding Environmental Systems"
  (Mc Graw Hill)より

Q. 海の圧力が深さとともにほぼ一定の割合で増加するのは何故か？