지구 대기의 구성 물질

대기 조성

 

행성·천체가 그 주위에 보유하고 있는 기체를 대기라고 부른다. 특히 지구의 대기는 높이 80km 정도 까지는 거의 같은 조성을 하고 있다. 그 조성을 가진 기체를 공기라고 한다.

실제 공기는 수증기를 0.1%~0.2%, 많을 때에는 2% 정도 포함하고 있다. 보통은 질소, 산소, 아르곤의 3종류만으로 99.9%가 된다.

대기 상공에서는 조성이 약간씩 바뀐다. 일반적으로 높은 곳에서는 가벼운 원소의 비율이 많아진다. 또한, 오존 (O3 ) , 원자 산소 (O), 원자 질소 (N) 등은 특정 고도에서 농도가 높아. 또한 이산화탄소 (CO2) 의 농도는 해마다 높아지고 있다.

대류권

 

대기의 가장 하층부에서 높이와 함께 기온이 내려가는 층이다. 게다가 대류권과 성층권의 경계를 (대류)권 계면, 혹은 대류지면이라고 한다. 권 계면의 높이는 지표의 온도가 높을수록 높고, 지표의 온도가 낮을수록 낮다.

그래서 권계면의 높이는 적도부에서 17km 정도, 양극에서 10km 정도, 중위도에서는 계절에 따라 변동하지만 10 km 정도이다.

어떠한 원인으로 지표 부근에 주위보다 따뜻해진 공기의 덩어리가 생기면, 그 공기 덩어리의 밀도는 주위보다 작아지므로 상승을 시작한다. 상승한 공기덩어리는 단열팽창에 의해 기온이 내려가고, 또 상공에서 열을 방사하여 차가워지거나, 또한 포함하고 있던 수증기가 응결함으로써 기온이 내려가고, 차가운 공기덩어리는 하강한다.

대류권에는 지구의 대기의 총 질량의 약 75%, 또한 수증기의 대부분이 포함되어 있다.

성층권

 

대류권 위의 성층권의 최하부는 거의 기온이 일정하지만 높이 20km에서 50km 정도에서는 높이와 함께 기온이 오르고 있다. 이것은 이 부근에 존재하는 오존 이 태양으로부터의 자외선을 흡수하고 있기 때문이다.

이 오존이 생물에 있어서는 유해하고 위험한 파장 250 nm ~ 270 nm의 자외선을 효율적으로 흡수하는 중요한 역할을 하고 있다. 단, 오존이 많다고 해도 지표 부근의 밀도로 환산하면 그 두께는 불과 3mm 정도 밖에 없다.

바다 등 지표에서 발생한 수증기는 권계면 이상으로 오르지 않는다. 또 대류권과 달리 상공일수록 기온이 높기 때문에 대류도 생기기 어렵고, 이에 따른 기상 변화가 없다.

성층권에는 대기의 전체 질량의 약 17%가 포함되어 있다. 그래서 대류권과 성층권에서 92%의 대기가 포함되게 된다.

중간권

 

성층권 위, 높이 50km(기온은 약 0℃)에서는 다시 높이와 함께 기온이 내려가고, 높이 80km에서는 기온은 약 -80℃~-90℃로 되어 있다. 이 사이를 중간권이라고 한다.

중간권까지의 대기 조성은 거의 동일하고, 이 조성을 갖는 대기(기체)를 공기 라고 한다. 그래서 공기의 상한은 높이 80km라는 것이 된다.

열권

 

높이 80km 이상에서는 또 높이와 함께 기온이 상승해 높이 400km 이상에서는 1000℃로 되어 있다. 중간권보다 위를 열권이라고 한다.

열권에서는 대기의 밀도는 매우 작고 높이 450km에서 지표의 1조분의 1, 높이 800km에서는 100조분의 1일 뿐이다. 이와 같이 밀도가 작기 때문에, 기온이 높다고 해도 에너지는 작기 때문에, 열을 해서는 느껴지지 않을 것이다.

열권이 되면, 대기의 조성은 공기의 조성과는 다르고, 분자보다 원자(질소 원자나 산소 원자)의 형태로 존재한다. 이 원자가 태양의 자외선이나 X선을 흡수하여 고온이 되고 있다. 또한, 자외선을 흡수함으로써 원자는 이온화되어 전자와 플러스 이온이된다. 이 전자나 플러스 이온의 밀도가 높은 부분을 전리권(전리층)이라고 한다.