大気は地球の周りにある気体の層で、地球の重力に支えられています。その質量の大部分は地表付近に集中しており、平均的な海面気圧は約1013 hPa（ヘクトパスカル）です。

大気の成分

大気の主な成分は、窒素(約78.1%)、酸素（約20.9%）で、これらが大部分を占めます。そのほかに、アルゴン（約0.93%）や微量の二酸化炭素（現在は約0.04%（約410 ppm）前後で季節・年により変動します）、水蒸気などが含まれます。水蒸気は場所や季節によって大きく変動し、乾燥した場所ではほとんど含まれないこともあれば、湿った空気塊では数％に達することもあります。

また、オゾン（O3）や一酸化炭素、メタン、希ガスなどの微量成分、そして人為起源・自然起源のエアロゾル（例：灰、塵、火山灰などの固体微粒子は、大気中の重要な構成要素です）も存在し、放射や化学反応、雲生成に影響を与えます。

大気の構造（層）

大気は高度によって性質が変わり、一般にいくつかの層に分けられます（高さは目安）。

  • 対流圏（地表から約11 kmまで）：気象現象（雲、雨、風）が発生する層で、温度は高度とともに低下します。大気質量のおよそ75%がこの層に集中しています（地表から11km以内に約75%）。
  • 成層圏（約11 km〜50 km）：高度が上がるにつれて温度が上昇する層で、オゾン層があり、太陽からの有害な紫外線を吸収します。
  • 中間圏（約50 km〜85 km）：再び温度が低下する層で、流星が燃え尽きやすい領域です。
  • 熱圏（電離圏を含む）（約85 km〜数百km）：太陽放射により温度が非常に高くなり、電子やイオンが多く存在します。通信への影響も生じます。
  • 外気圏（エクソスフィア）（さらに上空）：大気が非常に希薄になり、宇宙空間へと連続的に移行していきます。

大気圏と宇宙空間の間には明確な境界線はありませんが、慣例的に高度100 km付近のカルマン線が「宇宙の始まり」として扱われることが多いです。密度は高度とともに指数関数的に減少し、厳密な「終わり」は存在しません。

大気の役割と人間生活への影響

大気は以下のような重要な役割を果たしています。

  • 生命の維持：酸素（は動植物の呼吸に不可欠であり、生命を支える基盤となっています。
  • 放射の調節と保護：大気中の成分やオゾンは太陽から来る有害な紫外線を吸収し、地表の生物を保護します。また、温室効果により夜間の急激な冷却を防ぎ、日中は極端な温度上昇を和らげ、夜は冷え込みを軽減します。
  • 気候と天気：対流や水蒸気の循環により天候が生まれ、降水や風、気温分布を決定します。
  • 物質循環：二酸化炭素や水蒸気、窒素化合物などは地球上の炭素・水・窒素循環の重要な媒体です。
  • 音や飛行の伝達：音は大気を媒体として伝わり、航空機は大気の密度や風の影響を受けます。人工衛星や再突入体は大気との摩擦（空気抵抗）を受けます。

一方で、人間活動により大気組成が変化しつつあり、温室効果ガスの増加や大気汚染（エアロゾルや有害ガスの増加）、オゾン層の変動は気候変動や健康被害を引き起こす原因となっています。

補足（観測と境界）

地上から上空へ行くほど大気は希薄になりますが、どこで完全に「終わる」かは定義次第です。慣習的な境界であるカルマン線（高度約100 km）は航空技術と宇宙技術の便宜的な区切りであり、実際には大気はゆっくりと薄まっていきます。大気の詳細な挙動は高度、緯度、季節、太陽活動など多くの要因で変化します。

このように、大気は成分・構造・物理的性質の組み合わせによって地球環境を支え、私たちの暮らしと生態系に不可欠な役割を果たしています。