地球大気の総量というのは掲載してある文献を見たことはあるのですが、具体的にどのような計算で算出されるのでしょうか? あまりにも漠然とした質問で非常に申し訳ありません。

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (4件)

 


  これは、確か二階の偏微分方程式を解いていたような記憶があるのですが、あれは惑星学の理論的な大気密度の分布を計算していた式のような気がしてきました。そして、よく考えると、非常に単純に計算できるのではないかという考えになりました。
 
  これについて、赤道上でも、また南極・北極点上でもいいのですが、それらの地点の大気圧は、平均して1気圧だという「事実」があります。大気は、上空に向かって、層にもなっていて、空気の大域的な温度によって、低気圧とか高気圧が発生し、地上の気圧が、20分の1ぐらいの幅で変動することが知られています。
 
  しかし、何故、基本的に「1気圧」なのかという疑問が起こります。赤道でも、南極・北極でもいいですが、上空に仮に風がなく、大気が非常に高いところまで安定している状態を考えます。そういう状態はないかも知れませんが、1秒の10分の1とかを考えると、近似的に、そういう状態がありえると思います。
 
  この時、何故、地表では、1気圧なのか。地表から1mぐらいの場所を考え、0mから1mで空気の層を考え、1mから2mでも空気の層を考えます。すると、上の空気が下の空気に落ちてこないのは、自由運動している大気の分子が、互いに弾性衝突を行い、第一の層の垂直上向きの圧力と、第二の層の垂直下向きの圧力、つまり、分子の運動エネルギー成分のなかで、第一層の上向きの成分の総和と、第二層の下向きの成分の総和が、釣り合っているので、第二層が第一層に「落ちてこない」のだと言えそうです。1m刻みで、上空へと空気の層を考え、同時に、仮想的に、底面1平方mほどの円筒のようなものを考えます。この円筒は、側面方向の運動については、弾性衝突するか、または貫通して円筒に侵入してくる分子に対しては、円筒から出て行く分子という具合で、横方向の圧力では、釣り合っていることになります。
 
  この仮想の円筒で、(円筒というより、煙突みたいなイメージです。横方向の作用は、相殺されるとした時点で、理想的な弾性衝突面で内側を構成された、煙突または円筒と考えてもよいからです)、下から順に空気の層を考えると、第一層と第二層のあいだがそうであったように、第n層と第n+1層のあいだでは、分子の運動エネルギーの下向きと上向きの総成分が、釣り合っているのだと考えざるを得ません。釣り合っていない場合、上層の下層への落下、または、下層の上層への上昇が起こり、これは、大気のなかで、対流が起こることを意味するのです。
 
  しかし、いま考えているのは、風がなく、平静な状態の赤道または南極などの地点の上空の大気です。これらは、遙かな上空まで、分子の運動エネルギーの総和成分の均衡で釣り合っているとしか考えられません。
 
  しかし、非常に重要なことがあります。それは、上空に行くにつれ、何故か気圧が低くなって行くということです。富士山とか、ヒマラヤの頂上では、気圧が低く、ヒマラヤなどは、酸素ボンベがないと酸素圧が小さくて昇れないほどです。またティベットなどの高地も、気圧が低く、高山病になる人がいます。
 
  成層圏に達するところまで上がると、ほとんど気圧は、数%になっています。もっと上昇すれば、もっと低くなって行き、やがてゼロになるのです。
 
  空気の分子は、温度が上昇すれば、運動エネルギーは増大しますが、同じ数の分子で占める体積が大きくなります。仮想の円筒のなかで言えば、上に行くほど、一般的に、空気分子の運動速度は速くなり、つまり、熱くなり、代わりに、密度が減って行きます。しかし、n層とn+1層のあいだの、衝突エネルギーの成分総和の均衡は維持されているはずです。維持されていなければ、対流が生じるからです。この場合、対流のない、風のない、静かな、大気状態を考えているので、対流はないのです。また、仮に対流があっても、全体として、この円筒の底面では、気圧は1気圧前後に維持されます。
 
  この話は、底面つまり地表面の1層と、1万メートル上空の1万層を較べて見ると、はっきりするでしょう。1万メートル上空の空気層は、気圧が0.05%かそれ以下のはずです。つまり、1層と1万層が接触すると、瞬間に、1層の空気は、1万層の空気領域に流れ込むのです。
 
  しかし、1層、2層、3層、と上昇する過程で、こういうことは起こらない訳で、何時の間にか、気圧はゼロに近づいて行くのです。
 
  ここでは、気圧の原因として「空気分子の運動エネルギー成分」だけを考えて来たのです。しかし、それ以外の力が加わっているとしか云えないでしょう。白夜の北極でも、地表というか氷水面の気圧は1気圧です。太陽の光のエネルギーは、おそらく関係ないのでしょう。それは、高気圧や低気圧の原因ではあっても。
 
  では何が、1層と1万層のあいだで、連接する層のあいだの力の均衡を維持しつつ働いたのか。それは、大気分子の持つ質量の地球中心へと向かう重力以外に考えられないのです。分子の質量にかかる重力なら、層と層のあいだでは、ほとんど無視できるぐらいに小さく、しかし、千層とか離れると、仮想円筒内に含まれる千層分の分子にかかる地球引力の総和は、無視できないぐらい大きくなるのです。
 
  ここで、仮想円筒は、気圧ゼロにほとんど近い、超高空まで考えます。すると、地表における「1気圧」とは、地表の運動大気分子が、地表に衝突して発生させている衝突のエネルギーの総和だということになりますが、地表の分子を、これだけ大きな「総エネルギー」にした理由は何かというと、第1層の遙か上に重なっている空気の層の全質量にかかっている重力だということになります。
 
  重力加速度は、高度1万メートルぐらいでは、そんなに変化しません。高度10万メートルでもあまり変わりありません。大気は、高度10万メートルで、その大部分が層となって存在しています。高度10万メートルの気圧は、セロに近いのです。
 
  つまり、地表の「1気圧」は、実は、仮想円筒で考えると、この円筒のなかの層を成した空気の質量に重力加速度が加わって生まれた力だということになります。
 
  1気圧は、水柱換算で、ほぼ10メートルです。底面1平方メートルの仮想円筒を考えると、1平方メートルの面積にかかる力は、底面1平方メートルの水柱10メートル分の力と等しくなります。重力加速度は同じ値であるなら、これは、とりもなおさず、底面1平方メートルの仮想円筒のなかの空気の総重量が、底面1平方メートルの水柱10メーチルの質量(重量)と等しいということになるのです(この質量は、10トン=10^4 kg です)。
 
  地表の1平方メートルには、その上空に、10トンの大気があることになります。そうとすれば、地球の全表面積を求め、平方メートル単位でかけると、地球の全表面上にある大気の全質量が計算で出てくるでしょう。
 
  地球の半径は、赤道面で6378kmです。地球を球体と考えて、その全表面積を求める式を考えると、それは4πr^2 です。これに、r=6.378X10^6 m を代入して、全表面積を計算し、これに、先の1平方メートル当たりの大気質量 10^4 kg をかけます。こたえは、4*π*(6.378*10^6)^2X10^4 =5.11*10^18 kg です。これは、地球大気の総質量とされる、5.1*10^18 kg とほとんど等しい値です。水柱の長さ10メートルが、もう少し長かった可能性があります(また、赤道半径で計算しているのでずれているのでしょう)。
 
  標準重力加速度で、1気圧に対応する水柱の長さは=1033.2276 cm であり、つまり、10.332276 m です。10^4 の代わりに、1.03323*10^4 をかけると、4πr^2*(水柱重量)= 5.111855*10^14 * 1.03323*10^4 =5.282*10^18 kg です。これは大きくなり過ぎですが、回転楕円体の地球を球体としたからかも知れません。
 
  極半径r=6357km=6.357X10^6 m を使うと、
  4*π*(6.357*10^6)^2X1.03323*10^4=5.247*10^18 kg です。まだ大き過ぎます。何か見逃しているのか(計算間違いをしているのか)も知れませんが、ほぼ、近い数字が出てきます。
 
    • good
    • 0
この回答へのお礼

非常に論理的な文章で、読ませてもらって非常に有難く感じました。「一気圧」をここまで突き詰めて考えたことはなかったため、非常に新鮮に感じることが出来ました。ご意見に感謝します。本当にわかりやすく説明していただき有難うございました。

お礼日時:2002/03/22 00:22

どうも。



理科年表の気象部に、標準大気の 温度 気圧 密度の
高度分布の表がでてました。

質量は、密度かける体積ですから、
ある高さR1とそれよりやや高いR2の間の空気の質量m(r)は、
その場所での密度を ρ(r) として、

m(r)= ρ(r)*4/3*π(R2^3-R1^3)

で計算できますよね。

あとは、好きな高さまでガリガリ数値計算すれば良いのでは?

では。

 
    • good
    • 0
この回答へのお礼

二度目のご回答本当に感謝しています。早速、参考にさせていただきました。
色々な考え方が出来て、非常に面白く思っています。また、新たに解った事等ありましたら、ご意見をお寄せいただければ嬉しいです。

お礼日時:2002/03/22 00:09

体積の概算もできますよね。


球の体積は4/3*π*r^3で求められますから。
4/3*π*(6500^3-6400^3)km^3
~522*10^8km^3
ですよね。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

う~~ん。。確かにそうですが・・・。かなりの概算に留まってしまいますね。
ご意見ありがとうございました。

お礼日時:2002/03/03 12:23

こんばんは。



正直言って自分も「本当」の計算方法は知りませんが、
質量なら、1気圧に全地球表面積をかけて、
それを重力加速度で割れば、出ませんか。

地球大気の実質的な厚さは、たかだか100km程だし、
その値は、地球の半径6400kmと比べたときに、
「上に行くほど面積が広がる効果」や
「上に行くほど重力加速度が減る効果」を
無視しても構わない程度の値と考えます。

もう少し真面目な議論をするときには、
当然、上の効果を考慮して、
積分か何かを使った計算をするのでしょうか。

詳しい方のご教示を期待します。

では。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

ご回答有難うございました。
1気圧に全地球表面積をかけて、それを重力加速度で割るという事ですが、実はその計算は既に考えていました。補足していなかったことをお詫びします。本当にすみませんでした。
そこでやはり、貴方が後半部分で書いていらっしゃる通り、そこの部分での議論になると思うのです。
この回答でもかなり有力な考え方を得ることが出来ましたことを感謝いたします。

お礼日時:2002/03/01 00:02

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q大気の進化・・・?

大気の進化が生物の誕生と化石エネルギー資源の形成におおきな役割を果たした。と言う事を先生が言ってましたが・・・大気の進化とはどのようなことなのですか?出来るだけ具体的に教えてください!やっぱり生物の進化と結びつけるような気がするのですが・・・

Aベストアンサー

 
  地球の歴史は、参照URL1に出ているように、初期に、微惑星の衝突が原地球を造り、原地球に、微惑星が衝突し続けることで、どんどん大きな惑星となったのです。その大気は、一番最初には、水蒸気、一酸化炭素、窒素などが主要成分だったと考えられます。
 
  しかし、やがて地球は冷却して行き、大気中の水蒸気は冷えて水となり、それは大豪雨となって、地表に降り、この結果、海が形成されました。この頃、地球の原始大気は、二酸化炭素、窒素、水蒸気などであったと思われます。やがて、冷却する地球内部から、硫黄とか、水素、その他色々な原子が大気中に放出されます。これは、後の火山の噴火においても、このような成分が、大気中に放出されました。
 
  しかし、原始大気には、「酸素」がなかったのです。大量の二酸化炭素の多くは、URL1にあるように、海の水に溶け、二酸化炭素による温室効果は過大に働くことなく、地球の表面温度や大気組成は、安定したものとなったとも言えます。
 
  しかし、上で述べたように、原始地球大気には、二酸化炭素や窒素はあっても、酸素はなかったのです。従って、原始的な生命が生まれ、展開した時、彼らは、酸素を必要としない体機構を持っていました。参考URL2にある、二酸化炭素から酸素を、水を媒介に作り出す、藍藻類の発生によって、大量に、二酸化炭素から酸素が造られるようになりました。
 
  原始生命は、太陽の光のエネルギーを取り込んで光合成を行っていたのですが、原初の光合成細菌は硫化水素や硫黄、水素を媒介に、水蒸気や硫黄を作り出していました。やがて、藻類が誕生し、藻類は、二酸化炭素から酸素を生み出す光合成反応を行い、これに続く真核藻類や一般の植物の誕生と発展で、地球大気中の二酸化炭素は、次第に酸素へと置き換わって行きます(URL3参照)。
 
  約7億年前、陸上植物の出現とほぼ同じくして、地球大気中の酸素濃度は上昇をやめ、安定化します。約6億年前、海生動物が誕生し、やがて、古生代カンブリア紀となり、生物の驚くべき多様化が現れます。カンブリア紀から、4億4千万年ほど前のオルドヴィス紀までのあいだに、大気の酸素は、高空で電離し、オゾン層ができます。これによって、水に守られていない陸上が安全となり、様々な生物の陸上への進出が起こります。
 
  約4億年前のシルリア紀には、地上にはシダ植物が繁茂し、小型昆虫などの動物が多数出現します。次のデボン紀なかばには、造山運動が活性化し、この影響でか、地球大気は冷却します、低温となります。しかし、約3億4千万年前から始まる石炭紀には、地球は高温多湿に変じ、巨大シダ植物が大繁茂し、地球大気は、酸素濃度が過剰になって行きます。この時代の植物化石が蓄積され炭化したものが、世界中で、優良な石炭として採掘され、そこから、この時代が「石炭紀」と名付けられました(石炭は他の時代にも産出します。高温多湿で植物生育の条件が整った場合、大規模に植物が繁茂し、蓄積されると石炭となるからです)。
 
  これ以降の時代については、酸素濃度と二酸化炭素濃度は、交互に増えたり減ったりしながら、安定状態を維持します。植物の大繁茂は、大気中の酸素濃度を高め、動物の増加となり、動物は酸素を消費し、こういうサイクルが続いて行きます。火山運動の活発な時代には、噴火産出物質として、硫黄や窒素や水蒸気が出て、地球大気組成に影響を与えましたが、それも、やがて、動物などの体内や、海や地球自体に吸収され、大気成分は安定して今日に至りました。
 
  このように、植物の発生や展開、動物の発生や展開で、地球大気の組成は、二酸化炭素を中心とする組成から、酸素を含む、現在のような組成に変化して来ました。これを、「大気の進化」と呼べるでしょう。(こう言ったプロセスは、参考URL6で、表になってまとめられています)。
 
  石炭は、上に述べたような事情で形成されましたが(詳しくは、参考URL5も参照)、石油の方は、わたしが知っている範囲では、生物遺骸が蓄積して、これが圧縮などを受けて変質して液状になったという説と、石油無機物起源説の二つがあったと思います。石油は、石炭と同様に、古生代石炭紀と、中生代白亜紀(約1億年前)に集中して形成されたとされますが、石炭は陸上で造られたのに対し、石油は主に海中で造られました(珪藻など植物プランクトンの遺骸が蓄積されて石油となったとされます)。
 
  参考URL1:(原始)地球の歴史
  http://www.ohta-geo.co.jp/x/furuta/benkyou/tikyunorekisi.htm
 
  参考URL2:酸素発生型光合成と藻類
  http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~inouye/ino/etc/oxygenphotosynthesis.html
 
  参考URL3:地質時代の二酸化炭素と酸素の割合
  http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~inouye/ino/etc/O2-earth.GIF
 
  参考URL4:大気組成の変遷
  http://www3.justnet.ne.jp/~hagiya/atmosph1.htm
 
  参考URL5:植物の上陸と大気組成の変化
  http://www3.justnet.ne.jp/~hagiya/ccycle1.htm
 
  参考URL6:空気の起源-表
  http://www.putiputi.co.jp/inpaku/kigen.htm
 
  参考URL7:地質Q&A-石油と石炭
  http://www.aist.go.jp/GSJ/oLT/sgk/soudan/qanda.html
 

参考URL:http://www.putiputi.co.jp/inpaku/kigen.htm

 
  地球の歴史は、参照URL1に出ているように、初期に、微惑星の衝突が原地球を造り、原地球に、微惑星が衝突し続けることで、どんどん大きな惑星となったのです。その大気は、一番最初には、水蒸気、一酸化炭素、窒素などが主要成分だったと考えられます。
 
  しかし、やがて地球は冷却して行き、大気中の水蒸気は冷えて水となり、それは大豪雨となって、地表に降り、この結果、海が形成されました。この頃、地球の原始大気は、二酸化炭素、窒素、水蒸気などであったと思われます。やがて、冷却す...続きを読む

Q西洋の都市名(明治期の文献より)

明治期の文献にて「バアゲンベット」という記述にぶつかりました。

たぶん欧米の都市の名前だと思うのですが、
国や今で云う所の地名もさっぱり判りません。
ちなみに、同じ文献の中で、

「ミッドルブロー」 → 英国「ミドルスブラ(Middlesbrough)」

「シャートル」 → 米国「シアトル(Seattle)」

は確認できました。
文献が当時の工業について書かれているものなので、
おそらく工業都市だと思います。

もし、「バアゲンベット」が分かる方がいらっしゃいましたら、
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

バーケーンヘッド(Birkenhead)っていう都市が、イギリスのリバプールの近くにありますが。

Q雨が非常に多く、気温が20℃以上 ある国はどこですか?

世界で雨が非常に多く、気温が20℃以上 ある国はどこですか?

Aベストアンサー

他には、(北京五輪の男子サッカーで日本を退けた)ナイジェリア南部も該当するとされてはいます。
因みに(1991年にアブジャに遷都する以前の旧首都たる)"ラゴスの気温"は以下の通りです。
http://weather.jp.msn.com/local.aspx?wealocations=wc:NIXX0012&src=rss

Q日本が中国に弱腰な理由を分析した文献を探してます。

現在大学の課題で日本と中国の軍事的な関係についてのレポートを書いています。
結構な数の文献を読んだのですが、「日本政府は中国に対して弱腰である」と書いてあるものはいくつかあるものの、何故弱腰にならざるをえないのかまで分析した文献が見つかりません。
個人的な予想としては

・憲法第9条に縛られているために軍事的な衝突は避けたい
・政権維持のために、平和主義の世論の反対を受けたくない
・中国の経済依存度が深いので中国と事を荒立てたくない

などを考えています。が、このようなことを言ってくれている文献がないとレポートは書けません。
そのため、以上のようなことやそれ以外のことでもいいので、日本政府の対中姿勢の背景を分析した文献(論文か書籍)をご存知の方は、ぜひ教えていただければ幸いです。

Aベストアンサー

 政治評論ならともかく、大学のレポートで弱腰という表現を用いるのは要注意ではないでしょうか。

 もし「常に弱腰であった」というのであれば、いくらも反証を挙げられるでしょう。「弱腰と見られる場合もあれば、強腰の時もあった」というのであれば、それぞれ共通する理由を考えることが必要です。

 いずれにせよ、個々のケースを文献で例証するのは結構ですが、そこから共通性を引き出すのは質問者の役目で、それまで文献の孫引きではレポートとは言えないと思います。もちろん、参考文献があったほうがいいのは確かですが。

 私なら、弱腰という非学術用語は避け、資源または市場獲得のため、あるいはもっと広く日中間の課題解決のため、日本政府はどこで妥協あるいは譲歩したかという観点でアプローチするでしょう。外交は交渉事で、一つを得るためには一つを譲るのは当たり前です。譲った点だけをとらえて、弱腰だというのは片手落ちでしょう。失礼、これも要注意用語だったかな。

QGPSの参考文献

測量でGPSを使用しています。
座標系や解析についてわかりやすく書かれている書籍やHPを知っていらっしゃる方教えてください。

Aベストアンサー

私自身は、GPSの方はそれほど勉強しておりませんが、書籍の購入も視野に入れておられるのでしたら、「日本測量協会」出版の物をおすすめします。

GPS関係の書籍は購入していないので、どれかをおすすめすることは出来ませんが、各書籍の目次が閲覧できるので、自分に合うと思う物を選んでください。

参考URL:http://www.jsurvey.jp/2-1a.htm


人気Q&Aランキング

おすすめ情報