成層圏で上の方が気温が高い理由

質問

大気圏の区分を勉強しています。
成層圏で、高度が上がるほど気温が上がるという理由がわからないので教えて下さい。

成層圏にはオゾン層がある。
オゾン層は紫外線を吸収するので、オゾン層が熱源（ストーブのような）のようなものになり、大気が暖められる。

と、学びました。

教科書などには、成層圏（高度約１０km～５０km）の中のオゾン層は、高度２０～３０kmに書いてあります。
それなのに高度５０kmの方が気温が高いのは、なぜなのでしょうか？
オゾン層内部の方が高くなりそうに思えるのですが。。。

どなたか詳しい方がいらっしゃいましたら教えて下さい。

回答No.2

KappNets · ベストアンサー

専門家ではありませんが：

オゾンは酸素分子に太陽からの紫外線が当たることで発生します。１日で400Mトンものオゾンが発生しています。オゾンは活性なので分解も速く、発生する片端から元の酸素に戻ります。発生と分解のバランスでオゾンの密度分布が決まっています。

オゾン発生の際の莫大な吸収エネルギーでオゾン層や成層圏の温度は上昇しています。

さてオゾン濃度が一番高いのは高度約20~25km付近ですが、実際に成層圏内で温度が一番高いのは高度約50km付近です。この理由はオゾン濃度とは関係なく、上部のオゾン層ほど濃度の高い紫外線を吸収することができ、また、上層ほど空気密度が低いことから対流によるロスがなくて温度の上昇率も大きいためです。

さらに上空では酸素濃度があまりにも減るため吸収が減ります。もはや成層圏と呼ばれません。

The inconvenient skeptic, p. 207 (amazon, kindle 版で買えます)
http://ja.wikipedia.org/wiki/成層圏

お礼

丁寧な解説ありがとうございました。
上空のオゾン層ほど濃度の高い紫外線を吸収、そして空気密度から上空ほど対流のロスが少ないのですね。
最後の文は中間圏のことでしょうか。回答ありがとうございました！助かりました。スッキリです！

回答No.1

iapetus

調べてみました（詳しくはないですが、今回、勉強になりました）。

高度５０ｋｍに近づくほど、大気に散乱されていないより強い紫外線に加熱されることと、上空ほど空気の密度が低くなり、暖まりやすくなるためです。
オゾンはその分、空気密度の低さで出来難くなります。
紫外線照射の効果と、空気密度の兼ね合いにより、高度２０～２５ｋｍの付近が相対的に最もオゾン濃度が高くなります。

> オゾン層は紫外線を吸収するので、オゾン層が熱源（ストーブのような）のようなものになり、大気が暖められる。

オゾン層は、事実、紫外線を吸収して加熱されてはいるのでしょう。
しかし、オゾンが生成される現場では、酸素分子が紫外線を受け、そのエネルギーにより原子に分離し（光解離）、他の酸素分子とくっついてオゾンになる訳で、紫外線は加熱だけに使われる訳ではない、という原因もあるのかもしれません（←これは未確認）。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/成層圏

お礼

あ、調べていただいて。。。すいません感謝です。恐縮です。
散乱されていない紫外線、なるほど。
「空気の密度が低いほど暖まりやすい」がちょっとひっかかっています。
太陽光が当たるものが多い方が熱がたまりそうな気がしています。
空気が多いと反射してしまうということでしょうか。

原因があるのかはともかくとして、「しかし～」は特に参考になりました。
オゾンがそのまま蓄熱しているのだと思っていました。
ありがとうございました！