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2014-04-16T18:52:21Z

空気の理解史: svg

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{{Otheruses}}
'''空気'''（くうき、{{Lang-en-short|air}}）とは、[[地球]]の[[地球の大気|大気圏]]の最下層を構成している[[気体]]で、[[人類]]が暮らしている中で身の回りにあるものをいう<ref name="ydickuuki"/>。

一般に空気は、[[無色]][[透明]]で、複数の気体の[[混合物]]からなり、その[[組成]]は約8割が[[窒素]]、約2割が[[酸素]]でほぼ一定である。また[[水蒸気]]が含まれるがその濃度は場所により大きく異なる。工学など空気を利用・研究する分野では、水蒸気を除いた'''乾燥空気'''（かんそうくうき, {{lang|en|dry air}}）と水蒸気を含めた'''湿潤空気'''（しつじゅんくうき, {{lang|en|wet air}}）を使い分ける。

== 用法 ==
地球を覆う気体の層を「大気圏」といい<ref name="ydictaikiken">[[Yahoo! Japan]]辞書（[[大辞泉]]）[http://dic.yahoo.co.jp/dsearch?enc=UTF-8&p=大気&dtype=0&dname=0na&stype=0&index=11116200 たいき‐けん【大気圏】]</ref>、その気体そのものを日常会話や工業分野などでは「空気」<ref name="ydickuuki">[[Yahoo! Japan]]辞書（[[大辞泉]]）[http://dic.yahoo.co.jp/dsearch?enc=UTF-8&p=空気&dtype=0&dname=0na&stype=0&index=04935800 くう‐き【空気】]</ref>、[[気象学]]など[[地球科学]]の分野では「大気」<ref name="ydictaiki">[[Yahoo! Japan]]辞書（[[大辞泉]]）[http://dic.yahoo.co.jp/dsearch?enc=UTF-8&p=大気&dtype=0&dname=0na&stype=0&index=11115700 たい‐き【大気】]</ref>とも呼ぶ。ふつう日常会話で「空気」という場合には、[[人類|人間]]が暮らしている中で身の回りに存在する地上の空気を指し、場合によっては[[飛行機]]が航行する高度のような上空の空気を指す。一方、地球科学においては同じものを「大気」という。

=== その他の用法 ===
なお[[日本語]]における「空気」には、その場にいる人々の[[気分]]やその場の[[雰囲気]]という意味もある<ref>{{Cite book|和書
|author = [[新村出]]編
|title = [[広辞苑]]
|edition = 第5版
|year = 1998
|publisher = [[岩波書店]]
|isbn = 4-00-080111-2
|page = 744
|chapter = 空気
}}</ref>。詳しくは[[場の空気]]の項目を参照のこと。

空気は目に見えず、その他感覚にふれることもなく、普段はその存在を意識することもないが、常に身の回りにあり、無くてはならない存在であることから、{{要出典範囲|ごく親しい仲のことを「空気のような」と表現することがある。最近の若者の[[俗語]]では「あいつは空気だから」といった使い方もする。こちらのほうは、存在感のなさを揶揄した否定的な用法である。|date=2012年12月}}

== 物性 ==
[[乾燥]]した空気1 [[リットル|L]]の[[重さ]]は、[[セ氏]]0度、1気圧（1 [[標準気圧|atm]]）のときに1.293 [[グラム|g]]である<ref name="ydickuuki"/>。1 Lで1 gというと一見小さいようであるが、垂直に数十kmも積み重なることで、地表付近の空気には大きな[[重さ]]（圧力）がかかる。1気圧は1.033 [[重量キログラム毎平方センチメートル|kgf/cm2]]なので、地表では1 [[平方センチメートル|cm2]]あたりおよそ1 [[キログラム|kg]]の圧力が加わっていることになる。

なお、[[風速]]、つまり空気の移動速度が大きくなるにつれ、衝突する空気の総量が増え、大きな[[風圧]]が生じることになる。[[帆船]]、[[ヨット]]、[[ウィンドサーフィン]]などはこれを利用して大きな推力を得ているわけであるし、[[台風]]などでは巨大な破壊力となる。

また、空気は[[流体]]であり、空気の中を進む物体には[[揚力]]や[[抗力]]（空気抵抗）が生じる。[[鳥]]や[[飛行機]]の[[翼]]は大きな揚力を得ることで空気中を飛揚する。

{|class="wikitable"
|-
|密度(0 ℃ 1 atm) || 1.293 kg/m3
|-
|平均モル質量 || 28.966 g/mol
|-
|[[熱膨張率]](100 ℃ 1 atm) || 0.003671 /K <ref group="注">ほぼ[[絶対温度]]の逆数に等しい。</ref>
|}

[[常温]]、[[常圧]]の空気はほぼ[[理想気体]]として振る舞い、''t'' [℃]における空気の密度ρ [kg/m3]は、大気圧を''P'' [atm]、水蒸気圧を''e'' [atm]とすると、
:<math>\rho=\frac{1.293P}{1+t/273.15}\left(1-\frac{0.378e}{P}\right)</math>
と表せる<ref>{{cite|和書 |author=[[牛山泉]] |title=風車工学入門 |edition=2 |publisher=森北出版 |year=2013 |isbn=978-4-627-94652-1 |page=27}}</ref>。

また、セ氏0度、1気圧の乾燥空気における[[音速]]は331.45 [[メートル毎秒|m/s]]<ref name="rikanen2010">国立天文台編『[[理科年表]] 平成22年』丸善、2010年 ISBN 978-4621081914</ref>、セ氏15度では約340 m/sである。

1気圧における近似的な値だが、乾燥空気の[[熱伝導率]]はセ氏0度 - 25度の間で約0.024 W・m-1・K-1 とほとんど変わらない<ref>Young, Hugh D., "[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/thrcn.html HyperPhysics]", ''University Physics'', 7th Ed., Addison Wesley, 1992. Table 15-5, 2013年1月12日閲覧</ref><ref>"[http://www.engineeringtoolbox.com/air-properties-d_156.html Air Properties]" The Engineering Toolbox, 2013年1月12日閲覧</ref><ref>"[http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html Thermal Conductivity of some common Materials and Gases]" The Engineering Toolbox, 2013年1月12日閲覧</ref>。

また、1気圧の乾燥空気の[[電気伝導率]]（導電率）は[[大気エアロゾル粒子|エアロゾル]]の量により大きく変わり、2.9{{e-|15}}（エアロゾル濃） - 7.88{{e-|15}}（エアロゾル薄） Ω-1・m-1（または S/m）程度であるという研究報告がある<ref>Pawar, S. D."Effect of relative humidity and sea level pressure on electrical conductivity of air over Indian Ocean", ''Journal of Geophysical Research'', vol.114, pp.D02205, 2009. {{Bibcode|2009JGRD..11402205P}}, {{DOI|10.1029/2007JD009716}}.</ref>。

== 成分 ==
[[ファイル:Atmosphere gas proportions.svg|thumb|200px|乾燥大気の組成を示す円グラフ。下の円は微量成分の詳細。]]
地球の大気は窒素、酸素のほか多数の微量成分で構成される。1cm^3あたり3×10^19個の分子が含まれる。<ref>「徹底図解　宇宙のしくみ」、[[新星出版社]]、2006年、p106</ref>以下に[[国際標準大気]](1975)<ref name="kikakurui">kikakurui.com 「[http://kikakurui.com/w/W0201-1990-01.html JIS W 0201:1990 標準大気]」</ref>における、海面付近（1気圧）の、[[大気エアロゾル粒子|エアロゾル]]等の微粒子を除いた清浄な乾燥空気の組成を解説する。

(*)を付けた成分は、[[呼吸]]や[[光合成]]などの[[生物]]の活動、車や工場の排気ガスなどの[[産業]]活動、空気中で起こる[[光化学反応]]に伴う合成・分解により、場所により大きく変動する。

実際の空気中で最も変動するのは[[水蒸気]]であり、最大で4%程度、低いときは0%近くまで低下する。全球地表平均では約0.4%となる（下表には含まない）。

(+)をつけた成分は、人為的に排出される成分であり、濃度が近年著しく変化しているものである。主に[[産業革命]]以降完全に人為的に排出されて大気中に残存した成分と、もともと自然界で排出されていたが産業革命以降人為的に大量に排出されて濃度が高まった成分とがある。

数値の右の(>)は、その値が通常の空気における最大値であることを示す。「1ppm>」であれば、最大1ppm、通常はそれ以下であることを意味している。

{| class="wikitable" style="float:left"
|+ 表1: 乾燥空気の主な組成（国際標準大気、1975年）
|-
| 成分 || 化学式 || [[体積分率|体積比]] 割合（vol%） || [[ppm]] || [[ppb]] || 備考
|-
| [[窒素]] || N2 || 78.084 || 780,840 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[酸素]] || O2 || 20.9476 || 209,476 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[アルゴン]] || Ar || {{0}}0.934 || {{0|00}}9,340 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[二酸化炭素]] || CO2 || {{0}}0.0390 || {{0|000,}}390 || - || +*2011年の値<ref name="jmaghg8">「{{PDFLink|[http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/infohp/wdcgg/GHG_Bulletin-8_j.pdf WMO温室効果ガス年報気象庁訳]}}」[[気象庁]]、2012年11月、2013年1月12日閲覧</ref><ref name="kikakurui"/><ref group="注">産業革命前の1750年比で1.4倍に増加している。国際標準大気(1975)では314ppmとして示されている。</ref>
|-
| [[ネオン]] || Ne || {{0}}0.001818 || {{0|000,0}}18.18 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[ヘリウム]] || He || {{0}}0.000524 || {{0|000,00}}5.24 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[メタン]] || CH4 || {{0}}0.000181 || {{0|000,00}}1.81 || 1813±2 || +2011年の値<ref name="jmaghg8"/><ref name="kikakurui"/><ref group="注">産業革命前の1750年比で2.6倍に増加している。国際標準大気(1975)では2ppmと丸めて示されている。</ref>
|-
| [[クリプトン]] || Kr || {{0}}0.000114 || {{0|000,00}}1.14 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[二酸化硫黄]] || SO2 || {{0}}0.0001> || {{0|000,00}}1> || - || *<ref name="kikakurui"/>
|-
| [[水素]] || H2 || {{0}}0.00005 || {{0|000,00}}0.5 || - || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[一酸化二窒素]] || N2O || {{0}}0.000032 || {{0|000,00}}0.32 || {{0}}324.2±0.1 || +*2011年の値<ref name="jmaghg8"/><ref name="kikakurui"/><ref group="注">産業革命前の1750年比で1.2倍に増加している。国際標準大気(1975)では0.5ppmと丸めて示されている。</ref>
|-
| [[キセノン]] || Xe || {{0}}0.0000087 || {{0|000,00}}0.087 || {{0|00}}87 || <ref name="kikakurui"/>
|-
| [[オゾン]] || O3 || {{0}}0.000007> || {{0|000,00}}0.07> || {{0|00}}70> || *<ref group="注">冬は20ppm>程度まで低下する。</ref><ref name="kikakurui"/>
|-
| [[二酸化窒素]] || NO2 || {{0}}0.000002> || {{0|000,00}}0.02> || {{0|00}}20> || *<ref name="kikakurui"/>
|-
| [[ヨウ素]] || I2 || {{0}}0.000001> || {{0|000,00}}0.01> || {{0|00}}10> || *<ref name="kikakurui"/>
|}
 
{| class="wikitable"
|+ 表2: 乾燥空気の微量成分
|-
| 成分 || 化学式 || 体積比割合（vol%） || ppm || ppb || [[ppt]] || 備考
|-
| [[クロロメタン]] || CH3Cl || 約0.000000055 || - || 0.55 || 約550 || +* 2008年の値<ref name="jmar08-232">「[http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/cdrom/report2008/html/2_3_2.html 2.3.2 世界のハロカーボン類等の濃度]」気象庁、''大気・海洋環境観測報告''、2008年、2013年1月12日閲覧</ref>
|-
| [[ジクロロジフルオロメタン]](CFC-12) || CCl2F2 || - || - || - || 約540 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[トリクロロフルオロメタン]](CFC-11) || CCl3F || - || - || - || 約245 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[クロロジフルオロメタン]](HCFC-22) || CHClF2 || - || - || - || 約200 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[一酸化炭素]] || CO || - || - || - || 約91 || +* 2008年の値<ref>「[http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/cdrom/report2008/html/2_5_2.html 2.5.2 世界の一酸化炭素濃度]」気象庁、''大気・海洋環境観測報告''、2008年、2013年1月12日閲覧</ref>
|-
| [[四塩化炭素]] || CCl4 || - || - || - || 約90 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[トリクロロトリフルオロエタン]](CFC-113) || C2Cl3F3 || - || - || - || 約75 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[1,1,1,2-テトラフルオロエタン]](HFC-134a) || C2H2F4 || - || - || - || 約50 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[1-クロロ-1,1-ジフルオロエタン]](HCFC-142b) || CClF2CH3 || - || - || - || 約20 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[1,1-ジクロロ-1-フルオロエタン]](HCFC-141b) || CCl2FCH3 || - || - || - || 約20 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[1,1,1-トリクロロエタン]] || CH3CCl3 || - || - || - || 約10 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[1,1-ジフルオロエタン]](HFC-152a) || C2H4F2 || - || - || - || 約4-9 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[六フッ化硫黄]] || SF6 || - || - || - || 約6.5 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[ブロモクロロジフルオロメタン]](ハロン1211) || CClBrF2 || - || - || - || 約4 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[ブロモトリフルオロメタン]](ハロン1301) || CBrF3 || - || - || - || 約3 || + 2008年の値<ref name="jmar08-232"/>
|-
| [[アンモニア]] || NH3 || {{要出典範囲|痕跡量*|date=2012年12月}} || - || - || - ||
|}
 
{{Main2|地球大気がこのような成分に至った経緯|地球の大気}}

== 空気の利用 ==
産業用として[[圧縮空気]]はさまざまな場面で利用される。圧縮空気を原動力として用いる機械を[[空圧]]機械というが、[[圧縮機]]を用いたり使用者が手動で行ったりといくつかの方式がある。

また純粋な空気の利用では、[[ボンベ]]等に充填した圧縮空気、低温下で液化させた液体空気も製造される。常圧ではおよそ-190℃で液化し、液体[[酸素]]の影響から液体の空気は淡い青味を帯びた色をしている<ref>[[Yahoo! Japan]]百科事典（[[小学館]] [[日本大百科全書]]）『[http://100.yahoo.co.jp/detail/%E6%B6%B2%E4%BD%93%E7%A9%BA%E6%B0%97/ 液体空気]』</ref>。ボンベに充填する空気は一般的に、水蒸気や微粒子成分を取り除いた乾燥空気である。

[[スキューバ・ダイビング]]で使用するタンクには圧縮空気が充填されているが、50m程度まで[[潜水]]する場合は、[[窒素酔い]]を避けるため、窒素分を[[ヘリウム]]と置換した空気を用いる。

また、窒素、酸素、二酸化炭素のほか、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンなどの大気中に含まれる成分は、空気を利用して冷却・圧縮、化学吸着、膜分離等の方法で産業用に製造されるものがある。

== 空気の理解史 ==
[[ファイル:Four elements representation zh.svg|thumb|200px|[[四元素説]]における元素の関係図]]
[[古代ギリシャ]]ではすでに、空気は4つの[[元素]]（[[四大元素]]）の1つとされた（四元素説）。この考え方は[[中世ヨーロッパ]]にも継承された。[[近代]]的な元素の概念が生まれた後も、相当期間、空気は元素の1つと考えられていた。空気とは性質が異なるさまざまな[[気体]]が発見されたが、それらは空気の[[化合物]]か[[混合物]]だと考えられた。

[[18世紀]]になると、[[アントワーヌ・ラヴォアジエ]]が、空気が[[酸素]]と[[窒素]]の混合物であることを示し、空気を元素とは考えなくなった。

== 空気と知覚 ==
我々は空気に依存し、空気の中で生活しているが、[[日常生活]]の中でそれを意識することはあまりない。同様に生活に欠かせない[[水]]がその手応えや感触から、普段からはっきり意識されるのとは好対照である。

ただし空気は、それに流れがある時には意識される傾向があり、「[[風]]」と呼ばれるようになる<ref group="注">なお、人は空気の動きを全身の体表面の毛（[[体毛]]）の[[毛根]]あたりの[[感覚器]]で（体毛の動きを感じて）直接的に感じている、と指摘している研究がある。体毛を剃ってしまったりすると、感度が落ちるという。</ref>。

また、その成分については、閉め切った部屋、（洞窟の中など）[[換気]]が不十分な場所など（現在の観念で言えば、酸素が不十分だったり、余計な[[ガス]]が混じった状態）では意識されていて、古くから「腐った空気」「空気が腐る」といった表現がされてきた。また、[[香り]]や[[臭い]]が漂ったり、[[化学物質]]により刺激を感じるような場合も意識されるようになる。


== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{reflist|group="注"}}
=== 出典 ===
{{reflist}}

== 参考文献 ==
* [[Yahoo! Japan]]百科事典（[[小学館 ]] [[日本大百科全書]]）『[http://100.yahoo.co.jp/detail/%E7%A9%BA%E6%B0%97/ 空気]』

== 関連項目 ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|Air}}
* [[地球の大気]]、[[大気圏]]
* [[気圧]]（大気圧）
* [[風]]
* [[窒素]]、[[酸素]]、[[アルゴン]]、[[二酸化炭素]]
* [[気体]]、[[ガス]]、[[流体]]、[[流体力学]]
* [[呼吸]]
* [[空気入れ]]
* [[真空ポンプ]]
* [[空気銃]]、[[空気砲]]
* [[場の空気]]
* [[空気神社]] - 空気をご神体とする神社

{{Sci-stub}}
{{DEFAULTSORT:くうき}}
[[Category:大気|*]]
[[Category:気体]]

[[bg:Въздух]]
[[en:Atmosphere of Earth#Composition]]
[[pl:Powietrze atmosferyczne]]
[[tr:Hava (atmosfer)]]

空気 - 版の履歴

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