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地球大气层

2013-11-1 00:24|查看:2507|评论:0|字体: 繁体

地球大气层,又称大气圈,因重力关系而围绕着地球的一层混合气体,是地球最外部的气体圈层,包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界,在离地表2000-16000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子,在地下、土壤和某些岩石中也会有少量气体,它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量气体,这些混合气体被称为空气,地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克,相当于地球总质量的百万分之0.86,由于地心引力作用,几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内,其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内,根据大气温度垂直分布和运动特征,在对流层之上还可分为平流层、中气层、增温层等。大气层保护地表避免太阳辐射直接照射,尤其是紫外线;也可以减少一天当中极端温差的出现。

 

大气的组成

 

地球早期的大气层与现今的大气层完全不相同,富含火山喷发气体,例如二氧化碳。部分地球大气可能源太阳系之外。现在的大气层只含有极少量的二氧化碳,而富含氧气。其改变原因是早期的生命形式——微生物体吸入二氧化碳而排出氧气。这些微生物聚集在一起被称为藻青菌,依靠光合作用制造能量,它们与早期那些制造氧气的有机体极为类似。

 

原始大气

 

推测为甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢(H2)、水(H2O)等所组成。因为火山爆发所喷出的气体是二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、氮(N2)、二氧化硫(SO2)、甲烷(CH4)、氢(H2)和水蒸气(H2O),这些气体在地球冷却前飞向空中,等到地球冷却,逃出的气体因重力而覆盖地球形成最原始的大气。其中水蒸气凝结成为水,而二氧化碳、二氧化硫溶于水中变成溶液,因此大气剩下氨、氢和甲烷,这就是被我们所认为的原始大气。

 

1953年,哈罗德·尤里和史丹利·米勒完成生命起源的经典实验米勒-尤里实验,发现将甲烷、氨、氢和水的混合经过放电后,会变成许多的有机化合物包含生命必需的成份——氨基酸。

 

现今大气

 

大气水汽分布图(平均值)主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳、水等,组成比率因时、地不同,而有所差异,其中以二氧化碳变动率最大。大气不是密度均匀,是以海平面的密度最大,往上密度渐小,大气约50%集中在海拔5.6公里内,约80%集中在海拔13公里以内。

 

大气水汽分布图

 

大气水汽分布图(平均值)

 

大气压力

 

由地心引力对地球表面的一群混和气体所作的作用力即为大气压力,故以在地表最大,愈往高处压力愈小。气压在海平面的平均值约1.01×105帕(或称巴斯卡,Pascal,简称Pa,国际单位制中的压力单位,1帕=1牛顿/米2),相当于76厘米汞柱,也就是一般所称的一大气压。

 

大气压力依高度递减,在低空中每上升5.5公里,压力约减一半。

 

相对其他颜色的光而言,大气中的气体散射蓝色光较多。

 

相对其他颜色的光而言,大气中的气体散射蓝色光较多。所以从外层空间来看,地球就有一层蓝色光晕。正是因为如此,天空大多数时候也是蓝色的。

 

大气层垂直结构

 

大气层垂直结构大致可分为对流层、平流层、中间层、游离层及外气层,分述如下:

 

对流层

 

最接近地面的大气层称为对流层,平均高度约10公里。对流层高度随纬度变化,在赤道最高约为15公里,极地最低约8公里。顾名思义,对流层是对流最旺盛的区域,也是天气现象发生的地方。大气中的水汽,约有80%存在于对流层,因此它也是蒸发、云、雨等最经常出现的区域。平均而言,对流层温度随高度降低,每上升100米,温度下降约0.6℃。

 

平流层

 

含有臭氧,具有吸收紫外线功能,保护地球上所有生物的生存和地表免于受阳光中强烈的紫外线致命的侵袭,又叫同温层。因为在同温层内部的臭氧层有吸收太阳辐射的功能,在此层的气温会随高度增加。

 

中间层

 

又称 "中气层"。此层主要成份有臭氧、氧、二氧化碳、氮的氧化物,这些部份是由光化学作用引起之产物,故又称:光化层。 温度随高度上升而下降。

 

游离层

 

又称:增温层、电离层,空气极稀薄,而离子特别多。温度相当高,且随高度升高而温度升高。

 

外气层

 

外太空的起点,含元素中最轻的二种气体:氢(H)及氦(He)。

 

空气污染

 

指大气中某些物质超过一定的限量,或多出某些物质的现象。空气污染的程度取决于污染源、大气的转移及接受物。

 

污染源

 

碳的氧化物:如一氧化碳、二氧化碳。

 

燃烧石化燃料所产生的物质是空气污染最主要的来源,因为燃烧所产生的二氧化碳若是过多,会引起温室效应。汽车引擎中,汽油燃烧不完全会排放出一氧化碳,当一氧化碳进入肺部,它比氧更容易与血红素形成稳定的化合物,降低血液运送氧气的功能,严重的的话会造成窒息死亡

 

硫的氧化物:如二氧化硫、三氧化硫。

 

大气主要污染物之一。当二氧化硫和三氧化硫溶于水中,会形成亚硫酸和硫酸,这是酸雨的主要成分。由于煤和石油通常都含有硫化合物,因此燃烧时会生成二氧化硫。二氧化硫具有酸性,可与空气中的其他物质反应,生成微小的亚硫酸盐和硫酸盐颗粒。当这些颗粒被吸入时,它们将聚集于肺部,是呼吸系统症状和疾病、呼吸困难,以及过早死亡的一个原因。

 

氮的氧化物:如一氧化氮、二氧化氮。

 

烃类:如苯、汽油等。

 

尘埃与颗粒物。

 

大气的转移

 

意谓大气减轻空气污染的天然程序;虽然大气能够减轻污染,但有其极限,并不是无止尽的清除。

 

接受物

 

指对污染接受的程度,接触污染物的历程很重要,有些生物体内的功能,可以排除某些污染物,然而也有的污染物会积存在身体内,导致生病或死亡。

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