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大气层

大气层,或者叫大气圈,或者叫大气,是星球表面上的空气,因为星球引力影响,在星球表面积蓄而成的一圈气体。地球的大气层保护地球生物在地球上生存。

目录

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1 地球大气层
  1. 1.1 组成
  2. 1.2 高度
  3. 1.3 结构
  4. 1.4 作用
  5. 1.5 污染
2 大气层的化学演化
3 其他星球的大气层

大气层 - 地球大气层

组成

大气层

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于太阳系之外。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。

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古大气层

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,诺贝尔奖得主犹莱(Harold C. Urey)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

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。

高度

大气的高度实际上是很难界定的。由地面到大气上界,单位截面大气柱的总质量在标准情况下为1013.3克/平方厘米,在其中50%的大气质量集中在地面以上、5.5千米以下的大气层内。

大气的密度到越到高空越小。到700~800千米高空,气体分子间的距离可达几百米远,远远超过近代实验室中所能获得的真空。实际上,大气在任何高度都不可能密度为零,即使在星际空间内,也有星际物质存在。所以很难用一个明确的界面把大气层和星际空间分开。用物理分析的方法可以粗略的确定一个大气的垂直范围。根据大气中极光出现的最高高度,可以把大气上界定为1200千米高度;根据接近于星际空间的气体密度的高度,可以把大气上界定为2000~3000千米高度。

结构

大气是指包围在地球表面并随地球旋转的空气层。它不仅是维持生物因中生命所必需的,而且参与地球表面的各种过程,如水循环、化学和物理风化、陆地上和海洋中的光合作用及腐败作用等,各种波动、流动和海洋化学也都与大气活动有关。

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地表大气平均压力为1个大气压,相当于每平方厘米地球表面包围1034g空气。地球总表面积为510100934平方公里,所以大气总质量约为5.2×1015吨,相当于地球质量的10-6倍。大气随高度的增加而逐渐稀薄,50%的质量集中在30km以下的范围内。高度100km以上,空气的质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。按气温垂直分布对大气分层(热分层),可以分为以下几层:

对流层

对流层是大气的最低层,其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近为16-18km;在中纬度地区为l0-12km,两极附近为8-9km。夏季较厚,冬季较薄。 这一层的显著特点:—是气温随高度升高而递减,大约每上升100 m,温度降低0.6。C。内于贴近地面的空气受地面发射出来的热量的影响而膨胀上升,上面冷空气下降,故在垂直方向上形成强烈的对流,对流层也正是因此而得名;二是密度大,大气总质量的3/4以上集中在此层。在对流层中,因受地表的影响不同,又可分为两层。在l-2km以下,受地表的机械、热力作用强烈,通称摩擦层,或边界层,亦称低层大气,排人大气的污染物绝大部分活动在此层。在1-2公里以上,受地表影响变小,称为自由大气层,主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。对流层和人类的关系最密切。

平流层

穿越大气层

从对流层顶到约50km的大气层为平流层。在平流层下层,即30—35knl以下,温度随高度降低变化较小,气温趋于稳定,所以又称同温层。在30—35km以上,温度随高度升高而升高。

平流层的特点:一是空气没有对流运动,平流运动占显著优势;二是空气比下层稀薄得多,水汽、尘埃的含量甚微,很少出现天气现象;三是在高约15—35km范围内,有厚约20km的—层臭氧层,因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力,故使平流层的温度升高。

中间层

从平流层顶到80km高度称为中间层。这一层空气更为稀薄,温度随高度增加而降低。

热层

从80km到约500km称为热层。这一层温度随高度增加而迅速增加,层内温度很高,昼夜变化很大,热层下部尚有少量的水分存在,因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。

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逃逸层

热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下,大部分分子发生电离;使质子的含量大大超过中性氢原子的含量。逃逸层空气极为稀薄,其密度几乎与太空密度相同,故又常称为外大气层。由于空气受地心引力极小,气体及微粒可以从这层飞出地球致力场进入太空。逃逸层是地球大气的最外层,该层的上界在哪里还没有一致的看法。实际上地球大气与星际空间并没有截然的界限。逃逸层的温度随高度增加而略有增加。

作用

如果没有大气层,地球的气压会跌到零,几乎地球上所有生物都会死,太空陨石、卫星碎片、尘、冰等就会撞落地面,地球的表面会同月球差不多。

大气层有一层臭氧层,隔离太阳得大部份紫外光,如果着一层弱了,就会令人皮肤烧伤,而导致皮肤癌等疾病。

污染

指大气中某些物质超过一定的限量,或多出每些物质的现象。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。

污染源

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,汽油燃烧不完全会旁放出一氧化碳,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。
氮的氧化物:如一氧化氮、二氧化氮。
烃类:如苯、汽油等。
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尘埃与浮游物。

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。

大气层 - 大气层的化学演化

地球大气层的成分和各组分的分压有着极其复杂的演化过程。地球不同于金星和火星。金星的质量近于地球,由于距太阳较近,表面温度高,内部除气所产生的水蒸气不能在表面凝结成水圈,CO2、SO2、H2S、NO、NO2等积累滞留在大气圈内形成稠密的CO2大气圈。火星距太阳较地球远,表面温度低,加之质量较小,气体易于逃逸,火星内部除气过程释出的气体,不能凝结成水体,只能形成极稀薄的CO2大气圈。地球的大气圈、水圈、生物圈和岩石圈具有协调的形成和演化过程。地球内部除气作用释出的主要气体为水蒸气、CO2、CO、HCl、CI2、HF、HBr、H2S、S、SO2、N2、H2、H、O2、CH4、NH3和稀有气体等。O2主要来源于水蒸气的光化学分解和绿色植物的光合作用。地球内部物质的熔融除气过程,大约共释放1.74×1018吨挥发性物质,其中CO2约1.22×1015吨。地球初始的大气圈属于具有火山气体成分的强还原性大气圈。通过水蒸气的凝结,原始的海洋水成为强酸性水体。随着海洋水体的增大,大气圈中CO2的积累,太古宙的地球大气圈演化为CO2-火山气体大气圈。随着水圈中碳酸盐的沉积,大气圈中CO2分压降低,演化为元古宙的弱氧化的CO2大气圈。显生宙生物的繁殖,碳酸盐沉积量的增长和植物的出现,CO2大气圈逐步演化为现今的N2-O2大气圈。

人类的活动使地球大气圈中CO2含量明显增加,每年通过煤和石油的燃烧产生的CO2总量为6.2×109吨,相当于现今大气圈中CO2含量的1/250。温室效应的增长,臭氧层的破坏,一系列环境生态的恶化,对人类的生存环境提出了严重的挑战。“全球变化──地圈和生物圈十年”计划已成为当代科学研究的焦点,全世界的科学家将为人类生存环境的演化和预测提出科学对策。

大气层 - 其他星球的大气层

好多行星都有大气层。太阳系这边,金星、火星、木星、土星、天王星、海王星都有大气层。不同星球的大气层结构、成份、密度、厚度都不同。好似金星大气层,重密实过地球好多倍,而且大部分都是二氧化碳,温度同气压都特别高。有的卫星都有大气层,好似土星的卫星泰坦。

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