自然科普:地球上的空氣是怎麽保住的,幾十億年過去,為啥依然濃厚?
來源:時空通訊
發布時間:2021-06-23
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地球漂浮在廣袤的太空,周圍裹著一圈空氣。幾十億(yi) 年過去了,地球大氣依然濃厚,滋養(yang) 和保護著萬(wan) 物。有人就很奇怪,為(wei) 啥地球的空氣不會(hui) 流入太空呢?其實這種認知是錯誤的,地球空氣天天都在流失。我這樣說肯定有許多人不相信,那麽(me) 請大家耐著性子看完此文,就知道是怎麽(me) 回事了。

說到空氣,就要先了解一下大氣層

我們(men) 地球如果從(cong) 地核算起,一共分為(wei) 五層,這五層分別是地核、地幔、地殼、水圈、大氣圈。地球的實體(ti) 隻有前麵三層,如果細分,前麵三層並不是界限分明的,每一個(ge) 層次中間都有一個(ge) 漸變的過渡層,今天就不多扯了這些了。

主要說說大氣圈。所謂大氣圈說的就是空氣,空氣成一圈包圍著地球,因此又叫大氣層。大氣層是我們(men) 地球生態最重要的一個(ge) 存在,正是因為(wei) 有了大氣層,生物們(men) 才能夠呼吸,才能夠阻擋和隔離太陽和宇宙發射過來的致命輻射,才有了風雨雷萬(wan) 千氣象,讓地球顯得生機勃勃。

大氣層沒有一個(ge) 準確的厚度,一般劃分為(wei) 對流層、平流層、中間層、電離層、外層等五個(ge) 層級。因為(wei) 地球一直在自轉,而且是圍繞著一個(ge) 自轉軸轉,這樣從(cong) 南北兩(liang) 極到赤道的離心力就不一樣,兩(liang) 極最小,赤道最大,這樣地球本身也被甩成一個(ge) 赤道有些突起的橢圓形球體(ti) 。不過由於(yu) 地球是個(ge) 剛性天體(ti) , 因此這種變形不是很大,扁率隻有1/299.67。

但由於(yu) 大氣是流體(ti) ,赤道被甩出的狀態就明顯了很多。如對流層,平均厚度為(wei) 12千米,在兩(liang) 極地區隻有8千米左右,在赤道上空卻有17千米。

大氣層各層次主要特點

顧名思義(yi) ,對流層就是大氣冷暖空氣對流的地方,地麵海麵被太陽曬熱的空氣上升,上麵的冷空氣下降,這樣循環往複全球流動,就產(chan) 生了風雨雷電等自然現象,因此我們(men) 人類在地表感知的所有氣候現象都發生在對流層。

大氣層的厚度(也就是海報高度)無法準確定量,因為(wei) 在海拔數萬(wan) 千米高空,還有大氣分子存在,不過人們(men) 一般把地球大氣厚度定為(wei) 1000千米。這1000千米的大氣,對流層密度最大,僅(jin) 十幾千米厚度就占據了全部大氣總質量的75%以上,占有大氣層的水汽總質量更是高達90%以上。

平流層在對流層上麵10~50千米處。這裏的空氣不再上下對流,而是水平移動的平流;這裏幾乎沒有水汽,每天都天氣晴朗,不會(hui) 發生天氣變化。在平流層裏距地表20~30千米這個(ge) 區域,由於(yu) 太陽紫外線作用於(yu) 空氣分子,形成了臭氧層,阻擋著太陽紫外線和高能粒子對地表的轟擊,是地球億(yi) 萬(wan) 種生物的一道保護屏障。整個(ge) 平流層上下溫度差不多,因此要叫同溫層。

平流層再往上到85千米高度,是大氣中間層。這一層大氣最顯著特點是隨著高度升高,溫度遞減很大,由此產(chan) 生了強烈的對流,這裏的空氣吸收太陽紫外輻射被電離,有時會(hui) 出現夜光雲(yun) 。

電離層一般發生在從(cong) 海拔50千米到800千米這樣一個(ge) 巨大區域。由於(yu) 受到太陽和宇宙射線的高能輻射,60千米以上整個(ge) 大氣都處於(yu) 部分或全部電離狀態,極光就是出現在這個(ge) 層次。這種狀態對無線電影響很大,會(hui) 讓無線電改變傳(chuan) 播方向和速度,發生折射、反射、散射,甚至被吸收衰減。

在這個(ge) 區域還被稱為(wei) 熱層或暖層。因為(wei) 這裏的空氣分子被太陽輻射變得很熱,溫度可達1000~2000℃。但由於(yu) 這裏空氣分子密度極低,實際感覺還是異常寒冷。

外層,又稱散逸層。這個(ge) 區域包括海拔800千米以上,到3000千米。這個(ge) 區域的空氣已經十分稀薄,大氣密度小於(yu) 海平麵的1億(yi) 億(yi) 分之一,雖然占據空間體(ti) 積巨大,但總質量隻占大氣總量的10^-11,也就是1000億(yi) 分之一。實際上,在數萬(wan) 千米高空,依然有這裏的空氣分子存在,那裏也還是叫散逸層。

散逸層大氣不斷流失

地球生物賴以生存的濃密大氣主要集中在對流層、平流層,那裏的大氣在地球引力作用下,被牢牢鎖住在那裏,是流不走的。散逸層接觸的是高度真空的太空,而且地球的引力作用在這個(ge) 高度已經比較難抓住空氣分子了,加上太陽風的吹襲,稀薄的大氣就會(hui) 不斷流失。

因此,大氣流失主要是在散逸層。有人會(hui) 說,羊毛出在羊身上,散逸層的大氣哪裏來?還不是薅社會(hui) 主義(yi) 羊毛,從(cong) 對流層、平流層、中間層、電離層逐級薅走的。沒錯,從(cong) 根本上說是這樣的,但大氣這樣慢慢溜走這麽(me) 一點並不怕,怕就怕太陽風刮走。

要知道太陽風風速可是每秒數百到上千千米,是地球上最大颶風速度的10000~20000倍!這些高速流動的帶電粒子,如果直接轟擊地球大氣,大氣將全部被電離,並很快被吹走,人們(men) 就再也不稀奇看到北極光南極光了,而是全球到處每天都可看到漫天煙花一樣斑斕絢麗(li) 的極光,要不了多久,恐怕地球就成了光禿禿的了,不要說人類,一根茅草就不會(hui) 留下。

地球磁力場保護了地球大氣

但咱地球可不是一般的星球,是久經沙場的武功高手,練就了一身金鍾罩鐵布衫,這個(ge) 金鍾罩鐵布衫就是地磁。地球磁場從(cong) 海拔700千米一直延伸到7萬(wan) 千米高空,因為(wei) 太陽風是帶電粒子,遇到地磁就沒脾氣了,被地球磁力線順手牽羊四兩(liang) 撥千斤,在遠離地表的地方順著磁力線流向遠方,這樣阻擋了絕大部分太陽風對大氣的侵襲,大氣流失極少。

不過雁過拔毛,太陽風流過地球總不甘心一無所得,有時候就會(hui) 發威,當太陽風強烈時,就會(hui) 從(cong) 地磁兩(liang) 極薄弱處入侵那麽(me) 一小撮,這些帶電粒子與(yu) 大氣發生作用,就會(hui) 迸發出色彩斑斕的閃光,這就是所謂的北極光、南極光地由來。

大氣流失數量如何彌補

不過不管怎麽(me) 說,地球大氣還是每時每刻都在流失那麽(me) 一點點,這一點點是多少呢?科學家經過測算,地球大氣每天將有數百噸流失到太空,一年下來有10萬(wan) 噸左右。10萬(wan) 噸對我們(men) 普通人來說似乎是個(ge) 很大數字,可能有人就要驚呼了:這還得了,坐吃山空,如此下去,10年、100年,再遠點1000年,地球大氣豈不就要流光了,咱們(men) 的子孫後代豈不都要被憋死了?

現在我告訴你,把心放在肚子裏,大氣保管你夠用,不但你夠用,你的子子孫孫都夠用,因為(wei) 大氣一直在再生,一直保持著平衡。

這個(ge) 再生主要來自三個(ge) 個(ge) 方麵:一是地球綠色植物在陽光照耀下,通過光合作用,孜孜不倦地製造著氧氣,補充大氣流失和生物消耗的需要;二是火山爆發等各種地質活動,會(hui) 將蘊含在地殼中的氣體(ti) 不斷釋放出來,補充大氣總量;三是地球圍繞著太陽公轉,就像一個(ge) 大吸塵器一直在清掃著軌道的宇宙塵埃和氣體(ti) 分子,將它們(men) 不斷吸附回來。

事實上,地球大氣自從(cong) 形成以來,一直保持著一個(ge) 基本平衡,隻是大氣組成結構會(hui) 不斷發生一些變化。比如遠古大氣沒有或極少氧,是海藻等綠色植物通過光合作用釋放出氧,大氣才漸漸形成了今天的樣子,而生物正是隨著大氣的變化而不斷進化演化走到今天的。

地球大氣組成和總量

現在的地球大氣主要組成成分為(wei) (體(ti) 積比例):氮78.1%、氧20.9%、氬0.93%、二氧化碳0.03%,還有約0.01%其他稀有氣體(ti) ,主要為(wei) 氖、甲烷、氪、氫、氙、二氧化氮等。

地球大氣重量約有6000萬(wan) 億(yi) 噸,每年即便流失10萬(wan) 噸,隻占總質量的1.7*10^-11,也就是1700億(yi) 分之一,1000年也隻會(hui) 流失1.7億(yi) 分之一,這點流失,是不會(hui) 影響到你的子子孫孫呼吸的。實際上,地球大氣一直在不斷補充,保持平衡,這下放心了吧?

大氣一直在流失,地球總質量能平衡嗎?

還有人可能擔心,雖然大氣能夠有一個(ge) 平衡,但地球每年都在流失質量,不會(hui) 越來越輕嗎?這點就更不用擔心了,地球質量不是在變輕,而是在不斷變重。

這是因為(wei) 地球每天都在接受天外來客,這些來客就是宇宙塵埃和流星隕石等,經測算,這些都東(dong) 西不但能夠補充地球大氣流失的質量損失,而且還富富有餘(yu) ,每年至少要富餘(yu) 10萬(wan) 噸之多。這樣又有人擔心了,地球豈不會(hui) 變得越來越重,越來越大嗎?

如果隨便計算一下就知道,地球增加這點質量是微乎其微的。地球總質量有60萬(wan) 億(yi) 億(yi) 噸,每年增加10萬(wan) 噸,1000年也隻增加了1億(yi) 噸,地球依然還是60萬(wan) 億(yi) 億(yi) 噸,這點質量撒在地球上,給地球增加了35個(ge) 納米的厚度,這個(ge) 厚度比新冠病毒還小1/3,人類根本無法感覺。

這樣,各位放心了吧?事實上,隻要人類自己不作死,好好維護好自然生態,地球就會(hui) 給人類加倍的回報,我們(men) 的子孫後代也無需擔心空氣問題。對這個(ge) 觀點各位有什麽(me) 看法?歡迎討論。如能給您帶來點星空体育官网入口网站的享受,本人深感榮幸,並期盼得到您的支持點讚和關(guan) 注。


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