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出品：科普中國

作者：談天說地

監製：中國科普博覽

人類賴以生存的大氣，是圍繞著整個(ge) 地球的一個(ge) 巨大的氣體(ti) 圈層，稱為(wei) 大氣圈。大氣在沒有汙染的情況下是透明、無色、無味、無臭的。這層大氣由許多種氣體(ti) 組成，其中所包含的氧氣對於(yu) 人類的生存最為(wei) 重要。

這層大氣處在不停的運動這中，我們(men) 所感到的風就是空氣運動的表征。這層空氣可以傳(chuan) 遞聲波，幫助人類進行語言交流。這層大氣的存在，還可以阻止有害於(yu) 人類健康的輻射線進入人類居住的環境，保護人類的正常生活和世代繁衍。總之，這層大氣對於(yu) 人類和社會(hui) 的進步是太重要了。

大氣還以它變幻莫測的魅力吸引著人們(men) 。很早以前，人們(men) 就對這令人撲朔迷離的大氣世界，產(chan) 生了極大的興(xing) 趣。特別對於(yu) 它的“身世”是最關(guan) 心的了。大氣是怎樣誕生的？原始大氣是什麽(me) 樣子？是否與(yu) 今天的大氣一樣？這一係列的問題，一直爭(zheng) 論至今。

人們(men) 都承認，地球大氣是伴隨著地球的形成過程，經過了億(yi) 萬(wan) 年的不斷“吐故納新”，才演變成今天的這個(ge) 樣子。但它是怎樣演變的呢？

一般認為(wei) ，地球大氣的演變過程可以分為(wei) 三個(ge) 階。

原始大氣階段

大約在50億(yi) 年前，大氣伴隨著地球的誕生就神秘地“出世”了。也就是拉普拉斯所說的星雲(yun) 開始凝聚時，地球周圍就已經包圍了大量的氣體(ti) 了。原始大氣的主要成分是氫和氦。當地球形成以後，由於(yu) 地球內(nei) 部放射性物質的衰變，進而引起能量的轉換。這種轉換對於(yu) 地球大氣的維持和消亡都是有作用的，再加上太陽風的強烈作用和地球剛形成時的引力較小，使得原始大氣很快就消失掉了。

次生大氣階段

地球生成以後，由於(yu) 溫度的下降，地球表麵發生冷凝現象，而地球內(nei) 部的高溫又促使火山頻繁活動，火山爆發時所形成的揮發氣體(ti) ，就逐漸代替了原始大氣，而成為(wei) 次生大氣。次生大氣的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氫和氨等一些分子量比較重的氣體(ti) 。這些氣體(ti) 和地球的固體(ti) 物質之間，互相吸引，互相依存。

今日大氣階段

隨著太陽輻射向地球表麵的縱深發展，光波比較短的紫外線強烈的光合作用，使地球上的次生大氣中生成了氧，而且氧的數量不斷地增加。有了氧，就為(wei) 地球上生命的出現提供了極為(wei) 有利的“溫床”。經過幾十億(yi) 萬(wan) 年的分解、同化和演變，生命終於(yu) 在地球這個(ge) 繈褓中誕生了。原始的單細胞生命，在大氣所紡織成的“搖藍”中，不斷地演變、進化，終於(yu) 發展成了今天主宰世界文明的高級人類。今天的大氣也在這個(ge) 過程中，獲得了如此一個(ge) “美滿的家庭”。

（圖片來源：veer圖庫）

今天的大氣雖然是由多種氣體(ti) 組成的混合物，但主要成分是氮，其次是氧，另外還有一些其它的氣體(ti) ，但數量則極其微小的。今天的大氣之所以形成這種情況，是由於(yu) 地球長期演化的結果。

今天的大氣成分是如何形成的？

關(guan) 於(yu) 今天的大氣成分為(wei) 什麽(me) 是這樣？它們(men) 是怎樣長期演化來的，目前主要有兩(liang) 種看法。

一種看法認為(wei) 今天的大氣就是從(cong) 地球原始大氣演化而來的。另一種看法則認為(wei) ，原始大氣已經不存在了，現在的大氣是由於(yu) 地球內(nei) 部火山活動所噴發出的物質演化成的。為(wei) 了分析說明這個(ge) 問題，我們(men) 可以和地球的左鄰右舍（金星和火星）進行一下對比。根據探測資料，金星的大氣成分主要是碳酸氣，它的下部主要是二氧化碳，另外還有少量的氧、氮、碳、氖、氦、水汽，上部有原子狀態的氧。火星的大氣成分主要是二氧化碳，另外還有些氨、氫、氧、水汽等物質。那麽(me) 是不是以前的大氣也是這樣的呢？作為(wei) 一個(ge) 問題可以這樣考慮。

假如地球原始大氣也是以碳酸氣為(wei) 主的話，那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 和今天以氮和氧為(wei) 主的成分不一樣？假如地球大氣主要是火山噴發出來的，根據現在火山噴發的資料來看，火山噴發物質中主要是水汽，占81％，二氧化碳占10％，另外還有氮、硫等等，但沒有遊離狀態的氧。由此，可見，無論是從(cong) 原始大氣來看，還是從(cong) 火山噴發氣體(ti) 中的這些成分都很少。而且大氣中自從(cong) 有了自由氧，才可能有臭氧的形成。有了氧，原始大氣中的一氧化碳，經過氧化成為(wei) 二氧化碳，甲烷經氧化成為(wei) 水汽和二氧化碳，氨經氧化成為(wei) 水汽和氮，因而二氧化碳才占優(you) 勢。

二氧化碳在初始大氣中占的分量很大，但是由於(yu) 光合作用的發展，碳大量的被用來構成生物體(ti) ，另外一部分碳溶解於(yu) 海洋，成為(wei) 海洋生物發展的一種物質。當大氣中的二氧化碳較多時，溶解到海水體(ti) 中的二氧化碳就相對增多。現在有一種看法認為(wei) ，由於(yu) 化石燃料的燃燒，二氧化碳的濃度在增大。但在二氧化碳濃度增大的同時，自然界生態平衡的結果也不可能使二氧化碳的濃度過分地增大，一定有一部分要溶解到水體(ti) 中去。

再一個(ge) 成分就是氮。現在大氣中的主要成分是氮，但從(cong) 原始大氣中或火山噴發氣中來看，氮的成分是很少的，隻有百分之幾。而現在氮的增多，主要有兩(liang) 個(ge) 原因，一是氮的化學性質很不活躍，不太容易同其他物質化合，多呈遊離狀態存在；另一方麵，氮在水中的溶解度很低，氮的溶解度僅(jin) 相當於(yu) 二氧化碳的七分之一，所以它大多以遊離狀態存在於(yu) 大氣中，由於(yu) 二氧化碳的減少，初始水汽又大部分變成液態水，成為(wei) 今天的水圈，相對來說，氮和氧的比例就增多了，所以今天氮有這麽(me) 多，是和氮本身的特性有關(guan) 的。

當然，氮也進行著循環，一些根瘤菌可以吸收氮，使得一部分氮參加到生物循環裏去，這些物質在腐爛分解後，又放出遊離的氮；也有一小部分氮進入到地殼的硝酸鹽中。氮雖參加循環，但大部分呈遊離狀態存在，相對來說，它的數量在增多，以致成為(wei) 大氣的主要成分。

由此我們(men) 可以得出兩(liang) 點結論：第一，現在的大氣成分是地球長期演化的結果，是和水圈、生物圈、岩石圈進行充分的物質循環的結果。可以說，這幾個(ge) 圈層是相互聯係，互相滲透的一個(ge) 整體(ti) 。第二，現在的大氣成分還在不斷的進行著循環過程之中，而且這個(ge) 過程基本是平衡的，穩定的，在短時期內(nei) 不是會(hui) 有明顯變化的。

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