大氣層

大氣層又稱大氣圈，是因重力關係而圍繞着地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍着海洋和陸地，大氣圈沒有確切的上界，在離地表2000~16000公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子，在地下，土壤和某些岩石中也會有少量氣體，它們也可認為是大氣圈的一個組成部分，地球大氣的主要成分為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體，這些混合氣體被稱為空氣。

大氣層的成分主要有氮氣，佔78.1%；氧氣佔20.9%；氬氣佔0.93%；還有少量的二氧化碳、稀有氣體（氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣）和水蒸氣。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。

大氣中組分是不穩定的，無論是自然災害，還是人為影響，會使大氣中出現新的物質，或某種成分的含量過多地超出了自然狀態下的平均值，或某種成分含量減少，都會影響生物的正常發育和生長，給人類造成危害，這是環境保護工作者應研究的主要對象 ^[1]  。

地球大氣的成分及其分佈狀況非常複雜,因此造成大氣的垂直結構也十分複雜如今一般按照大氣温度、成分和電離狀況的垂直分佈特徵對大氣進行分層。

按大氣的温度垂直結構分層,也就是按大氣中性成分的熱力結構分層,主要是依據大氣垂直減温率的正負變化,可以把大氣分成對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。 ^[2] 

對流層

1、定義

對流層位於大氣的最低層，從地球表面開始向高空伸展，直至對流層頂，即平流層的起點為止。平均厚度約為12公里，它的厚度不一， 其厚度在地球兩極上空為8公里，在赤道上空為17公里，是大氣中最稠密的一層，集中了約75%的大氣質量和90%以上的水汽質量。其下界與地面相接，上界高度隨地理緯度和季節而變化。它的高度因緯度而不同，在低緯度地區平均高度為17～18公里，在中緯度地區平均為10～12公里，高緯度地區平均為8～9公里，並且夏季高於冬季。

2、特點

（1）温度隨高度的增加而降低：這是因為該層不能直接吸收太陽的短波輻射，但能吸收地面反射的長波輻射而從下墊面加熱大氣。因而靠近地面的空氣受熱多，遠離地面的空氣受熱少。每升高1公里，氣温約下降6.5度。

（2）空氣對流：因為岩石圈與水圈的表面被太陽曬熱，而熱輻射將下層空氣烤熱，冷熱空氣發生垂直對流，又由於地面有海陸之分、晝夜之別以及緯度高低之差，因而不同地區温度也有差別，這就形成了空氣的水平運動。

（3）温度、濕度等各要素水平分佈不均勻：大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物以及人類活動產生的有毒物質進入空氣層，故該層中除氣流做垂直和水平運動外，化學過程十分活躍，並伴隨氣團變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、雲、霧等一系列天氣現象。

平流層

1、定義

距地表約10～50公里處的大氣層。位於對流層之上，散逸層之下。平流層亦稱同温層，是地球大氣層裏上熱下冷的一層，此層被分成不同的温度層，當中高温層置於頂部，而低温層置於底部。

2、特點

它與位於其下貼近地表的對流層剛好相反，對流層是上冷下熱的。在中緯度地區，平流層位於離地表10~50公里的高度，而在極地，此層則始於離地表8公里左右。對流層上面，直到高於海平面50公里這一層，氣流主要表現為水平方向運動，對流現象減弱，這一大氣層叫做“平流層”，又稱“同温層”。這裏基本上沒有水汽，晴朗無雲，很少發生天氣變化，適於飛機航行。在20~30公里高處，氧分子在紫外線作用下，形成臭氧層，像一道屏障保護着地球上的生物免受太陽紫外線及高能粒子的襲擊。

中間層

1、定義

中間層又稱中層。自平流層頂到85公里之間的大氣層。

2、特點

該層內因臭氧含量低，同時，能被氮、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經大部分被上層大氣所吸收，所以温度垂直遞減率很大，對流運動強盛。中間層頂附近的温度約為190K；空氣分子吸收太陽紫外輻射後可發生電離，習慣上稱為電離層的D層；有時在高緯度地區夏季黃昏時有夜光雲出現。

熱層

1、定義

中間層頂以上的大氣層,大致到800km的高度。

2、特點

由於太陽輻射中的強紫外輻射(<0.18um)的光化學分解和電離反應,使得這一層的温度隨高度增加而迅速升高。在這一層中稀薄的空氣分子或原子被太陽發出的高速帶電粒子流激發,並通過與其他粒子碰撞或自身輻射回到基態時發出可見光,即出現極光。

散逸層

1、定義

熱層頂以上的外大氣層，延伸至距地球表面1000公里處。這裏的温度很高，可達數千度；大氣已極其稀薄，其密度為海平面處的一億億分之一。

2、特點

外大氣層也叫磁力層，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區域，外面沒有什麼明顯的邊界。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低，近磁赤道上空在向太陽一側，約有9~10個地球半徑高，換句話説，大約有65000千米高。在這裏空氣極其稀薄。通常把1000公里之內，即電離層之內作為大氣的高度，即大氣層厚1000公里。

均質層

從地面到86~90km高度,包括對流層、平流層、中間層在內,由於湍流擴散作用使大氣均勻混合,大氣中各種成分所佔的比例,除臭氧等可變成分外,在垂直方向和水平方向保持不變,幹空氣的平均摩爾質量M=28.964kg/(kmol)。這一層大氣就稱為均質層(homosphere),又叫做湍流層。

非均質層

均質層以上的大氣層稱為非均質層(heterosphere)。在非均質層裏,由於重力分離作用及光化學作用,大氣各成分的比例隨高度而變化,平均摩爾質量隨高度逐漸減小。在 500 km高度處,大氣的五種主要中性成分是O、He、N和H、O2;到1000km高度處,就只有He、H和O了。在非均質層的不同高度處,自下往上,數密度最大的氣體成分依次為氧原子(180~650 km),氦原子(650~1000 km)及氫原子(1000 km以上)。氧原子濃度的峯值約在100km高度處,其相對濃度則隨高度而迅速增加這是因為高空的太陽紫外輻射強,光解作用生成的原子氧多,而氣體分子密度小,碰撞頻率也小,複合機會少,使原子氧能夠成為一個穩定的成分。空氣的各種成分隨高度的分佈還和太陽活動有關。

氣壓層

在地面500km以上，分子很稀少，碰撞的幾率非常小，分子各自運動，已經很難達到熱平衡。因此，只有在500km以下，大氣壓力服從壓高關係，稱為氣壓層。

外大氣層

在500km以上，直到2000～3000km的大氣，在太陽紫外線和宇宙射線的作用下，大部分分子性電離，使質子的含量遠超過中性氧原子的含量，某些速度快的分子和離子可以克服地球着力場而逃逸到行星際空間，因此稱為外大氣層或者逃逸層。

依據不同高度大氣的電磁特性，可分成中性層（60km以下）、電離層和磁層。

地表以上60km到500～1000km的大氣層是電離層(ionosphere)0在太陽電磁輻射（主要是短於0·1pm的紫外線、X射線）和微粒輻射（從太陽發出的質子、電子等及宇宙線粒子）的作用下，空氣分子和原子（N2，02，0等）開始電離為正離子和自由電子。這些正離子和自由電子一旦產生又傾向於複合，最後建立起平衡，形成電子密度的垂直分佈。雖然電子密度只佔中性氣體的百分之幾，但因它是被電離了的，所以在高層大氣中引起一些很重要的現象，這些現象包括產生電流和磁場，對無線電波的反射及各種等離子體過程。

磁層(magnetosphere)起始於500、1000km，其外部邊界稱為磁層頂。由於電離層以上的電子密度隨高度遞減，在這個高度上的帶電粒子和中性氣體粒子之間很少有碰撞機會，相互作用很小，所以帶電粒子愈來愈受地球磁場的控制，並沿着地球的磁力線作迴旋運動。

1、維護水量：大氣層可以維護水圈的循環。地球上一切生物物種都必需要依託水才乾良性生活，大氣層浸透着地球每天陽光蒸發的氣態水，並能以下雨或下雪和早上大霧的方式迴歸到地球上，能確保地球水圈的循環，能完成生物圈及時補充水份，有利於生物圈的良性生活。確保液態水體(陸地)的波動性。在大氣層圍封作用下，能堅持着地球地表液態水體的波動性，確保陸地、江河、湖泊等液態水體的存量，有利於地球生物圈的良性生活。 ^[5] 

2、保護屏障: 對太陽熱輻射起盾牌作用。太陽光的紫外線熱輻射非常猛烈，大氣層能對其起盾牌作用，能將陽光紫外線輻射降低到地球生物圈生活順應性範圍，有利於地球生物圈的良性生長。 ^[4]  大氣層的成分組成,正好適宜人體的需要,使紫外線的輻射幾乎不能到達地面，這種太陽紫外線輻射對生物有很大的危害。同時，大氣層使地面避免了會受到那些天上射來的石塊的襲擊。由於地球周圍存在大氣層,使外界闖進來的石塊受到強烈的摩擦,越來越熱,最後引起自燃。在夜晚,我們常常可以看到天空中劃過的流星,就是那些正在燃燒的石塊。但多數石塊在落到地面之前就已經燒光了,變成了氣體和塵埃。 ^[5]  綜上，大氣層既能防止了來自太空的石塊對地面的襲擊，也能減少了對生物和人體有害的紫外線和X射線的到達。

3、温度調節: 地球周圍有一層厚度約100千米的大氣。這層大氣是地球上生物賴以生存的基本條件,給生物和人類提供了時刻都不可缺少的氧氣,能使地面上保持適宜的温度。由於太陽輻射在穿過地球周圍大氣層時,大氣要吸收、散射和反射一部分,使得太陽射向地球的總能量受到削弱。因此,到達地球表面的直接太陽輻射強度,是隨着大氣的物理狀態和太陽光線穿過大氣路徑的長短而發生變動的。大氣層通過吸收、散射和反射太陽輻射，使得地表保持適宜的温度。 ^[5] 

4、維持氧氣: 大氣層提供了生物和人類生存所需的氧氣，可以維持地表氧氣濃度。在大氣層圍封的作用下，由陸地和動物圈每天分發出來的氧氣，不能散出外層空間，維護氧氣在地球表層，有助於生物圈供氧生活。 ^[5] 

5、阻擋紫外線: 大氣層中的臭氧可以很大程度地吸收紫外輻射，臭氧層的存在對阻擋有害的太陽紫外線至關重要。 ^[3]