氣圈

氣圈(10張)

氣圈指圍繞地球的空氣的整體，是地球外圈中最外部的氣體圈層,它包圍着海洋和陸地。大氣圈沒有確切的上界,在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空氣,它們也可認為是大氣圈的一個組成部分。

氣圈是自然環境的重要組成部分。厚厚的大氣，好像地球的外衣，保護着地球的“體温”，使其變化不至過於劇烈。地面上的水蒸發成水汽進入大氣；大氣中的水汽又凝結成雨、雪等降落地面，使得地球上的水循環不止。增温、降温、颳風、下雨等大氣現象，在漫長的地質年代裏，不斷地改變着地球表面的形態。可見，大氣對地球表面的許多自然現象都產生着重大的影響。大氣對生物界和人類的影響更為深刻，地球上一切生物的生命活動都離不開大氣。大氣圈對人類和各種動、植物的生存和成長具有極其重要的作用。 ^[1] 

第一,大氣是維持人體生命活動的第一需要,人可以幾日不食不眠,但不可以幾分鐘不呼吸,停止了呼吸就意味着生命體的死亡。同樣,各種生物體也需要呼吸。植物的光合作用也離不開大氣的介入。

第二,大氣的存在為人類和各種生物體提供了適宜的生存條件,地球如果沒有大氣圈這個忠誠的衞士,那麼,白天太陽可將地球附近的地面蒸烤到80°C以上,晚上又會降到-100°C。一天之內近200°C的温差,什麼生物和植物能夠殘存呢?

第三,大氣層遮擋了一些對人體有害的射線,如紫外線、X射線及其它宇宙射線,這些射線是誘發皮膚癌、白血病等一些疑難雜症的兇手。第四,消除、減輕了來自星際間的流星對地球的襲擊,起到了保護傘的作用。宇宙中有大量的冰球,穿越大氣層後,小的就溶化掉了,大的也磨損了許多,只有少量的隕冰碎塊能落到地球表面。另外,其他星球相撞後產生的碎片有時也會飛向地球,但經過大氣層的消磨後,到達地球的隕石數量已微乎其微。

當地球剛剛由星際物質凝聚成疏鬆的地球團時，空氣不僅僅包圍在地球表面，而且也滲透在地球內部。那時的空氣成分主要以氫為主，約佔整個氣體成分的百分之90，此外，還有一些水汽、甲烷、氦及一些惰性氣體。以後，由於地心引力的作用，這個疏鬆的地球團就逐漸收縮變小。於是，包含在地球內部的空氣就被排擠出來，散逸到宇宙太空中去。到地球團收縮到一定程度後，收縮的速度變漸漸變慢，與此同時，地球的温度也漸漸降低，地殼便開始凝固起來。最後被排擠出來的一部分空氣，就被地心引力拉住包圍在地球的表面，形成了大氣層。

地殼形成以後，在古老的地質年代，地殼內部又因放射性元素的不斷髮熱，造成地層的大調整，使地殼的某些地方發生褶皺和斷層。包含在岩石內的一些氣體被釋放出來，這時大氣有了水蒸氣，他們中的一部分被分解為氫和氧。一部分甲烷中的碳與氫結合為二氧化碳，這樣大氣圈內的空氣，主要成分就變味水蒸氣、氮、二氧化碳和氧了。

地球上的動植物增多後，當動物的分辨腐爛時，蛋白質的一部分變為氨和銨鹽，另一部分直接分解成氦，通過硝化細菌和脱氧細菌的作用，變為氣體氦，進入大氣。這就是大氣圈的組成部分了。 ^[2] 

大氣圈的構成成分主要有氮氣，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。地球大氣圈氣體的總質量約為5.136×1021克,相當於地球總質量的百萬分之0.86。由於地心引力作用,幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度範圍內,其中75%的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層範圍內。

大氣圈的範圍十分廣闊,水平方向上籠罩着整個地球,垂直方向上的厚度超過了地球上最高山峯喜馬拉雅山珠穆朗瑪峯的高度和海洋中最深點馬里亞那海溝的深度。大氣圈的底界為地球表面,上界到底在哪,還難以下結論,過去曾把向太陽一側的磁層頂高度(距地面約576千米)作為大氣圈的上界。據科學家的最新研究成果表明,大氣圈的上界已與行星星際氣體逐漸融合在一起,因此,上界的界限比較模糊。人類活動的範圍還僅僅侷限於大氣圈的底層,風、雲、雨、雪等各種天氣現象一般發生在20千米以下的大氣圈中。

隨着人們發明的升空工具的不斷先進,如從風箏、氣球到飛機、火箭、宇宙飛船和人造地球衞星,升空高度越來越高,“不知天高地厚”的時代已經成為過去,人們對大氣層的認識逐步科學化。由於空氣具有可壓縮性,受地心引力的作用,空氣在垂直方向上的分佈很不均勻,絕大部分都分佈在大氣底層,離開地面越高則越稀薄。世界氣象組織將大氣圈自下而上在垂直方向上分成5層,以便更好地研究大氣。氣象工作者按照氣温和空氣運動的特點，把大氣圈分為為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。 ^[3] 

對流層,從地面向上約10千米左右的範圍,為大氣的最底層。最上層的頂叫對流層頂。對流層的厚度隨着季節和緯度而不同,夏季比冬天厚,低緯度地區比高緯度地區厚。在該層中,大氣温度隨高度增加而下降,到上面温度約-50~-70°C左右。在這層中,集中了大氣質量的80%和幾乎全部的水汽,空氣上竄下跳,活動激烈,形成了多種多樣的複雜天氣,風、雲、雨、雪、露、雹和雷等多發生在這一層,故有人也稱之為氣象層,對人類生活和軍事活動影響最大。

(2)平流層,從對流層頂向上約50~55千米範圍。該層中温度不再下降,底部幾乎無大變化,然後隨高度增加而升温,到平流層頂部温度可達0°C以上。平流層中臭氧較多,在25千米處分佈着臭氧層,強烈吸收着紫外線,保護着地球上的各種生物免遭傷害。這一層中空氣成分穩定,水汽和塵埃含量很少,所以這裏經常晴空萬里,能見度好,適合飛機尤其是軍用偵察機和殲擊機飛行。 ^[4] 

(3)中層,從平流層頂向上約80~85千米的範圍。該層中,温度隨高度上升而迅速降低,到頂部可降至-83°C以下。垂直對流現象強烈,黃昏時分偶爾出現銀白色光亮的“夜光雲”。

(4)熱層,從中層頂向上約250~500千米的範圍。因直接太陽輻射而獲得熱量,因此,温度隨高度增加而升高,熱層頂部白天温度可達1000~2000°C,夜間最低也在200°C。熱層空氣非常稀薄,而且處於高度電離狀態,能反射電磁波,故對遠距離無線電通信具有重要作用。

外逸層,大氣圈的最外層,一般距地面500千米以上,也叫散逸層、逃逸層或外層。這層遠離地球,受到的地球引力很小,加上空氣特別稀薄,温度高達幾千度,氣體分子之間相互碰撞的機會很小,氣體分子可謂“天馬行空”、“獨來獨往”,有些向上運動的分子,經常擺脱地球的束縛,逃逸到其它星際空間中去。 ^[5]