地球上的空氣是怎麼保住的,幾十億年過去,為啥依然如…


地球上的空氣是怎麼保住的,幾十億年過去,為啥依然如此濃厚?的頭圖

地球上的空氣是怎麼保住的,幾十億年過去,為啥依然如此濃厚?

地球漂浮在廣袤的太空,周圍裹著一圈空氣。幾十億年過去了,地球大氣依然濃厚,滋養和保護著萬物。有人就很奇怪,為啥地球的空氣不會流入太空呢?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,那麼請大家耐著性子看完此文,就知道是怎麼回事了。

  • 說到空氣,就要先了解一下大氣層

我們地球如果從地核算起,一共分為五層,這五層分別是地核、地幔、地殼、水圈、大氣圈。地球的實體只有前面三層,如果細分,前面三層並不是界限分明的,每一個層次中間都有一個漸變的過渡層,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。大氣層是我們地球生態最重要的一個存在,正是因為有了大氣層,生物們才能夠呼吸,才能夠阻擋和隔離太陽和宇宙發射過來的致命輻射,才有了風雨雷萬千氣象,讓地球顯得生機勃勃。

大氣層沒有一個準確的厚度,一般劃分為對流層、平流層、中間層、電離層、外層等五個層級。因為地球一直在自轉,而且是圍繞著一個自轉軸轉,這樣從南北兩極到赤道的離心力就不一樣,兩極最小,赤道最大,這樣地球本身也被甩成一個赤道有些突起的橢圓形球體。不過由於地球是個剛性天體, 因此這種變形不是很大,扁率只有1/299.67。

但由於大氣是流體,赤道被甩出的狀態就明顯了很多。如對流層,平均厚度為12千米,在兩極地區只有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,對流層就是大氣冷暖空氣對流的地方,地面海面被太陽曬熱的空氣上升,上面的冷空氣下降,這樣循環往復全球流動,就產生了風雨雷電等自然現象,因此我們人類在地表感知的所有氣候現像都發生在對流層。

大氣層的厚度(也就是海報高度)無法準確定量,因為在海拔數万千米高空,還有大氣分子存在,不過人們一般把地球大氣厚度定為1000千米。這1000千米的大氣,對流層密度最大,僅十幾千米厚度就佔據了全部大氣總質量的75%以上,佔有大氣層的水汽總質量更是高達90%以上。

平流層在對流層上面10~50千米處。這裡的空氣不再上下對流,而是水平移動的平流;這裡幾乎沒有水汽,每天都天氣晴朗,不會發生天氣變化。在平流層裡距地表20~30千米這個區域,由於太陽紫外線作用於空氣分子,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,是地球億萬種生物的一道保護屏障。整個平流層上下溫度差不多,因此要叫同溫層。

平流层再往上到85千米高度,是大气中间层。这一层大气最显著特点是随着高度升高,温度递减很大,由此产生了强烈的对流,这里的空气吸收太阳紫外辐射被电离,有时会出现夜光云。

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

在這個區域還被稱為熱層或暖層。因為這裡的空氣分子被太陽輻射變得很熱,溫度可達1000~2000℃。但由於這裡空氣分子密度極低,實際感覺還是異常寒冷。

外層,又稱散逸層。這個區域包括海拔800千米以上,到3000千米。這個區域的空氣已經十分稀薄,大氣密度小於海平面的1億億分之一,雖然佔據空間體積巨大,但總質量只佔大氣總量的10^-11,也就是1000億分之一。實際上,在數万千米高空,依然有這裡的空氣分子存在,那裡也還是叫散逸層。

  • 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,那裡的大氣在地球引力作用下,被牢牢鎖住在那裡,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,稀薄的大氣就會不斷流失。

因此,大氣流失主要是在散逸層。有人會說,羊毛出在羊身上,散逸層的大氣哪裡來?還不是薅社會主義羊毛,從對流層、平流層、中間層、電離層逐級薅走的。沒錯,從根本上說是這樣的,但大氣這樣慢慢溜走這麼一點並不怕,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,練就了一身金鐘罩鐵布衫,這個金鐘罩鐵布衫就是地磁。地球磁場從海拔700千米一直延伸到7萬千米高空,因為太陽風是帶電粒子,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,有時候就會發威,當太陽風強烈時,就會從地磁兩極薄弱處入侵那麼一小撮,這些帶電粒子與大氣發生作用,就會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

不過不管怎麼說,地球大氣還是每時每刻都在流失那麼一點點,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10萬噸左右。 10萬噸對我們普通人來說似乎是個很大數字,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,把心放在肚子裡,大氣保管你夠用,不但你夠用,你的子子孫孫都夠用,因為大氣一直在再生,一直保持著平衡。

這個再生主要來自三個個方面: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,會將蘊含在地殼中的氣體不斷釋放出來,補充大氣總量;三是地球圍繞著太陽公轉,就像一個大吸塵器一直在清掃著軌道的宇宙塵埃和氣體分子,將它們不斷吸附回來。

事實上,地球大氣自從形成以來,一直保持著一個基本平衡,只是大氣組成結構會不斷發生一些變化。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(體積比例):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,主要為氖、甲烷、氪、氫、氙、二氧化氮等。

地球大氣重量約有6000萬億噸,每年即便流失10萬噸,只佔總質量的1.7*10^-11,也就是1700億分之一,1000年也只會流失1.7億分之一,這點流失,是不會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平衡,但地球每年都在流失質量,不會越來越輕嗎?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,每年至少要富餘10萬噸之多。這樣又有人擔心了,地球豈不會變得越來越重,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60萬億億噸,每年增加10萬噸,1000年也只增加了1億噸,地球依然還是60萬億億噸,這點質量撒在地球上,給地球增加了35個納米的厚度,這個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,只要人類自己不作死,好好維護好自然生態,地球就會給人類加倍的回報,我們的子孫後代也無需擔心空氣問題。對這個觀點各位有什麼看法?歡迎討論。如能給您帶來點知識的享受,本人深感榮幸,並期盼得到您的支持點贊和關注。

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