3）气体分子运动速度和自由程

　　气体分子运动速度符合统计规律，但其平均速度可用下式计算：

　　式中R——气体常数；

　　T——绝对温度；

　　M——分子量。

　　以上公式系根据麦克斯韦-玻尔茨曼定律导出。

　　经计算，氧在室温下的平均速度是每秒0.5km。氢分子的质量仅为氧分子的十六分之一，所以它的平均速度是氧气的4倍。实际上，活动在大气层中的氧和氢分子，运动速度超过平均速度而能达到每秒11.2km（称逃逸速度，具有此速度的分子能克服地球引力，离地球而去）的，只占一个极小的百分比。

　　在低层大气中，那些速度极高的分子实际上也是不可能逃逸的，因为它们在同速度较慢的邻近分子碰撞以后，运动就会慢下来。但在高层大气中，逃逸的机会就会大得多。首先，那里的太阳辐射没有受屏蔽，会把很大一部分分子激发到极高的能量和很大的速度；其次，在稀薄的空气中，碰撞几率也大大减少了。

　　分子平均自由程的意义是气体分子在发生两次碰撞间所通过的平均距离。图7-1中右边的标尺指明了分子平均自由程d的近似值。其计算式可从气体分子运动论导出：

　　式中σ——分子碰撞截面（约为0.4nm²）；

　　n——分子个数浓度；

　　k——玻尔兹曼常数（1.38×10^-23J/K）；

　　T——绝对温度；

　　p——气压。

　　在近地面和600km高空，分子的平均自由程约分别为10^-5和10⁶cm。

　　根据d的含义，外逸层底部实际上是这样的一个高度，即在这个高度以上，对向上移动的分子来说，d值迅速增大（主要是由于p的降低），因而碰撞可能性已不大了。处于外逸层的气体分子很容易向上飞去而不返回，从这个意义看，可以说地球是“漏气”的。

　　4）对太阳辐射的吸收

　　在太阳中进行的核聚变反应，使每秒钟6亿吨H转化为He，由此产生的累积辐射度为7.22×10⁷W/m²，太阳中心温度大于10×10⁶℃，而表面温度大约为6000℃。太阳的发射光谱中约99％能量包含在0.17～4μm的波长范围，在穿透宇宙空间和大气的过程中，被各种气体分子吸收后到达地球大气层和地球表面的谱图分别如图7-2中两曲线所示，近地面处波长范围约为0.29～4μm。

　　太阳光在穿透大气层的过程中引发了许多反应，如光分解：

　　光电离：

　　根据上述，我们可以知道太阳辐射中的短波部分是高能的，能够分解或电离大气层中所有分子和原子成分，在上层大气中即被吸收殆尽，只有长波辐射和短波中某些被称为“辐射窗”的特殊波长区段（100～150nm）的辐射可透射到低层或达到地面。

　　7.2.2 按地理条件划分区域

　　大气对流层是大气化学和大气污染物化学的主要研究区域。根据这一范围中各地区地理条件的差异，又可划分为7个区，以便我们就各个区的大气化学行为逐一进行研究（详见7.6）。表7-1列举了这7个区的名称及它们在地面上所占据的面积。

表7—1 在地球表面的对流层分区

　　本文标题：7.2 大气层的层间划分和区域划分--大气和大气化学(2)
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