1.大气圈并不是“空”的
围绕地球的“大气圈”,除了发生天气变化外,往往给人以空荡荡的感觉。其实呢,它并不“空”,而是由许多物质组成的。这种物质是一种包括气、液、固“三态”皆有的混合物。气态物的主要成分是氮(N2)和氧(O2)两种气体。其中氮气占大气总体积的78. 09%(质量占75. 52%),氧气占20. 95%(质量占23. 15%)。其余还有氩、氦、氖、氪、氙、氡等惰性气体。由于它们总共占大气体积的 0.01%,所以也叫作“稀有气体”。另外,还有少量二氧化碳(占大气总体积的0.03%,质量的0.05%)和臭氧(占大气总体积的 0.000001%)。为了与大气中的水汽、液体、固体相区别,以上大气的混合物气体,又总称“干洁空气”。
除了干洁空气外,大气中还有三种状态的水分,即气态的大气(水蒸气);液态的云、雾、雨、;“固态”的冰的结晶体。这三种水分的总体积大约有12900 立方公里左右。此外,大气中还有悬浮于气体中的固体杂质,主要是烟尘、尘埃、盐尘和有机尘(所谓“气溶胶”)等。
全部大气圈的质量有5300万亿吨,占地球总质量的百万分之一。地球上的大气分布是很不平均的,其中质量的90%仅“挤”在距地表15公里高度以下的大气层内;99.99%的大气质量集中在从地表到85公里高度这个界限以下。而这个界限以上的大气所占的空间极大,但质量却微乎其微。85公里这个高度以下的大气,尽管也有稠稀之分,但它们的成分大体是一致的,以氮和氧分子为主,这就是我们周围的空气。而在此界限以上,至1000公里上下,则以氧为主;再往上至2400公里上下,变得又以氦为主;再往上则主要是氢了。大气层和宇宙空间并没有明显的边界。
综上所述,大气物质虽然在各高度密度有所不同,但整个大气圈并不“空”,而是由气、液、固“三态”混合物所组成的一个物质世界。
2.大气也“分层”
固体地球分层,大气也分层。因为地球上的大气分层,故称“大气层”。根据人类对大气的考察研究,发现地球的这个气体圈,在垂直方向上,从地表到高空,物理性质有着显著的差异。根据大气上下的物理性质(温度、成分、电离状态、运动状况等)变化,由地表向上,可分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层等五层。这种层状结构,是宇宙因素(主要是太阳)和地表因素对大气长期共同作用的结果。
(1)对流层
为地球大气中最低的层。其底与地面相接,平均厚度,在低纬度为17~18公里,在中纬度为10~12公里,在高纬度为8~9公里。由于大气对流作用,冬夏强度不同,因此任何地点对流层的夏季厚度都要大于冬季。如南京(北纬32°)的对流层厚度夏季为15公里,冬季缩为11公里。在各大气层中,对流层厚度最低,但它却集中了大气质量的 3/4,几乎整个大气中的水汽和杂质都集中在此层。在这个层中,空气的温度主要来自于地面的长波辐射增热,因此愈近地面,受热愈多,气温愈高;高度愈大、气温则愈低。平均每升高100米、气温要下降0.6℃。如地处长江边的庐山(海拔1474米)、在盛夏的7月,其平均温度就要比在它咫尺的山下九江低7℃,成为著名的“凉岛”,为我国盛夏避暑胜地之一。
根据对流层中气温随高度的递减变化计算,在低纬度地区,对流层顶的气温可降至-83℃;高纬度地区,对流层顶气温约为-53℃。由于对流层空气能作上下对流运动,使近地面的热量、水汽和杂质通过对流向上空输送,进而导致了一切天气现象的形成。人类所见到的云、雨、雷电等天气现象,基本上都是在对流层这个大舞台上“公演”的。
(2)平流层
从对流层顶到55公里的高空,为大气的平流层。这里空气流动以水平运动为主,气流相当平稳,故有“平流层”之称。像对流层出现的那些天气现象,在本层已经看不到了,有时在底部可以看到一些分散的珍珠色贝母云(也称珠母云)。现代民航飞机,在平流层飞行,会感到平稳安全。气温在本层没有什么变化,仅仅是到了25公里的高度,由于臭氧含量多,吸收了大量的紫外线,致使温度很快上升。到平流层顶,气温可达-3~-17℃。
本文标题:地球的“外衣”
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