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维基百科:大气的成分

已有 879 次阅读 2023-10-6 14:34 |系统分类:科研笔记

 (英文维基百科原文连接:https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth)

地球的大气层是由地球引力保留的一层气体组成的,统称为大气,环绕地球并形成其行星大气。地球的大气层产生压力,吸收大部分流星和紫外线太阳辐射,通过保温作用(温室效应)使地表升温,使生命和液态水能够存在于地球表面,并减少昼夜之间的温度极端变化(日变温)。

截至2023年,按照摩尔分数(即分子数量),干燥空气包含78.08%的氮气、20.95%的氧气、0.93%的氩气、0.04%的二氧化碳,以及少量其他气体。空气中还包含可变数量的水蒸气,平均约占海平面的1%和整个大气的0.4%。空气的成分、温度和大气压力随着海拔而变化。在大气中,适用于陆地植物光合作用和陆地动物呼吸的空气仅存在于地球的对流层。

地球早期的大气由太阳星云中的气体组成,主要是氢气。大气层随着时间的推移发生了显著变化,受到火山活动、生命和风化等因素的影响。近年来,人类活动也对大气产生了影响,如全球变暖、臭氧层损耗和酸性沉降等。

大气的质量约为5.15×10^18千克,其中四分之三位于地表高度约11千米(6.8英里;36,000英尺)内。随着海拔升高,大气层变得越来越稀薄,大气与外太空之间没有明确的界限。卡门线位于100千米(62英里)或地球半径的1.57%,通常被用作大气与外太空之间的边界。大气再入大气层时,通常在约120千米(75英里)的高度会出现大气效应。根据温度和组成等特性,大气中可以区分出若干层。

大气的组成:

大气压下的空气中的气体" 指的是地球上海平面或典型大气压力条件下的大气成分。地球的大气主要由气体混合物组成,氮气(N2)和氧气(O2)是两种最主要的成分。以下是标准大气压力和温度条件下(通常称为 "干燥空气")的空气中气体的大致组成和特性:

根据分子数量,排除水蒸气,地球大气的组成。下面的饼图代表了大气的微量气体,它们一起占大约0.0434%的大气(2021年8月的浓度为0.0442%)。这些数字主要来自2000年,二氧化碳和甲烷来自2019年,不代表任何单一来源[3]。地球大气的三个主要成分是氮气、氧气和氩气。水蒸气按质量占大约0.25%的大气。水蒸气(一种温室气体)的浓度在大气最寒冷部分约为10 ppm的摩尔分数,而在炎热、湿润的气团中,水蒸气的摩尔分数可高达5%以上,其他大气气体的浓度通常以干燥空气(不包括水蒸气)来表示 。其余的气体通常被称为微量气体[12],其中包括其他温室气体,主要是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和臭氧。除了已经提到的氩气,其他稀有气体如氖、氦、氪和氙也存在。过滤后的空气中包含许多其他化学化合物的微量。许多自然来源的物质可能以局部和季节变化的微量存在于未经过滤的空气样本中,包括矿物和有机成分的尘埃、花粉和孢子、海水喷雾和火山灰。各种工业污染物也可能以气体或气溶胶的形式存在,如氯(元素或化合物)、氟化合物和元素汞蒸气。硫化合物,如硫化氢和二氧化硫(SO2),可能来自自然来源或工业空气污染。

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数据来源https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth

除了这些气体,大气中还可能含有水蒸气,其浓度因当地湿度条件而异。大气中水蒸气的浓度变化很大,可以从几乎为零到占体积的几个百分比不等。

需要注意的是,由于温度、湿度和污染物等因素的影响,空气的成分在不同海拔和地点可能略有不同。然而,上述概括的成分对于海平面或典型大气压力条件下的地球大气是一个良好的近似值。

大气和温室气体的成分

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地球大气的不同圈层及其成分

地球的大气被划分为不同的圈层,每个圈层具有不同的特征和成分。以下是地球大气的不同圈层及其主要成分:

  1. 对流层(Troposphere)

    • 海拔范围:0到12千米

    • 主要成分:氮气、氧气、水蒸气、微量的其他气体

    • 特点:大气最低的层次,含有大约80%的大气质量。几乎所有的水蒸气和天气现象都发生在这一层。

  2. 平流层(Stratosphere)

    • 海拔范围:12到50千米

    • 主要成分:氧气、臭氧

    • 特点:包含臭氧层,该层温度随着高度上升,由于臭氧吸收来自太阳的紫外线辐射。几乎没有云层和天气现象。

  3. 中间层(Mesosphere)

    • 海拔范围:50到80千米

    • 主要成分:氧气、氮气

    • 特点:位于平流层之上,是地球上最寒冷的层次。这里有极光、夜光云和大气中的大多数流星。

  4. 热层(Thermosphere)

    • 海拔范围:80到700千米

    • 主要成分:氧气、氮气、氦、氢

    • 特点:温度随着高度上升,但分子之间的密度非常低,因此不会感觉到高温。这是卫星轨道的层次,也是太空站的位置。

  5. 外层大气层(Exosphere)

    • 海拔范围:700千米到10,000千米

    • 主要成分:氢、氦、氮气、氧气、二氧化碳等

    • 特点:这一层的分子稀疏到它们可以在不碰撞的情况下漫游数百千米。大气粒子逃逸到太空中,几乎没有大气压力。这是人造卫星轨道的层次。

    • 每个大气圈层都有其独特的性质和特征,它们一起形成了地球的大气系统,影响着气候、天气和地球上的生命。了解这些圈层及其成分对于研究大气科学和空间探索至关重要。

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图:地球大气层。从外基地上方对角线所见的大气层低层四层的三维图。按比例绘制的层,层内的对象不按比例绘制。这里显示的在热层底部的极光实际上可以在大气层的任何高度形成。





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