地球上的大气是怎样运动的?

发布网友发布时间：2024-10-08 20:31

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热心网友时间：2024-11-02 05:29

  地球上空的大气在天空中自由运动。它们能够摆脱地球引力束缚逃逸到星际空间去吗？回答是肯定的，又是否定的。说是肯定的，因为确有极其微量的高层大气分子能挣脱地球强大的引力而逃走；说是否定的，因为绝大多数的大气分子是逃不出地球的。相反，从星际空间撞人地球并在大气层中烧毁的流星体反而比逃走的大气还要多些。

我们把一个物体从地面向空中抛去，那么重力会使它向上运动的速度逐渐变慢，直到在某一高度、某一瞬间向上运动的速度等于零时，它就会回落到地面。但是，重力的大小不是固定不变的，它会随着高度的增加而与距离的平方成反比而迅速变小。通过计算知道，如果向上抛的速度达到每秒11。
   2 公里时，虽然物体在上升过程中地球的引力会使这个物体的速度逐渐减小，但由于这种引力也同时在不断变小，以致它永远不可能使这个物体的上升速度变到零。那么这个物体将摆脱地球的吸引力而永远告别地球而去。这个每秒11。 2公里的速度就是地球上的“逃逸速度”。

地球上的气体分子和原子永远处于不停的运动之中。它们运动的速度各不相同，甚至相差很大。比如氧分子在高温状态下的平均运动速度是每秒0。5公里；氢分子的质量是氧分子的十六分之一，所以氢分子的平均运动速度是氧分子的4倍。但是这种速度只是分子的平均速度。
  实际上有半数分子的运动速度比这大，有的大一倍，有的大两倍，有的运动速度就超过了每秒 11。 2公里，当然这只占极小的一部分。
在低层大气中，由于分子密度极大，它们在运动中经常会相互发生碰撞，运动速度就会慢下来。所以，即使原是一些速度快的分子实际也是不可能逃出地球的。

但在高层大气中情况就不同了。强烈的太阳辐射会把分子中的很大一部分激发极高的能量态和很大的速度，同时，高层大气极其稀薄，分子之间碰撞的机会也少得很。所以在高层大气中的高速运动的气体分子逃离地球的机会就很大。它们一旦向上飞去，就会进人密度越来越小的区域，碰撞机会也会越来越少，最终便告别地球。

说到这里，我们已经知道，地球大气层是会漏气的。但漏掉的主要是氢、氦等最轻的分子。怪不得今天地球大气层中的氢、氦那么少。氧、氮是比较重的分子，它们分布在大气低层，自从氧、氮在地球上形成以后直到现在，并没有逃跑掉多少，所以地球大气层中99%是由这两种气体组成的。

人类生活在大气底层，可以说没有大气就没有生命、没有人类。现在地球大气中，氮气占整个大气容积的78。 09%，氧气占20。 95%，其他所有的气体加起来仅占0。 96%。这种大气组成成分给地球上的生物创造了一个很理想的环境。为什么地球大气中的氮气和氧气特别多呢？据科学家研究，地球现在以氮、氧为主的大气层是再生的。
  在宇宙中，氢、氦、碳、氮、氧占了大部分，其中尤以氢占绝对优势。地球形成初期，由于它与太阳的距离比较适中，因此有一个不冷不热的温度环境和不大不小的引力条件。在这样的环境下，碳与氢化合生成甲烷；氮与氢化合生成氨；氧与氢化合生成水；氦与多余的氢会逃出地球引力的束缚散逸到宇宙空间；水则成为浩瀚的海洋。
  剩下甲烷和氨这类比较重的气体被地球引力拉住而构成原始大气的主要成分。
木星、土星、天王星、海王星等外行星，由于它们离太阳远，行星上的温度比较低，大气分子运动速度也就比较慢；同时它们的质量大，能够拉住较多的氢、氦等较轻的气体。因此这些行星的大气成分直到今天仍然是由氢、氦、氨、甲烷等组成的。

火星、地球、金星等内行星的原始大气则都是由氨、甲烧和水蒸气组成的。太阳的紫外线射到这些行星的原始大气上，把大气的水分子*为氢和氧，氢继续逃逸出星球，氧则留在星球上同其他分子发生化合作用，比如同甲烷作用形成二氧化碳和水，与氨作用形成氮和水。
  这样，内行星上的大气从原始的甲烷、氨很慢却很稳定地转化为氮和二氧化碳。但是，氮与星壳中的矿物质作用生成了*盐，于是仅剩下二氧化碳成为这些星球大气的主要成分。
然而火星的质量太小，它的引力小到连一些极重的气体分子都不容易吸收住。同时星壳运动微弱，贮藏在岩石中的二氧化碳不可能通过地质运动释放进*气。
  所以它以二氧化碳为主的大气密度只有我们地球上大气密度的1%。
金星的质量跟地球差不多，完全能够留住二氧化碳这样的重分子。但它离太阳太近，由二氧化碳产生的温室效应是极其明显的。蒸发生成的水蒸气又进一步加剧温室效应。结果金星表面被浓厚的二氧化碳和水蒸气所笼罩，它表面温度竟高达500°C，大气密度比地球大100倍。

在我们地球上，因为地球离太阳距离适度，引力大小适中，从而形成了二氧化碳在岩石与大气之间均衡交换的循环机制。于是，在太阳光照射下，加上由适度的二氧化碳的温室效应使得地球有一个特别理想的温度环境，绝大部分地区都在0〜100°c之间。这样，无数的液态水汇成了浩瀚的海洋，覆盖了地球三分之二的面积。
  它不但没有被蒸发为水汽，而且还在海洋中产生了生命。
生命所引起的反应进一步破坏氮的化合物，把氮分子从地壳中重新释放出来，于是地球大气中就保住了大量的氮气。
同样，由于有了海洋，二氧化碳就被溶解于接近中性的水中而变为碳酸溶液。之后中和了岩石中钙等阳离子，使碳酸钙沉淀。
  地球上有那么多的石灰岩，就是由二氧化碳与地壳中的*钙中和沉积而来的。如果将贮存于地壳中的二氧化碳全部变成大气，那么地球就会变成第二颗金星。现在我们地球大气中的二氧化碳是很微量的，因此地球才没有成为一颗高温的窒息万物的荒芜星球。
此外，海洋中出现的生命利用光合作用，把水分解为氢和氧，氢与二氧化碳化合构成了组成细胞的复杂分子。
  而氧则被释放进*气。这样，经过几十亿年的漫长岁月，由于有了海洋，有了生命，地球大气才又从氮和二氧化碳转变到氮和氧。
最后我们可以得出几个很有趣味的结论：大海与大气同在；氧气与生物共存。而这一切的结果都要归功于地球与太阳的距离以及地球自身的质量。

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