第35章 休戚相关大气层

地球大气层又称大气圈，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有确切的上界，在离地表2000--16000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量气体，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。

地球上的大气，有氮、氧、氩等常定的气体成分，有二氧化碳、一氧化二氮等含量大体上比较固定的气体成分，也有水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等变化很大的气体成分。其中还常悬浮有尘埃、烟粒、盐粒、水滴、冰晶、花粉、孢子、细菌等固体和液体的气溶胶粒子，这些混合气体被称为空气。

整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、臭氧层、中间层、热层和散逸层，再上面就是星际空间了。

对流层位于大气的最低层，从地球表面开始向高空伸展，直至对流层顶，即平流层的起点为止。平均厚度约为12公里，他的厚度不一，其厚度在地球两极上空为8公里，在赤道上空为17公里，是大气中最稠密的一层，集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽质量。其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。他的高度因纬度而不同，在低纬度地区平均高度为17--18公里，在中纬度地区平均为10--12公里，高纬度地区平均为8--9公里，并且夏季高于冬季。

对流层的特点是：温度随高度的增加而降低。这是因为该层不能直接吸收太阳的短波辐射，但能吸收地面反射的长波辐射而从下垫面加热大气。因而靠近地面的空气受热多，远离地面的空气受热少。每升高1公里，气温约下降6.5度；空气对流：因为岩石圈与水圈的表面被太阳晒热，而热辐射将下层空气烤热，冷热空气发生垂直对流，又由于地面有海陆之分、昼夜之别以及纬度高低之差，因而不同地区温度也有差别，这就形成了空气的水平运动；温度、湿度等各要素水平分布不均匀：大气与地表接触，水蒸气、尘埃、微生物以及人类活动产生的有毒物质进入空气层，故该层中除气流做垂直和水平运动外，化学过程十分活跃，并伴随气团变冷或变热，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、雾等一系列天气现象。

平流层距地表约10--50公里处的大气层。位于对流层之上，散逸层之下。平流层亦称同温层，是地球大气层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温层置于底部。

平流层的特点是：与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。在中纬度地区，平流层位于离地表10--50公里的高度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右。对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水汽，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20--30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击。

中间层又称中层。自平流层顶到85公里之间的大气层。

中间层的特点是：因臭氧含量低，同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收，所以温度垂直递减率很大，对流运动强盛。中间层顶附近的温度约为190K；空气分子吸收太阳紫外辐射后可发生电离，习惯上称为电离层的D层；有时在高纬度地区夏季黄昏时有夜光云出现。

电离层是地球大气的一个电离区域。60公里以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。大约距地球表面10--80公里。散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。

电离层的特点是：电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

除地球外，金星、火星和木星都有电离层。

外层，又名散逸层，热层顶以上是外大气层，延伸至距地球表面1000公里处。这里的温度很高，可达数千度；大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。

外层特点是：外大气层也叫磁力层，它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9--10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄。通常把1000公里之内，即电离层之内作为大气的高度，即大气层厚1000公里。

地球大气层，既为生命所必需，又为地面生物提供良好的保护。如果没有大气，来自太空的陨石将像超级炮弹一样，将地面的一切毁坏净尽。因有大气保护，绝大部分陨石尚未落地之前就已焚化消失。由此所产生的细微粉尘，则恰恰使直射的日光受到一定程度的散射。这一散射对人的视觉非常重要。它不但使天空呈现明亮美丽的蔚蓝色，而且使地面的光照变得柔和均匀，使人获得均衡的视觉。

地球的周围有相当强的磁场，可使地面生物免受太阳粒子流的伤害，并在大气层的高空形成电离层。大气高空的电离层和臭氧层对来自太空的电磁波有良好的屏蔽作用，但却容许可见光通过，这在地球物理学上称为“可见光窗口”。对于频率较紫光略高的紫外线，大气只将其大部分吸收，却容许少量通过，这一点也有重要意义。

那么，大气层的最重要作用，就是地球的保护罩。

所有生物随时随地都需要呼吸，而呼吸的原料之一就是氧气。氧气是大气层中的重要组成部分。

大气层对地面既有保护作用，又有温室效应，可使地面温度保持和暖而且稳定。同时，一定强度的大气压力是使地面水在常温下保持液体状态的必要条件，故大气层的厚度必须适中。如果大气层太稀薄，保护作用不足，地表热量易散失，以至温度下降，昼夜温差加大。而且气压太低，将使地面水在常温甚至在低温下即持续沸腾不已，直至全部气化而消失，地面所有动植物均将因缺水而死。反之，如果大气太厚重，则过高的气压非人和动物所能耐受，而且过强的温室效应，也将使地面温度持续上升而危及动植物的生存。

大气中组分是不稳定的，无论是自然灾害，还是人为影响，会使大气中出现新的物质，或某种成分的含量过多地超出了自然状态下的平均值，或某种成分含量减少，都会影响生物的正常发育和生长，给人类造成危害。

但是随着近年来人类工业的发展，在大气层中释放了很多有害气体，导致了现在的大气层开始变得稀薄了。那么抵抗太阳的能力也降低了，全球的温度开始上升，使得地球的环境开始恶化，最后可导致大量生物生存不下去。

因而，如何维护好这个地球的“保护罩”，是人类必须面对的重大问题。