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大气层

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(图)大气层地球大气层

大气层(atmosphere源自希腊 ατμός - atmos, “蒸气” + σφαίρα - sphaira, “球体”)也许是一层受到重力吸引聚拢在拥有巨大质量天体周围的气体,而如果重力够大且且气体的温度够低,就能长期保留住。有些行星拥有许多不同的主要气体,并且有非常深厚的大气。

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压力编辑本段回目录

(图)大气层太空层

气压是单位面积上受到周围气体垂直加诸于其上的力量,他取决于行星的重利和在地区上组合的空气柱的总质量。根据国际认可的标准大气(atm)气压单位定义是101,325 (或是每平方厘米1,013,250达因)。

大气压力因为在一个地点之上的气体质量会随着高度减少而降低,气压随高度下降的因素为数学上的 e (无理数,其近似质为2.71828),称为高度标度,并以H来表示。对一个温度均匀一致的大气层,高度标度与温度成正比,并且与行星的重力加速度成上干燥空气的分子质量成反比。像这种模式的大气层,随着高度的增加,压力成指数的下降。但是,大气层的温度是不均匀的,所以要精确的测量某一特定高度的压力是很复杂的。

逃逸编辑本段回目录

(图)大气层大气层

表面重力,维系大气层的力量,在行星中是极不相同的。例如,巨大的行星木星有着非常大的重力,能够保留住在较低的重力下会逃逸的这种轻的气体。其次,与太阳的距离确定可以用来加热大气的能量,能否加热气体使分子的热运动超出行星的逃逸速度 - 气体分子克服行星重力掌握所需的速度。因此,遥远和寒冷的泰坦和冥王星尽管重力相对较低,但仍能保有它们的大气层。理论上,星际行星也许也能保有厚实的大气层。

因为气体在任何的特定温度下都有大范围的分子移动速度,所以总是会有一些气体缓慢的渗漏至太空中。具有相同动能的气体,轻的气体运动的速度比重的气体快,因此分子量较低的气体流失的比那些分子量较重的气体更快。这被认为是金星火星会失去它们的水的原因,因为当它们的水受到来自太阳的紫外线光解成为氢和氧之后,氢会逃逸而去。地球的磁场协助阻挡了会使氢加速逃逸的太阳风,然而,在过去的30亿年,地球也许经由在极区的极光活动,损失了包括氧在内的2%大气层。

其他也会造成大气损耗的机制是太阳风,包括飞溅、撞击侵蚀、天气、和隐藏—"有时是指结冰"—进入风化层和极冠。

成分编辑本段回目录

(图)大气中的气体驱散蓝光的波长远胜于其他波长大气中的气体驱散蓝光的波长远胜于其他波长

恒星大气层这个名词描述的是恒星外面的区域,典型的范围是从不透明的光球开始向外的部份。相对来说是低温的恒星,在它们外面的大气层也许可以形成复合的分子。地球大气层,不仅包含有多数有机体呼吸所使用的氧和植物与海藻和蓝绿藻行光合作用所使用的二氧化碳,也保护生物的基因免于受到太阳紫外线辐射的伤害。它目前的组成是古大气层生活在其中的有机体经过数亿年的生物化学修改后的结果。

最初的大气结构一般认为与在行星形成所在地点的太阳星云有着一样的化学成分和温度,而内部的气体随后逃逸。这些原始的大气层随着时间的过去而逐渐的演变,因行星各自不同的特性造成非常不同的结果。

金星火星的行星大气主要的组程式二氧化碳,还有少量的和可追踪的其他气体。

地球的大气层主要由生活在其中生物产生的副产品来改造。地球大气层包含大约(以摩尔容量/体积计算)78.08%的氮和20.95%的氧,数量易变(平均为0.247%,全球大气研究中心)的水蒸气、0.93%的氩、0.038%的二氧化碳,和微踪的氢、氦以及其他的“惰性气体”(挥发气体的污染)。

低温和重力较强大的气体巨星—木星土星天王星、和海王星—能够轻易的保留住低分子量的气体。这些行星有以氢-氦和微踪的更复杂化合物构成的大气层。

有两颗外层行星的卫星有着不能忽视的大气层:土星的卫星泰坦和海王星的卫星崔顿,主要成分为氮。冥王星,在轨道的近日点附近,有着与崔顿相似,由氮和甲烷组成的大气层,但在远离太阳时气体的大气层会冻结。

太阳系内还有其他的天体有极端稀薄但不稳定的大气层,这些包括月球气)、水星(纳气)、欧罗巴(氧气)、艾欧()和恩塞拉都斯(水蒸气)。

行星HD 209458b是第一颗被哈柏太空望远镜测量出大气层结构的系外行星。HD 209458是位于飞马座的一颗恒星,HD 209458b是轨道靠近母恒星的气体巨星,因此大气层被加热至超过1,000 K,并且稳定的逃逸入太空。氢、氧、碳和硫都在行星膨涨的大气中被侦测出来。

大气层结构的基本知识 编辑本段回目录

(图)大气层大气层地题图

大气是指包围在地球表面并随地球旋转的空气层。它不仅是维持生物因中生命所必需的,而且参与地球表面的各种过程,如水循环化学物理风化、陆地上和海洋中的光合作用腐败作用等,各种波动、流动和海洋化学也都与大气活动有关。

地表大气平均压力为1个大气压,相当于每平方厘米地球表面包围1034g空气。地球总表面积为510100934平方公里,所以大气总质量约为5.2×1015吨,相当于地球质量的10-6倍。大气随高度的增加而逐渐稀薄,50%的质量集中在30km以下的范围内。高度100km以上,空气的质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。

按气温垂直分布对大气分层(热分层),可以分为以下几层:

对流层

对流层是大气的最低层,其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近为16-18km;在中纬度地区为l0-12km,两极附近为8-9km。夏季较厚,冬季较薄。

这一层的显著特点:—是气温随高度升高而递减,大约每上升100 m,温度降低0.6。C。内于贴近地面的空气受地面发射出来的热量的影响而膨胀上升,上面冷空气下降,故在垂直方向上形成强烈的对流,对流层也正是因此而得名;二是密度大,大气总质量的3/4以上集中在此层。在对流层中,因受地表的影响不同,又可分为两层。在l-2km以下,受地表的机械、热力作用强烈,通称摩擦层,或边界层,亦称低层大气,排人大气的污染物绝大部分活动在此层。在1-2公里以上,受地表影响变小,称为自由大气层,主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。对流层和人类的关系最密切。

平流层

(图)大气层穿越大气层

从对流层顶到约50km的大气层为平流层。在平流层下层,即30—35knl以下,温度随高度降低变化较小,气温趋于稳定,所以又称同温层。在30—35km以上,温度随高度升高而升高。 

 平流层的特点:一是空气没有对流运动,平流运动占显著优势;二是空气比下层稀薄得多,水汽、尘埃的含量甚微,很少出现天气现象;三是在高约15—35km范围内,有厚约20km的—层臭氧层,因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力,故使平流层的温度升高。

中间层

从平流层顶到80km高度称为中间层。这一层空气更为稀薄,温度随高度增加而降低。

热层

从80km到约500km称为热层。这一层温度随高度增加而迅速增加,层内温度很高,昼夜变化很大,热层下部尚有少量的水分存在,因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。

逃逸层 

热层以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线宇宙射线的作用下,大部分分子发生电离;使质子的含量大大超过中性氢原子的含量。逃逸层空气极为稀薄,其密度几乎与太空密度相同,故又常称为外大气层。由于空气受地心引力极小,气体及微粒可以从这层飞出地球致力场进入太空。逃逸层是地球大气的最外层,该层的上界在哪里还没有一致的看法。实际上地球大气与星际空间并没有截然的界限。逃逸层的温度随高度增加而略有增加。

循环编辑本段回目录

当对流成为比热辐射更有效率的运输者时,由于温度的差异造成了大气的循环。在行星的主要热源是来自太阳的辐射,在热带多余的热会输送到更高的纬度。当行星的内部能产生相当数目的热量时,例如木星的状况,对流能经由大气层将能量由内部区域的高温传送至表面。

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