大氣層是怎樣形成的
大氣層是怎樣形成的
大氣層也叫做大氣圈或者大氣，大氣層是星球表面上的空氣，因為星球引力影響，在星球表面積蓄而成的一圈氣體。很多人都好奇形成大氣層的原因是什么。以下就是學(xué)習(xí)啦小編給你做的整理，希望對你有用。
形成大氣層的原因
一般認(rèn)為:最初當(dāng)?shù)厍騽傆尚请H物質(zhì)凝聚成疏松的一團時，大氣不單已經(jīng)鋪在地球表面，而且還滲在地球里麗。那時候，空氣中最多的是氫，約占?xì)怏w成分的90%。此外還有不少水汽、甲燒、氮、氮以及一些惰性氣體，但是幾乎找不到氮、氧和二氧化碳。
后來，由于地心引力的作用，這個疏松的地球團就收縮變小。在收縮時，地球里面的空氣受到壓縮，使地球的溫度猛烈升高，地球內(nèi)部的空氣，也就大量飛散到太空中去。但地球收縮到一定程度后，收縮就會變慢，而且在強烈收縮時所產(chǎn)生的熱量，也漸漸失散，地球就漸漸冷卻，地完凝固了起來。這時，一部分最后被擠出地殼的空氣，就被地心引力拉住，圍在地球表面，形成了大氣層。這時，水汽冷凝成為水，使地殼上開始有了水體。當(dāng)時大氣層是很薄的大氣成分也與現(xiàn)在大氣層的成分大不相同，仍是水汽、氫、氮、氨、惰性氣體等。
地殼凝固起來后，在很長時期內(nèi)，地球內(nèi)部又因放射性元素的作用而不斷發(fā)熱，造成地層的大調(diào)整，使地殼的某些地方，發(fā)生斷層和位置移動，許多巖石和地殼中的水，在高溫中又繼續(xù)釋放出來，增添了江河湖海中的水量。被拘禁在巖石或地層中的一些氣體，包括二氧化碳在內(nèi)，也大量跑出來，充實了稀薄的大氣層。
這時，大氣上層已經(jīng)有了許多水蒸氣，它們受到太陽光的照射，一部分分解為氫和氧。這些分解出來的氧，一部分與氮中的氫結(jié)合，使氮中的氮分離出來; 一部分與甲炕中的氫結(jié)合使甲燒中的碳分離出來，這些碳又與氧結(jié)合成二氧化碳。
這樣，大氣圈內(nèi)空氣，主要成分就變?yōu)樗?、氮、二氧化碳和氧了。不過那時候二氧化碳比現(xiàn)在多，而氧則比現(xiàn)在少。
據(jù)近來同位素測定，地球自生成以來，已有五十多億年。大約在距今十八、九億年前，水里面已經(jīng)漸漸有生物生成。七、八億年前，陸地上開始出現(xiàn)植物，當(dāng)時大氣中二氧化碳含量比較多，所以十分有利于植物的光合作用，使植物大為繁茂。大量植物在進行光合作用時，吸收了大氣中豐富的二氧化碳放出了氧，使大氣中的含氧量大大增多。所以在大約五億年前，地球上動物增加很快，動物的呼吸，又使大氣中部分的氧轉(zhuǎn)為二氧化碳。
地球上動物植物增多后，它們在排泄和腐爛時，蛋白質(zhì)的一部分變?yōu)榈湾X鹽，另一部分直接分解出氮。變?yōu)榈湾X鹽的一部分，通過硝化細(xì)菌和脫氧細(xì)菌的作用，也有一些變?yōu)闅怏w氮，進入大氣。由于氮是惰性氣體，不容易在正常溫度下與其它元素化合，因此大氣中的氮也就愈積愈多，最后就達到了目前大氣中氮的含量。
這時，地面附近的大氣就獲得了現(xiàn)在的成分:氮約占78%，氧約占21%，氧約占1%，其它微量氣體的總和不到1% 。
從這里可以看出，大氣的形成，一方面與地球的形成、地殼的形成有關(guān)， 一部分又與動植物的出現(xiàn)有關(guān)，它不是孤立地形成的。
這只是目前科學(xué)界一種較普遍的解釋，由于人們現(xiàn)在已有條件利用空間技術(shù)來了解宇宙中行星大氣的情況。通過對一些行星大氣探測結(jié)果的對比，可以看出各個行星上的大氣，處于不同的發(fā)展階段，這對于理解地球大氣的形成，很有幫助。但是更切合實際的大氣層形成的理論，還需要人們作進一步的探索。
大氣層的化學(xué)演化
地球大氣圈的成分和各組分的分壓有著極其復(fù)雜的演化過程。地球不同于金星和火星。金星的質(zhì)量近于地球，由于距太陽較近，表面溫度高，內(nèi)部除氣所產(chǎn)生的水蒸氣不能在表面凝結(jié)成水圈,CO2、SO2、H2S、NO、NO2等積累滯留在大氣圈內(nèi)形成稠密的CO2大氣圈?；鹦蔷嗵栞^地球遠(yuǎn)，表面溫度低，加之質(zhì)量較小，氣體易于逃逸，火星內(nèi)部除氣過程釋出的氣體，不能凝結(jié)成水體,只能形成極稀薄的CO2大氣圈。地球的大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈具有協(xié)調(diào)的形成和演化過程。地球內(nèi)部除氣作用釋出的主要氣體為水蒸氣、CO2、CO、HCl、CI2、HF、HBr、H2S、S、SO2、N2、H2、H、O2、CH4、NH3和稀有氣體等。O2主要來源于水蒸氣的光化學(xué)分解和綠色植物的光合作用。地球內(nèi)部物質(zhì)的熔融除氣過程，大約共釋放1.74×1018噸揮發(fā)性物質(zhì),其中CO2約1.22×1015噸。地球初始的大氣圈屬于具有火山氣體成分的強還原性大氣圈。通過水蒸氣的凝結(jié)，原始的海洋水成為強酸性水體。隨著海洋水體的增大，大氣圈中CO2的積累,太古宙的地球大氣圈演化為CO2-火山氣體大氣圈。隨著水圈中碳酸鹽的沉積，大氣圈中CO2分壓降低，演化為元古宙的弱氧化的CO2大氣圈。顯生宙生物的繁殖，碳酸鹽沉積量的增長和植物的出現(xiàn),CO2大氣圈逐步演化為現(xiàn)今的N2-O2大氣圈。
人類的活動使地球大氣圈中CO2含量明顯增加，每年通過煤和石油的燃燒產(chǎn)生的CO2總量為6.2×10^9噸，相當(dāng)于現(xiàn)今大氣圈中CO2含量的1/250。溫室效應(yīng)的增長，臭氧層的破壞，一系列環(huán)境生態(tài)的惡化，對人類的生存環(huán)境提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。“全球變化──地圈和生物圈十年”計劃已成為當(dāng)代科學(xué)研究的焦點，全世界的科學(xué)家將為人類生存環(huán)境的演化和預(yù)測提出科學(xué)對策。
大氣層的層次
對流層
對流層
中文名稱：對流層英文名稱：troposphere;convection zone定義1：大氣最下層，厚度(8～17 km)隨季節(jié)和緯度而變化，隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/ km，有對流和湍流。天氣現(xiàn)象和天氣過程主要發(fā)生在這一層。 應(yīng)用學(xué)科：大氣科學(xué)(一級學(xué)科);大氣(二級學(xué)科) 定義2：恒星內(nèi)部冷熱氣體不斷升降對流的區(qū)域。 應(yīng)用學(xué)科：天文學(xué)(一級學(xué)科);天體物理(二級學(xué)科) 地球?qū)α鲗?troposphere)
位于大氣的最低層，集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。其下界與地面相接，上界高度隨地理緯度和季節(jié)而變化。在低緯度地區(qū)平均高度為17～18公里，在中緯度地區(qū)平均為10～12公里，極地平均為8～9公里，并且夏季高于冬季。
對流層從地球表面開始向高空伸展，直至對流層頂，即平流層的起點為止。它的高度因緯度而不同，在低緯度地區(qū)大約17至18公里，在中緯度的地區(qū)高10至12公里，在高緯度地區(qū)只有8至9公里。在高緯度的地區(qū)，因為地表的摩擦力會影響氣流，形成了一個平均厚2公里的行星邊界層。這一層的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦會被逆流層的分隔而與對流層的其他部份分開。
英語里的對流層一字“Troposphere”的字首，是由希臘語的“Tropos”(意即“旋轉(zhuǎn)”或“混合”)引伸而來。正因?qū)α鲗邮谴髿鈱又型牧髯疃嗟囊粚?，噴射客機大多會飛越此層頂部(即對流層頂)用以避開影響飛行安全的氣流。
在宇宙中恒星也有對流層， 太陽內(nèi)部能量向外傳播除輻射，還有對流過程。即從太陽0.71個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部，這一區(qū)間叫對流層。這一層氣體性質(zhì)變化很大，很不穩(wěn)定，形成明顯的上下對流運動。這是太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最外層。
接近地球表面的一層大氣層，空氣的移動是以上升氣流和下降氣流為主的對流運動，叫做“對流層”。平均厚度約為12km，它的厚度不一， 其厚度在地球兩極上空為8公里，在赤道上空為17公里，是大氣中最稠密的一層，總質(zhì)量占大氣層的四分之三還要多。大氣中的水汽幾乎都集中于此，是展示風(fēng)云變幻的“大舞臺”：刮風(fēng)、下雨、降雪等天氣現(xiàn)象都是發(fā)生在對流層內(nèi)。對流層最顯著的特點是有強烈的對流運動。
該層有如下特點：
(1)溫度隨高度的增加而降低：這是因為該層不能直接吸收太陽的短波輻射，但能吸收地面反射的長波輻射而從下墊面加熱大氣。因而靠近地面的空氣受熱多，遠(yuǎn)離地面的空氣受熱少。每升高1km，氣溫約下降6.5度。
(2)空氣對流：因為巖石圈與水圈的表面被太陽曬熱，而熱輻射將下層空氣烤熱，冷熱空氣發(fā)生垂直對流，又由于地面有海陸之分、晝夜之別以及緯度高低之差，因而不同地區(qū)溫度也有差別，這就形成了空氣的水平運動。
(3)溫度、濕度等各要素水平分布不均勻：大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物以及人類活動產(chǎn)生的有毒物質(zhì)進入空氣層，故該層中除氣流做垂直和水平運動外，化學(xué)過程十分活躍，并伴隨氣團變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、霧等一系列天氣現(xiàn)象。
平流層
中文名稱：平流層英文名稱：stratosphere 其他名稱：同溫層 定義1：從對流層頂?shù)郊s50 km高度的大氣層。層內(nèi)溫度通常隨高度的增加而遞增。底部溫度隨高度變化不大。 應(yīng)用學(xué)科：大氣科學(xué)(一級學(xué)科);大氣(二級學(xué)科) 定義2：距地表約10～50 km處的大氣層。位于對流層之上，逸散層之下。 應(yīng)用學(xué)科：生態(tài)學(xué)(一級學(xué)科);全球生態(tài)學(xué)(二級學(xué)科) 流層(stratosphere)，亦稱同溫層，是地球大氣層里上熱下冷的一層，此層被分成不同的溫度層，當(dāng)中高溫層置于頂部，而低溫層置于低部。它與位于其下貼近地表的對流層剛好相反，對流層是上冷下熱的。在中緯度地區(qū)，平流層位于離地表10公里至50公里的高度，而在極地，此層則始于離地表8公里左右。
對流層上面，直到高于海平面50公里這一層，氣流主要表現(xiàn)為水平方向運動，對流現(xiàn)象減弱，這一大氣層叫做“平流層”，又稱“同溫層”。這里基本上沒有水汽，晴朗無云，很少發(fā)生天氣變化，適于飛機航行。在20～30公里高處，氧分子在紫外線作用下，形成臭氧層，像一道屏障保護著地球上的生物免受太陽紫外線及高能粒子的襲擊。
中間層
中間層(Mesosphere)
又稱中層。自平流層頂?shù)?5千米之間的大氣層。
該層內(nèi)因臭氧含量低，同時，能被氮、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經(jīng)大部分被上層大氣所吸收，所以溫度垂直遞減率很大，對流運動強盛。中間層頂附近的溫度約為190K;空氣分子吸收太陽紫外輻射后可發(fā)生電離，習(xí)慣上稱為電離層的D層;有時在高緯度地區(qū)夏季黃昏時有夜光云出現(xiàn)。
物質(zhì)組成：氮氣和氧氣為主，幾乎沒有臭氧。該層的60-90公里高度上，有一個只有在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D層。
中間層以上，到離地球表面500公里，叫做“熱層”。在這兩層內(nèi)，經(jīng)常會出現(xiàn)許多有趣的天文現(xiàn)象，如極光、流星等。
電離層/暖熱層
電離層(Ionosphere)/暖(熱)層(Thermosphere)
電離層是地球大氣的一個電離區(qū)域。60千米以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。大約距地球表面10至80千米。最突出的特征是當(dāng)太陽光照射時，太陽光中的紫外線被該層中的氧原子大量吸收，因此溫度升高，故稱又暖層。散逸層在暖層之上，為帶電粒子所組成。
該層特點是：
極光
除地球外，金星、火星和木星都有電離層。電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域，其中存在相當(dāng)多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射、反射和散射，產(chǎn)生極化面的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。
在電離作用產(chǎn)生自由電子的同時，電子和正離子之間碰撞復(fù)合，以及電子附著在中性分子和原子上，會引起自由電子的消失。大氣各風(fēng)系的運動、極化電場的存在、外來帶電粒子不時入侵，以及氣體本身的擴散等因素，引起自由電子的遷移。在55公里高度以下的區(qū)域中，大氣相對稠密，碰撞頻繁，自由電子消失很快，氣體保持不導(dǎo)電性質(zhì)。在電離層頂部，大氣異常稀薄，電離的遷移運動主要受地球磁場的控制，稱為磁層。
電離層的主要特性由電子密度、電子溫度、碰撞頻率、離子密度、離子溫度和離子成分等空間分布的基本參數(shù)來表示。但電離層的研究對象主要是電子密度隨高度的分布。電子密度(或稱電子濃度)是指單位體積的自由電子數(shù)，隨高度的變化與各高度上大氣成分、大氣密度以及太陽輻射通量等因素有關(guān)。電離層內(nèi)任一點上的電子密度，決定于上述自由電子的產(chǎn)生、消失和遷移三種效應(yīng)。在不同區(qū)域，三者的相對作用和各自的具體作用方式也大有差異。
外層
太陽風(fēng)與地磁場
外層(Exosphere)又名散逸層，熱層頂以上是外大氣層，延伸至距地球表面1000公里處。這里的溫度很高，可達數(shù)千度;大氣已極其稀薄，其密度為海平面處的一億億分之一。大氣層有多厚，這的確是一個很吸引人的問題。人類經(jīng)過不懈地探索和追求，對大氣層的認(rèn)識越來越清晰了。整個大氣層可以分成幾個層。 從地面到10~12千米以內(nèi)的這一層空氣，它是大氣層最底下的一層，叫做對流層。主要的天氣現(xiàn)象，如云、雨、雪、雹等都發(fā)生在這一層里。在對流層的上面，直到大約50千米高的這一層，叫做平流層。平流層里的空氣比對流層稀薄得多了，那里的水汽和塵埃的含量非常少，所以很少有天氣現(xiàn)象了。
從平流層以上到80千米這一層，有人稱它為中間層，這一層內(nèi)溫度隨高度降低。
在80千米以上，到500千米左右這一層的空間，叫做熱層，這一層內(nèi)溫度很高，晝夜變化很大。從地面以上大約50千米開始，到大約1000千米高的這一層，叫做電離層。美麗的極光就出現(xiàn)在電離層中。
在離地面500千米以上的叫外大氣層，也叫磁力層，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區(qū)域，外面沒有什么明顯的邊界。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低，近磁赤道上空在向太陽一側(cè)，約有9~10個地球半徑高，換句話說，大約有65000千米高。在這里空氣極其稀薄。
通常把1000千米之內(nèi)，即電離層之內(nèi)作為大氣的高度，即大氣層厚1000千米 。
看了大氣層是怎樣形成的還看：