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大气的结构与组成

2011-11-26 07:58| 发布者: 千里菜花香| 查看: 3249| 评论: 0

摘要: 大气是指包围地球外围的空气层,总质量大约为5.3 x 1015 t,仅是地球总量的百万分之一。由于受重力的作用,大气从地面到高空逐渐稀薄,大气质量主要集中在下部,50%集中在5km以下,75%集中在10km以下,98%集中在30km ...
大气是指包围地球外围的空气层,总质量大约为5.3 x 1015 t,仅是地球总量的百万分之一。由于受重力的作用,大气从地面到高空逐渐稀薄,大气质量主要集中在下部,50%集中在5km以下,75%集中在10km以下,98%集中在30km以下。

  一、大气结构

  根据大气垂直方向上的热状况和运动状况,大气分为5层,见下图1。

大气的结构与组成

图1

  1、对流层

  对流层是大气中最低的一层,底界为地面,上界高度从赤道向两极逐渐减小。由于对流层和地面接触,从地面获得热量,使得大气温度随高度的增加而降低,通常每升高100m大气温度降低0.65℃。对流层内具有强烈的对流作用,其强度随纬度的升高而减弱,即低纬度较强而高纬度较弱,这也就是对流层厚度为什么会从赤道向两极减少的原因。对流层厚度低纬度地区为17~18km,中纬度地区为10~12km,高纬度地区为8~9km。大气层质量的75%都集中在这里,云、雾、雨、雪等主要大气现象都发生在这一层,这里的空气地比较潮湿。对流层下界,自地表向上延伸1~1.5km受地表影响最大,称为摩擦层或称为大气边界层。对流层对人类生产、生活和生态平衡影响最大。大气污染现象也主要发生在这一层,特别是近地面的大气边界层。

  2.平流层和臭氧层

  对流层顶上直至大约50km高度之间称为平流层。该层几乎没有水汽,因此空气比较干燥。垂直温度先是随高度增加而变化甚小,到30~35km高度基本保持在-55℃左右,再往上温度则随高度增加而上升,到平流层顶温度升至-3℃以上。对流层顶以上,平流层内臭氧量增加,在15~25km臭氧浓度达到最大值,称为臭氧层。臭氧层能吸收绝大部分太阳紫外线,阻挡了强紫外线辐射到地面,同时加热平流层,使地面生物和人类免受紫外线伤害。

  3.中间层

  离地表50~85km这一区域称为大气的中间层。在平流层之上温度随着高度增加而下降,中间层的温度可降至-100℃,在该层内又出现比较强的垂直对流作用。

  4.热成层

  中间层之上,上界可达800km以上的大气层称为热成层。该层内大气因直接吸收太阳辐射而得到能量,因此温度随高度而增加,并且日变化和季变化明显,昼夜温差可达几百度,由于在太阳辐射的作用下,大部分气体分子发生电离,而且有较高密度的带电粒子,是电离层的主要分布层。电离层能反射无线电波,其变化对全球的无线通讯有重大意义。

  5.逸散层

  这是大气圈的最外层,离地表800km以上。由于大气向上越来越稀薄,地心引力减弱,以致一个气体质点被碰撞出这一层后,就很难有机会再被上层气体质点撞回来,而进入宇宙空间了。逸散层是一层相当厚的过渡层,其高度约为2000~3000km,该层温度也随高度增加而升高。

  二、大气组成

  自然状态下,大气是由混合气体、水汽和杂质组成。除去水汽和杂质的空气称为干洁空气。干洁空气的主要成分为78.09%的氮,20.94%的氧,0.93%的氩。这三种气体占总量的99.96%,其它各项气体含量计不到0.1%,这些微量气体包括氖、氦、氪、氙等稀有气体。在近地层大气中上述气体的含量几乎可认为是不变化的,称为恒定组分。

  在干洁空气中,易变的成分是二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等,这些气体受地区、季节、气象以及人类生活和生产活动的影响。正常情况下,二氧化碳含量在20km以上明显减少。近地层干洁空气组成如下表1所示。

大气的结构与组成

表1

  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,这是环境保护工作者应研究的主要对象。



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