地球的外衣-大气圈
1.大气圈并不是空的
围绕地球的大气圈，除了发生天气变化外，往往给人以空荡荡的感 觉。其实呢，它并不“空”，而是由许多物质组成的。这种物质是一种包括 气、液、固“三态”皆有的混合物。气态物的主要成分是氮（N2）和氧（O2） 两种气体。其中氮气占大气总体积的 78. 09％（质量占 75. 52％），氧气占 20. 95％（质量占 23. 15％）。其余还有氩、氦、氖、氪、氙、氡等惰性气 体。由于它们总共占大气体积的 0.01％，所以也叫作“稀有气体”。另外， 还有少量二氧化碳（占大气总体积的 0.03％，质量的 0.05％）和臭氧（占大 气总体积的 0.000001％）。为了与大气中的水汽、液体、固体相区别，以上 大气的混合物气体，又总称“干洁空气”。 除了干洁空气外，大气中还有三种状态的水分，即气态的大气（水蒸气）； 液态的云、雾、雨、；“固态”的冰的结晶体。这三种水分的总体积大约有 12900 立方公里左右。此外，大气中还有悬浮于气体中的固体杂质，主要是 烟尘、尘埃、盐尘和有机尘（所谓“气溶胶”）等。 全部大气圈的质量有 5300 万亿吨，占地球总质量的百万分之一。地球上 的大气分布是很不平均的，其中质量的 90％仅“挤”在距地表 15 公里高度 以下的大气层内；99.99％的大气质量集中在从地表到 85 公里高度这个界限 以下。而这个界限以上的大气所占的空间极大，但质量却微乎其微。85 公里 这个高度以下的大气，尽管也有稠稀之分，但它们的成分大体是一致的，以 氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在此界限以上，至 1000 公里上 下，则以氧为主；再往上至 2400 公里上下，变得又以氦为主；再往上则主要 是氢了。大气层和宇宙空间并没有明显的边界。 综上所述，大气物质虽然在各高度密度有所不同，但整个大气圈并不 “空”，而是由气、液、固“三态”混合物所组成的一个物质世界。
2.大气也分层
固体地球分层，大气也分层。因为地球上的大气分层，故称“大气层”。 根据人类对大气的考察研究，发现地球的这个气体圈，在垂直方向上，从地 表到高空，物理性质有着显著的差异。根据大气上下的物理性质（温度、成 分、电离状态、运动状况等）变化，由地表向上，可分为对流层、平流层、 中间层、暖层和散逸层等五层（图 2—19）。这种层状结构，是宇宙因素（主 要是太阳）和地表因素对大气长期共同作用的结果。
（1）对流层 为地球大气中最低的层。其底与地面相接，平均厚度，在低纬度为 17～ 18 公里，在中纬度为 10～12 公里，在高纬度为 8～9 公里。由于大气对流作 用，冬夏强度不同，因此任何地点对流层的夏季厚度都要大于冬季。如南京 （北纬 32°）的对流层厚度夏季为 15 公里，冬季缩为 11 公里。在各大气层 中，对流层厚度最低，但它却集中了大气质量的 3/4，几乎整个大气中的水 汽和杂质都集中在此层。在这个层中，空气的温度主要来自于地面的长波辐 射增热，因此愈近地面，受热愈多，气温愈高；高度愈大、气温则愈低。平 均每升高 100 米、气温要下降 0.6℃。如地处长江边的庐山（海拔 1474 米）、 在盛夏的 7 月，其平均温度就要比在它咫尺的山下九江低 7℃，成为著名的 “凉岛”，为我国盛夏避暑胜地之一。 根据对流层中气温随高度的递减变化计算，在低纬度地区，对流层顶的 气温可降至－83℃；高纬度地区，对流层顶气温约为－53℃。由于对流层空 气能作上下对流运动，使近地面的热量、水汽和杂质通过对流向上空输送， 进而导致了一切天气现象的形成。人类所见到的云、雨、雷电等天气现象， 基本上都是在对流层这个大舞台上“公演”的。
（2）平流层 从对流层顶到 55 公里的高空，为大气的平流层。这里空气流动以水平运 动为主，气流相当平稳，故有“平流层”之称。像对流层出现的那些天气现 象，在本层已经看不到了，有时在底部可以看到一些分散的珍珠色贝母云（也 称珠母云）。现代民航飞机，在平流层飞行，会感到平稳安全。气温在本层 没有什么变化，仅仅是到了 25 公里的高度，由于臭氧含量多，吸收了大量的 紫外线，致使温度很快上升。到平流层顶，气温可达－3～－17℃。
（3）中间层 从平流层顶到 85 公里左右是中间层。中间层随高度增加温度迅速递减， 到顶部气温可降到－83℃以下。中间层的最低部，有时可出现夜光云。本层 由于下层气温比上层高，故又出现了空气的垂直对流运动，又称为“高空对 流层”。
（4）暖层 本层的特点是，气温随高度增加而增加，在 300 公里高度时，气温可达 1000℃以上，像铅、锌、锡、锑、镁、钙、铝、银等金属，在这里也会被熔 化掉。本层之所以有高温，主要是因为所有的波长小于 0.175μm 的太阳紫外 线辐射，都被暖层气体所吸收。暖层中的氮（N2）、氧（O2）和氧原子（O） 气体成分，在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，已处于高度电离状态， 所以也把暖层称作“电离层”。其中 100～120 公里间的 E 层和 200～400 公 里间的 F 层，以及介于中间层和暖层之间，只在白天出现，高度大致为 80 公里的 D 层，电离程度都较强烈。电离层的存在，对反射无线电波具有重要 意义。人们在远方之所以能收到无线电波的短波通讯信号，就是和大气层有 此电离层有关。
（5）散逸层 指 800 公里高度以上的大气层。由于这里温度随高度增加而不断加温， 空气粒子运动非常之快。又因距地面较远，地球引力作用已很小了，一些高 速运动的空气质点很容易散逸到星际空间，所以本层称之为“散逸层”。根 据宇宙火箭探测资料，在地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体， 可伸到 2200 公里高度，称为“地冕”。这就是地球大气层向宇宙空间的过渡 区域。
3.保护地球的外衣
地球的大气层，是地球的一件“外衣”。它以 2000～3000 公里厚的大气 将固体地球紧紧地裹在里头。白天，太阳光透过大气层，照射到地球上的热 量是很多的，但由于大气层把一部分热给反射了出去，使地球表面的温度， 不致于升得太高。夜晚，地表得不到太阳光的照射，也就没有热量的收入了， 这时又幸亏有大气层阻止热量向太空散失，使地表的温度又不致下降得过 低。所以，人们常把包围地球的大气层，形象地比喻成地球的“外衣”。大 气层对生活在地球上的人类来说，不仅调解了地面上的气温，也阻挡和削弱 了许多对生物机体有害的射线，像紫外线、宇宙线等，对生物起着保护作用， 而且更重要的是给人类提供了呼吸所需要的氧气。如果地球的外衣被剥去 了，即没有大气层存在的话，那么，地球向着太阳的一面就会出现难以忍受 的酷热；背着太阳的一面又会出现奇寒。我们知道，月球就是因为几乎没有 大气层，月球表面的温差变化才非常剧烈，白天，在阳光垂直照射的地方温 度可高达 127℃；到了夜晚，温度可降低到－183℃，昼夜温差达 310℃。
围绕地球的大气圈，除了发生天气变化外，往往给人以空荡荡的感 觉。其实呢，它并不“空”，而是由许多物质组成的。这种物质是一种包括 气、液、固“三态”皆有的混合物。气态物的主要成分是氮（N2）和氧（O2） 两种气体。其中氮气占大气总体积的 78. 09％（质量占 75. 52％），氧气占 20. 95％（质量占 23. 15％）。其余还有氩、氦、氖、氪、氙、氡等惰性气 体。由于它们总共占大气体积的 0.01％，所以也叫作“稀有气体”。另外， 还有少量二氧化碳（占大气总体积的 0.03％，质量的 0.05％）和臭氧（占大 气总体积的 0.000001％）。为了与大气中的水汽、液体、固体相区别，以上 大气的混合物气体，又总称“干洁空气”。 除了干洁空气外，大气中还有三种状态的水分，即气态的大气（水蒸气）； 液态的云、雾、雨、；“固态”的冰的结晶体。这三种水分的总体积大约有 12900 立方公里左右。此外，大气中还有悬浮于气体中的固体杂质，主要是 烟尘、尘埃、盐尘和有机尘（所谓“气溶胶”）等。 全部大气圈的质量有 5300 万亿吨，占地球总质量的百万分之一。地球上 的大气分布是很不平均的，其中质量的 90％仅“挤”在距地表 15 公里高度 以下的大气层内；99.99％的大气质量集中在从地表到 85 公里高度这个界限 以下。而这个界限以上的大气所占的空间极大，但质量却微乎其微。85 公里 这个高度以下的大气，尽管也有稠稀之分，但它们的成分大体是一致的，以 氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在此界限以上，至 1000 公里上 下，则以氧为主；再往上至 2400 公里上下，变得又以氦为主；再往上则主要 是氢了。大气层和宇宙空间并没有明显的边界。 综上所述，大气物质虽然在各高度密度有所不同，但整个大气圈并不 “空”，而是由气、液、固“三态”混合物所组成的一个物质世界。
2.大气也分层
固体地球分层，大气也分层。因为地球上的大气分层，故称“大气层”。 根据人类对大气的考察研究，发现地球的这个气体圈，在垂直方向上，从地 表到高空，物理性质有着显著的差异。根据大气上下的物理性质（温度、成 分、电离状态、运动状况等）变化，由地表向上，可分为对流层、平流层、 中间层、暖层和散逸层等五层（图 2—19）。这种层状结构，是宇宙因素（主 要是太阳）和地表因素对大气长期共同作用的结果。
（1）对流层 为地球大气中最低的层。其底与地面相接，平均厚度，在低纬度为 17～ 18 公里，在中纬度为 10～12 公里，在高纬度为 8～9 公里。由于大气对流作 用，冬夏强度不同，因此任何地点对流层的夏季厚度都要大于冬季。如南京 （北纬 32°）的对流层厚度夏季为 15 公里，冬季缩为 11 公里。在各大气层 中，对流层厚度最低，但它却集中了大气质量的 3/4，几乎整个大气中的水 汽和杂质都集中在此层。在这个层中，空气的温度主要来自于地面的长波辐 射增热，因此愈近地面，受热愈多，气温愈高；高度愈大、气温则愈低。平 均每升高 100 米、气温要下降 0.6℃。如地处长江边的庐山（海拔 1474 米）、 在盛夏的 7 月，其平均温度就要比在它咫尺的山下九江低 7℃，成为著名的 “凉岛”，为我国盛夏避暑胜地之一。 根据对流层中气温随高度的递减变化计算，在低纬度地区，对流层顶的 气温可降至－83℃；高纬度地区，对流层顶气温约为－53℃。由于对流层空 气能作上下对流运动，使近地面的热量、水汽和杂质通过对流向上空输送， 进而导致了一切天气现象的形成。人类所见到的云、雨、雷电等天气现象， 基本上都是在对流层这个大舞台上“公演”的。
（2）平流层 从对流层顶到 55 公里的高空，为大气的平流层。这里空气流动以水平运 动为主，气流相当平稳，故有“平流层”之称。像对流层出现的那些天气现 象，在本层已经看不到了，有时在底部可以看到一些分散的珍珠色贝母云（也 称珠母云）。现代民航飞机，在平流层飞行，会感到平稳安全。气温在本层 没有什么变化，仅仅是到了 25 公里的高度，由于臭氧含量多，吸收了大量的 紫外线，致使温度很快上升。到平流层顶，气温可达－3～－17℃。
（3）中间层 从平流层顶到 85 公里左右是中间层。中间层随高度增加温度迅速递减， 到顶部气温可降到－83℃以下。中间层的最低部，有时可出现夜光云。本层 由于下层气温比上层高，故又出现了空气的垂直对流运动，又称为“高空对 流层”。
（4）暖层 本层的特点是，气温随高度增加而增加，在 300 公里高度时，气温可达 1000℃以上，像铅、锌、锡、锑、镁、钙、铝、银等金属，在这里也会被熔 化掉。本层之所以有高温，主要是因为所有的波长小于 0.175μm 的太阳紫外 线辐射，都被暖层气体所吸收。暖层中的氮（N2）、氧（O2）和氧原子（O） 气体成分，在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，已处于高度电离状态， 所以也把暖层称作“电离层”。其中 100～120 公里间的 E 层和 200～400 公 里间的 F 层，以及介于中间层和暖层之间，只在白天出现，高度大致为 80 公里的 D 层，电离程度都较强烈。电离层的存在，对反射无线电波具有重要 意义。人们在远方之所以能收到无线电波的短波通讯信号，就是和大气层有 此电离层有关。
（5）散逸层 指 800 公里高度以上的大气层。由于这里温度随高度增加而不断加温， 空气粒子运动非常之快。又因距地面较远，地球引力作用已很小了，一些高 速运动的空气质点很容易散逸到星际空间，所以本层称之为“散逸层”。根 据宇宙火箭探测资料，在地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体， 可伸到 2200 公里高度，称为“地冕”。这就是地球大气层向宇宙空间的过渡 区域。
3.保护地球的外衣
地球的大气层，是地球的一件“外衣”。它以 2000～3000 公里厚的大气 将固体地球紧紧地裹在里头。白天，太阳光透过大气层，照射到地球上的热 量是很多的，但由于大气层把一部分热给反射了出去，使地球表面的温度， 不致于升得太高。夜晚，地表得不到太阳光的照射，也就没有热量的收入了， 这时又幸亏有大气层阻止热量向太空散失，使地表的温度又不致下降得过 低。所以，人们常把包围地球的大气层，形象地比喻成地球的“外衣”。大 气层对生活在地球上的人类来说，不仅调解了地面上的气温，也阻挡和削弱 了许多对生物机体有害的射线，像紫外线、宇宙线等，对生物起着保护作用， 而且更重要的是给人类提供了呼吸所需要的氧气。如果地球的外衣被剥去 了，即没有大气层存在的话，那么，地球向着太阳的一面就会出现难以忍受 的酷热；背着太阳的一面又会出现奇寒。我们知道，月球就是因为几乎没有 大气层，月球表面的温差变化才非常剧烈，白天，在阳光垂直照射的地方温 度可高达 127℃；到了夜晚，温度可降低到－183℃，昼夜温差达 310℃。
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