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每天数百吨,一年10万吨,地球上的空气是如何流入太空的?

 无上科学信仰 2021-07-20

地球上的空气为什么不会流入太空呢?其实是会流入的,只不过我们目所能及的地方,空气不会流失罢了。

地球是一个被大气包裹的岩质行星,而这层包裹我们的大气就被我们称之为地球的大气圈。大气圈是地球生态的重要保障,或者说是基础所在,如果没有大气,动物便无法呼吸,如果没有大气,宇宙高能射线分分钟就能将我们的DNA斩断,如果没有大气,地球上就不可能有风雨雷电等自然现象,地球的水圈循环自然也就无法达成,总之,倘若没有大气,地球就会变为一颗普通的岩质行星,和我们所知的其它岩质行星一样一片死寂,没有生机。

那么地球为什么能够拥有大气呢?地球大气又为什么不会流失到太空之中呢?地球能够拥有大气,自然是因为地球的引力作用,而说地球大气不会流失,则是完全错误的。

两者之间的引力与距离的平方成反比,所以距离地球越远,引力作用则越弱,在与地球距离足够远的地方,引力不再能将大气分子牢牢束缚,于是少量的气体分子便会散逸到宇宙之中。

会流入太空的只是高层大气,而我们目所能及的地方,空气并不会流失。地球的大气结构从下往上可以分为对流层、平流层、中间层、电离层和外层五个部分,对流层是我们最为熟悉的部分,它的平均厚度约为12千米,所谓对流层,就是冷暖空气对流的地方,地表的空气由于日照而蒸腾上升,而高处的空气则因为温度降低而下落,于是冷暖空间交汇形成对流,接着各种天气现象便出现了,我们日常所见的风雨雷电皆出于此。对流层也是整个大气圈层中密度最高的部分,占据了大气总质量的75%。

在对流层之上就是平流层了,这里不再有风雨雷电,终日天气晴朗,大气又上下对流改为水平移动,能够阻挡紫外线保护地球生命的臭氧层就位于这里。

平流层之上是中间层,由于大气密度的降低,这里的温度开始变得寒冷。在中间层之上,由于受到太阳的照射,大气全部处于电离的状态,这里就被称为电离层。而电离层之上就是外层了,外层又称为散逸层,通常指海拔800千米到3000千米的区域,散逸层顾名思义,就是大气分子会散逸到太空之中的区域。虽然这里距离地球已经十分遥远,但大气分子只会缓慢地散逸,并不会被太阳风大量地吹走,这全都有赖于地球磁场的保护。地球能够拥有大气,一方面是因为引力的作用,另一方面就是源于磁场的保护,二者可谓缺一不可。

在数千千米的高空,磁场也能发挥作用吗?当然,地球磁场可以一直延伸到地表7万千米以上,所以保护数千千米的大气不成问题。

为什么磁场可以保护大气呢?原因很简单,所谓的太阳风实际上是高能带电粒子流,而带电粒子会顺着磁力线流走,从而使得地球大气免受太阳风的侵袭。既然地球高层大气并不会大面积流失,只会少量散逸,那么它的流失速度又有多快呢?其实这个数字还是很吓人的,地球高层大气每天流失的量要以百吨来进行计算,而一年就会流失将近10万吨。10万吨这个数字虽然唬人,但架不住基数大,地球大气的总质量约为6000万亿吨,所以即便是成千上万年也流失不了多少,更何况地球大气可并非只出不进。

地球大气的补充主要来自于两个方面,外部和内部。

地球高层大气分子会因为引力不足而发生散逸,这些散逸的大气分子并不会凭空消失,它们依旧会徘徊于地球轨道附近,在地球运动的过程中,会再次将部分气体分子吸附,以此来弥补自身的流失。另一方面,地球上植物的光合作用以及地球内部的地质活动都会释放出气体,这就是地球大气的内部补充,其实算起来,地球大气的补充速度比流失速度还要快。

所以说我们根本不需要担心地球大气会流失殆尽,我们唯一需要担心的就是地球大气的组成成分,纵观地球的历史,大气成分始终处于不断变化之中,而人类文明的高速发展又给大气成分的变化增加了很多人为的影响,大气圈是地球生态的重要基础,保护大气就是保护我们的未来。

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