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地球上的空气依然这么浓厚,为什么不会跑掉?

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地球漂浮在广袤的太空,周围裹着一圈空气。几十亿年过去了,地球大气依然浓厚,滋养和保护着万物。

有人就很奇怪,为啥地球的空气一点都没跑呢?

我们地球如果从地核算起,一共分为五层,这五层分别是地核、地幔、地壳、水圈、大气圈。


地球的实体面积只有前面三层,如果细分,前面三层并不是界限分明的,每个层次中间都有一个渐变的过度层。

五层中的大气层就是空气,空气形成一圈包围着地球,因此叫大气层。


大气层是我们地球生态最重要的一个存在,正是因为有了大气层,我们人类以及生物才能够呼吸。

大气层没有一个准确的厚度,一般划分为对流层、平流层、中间层、电离层、外层等五个层级。

但由于大气是流体,赤道被甩出的状态就明显了很多。

顾名思义,对流层就是大气冷暖空气对流的地方,地面海面被太阳晒热的空气上升,上面的冷空气下降,这样循环往复全球流动,就产生了风雨雷电等自然现象,因此我们人类在地表感知的所有气候现象都发生在对流层。


地球生物赖以生存的浓密大气主要集中在对流层、平流层,那里的大气在地球引力作用下,被牢牢锁住在那里,是流不走的。散逸层接触的是高度真空的太空,而且地球的引力作用在这个高度已经比较难抓住空气分子了,加上太阳风的吹袭,稀薄的大气就会不断流失。

不过不管怎么说,地球大气还是每时每刻都在流失那么一点点,这一点点是多少呢?科学家经过测算,地球大气每天将有数百吨流失到太空,一年下来有10万吨左右。


但不怕的是空气可以再生。

这个再生主要来自三个个方面:

一是地球绿色植物在阳光照耀下,通过光合作用,孜孜不倦地制造着氧气,补充大气流失和生物消耗的需要;

二是火山爆发等各种地质活动,会将蕴含在地壳中的气体不断释放出来,补充大气总量;

三是地球围绕着太阳公转,就像一个大吸尘器一直在清扫着轨道的宇宙尘埃和气体分子,将它们不断吸附回来。


事实上,地球大气自从形成以来,一直保持着一个基本平衡,只是大气组成结构会不断发生一些变化。比如远古大气没有或极少氧,是海藻等绿色植物通过光合作用释放出氧,大气才渐渐形成了今天的样子,而生物正是随着大气的变化而不断进化演化走到今天的。


地球上空的大气在天空中自由运动。它们能够摆脱地球引力束缚逃逸到星际空间去吗?回答是肯定的,又是否定的。

说是肯定的,因为确有极其微量的高层大气分子能挣脱地球强大的引力而逃走;说是否定的,因为绝大多数的大气分子是逃不出地球的。相反,从星际空间撞入地球并在大气层中烧毁的流星体反而比逃走的大气还要多些。

我们把一个物体从地面向空中抛去,那么重力会使它向上运动的速度逐渐变慢,直到在某一高度、某一瞬间向上运动的速度等于零时,它就会回落到地面。但是,重力的大小不是固定不变的,它会随着高度的增加而与距离的平方成反比而迅速变小。通过计算得知,如果向上抛的速度达到每秒11.2公里时,虽然物体在上升过程中地球的引力会使这个物体的速度逐渐减小,但由于这种引力也同时在不断变小,以致它永远不可能使这个物体的上升速度变到零。那么这个物体将摆脱地球的吸引力而永远告别地球而去。这个每秒11.2公里的速度就是地球上的“逃逸速度”。

地球上的气体分子和原子永远处于不停的运动之中。它们运动的速度各不相同,甚至相差很大。比如氧分子在高温状态下的平均运动速度是每秒0.5公里;分子的质量是氧分子的十六分之一,所以氢分子的平均运动速度是氧分子的4倍。但是这种速度只是分子的平均速度。实际上有半数分子的运动速度比这大,有的大一倍,有的大两倍,有的运动速度就超过了每秒11.2公里,当然这只占极小的一部分。

在低层大气中,由于分子密度极大,它们在运动中经常会相互发生碰撞,运动速度就会慢下来。所以,即使是一些速度快的分子实际也是不可能逃出地球的。

但在高层大气中情况就不同了。强烈的太阳辐射会把分子中的很大一部分激发极高的能量态和很大的速度,同时,高层大气极其稀薄,分子之间碰撞的机会也少得很。所以在高层大气中的高速运动的气体分子逃离地球的机会就很大。它们一旦向上飞去,就会进入密度越来越小的区域,碰撞机会也会越来越少,最终便告别地球。

说到这里,我们已经知道,地球大气层是会漏气的。但漏掉的主要是氢、氦等最轻的分子。怪不得今天地球大气层中的、氨那么少。氧、氮是比较重的分子,它们分布在大气低层,自从氧、氮在地球上形成以后直到现在,并没有逃跑多少,所以地球大气层中99%是由这两种气体组成的。

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