地球大气圈结构及质量估计

1. 地球的大气圈

我们把随地球引力而旋转的大气层叫做大气圈。大气圈最外层的界限是很难确切地划定的，但大气圈也不能认为是无限的。在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10000公里。有的学者就以10000公里的高度作为大气圈的最外层。在一般情况下，可以认为地球表面到1000～1400公里的气层作为大气圈的厚度。超出1400公里以外，气体非常稀薄，就是宇宙空间了。地球大气圈的总质量估计为6000万亿吨。

大气圈中的空气，分布是不均匀的。海平面上的空气是稠密。在近地层的大气层里，气体的密度随高度上升而迅速变稀，但是在400～1400公里的大气层里，空气是渐渐变稀薄的。

根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化而划分的大气圈层的结构，可见图13—1。

图13—1 大气圈的构造

2. 大气圈的结构

从地球表面向上，大约到90公里高度，大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎没有什么变化，具有这样特性的大气层，我们称它为均质大气层（简称为均质层）；在均质层以上和外层空间的大气层（如热层），其气体的组成随高度的升高有很大变化，这个圈层我们称它为非均质层。(www.xing528.com)

在均质层中，根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化，分为对流层、平流层和中间层。

对流层（Troposphere）是大气圈的最低一层，其厚度平均约12公里（两极薄、赤道厚），整个大气圈的质量约有80～95％来自这一层，它的特点是温度随高度的增加而下降。降温的速率叫做降温率（Lapse rate）。一般说来，太阳光线通过大气圈时，不能使气温升高；而晒热的地壳，却能从下面加热大气圈，使其温度上升。因此，在对流层中，高度愈高，气温愈低。这一层大气对人类的影响最大，通常所谓空气（大气）污染就是指这一层。特别是厚度2公里以内的大气，受到地形和生物的影响，局部空气更是复杂多变。

对流层的特点是直接与水圈和岩石圈靠近。这一层的空气是对流的，引起对流的原因是由于岩石圈与水圈的表面被太阳晒热，而热辐射将下层空气烤热，冷热空气发生垂直的对流现象；还有地面有海陆之分、昼夜之别，以及纬度高低之差，因而不同地面，温度也有差别，这样就形成了水平方向的对流。归纳一下，对流可以是垂直的，也可以是水平的，结果形成风力的搅混，空气就被混合得均匀了。因此近地空气层的化学成份大致是相同的。还应指出，空气与水圈和岩石圈（也叫地表）接触的另一内容，是水蒸汽和尘埃，微生物等固态物质进入空气层，成为扬尘、飞沙的来源，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、雾等一系列气象现象。

对流层上面是平流层（Stratosphere），其温度随高度的增加而上升，并且经常保持稳定。在25—30公里高度处，气温约为﹣55℃。在该层内，臭氧会吸收阳光的紫外线，分解成氧分子和氧原子。但它们很快又重新化合成臭氧，而放出热量；因此，顶部的气温可上升到﹣3℃以上。这样，由于阳光自上面加热，所以高度愈高，气温就愈高。此层厚度约38公里。再上面是中间层（Mesosphere），气温又随高度的增加而下降，最低可降到﹣83℃左右；厚度约35公里。还要说明一下，平流层以上的大气层，几乎没有水蒸汽和尘埃，因而一般气流平稳，大气透明度好，极少狂风暴雨等现象。

最顶层是热层（Thermosphere）。因其中的原子氧吸收太阳能使温度急剧上升，而且，其中有一个带电粒子的稠密带；因此，又称为电离层（Ionsphere）。它能使无线电波反射回地面，这对远距离通讯极为重要。本层厚度约630公里。热层的上面，即高度在800公里以外，就是外大气层，这里气体极为稀薄，以致一个气体质点被碰撞出这一层就很难被上层的气体质点再碰撞回来，而进入星际空间了，故此层又称散逸层，其厚度约15000～24000公里。电离层和散逸层也称为非均质层，在此以外就是宇宙空间了。