地球大气的组成与垂直分层

《列子·天瑞》中有这么一则故事：杞国有一人总是担心天会塌下来，自己没有容身之所，有人劝导他说：“天不过是聚集的气体，你每天都在天中生活，又怎么担心天会塌下来呢？”

大家听这个故事可能会觉得这不过是庸人自扰，但你是否有思考过“气”的奥妙？我们生活在“气”中，那气到底是什么组成的呢？为什么我们登上高山会感到呼吸困难？为什么飞机要在特定的高度飞行呢？今天就和心知地理社一起来拆解大气的组成和垂直分层，读懂地球的保护罩。

 

 

地球大气的组成是由干洁空气、水汽和固体杂质三部分组成的混合体，每一部分都有着不可替代的作用。干洁空气是大气的主体，占了总体积的99%，其中氮气约78%，是构成生物蛋白质的重要原料，堪称“生命的基石”；氧气约21%，支撑着地球上所有需氧生物的呼吸，也是燃烧和氧化反应的关键；此外还有二氧化碳、臭氧等微量气体，别看它们占比小，作用却举足轻重——二氧化碳是“温室气体”，能保温地球，也是植物光合作用的原料，臭氧则集中在平流层，能吸收太阳紫外线，为地球挡住“有害射线”，被称为“地球生命的保护伞”。

水汽和固体杂质，虽然含量不固定，却也是大气的“重要成员”。水汽是成云致雨的必要条件，空气中水汽的多少，直接决定了一地的湿度和降水状况；固体杂质如尘埃、花粉等，能作为水汽凝结的“凝结核”，让水汽有了依附的载体，才能凝结成小水滴，形成云、雾、雨、雪等天气现象。简单来说，没有水汽和固体杂质，地球上就不会有多姿多彩的天气变化。

 

 

 

如果说大气的组成是它的“成分密码”，那么垂直分层就是它的“结构框架”。随着海拔升高，大气的温度、密度、运动状况都会发生明显变化，科学家根据这些差异，把大气自下而上划分为对流层、平流层和高层大气，三层各有特点，各司其职。

我们生活在大气的最底层——对流层，它是与人类关系最密切的一层，平均厚度约12千米，集中了大气质量的3/4和几乎全部的水汽、固体杂质。这里的气温随海拔升高而降低，大约每上升1000米，气温下降6℃，这也是为什么高山比平地冷、山顶会有积雪的原因。同时，对流层的大气以对流运动为主，空气上下翻滚，正是这种运动，造就了风、云、雨、雪、雷、电等各种天气现象，我们日常感受到的阴晴冷暖，都发生在这一层。不过对流层的厚度也有差异，赤道地区受热多，空气对流旺盛，厚度可达17-18千米，两极地区受热少，对流微弱，厚度仅8-9千米。

离开对流层，向上就到了平流层，范围大约从12千米到50千米高空。这一层的特点与对流层截然不同，气温随海拔升高而升高，因为这里有大量的臭氧，吸收太阳紫外线转化为热量，让平流层上暖下冷，空气不易对流，以平流运动为主，气流平稳，能见度好。也正因如此，平流层成为了飞机飞行的理想高度——这里没有复杂的天气现象，飞机飞行时更平稳、安全。同时，平流层的臭氧屏障，也在这里为地球牢牢挡住紫外线，守护着地面的生命。

平流层以上的大气，统称为高层大气，范围从50千米高空一直延伸到2000-3000千米的高空，这里的空气非常稀薄，温度先降低后升高，大气处于高度电离状态。高层大气中存在着电离层，能反射无线电波，让我们的无线电通信、广播得以实现；同时，这里也是极光、流星现象发生的区域，那些绚烂的极光，正是高能带电粒子与高层大气中的气体分子碰撞产生的美景。而随着海拔继续升高，大气的密度会越来越小，最终逐渐过渡到宇宙空间。

 

 

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编辑：张希阳

校对：张     凡

审核：陈   萍

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