众所周知,地球是人类已知的宇宙中唯一一个存在着生命的星球。而生活在地球上的这么多生命,都是离不开氧气的。作为人口基数最庞大的人类,人类最赖以生存的氧气主要来源就是空气了。从地球出现到现在的40多亿年间,空气每时每刻都在流失,为何还没消耗殆尽呢?
大气层的空气流失
要知道,空气的使用不仅仅有我们这些生活在地球上的生命。除此之外,地球上的大气层也会时时刻刻向太空输送地球中的大气。这很奇怪,与我们以往认知中的大气层并不相同。我们以往对于大气层的认知往往是保护人类的,为什么大气层也会向没有生命的宇宙输送地球上最宝贵的空气呢?
在弄明白这个问题之前,首先要弄明白大气层的构造。地球经历了40多亿年的演变和发展,也经历了几次生物大灭绝,地球逐渐成了现代人类认知的面貌。
从地心开始,地球可以分为地核层、地幔层、地壳层、水圈和大气层,而前文中的提到的空气流失就发生在大气层上。
什么是大气层?
年,牛顿发布了万有引力定律。这个理论的提出,让人类意识到地球无时无刻不在对地表上的物体发生吸引力,而引力,就成了物体的重量。
大气层的形成同样也和地球引力相关,大量的气体由于地球引力的影响,聚集在地球这个球体的周围,从而形成了一个厚薄不一的大气层。地球的总质量有60万亿亿吨,地球中大气的质量大约是地球的百万分之一,为万亿吨。大气层对于人类的生存来说至关重要,换句话说,如果大气层消失,那么人类也会马上从地球上灭绝。
从地表向上开始计算,大气层分为五层:对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
对流层按照字面意思也就是不同性质的空气发生碰撞的地方,一般都是冷暖空气在这一圈层形成对立,是自然界中风雷雨电发生的主要圈层。
对流层中包含的大气气体质量占整个大气层总气体质量的75%,是人类活动的主要阵地。对流层的温度是随着季节,地形等不停变化的,因为对流层这个大气圈层的主要热量来源是地面的辐射。
在对流层较高的地方,也就是距离地面较远的地方接收到的地球辐射较少,受影响也较小,所以温度会更低。一般来说,在对流层中,高度每上升米,温度就会随之下降0.65摄氏度。
从对流层往上,就到了平流层。平流层与对流层最大的区别是大气运动较少,而且温差骤然相反。前面提到了,对流层中温度会随着高度的上升而不断降低,平流层不同,平流层的温度则是上面大于下面。
造成这种现象主要是因为,平流层的上面部分往往受到太阳的直接照射,接收到太阳光和太阳辐射带来的热量,而平流层底部又直接和温度较低的对流层顶部相接,所以造成了平流层顶部温度高于底部的现象。再加上这里的大气运动较少,所以飞机和其他飞行器基本都在平流层进行工作。
除此之外,由于太阳的直接照射,已经太阳辐射带来的热量,这里的空气逐渐形成臭氧,我们平时说的臭氧层也处于平流层这个大气圈层中。臭氧层对阻隔太阳的紫外线、宇宙中来历不明的各种高能粒子都起到了至关重要的作用,是地球自我保护屏障最重要的一环。
中间层的大气主要以氮气和氧气为主,因为无法吸收太阳的短波辐射所以几乎没有臭氧,温差也很大,大气运动在这里发生非常频繁。在高纬度地区的夏季黄昏时候,有很大概率出现夜光云的天文现象。
中间层之上的热层可能并不为人所熟知,但是说起它的另一个名字,相信大家一定有所耳闻。热层又被成为电离层,因为热层中的大气直接吸收了太阳的短波辐射和磁场作用,大气内气体的电子能迅速增加,其中的一部分大气进行电离作用,这些经过电离作用的离子和电子就抱团在一起形成了我们熟知的电离层。
由于电离可以反射它所接收到的无线电波的特性,因此人类的大部分超远距离的无线电通信任务都在电离层也就是热层进行。这里需要提到的是,当太阳中随着太阳风进入地球大气层的高能粒子与电离层中的部分粒子产生反应时会发光,而这种发光现象会被人类的肉眼所观测到,这就是我们平时说的极光现象。
散逸层就是空气流失的主要发生地,顾名思义,空气会在这里四散开来,向太空中输送。地球上的万物都受到地球引力的影响,但这个引力影响的大小是根据该物体和地球之间的距离来衡量的。
处于大气层最外层的散逸层中的大气,距离地心距离过远,因此散逸层中的大气受到的地心引力的作用很小,这也就导致了空气四处流动,最终向太空中四处分散开。
大气的流失
大气层中大气分布情况并不是均匀的,光光是对流层一个圈层就已经占了整个大气层中大气质量的75%,因此大气层越靠外的圈层中空气更加稀薄,密度更低。
而散逸层就是最典型的例子,这里的大气密度极低,因此它与宇宙几乎可以说是融为了一体。再加上空气自身的不断运动以及太阳时刻发出的太阳风的作用,散逸层中的空气就会逐渐向宇宙中流失。而且据科学统计,地球的大气层每年经由散逸层的作用向宇宙中流失的空气质量超过十万吨。
但是有一个问题,如果散逸层中的空气会一直散失,那么经过这么多年的演变,散逸层不是早就应该消失掉,大气层变成四层吗?
事实上,大气层会不断向散逸层补充气体,所以其实空气向宇宙流失并不完全是散逸层的过错。散逸层在向宇宙中输送空气的同时,大气层的底部也会一直向上输送大气一直到散逸层,这样形成一个动态平衡。
这里就出现了一个新的问题,如果散逸层一直向宇宙输送空气,然后底下的对流层、平流层等一直向散逸层输送空气,那么宇宙不就成了一个一直向地球索要空气的黑洞吗?这就好比,地球是一个人,宇宙就像一个蚊子一样一直在吸地球的血。那么是不是有什么被我们忽略掉的机制在给地球输氧呢?
地球的“输氧机”
事实上,地球上确实存在着自我补给的机制,不然经过了40多亿年,地球上的大气早就消耗殆尽了。
众所周知,地球上存在着大量的绿色植物,而这些绿色植物在接收到光能的作用时会进行光合作用。这些植物可以利用太阳能,并将水和二氧化碳转化为氧气等物质,而这种物质转化的过程就被称为光合作用。
地球上的大气循环中,光合作用起到的作用至关重要。这也就是为什么现在非常提倡自己种植绿色植物,因为这确实和人类的生活息息相关。
除此之外,还有就是地球自身的地质运动。其中最典型的例子就是火山爆发了,火山作为一种古老的地貌形态,在它进行喷发的时候,随着火山灰和岩浆一起喷涌而出的还有大量存在地核中的各种气体。
至于地核中为什么会存放着大量的气体,这是因为我们可以把地核近似的看作是一个太阳,地核内的高温液态物质会不断进行核聚变反应,核聚变在发生的时候会产生大量的能量和气体,这些气体会伴随着火山一直喷涌出地表。火山爆发的活动无疑中也补充了的大气中流失的那一部分大气。
最后就是地球运动的功劳了,我们知道地球的运动分为地球自转和地球公转。地球的公转是围绕着太阳的,而正是这个围绕太阳的转动过程中,地球会吸收宇宙中运动轨迹周围的稀薄空气和相关物质,然后进行作用,最后补充到大气层中来。
这三种形式同时作用,导致了地球在流失部分大气的同时,同时也在生产着大气。但是供需的动态平衡是很难进行把控的,假如失控,那么地球还是会迎来毁灭,这个时候就要引出地球的自我保护机制了。
地球的自我保护机制
之所以大气层会心甘情愿保障着地球上各种生物的生命,这是地球引力的功劳,这些四处流动和散逸的空气被地球的引力牢牢锁在地球的四周。
除此之外,地球自身的磁场也是居功至伟。地球的磁场覆盖范围极广,它的影响范围达到了7万公里的高空。
这个高度远远超过了目前人类认知的大气层的高度,也就是说,大气层也是受到地球磁场的影响的。太阳是时时刻刻向宇宙发射太阳风的,太阳风会携带大量的高能粒子,这些高能粒子一部分被大气层中的臭氧层所阻隔,另一部分就收到地球磁场的影响,被磁场引导向原理地球的方向行驶。
假如没有地球磁场的保护,那么地球也会成为一个死气沉沉的行星。影视题材中最常提到的星球——火星就是最好的例子。很长一段时间内,火星都被认为是最像地球的,是除地球外适合人类生存的星球之一。但是火星没有磁场的保护,太阳风在火星上肆虐,火星的大气被破坏殆尽,没有生命的存在。
除此之外,金星也是这样的原因,金星是整个太阳系中温度最高的行星,它的表面温度甚至超过了距离太阳最近的水星。而且由于没有保护机制,金星在受到太阳风影响之后出现了剧烈的温室效应,现在金星已经失去了水的身影。
结语
因为地球上大气的流失与产生是趋于动态平衡的,所以目前我们不用太担心大气会消失的问题。
我们需要做的就是尽可能地保护地球环境,确保地球不会因温室效应而成为第二个金星,也不会因为环境的过度被损坏,导致地球自我保护机制崩盘,进而导致人类灭绝。只有与大自然和谐相处,人类才能永久的繁荣和昌盛。
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