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地球的面纱
 

蓝蓝的天上白云飘。 我们翘首望天, 似乎高不可及。其实我们所看见的这个“天”,本是“地”的一部分——地球大气圈的低层。它的高度不过十几千米,宇宙火箭很容易就穿越过了这个高度,这时再回顾地球,蓝天却已跑到我们的脚下,似轻烟,似薄雾,更仿佛是一层蔚蓝色的软纱裹在地球的表面。

我们所看到的这个裹着地球的蓝色面纱,是由稠密的空气组成的,是阳光在其中散射的表现。

就整个地球来看,愈是靠近核心,组成物质的密度就愈大。以大气圈和地球的固体部分相比较, 大气圈的密度要比地球的固体部分小得多, 全部大气圈的质量(5600万亿吨)还不到地球总质量的百万分之一;以大气圈的高层和低层相比较,高层的密度比低层要小得多, 而且愈高愈稀薄。如果以海面上的空气密度为1,在240千米高空, 大气密度就只有它的一千万分之一;到1600千米高空,更只有它的一千万亿分之一了。整个大气圈质量的90%,集中在高于海面16千米的空间内,大体上也就是我们看到的那个蓝色的面纱的厚度。再往上去,空气就稀薄到不足以使阳光散射形成蓝色的天空了。当升到比海面高出80千米的高度,几乎全部大气圈的质量99.999%都集中在这个界限以下;而所余无几的大气占据的空间却极为广大,探测结果表明,地球大气圈没有明显的边界。高层大气稀薄的程度比人造的真空还要“空”,但是,在那里确实还有气体的微粒存在,而且比星际空间的物质密度大得多,然而它们已不是气体分子,而是原子及原子再分裂而产生的粒子了。以80~100千米的高度为界, 在这个界限以下的大气,尽管有稠密稀薄的不同,但它的成分大体一致,以氮和氧的分子为主,这就是我们周围的空气。而在这个界限以上,到1000千米上下,就变得以氧为主;再往上到2400千米上下,变得以氦为主;再往上, 则主要是氢;在64000千米以上,大气便稀薄得和星际空间差不多了。与我们关系最密切的是低层的稠密大气。

高于海平面10~12千米以内(在两极较低, 约8千米,在赤道上较高,约为16千米)的这层大气,能因冷热不同而对流,称为对流层。对流层是大气圈中最稠密的一层,大气中的水蒸气也几乎全部集中在这里,特别是在它的下半部。因而这里是风云变幻的主要场所,我们所感受到的各种天气现象都是在对流层里发生的。

在对流层里,距海面愈高气温愈低,平均每升高1千米,温度就要降低大约6.5℃。而从对流层顶上开始,温度又随着高度增加而增加。直到大约高于海面50千米处, 温度又变为随着高度增加而降低。到80千米以上,温度则又升高,在500千米一带,可升高到1000℃。

在对流层上面,直到高于海面50千米的这一层,气流的特点主要表现为水平方
向运动,称为平流层。

平流层以外的大气,因受太阳辐射等作用,气体分子分裂成为原子,并有发生电离成为带电粒子的,愈高这些作用愈强烈,于是在地球周围形成了能够导电、能够反射无线电波的电离层。 它的底部边界高度约在65千米左右,顶部边界在650~1000千米的高度之间。

高层的大气表现不出绚烂多彩的天空景象,但它所表现出的电磁等现象有力地证明着这里大气的存在,那些高空中的带电粒子是受着地球磁场控制的,形成一个无形而巨大的磁层。

大气圈就是这样层层叠叠,看起来仿佛空若无物,实际上是壁垒森严,将地球重重包住。岂止是面纱,简直是屏障,是铜墙铁壁,对地球起着重要的保护作用。

1976年,我国吉林省下了一场陨石雨,成为自然界罕见的珍闻。假使没有大气,这种从天而降的陨石将成为家常便饭,给地面造成极大毁坏。正是由于大气圈的保护,高速冲来的陨石因与大气剧烈摩擦,减慢了速度;并因摩擦产生的高热影响,绝大部分陨石在100多千米的高空就化为灰尘和气体, 只有极少数到达地面,而且已是强督之末,一般不会造成什么危害了。

从天外向地球袭来的还有强烈的紫外线。假使没有大气,过多的紫外线将使地球上的生命无法生存,现在大气圈保护了我们。在大气圈中离开海面20~35千米这一带含臭氧较多,所谓较多,也不过占到四百万分之一左右,但这点臭氧已足以使大量紫外线被吸收,才使得地球上各种生物免受过多的紫外线伤害;剩下少量的到达地面,对我们来说有杀菌防病作用,反而变得无害而有益了。

那些极其稀薄的为地球磁场所控制的带电粒子组成的高层大气,也有保护地球的作用,它能使宇宙中那些以高速冲向地球的粒子流偏转方向。

地球大气圈的存在,不仅保护了我们,还是生命得以发生和发展的重要条件。假使没有大气,就没有灿烂的云霞,更没有生命的喧嚣,而将是白天酷热,夜晚严寒,天上是黑洞洞的,地下是一片荒凉。月球上就是这种情景。

月球本来也是有大气的,因为它的质量少,引力小,月面的重力只有地面重力的16%, 在月球上只要有每秒2.4千米的速度就可逃逸到宇宙中去。因此,体轻而又运动迅速的大气就没能在月球周围保存下来,月球成了现在这个样子。

水星的质量、引力也都比地球小得多,水星表面的重力只有地面重力的37%,保存下来的大气几乎等于零,而且为氦、氖、氩所组成,生命无从发生。

火星有微薄的大气,金星的大气也不少,但是它们的成分都是以二氧化碳为主,大约占到90%以上。二氧化碳是生命发展所需要的,在自然界中,大量绿色植物以二氧化碳为食料。但是二氧化碳的浓度太大,生命就无法存在了。像地球上这样适合于生命的发生和发展的大气圈,在太阳系中是独一无二的。

地球的大气中, 如按重量计算, 约75.5%是氮, 23.l%是氧,1.3%是氩,0.046%是H氧化碳,剩下的是其他气体。

地球大气并非从来如此,而是地球发展演化到一定阶段的产物。有的研究结果表明:大约在3.5亿年前,地球的大气圈具有了现在这样的成分和形态,在大约6亿年前,地球大气中的氧,还只有现在的1/10,约在1亿多年前,地球的气温才演变成接近现在的状况。

地球的大气也曾经有过二氧化碳占优势的时候,只是由于物质起了化学变化和后来生物的作用,大部分二氧化碳变成碳酸盐沉淀在海中,形成沉积岩,以及变成煤和石油等矿产,埋藏地下。因此,今天地球上的碳,约有99.7 7%是藏在沉积岩里,0.058%是藏在煤和石油等燃料矿产里,0.16%溶解在水中,只有0.012%存在于大气和生物体内。因此只要岩石中的碳,稍有一小部分转化为二氧化碳,就会大大影响大气的成分。

大气不是固定不变的,而是每时每刻都在发生着变化。

火山喷发,供给大气以新的补充,平均计算起来,喷出的气体中有12%是二氧化碳,73%是水汽,还有二氧化硫、氨、氢等许多其他气体。此外,还使大量火山尘悬浮于大气之中。看来,火山喷发是大气最初的重要来源之一。今天火山的活动,是大气从地球内部不断继续分离出来的表现。

人类和其他生物的活动也在引起大气的变化,主要是消耗及产生着氧和二氧化碳。

目前,大气中二氧化碳的含量有逐渐增加的趋势。这主要是由于人类大量燃烧煤、石油和天然气造成的。大气中二氧化碳含量增加,会使地面的热量散失作用减弱。在一些工业过于集中的地区,由于排放出大量有害气体和粉尘,污染了那里的大气,甚至影响到了臭氧层,已带来恶劣后果。因此,维护大气的良好状态已成为各国人民的共同要求。我们一定要掌握好大气发展变化的规律,调节各种因素,使大气更加适合于人类生存。
 
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