[科普中国]-大气成分

地球上的大气地球大气的物质组成

地球上的大气，有氮、氧、氩等常定的气体成分，有二氧化碳、一氧化二氮等含量大体上比较固定的气体成分，也有水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等变化很大的气体成分。其中还常悬浮有尘埃、烟粒、盐粒、水滴、冰晶、花粉、孢子、细菌等固体和液体的气溶胶粒子。1

地球大气的气体成分氮(%78.084) 、氧(%20.946)、 氩(%0.934)、水汽（%0.25）、二氧化碳(%0.032)、 氖(%0.0018)、 氦(%0.00052) 、甲烷(%0.0002)、 氪(%0.0001) 、氢(%0.00005)、 氙(%0.000008)、臭氧(%0.000001)、 其他(%0.001421)1

在高度60Km以下大都是中性分子；从60 Km向上，白天在太阳辐射作用下开始电离，在90 Km以上，则大都处于电离状态。高层大气中，有些成分还分解为原子状态。

地球大气成分的演变与全球变化地球大气随着地球的发展也在不断地演化,经过漫长的岁月才形成今日的状况。

据推断，组成地球原始大气的主要元素有氢、氦、碳、氮、氧等。在重力作用下，比较重的元素（碳、氮、氧等）就比较容易被地球保存下来，比较轻的元素就容易逃逸掉。同时化学性质比较活泼的元素容易形成化合物而被保存下来（如氢、碳、氮、氧等）。惰性大而又轻的氦则不易被地球大气所保存。在化合物形成的过程中，首先是氢和碳化合形成甲烷，甲烷与氧作用又生成水和二氧化碳。另外，氮与氢化合生成氨,氨又氧化产生水和氮。所以地球大气初始成分以甲烷、水汽、二氧化碳和氮为主。

约在三亿多年前，地球大气成分发生巨大的变化，就是二氧化碳的减少和氧的增加。大气中氧的增多，又反作用于生命活动，就促进了生物的进一步发展。在生物的生命活动中还进行着呼吸作用,即吸收氧气排出二氧化碳。由于绿色植物的大量出现，一方面造成大气中二氧化碳的减少和氧的增加，另一方面又逐渐实现了大气中氧和二氧化碳的新的循环过程，这种过程在大气与生物之间的长期发展进程中，互相影响，互相制约，建立了氧、二氧化碳的动力学平衡状态，氧和二氧化碳在大气中的含量也就稳定下来。1

目前，中层大气臭氧减少持续发展，并从上世纪持续到本世纪。

由于人类活动造成的温室气体（二氧化碳、甲烷、氟利昂等）排放也正在引起全球围绕全球气候变暖的严重关注。2

人类活动对地球大气的影响原始森林的被破坏

森林是绿色植物中最主要的二氧化碳的消耗者，也是氧的制造者。有人估计，在生长季里一般阔叶林每天每公顷大约能吸收一吨的二氧化碳，生产出730公斤的氧。若把目前世界森林总含碳量估计为450时乙吨的话，如树木平均年令为30年，那么每年就有约550亿吨的二氧化碳被消耗。由此可推知，由于原始森林减少了1/2，那么每年被森林所消耗的二氧化碳约减少550亿吨。其结果使大气中二氧化碳含量增加。

煤石油等燃料大量的燃烧过去亿万年所形成的矿物燃料，目前遭到大量的开采，石油的消耗更是猛增。据统计，世界煤炭和石油产量1950年分别为18亿吨和5亿吨，到1975年都达到27亿吨，分别增加了50%和近4倍。因为燃烧对物质的消耗是不能再恢复的，与日俱增的大量燃料的被燃烧，造成大气中氧的消耗和二氧化碳的增加，使得自然界碳和氧的循环失调。大气中二氧化碳的增加和氧的消耗，从长期来考虑，是个很严重的问题。

农业的发展农业生产迅速的发展，造成作物光合作用以空前的规模进行着，这对自然界氮、氧、二氧化碳的循环起了积极的促进作用。这对由于原始森林的大量被破坏而造成的自然界物质循环过程的失调得到一定的调整。在农业发展过程中,豆科作物根瘤菌的作用和人工合成氮肥的增加是显著的，也促进了氮的循环。

其他方面的影响喷气式飞机排放的铅与高辛烷的分解物对臭氧层有影响，如不加以控制，将破坏臭氧层，地表的生物将暴露在有害的紫外线辐射之下。另外，高空飞行也造成高空卷云的增加。

就目前的情况而言，人类活动对大气的影响较突出的表现是二氧化碳、尘埃和污染物质的增加。虽然，人类活动对自然界里氮和氧的循环也有一定的影响，但由于大气中氮和氧的含量占绝对优势，相对而言，这一影响是极其微小的，可以认为长期以来自然界所形成的氮、氧的动力学平衡还未遭到严重的破坏。1

太阳系行星大气和系外行星大气太阳系行星大气太阳系的 8 颗行星大致可以分为两大类：靠近太阳的 4 颗内围行星（水星、金星、地球、火星）是固态星球，它们的体积和质量相对较小。外围的 4 颗行星（木星、土星、天王星、海王星）是气态星球，它们的体积和质量都较内侧的固态星球大得多。

太阳系固态星球和气态星球大气成分截然不同。在固态星球中，水星的大气层非常稀薄，基本可以忽略不计，金星和火星的主要大气成分都是CO2，而地球的主要大气成分是氮气（N2）和氧气（O2）。外围 4 个气态星球的主要大气成分都是氢气（H2）和氦气（He）。3

系外行星大气成分由于距离的遥远，现有的天文观测技术能够提供给我们的关于系外行星大气的化学成分、热力结构和大气环流特征还非常有限。但可以推测系外行星大气化学成分大致有以下几种类型：

质量远小于地球质量的系外行星是固态星球，很可能没有大气层。这是因为质量较小的行星的引力也较小，其大气层的气体分子的热力运动速度很容易达到行星的逃逸速度，导致气体分子逃逸到太空。而且，太阳风也很容易侵蚀大气层，并把气体分子吹向太空。

但如果质量较小的系外行星距离恒星较远，大气层温度较低，气体分子的热力速度较慢，不易发生气体分子逃逸，这些小行星仍有可能拥有大气层。

质量远大于地球质量的系外行星，尤其是质量大于地球质量 30 倍以上的类木行星，其大气主要成分应该与太阳系木星和土星的大气成分类似，H2和 He 的质量占大气总质量的 99%以上（H2和 He所占的比例大约是 89%和 10%），这两种成分是宇宙大爆炸后留下的原始星云的主要成分，也是宇宙中丰度最高的物质。

质量介于地球质量 10～30 倍的系外行星，其大气成分也应该是以 H2和 He 为主，类似于太阳系的天王星和海王星。但在天王星和海王星大气层中，H2所占的比例较木星和土星的要低一些，大约是 80%，而He 所占的比例则相对高一些，大约是 18%。冰质行星大气中甲烷和氨等成分的含量较巨型气态星球的要高。3