为啥地球的空气不会流入太空呢?是怎么保住的?

地球漂浮在广袤的太空,周围裹着一圈空气。几十亿年过去了,地球大气依然浓厚,滋养和保护着万物。有人就很奇怪,为啥地球的空气不会流入太空呢?其实这种认知是错误的,地球空气天天都在流失。

地球漂浮在广袤的太空,周围裹着一圈空气。几十亿年过去了,地球大气依然浓厚,滋养和保护着万物。有人就很奇怪,为啥地球的空气不会流入太空呢?其实这种认知是错误的,地球空气天天都在流失。我这样说肯定有许多人不相信,那么请大家耐着性子看完此文,就知道是怎么回事了。

  • 说到空气,就要先了解一下大气层

我们地球如果从地核算起,一共分为五层,这五层分别是地核、地幔、地壳、水圈、大气圈。地球的实体只有前面三层,如果细分,前面三层并不是界限分明的,每一个层次中间都有一个渐变的过渡层,今天就不多扯了这些了。

主要说说大气圈。所谓大气圈说的就是空气,空气成一圈包围着地球,因此又叫大气层。大气层是我们地球生态最重要的一个存在,正是因为有了大气层,生物们才能够呼吸,才能够阻挡和隔离太阳和宇宙发射过来的致命辐射,才有了风雨雷万千气象,让地球显得生机勃勃。

大气层没有一个准确的厚度,一般划分为对流层、平流层、中间层、电离层、外层等五个层级。因为地球一直在自转,而且是围绕着一个自转轴转,这样从南北两极到赤道的离心力就不一样,两极最小,赤道最大,这样地球本身也被甩成一个赤道有些突起的椭圆形球体。不过由于地球是个刚性天体, 因此这种变形不是很大,扁率只有1/299.67。

但由于大气是流体,赤道被甩出的状态就明显了很多。如对流层,平均厚度为12千米,在两极地区只有8千米左右,在赤道上空却有17千米。

  • 大气层各层次主要特点

顾名思义,对流层就是大气冷暖空气对流的地方,地面海面被太阳晒热的空气上升,上面的冷空气下降,这样循环往复全球流动,就产生了风雨雷电等自然现象,因此我们人类在地表感知的所有气候现象都发生在对流层。

大气层的厚度(也就是海报高度)无法准确定量,因为在海拔数万千米高空,还有大气分子存在,不过人们一般把地球大气厚度定为1000千米。这1000千米的大气,对流层密度最大,仅十几千米厚度就占据了全部大气总质量的75%以上,占有大气层的水汽总质量更是高达90%以上。

平流层在对流层上面10~50千米处。这里的空气不再上下对流,而是水平移动的平流;这里几乎没有水汽,每天都天气晴朗,不会发生天气变化。在平流层里距地表20~30千米这个区域,由于太阳紫外线作用于空气分子,形成了臭氧层,阻挡着太阳紫外线和高能粒子对地表的轰击,是地球亿万种生物的一道保护屏障。整个平流层上下温度差不多,因此要叫同温层。

平流层再往上到85千米高度,是大气中间层。这一层大气最显著特点是随着高度升高,温度递减很大,由此产生了强烈的对流,这里的空气吸收太阳紫外辐射被电离,有时会出现夜光云。

电离层一般发生在从海拔50千米到800千米这样一个巨大区域。由于受到太阳和宇宙射线的高能辐射,60千米以上整个大气都处于部分或全部电离状态,极光就是出现在这个层次。这种状态对无线电影响很大,会让无线电改变传播方向和速度,发生折射、反射、散射,甚至被吸收衰减。

在这个区域还被称为热层或暖层。因为这里的空气分子被太阳辐射变得很热,温度可达1000~2000℃。但由于这里空气分子密度极低,实际感觉还是异常寒冷。

外层,又称散逸层。这个区域包括海拔800千米以上,到3000千米。这个区域的空气已经十分稀薄,大气密度小于海平面的1亿亿分之一,虽然占据空间体积巨大,但总质量只占大气总量的10^-11,也就是1000亿分之一。实际上,在数万千米高空,依然有这里的空气分子存在,那里也还是叫散逸层。

  • 散逸层大气不断流失

地球生物赖以生存的浓密大气主要集中在对流层、平流层,那里的大气在地球引力作用下,被牢牢锁住在那里,是流不走的。散逸层接触的是高度真空的太空,而且地球的引力作用在这个高度已经比较难抓住空气分子了,加上太阳风的吹袭,稀薄的大气就会不断流失。

因此,大气流失主要是在散逸层。有人会说,羊毛出在羊身上,散逸层的大气哪里来?还不是薅社会主义羊毛,从对流层、平流层、中间层、电离层逐级薅走的。没错,从根本上说是这样的,但大气这样慢慢溜走这么一点并不怕,怕就怕太阳风刮走。

要知道太阳风风速可是每秒数百到上千千米,是地球上最大飓风速度的10000~20000倍!这些高速流动的带电粒子,如果直接轰击地球大气,大气将全部被电离,并很快被吹走,人们就再也不稀奇看到北极光南极光了,而是全球到处每天都可看到漫天烟花一样斑斓绚丽的极光,要不了多久,恐怕地球就成了光秃秃的了,不要说人类,一根茅草就不会留下。

  • 地球磁力场保护了地球大气

但咱地球可不是一般的星球,是久经沙场的武功高手,练就了一身金钟罩铁布衫,这个金钟罩铁布衫就是地磁。地球磁场从海拔700千米一直延伸到7万千米高空,因为太阳风是带电粒子,遇到地磁就没脾气了,被地球磁力线顺手牵羊四两拨千斤,在远离地表的地方顺着磁力线流向远方,这样阻挡了绝大部分太阳风对大气的侵袭,大气流失极少。

不过雁过拔毛,太阳风流过地球总不甘心一无所得,有时候就会发威,当太阳风强烈时,就会从地磁两极薄弱处入侵那么一小撮,这些带电粒子与大气发生作用,就会迸发出色彩斑斓的闪光,这就是所谓的北极光、南极光地由来。

  • 大气流失数量如何弥补

不过不管怎么说,地球大气还是每时每刻都在流失那么一点点,这一点点是多少呢?科学家经过测算,地球大气每天将有数百吨流失到太空,一年下来有10万吨左右。10万吨对我们普通人来说似乎是个很大数字,可能有人就要惊呼了:这还得了,坐吃山空,如此下去,10年、100年,再远点1000年,地球大气岂不就要流光了,咱们的子孙后代岂不都要被憋死了?

现在我告诉你,把心放在肚子里,大气保管你够用,不但你够用,你的子子孙孙都够用,因为大气一直在再生,一直保持着平衡。

这个再生主要来自三个个方面:一是地球绿色植物在阳光照耀下,通过光合作用,孜孜不倦地制造着氧气,补充大气流失和生物消耗的需要;二是火山爆发等各种地质活动,会将蕴含在地壳中的气体不断释放出来,补充大气总量;三是地球围绕着太阳公转,就像一个大吸尘器一直在清扫着轨道的宇宙尘埃和气体分子,将它们不断吸附回来。

事实上,地球大气自从形成以来,一直保持着一个基本平衡,只是大气组成结构会不断发生一些变化。比如远古大气没有或极少氧,是海藻等绿色植物通过光合作用释放出氧,大气才渐渐形成了今天的样子,而生物正是随着大气的变化而不断进化演化走到今天的。

  • 地球大气组成和总量

现在的地球大气主要组成成分为(体积比例):氮78.1%、氧20.9%、氩0.93%、二氧化碳0.03%,还有约0.01%其他稀有气体,主要为氖、甲烷、氪、氢、氙、二氧化氮等。

地球大气重量约有6000万亿吨,每年即便流失10万吨,只占总质量的1.7*10^-11,也就是1700亿分之一,1000年也只会流失1.7亿分之一,这点流失,是不会影响到你的子子孙孙呼吸的。实际上,地球大气一直在不断补充,保持平衡,这下放心了吧?

  • 大气一直在流失,地球总质量能平衡吗?

还有人可能担心,虽然大气能够有一个平衡,但地球每年都在流失质量,不会越来越轻吗?这点就更不用担心了,地球质量不是在变轻,而是在不断变重。

这是因为地球每天都在接受天外来客,这些来客就是宇宙尘埃和流星陨石等,经测算,这些都东西不但能够补充地球大气流失的质量损失,而且还富富有余,每年至少要富余10万吨之多。这样又有人担心了,地球岂不会变得越来越重,越来越大吗?

如果随便计算一下就知道,地球增加这点质量是微乎其微的。地球总质量有60万亿亿吨,每年增加10万吨,1000年也只增加了1亿吨,地球依然还是60万亿亿吨,这点质量撒在地球上,给地球增加了35个纳米的厚度,这个厚度比新冠病毒还小1/3,人类根本无法感觉。

这样,各位放心了吧?事实上,只要人类自己不作死,好好维护好自然生态,地球就会给人类加倍的回报,我们的子孙后代也无需担心空气问题。对这个观点各位有什么看法?欢迎讨论。如能给您带来点知识的享受,本人深感荣幸,并期盼得到您的支持点赞和关注。

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