大氣層的形成過程
大氣層是地質(zhì)學(xué)專業(yè)術(shù)語，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。那你知道怎么才會形成大氣層嗎?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于大氣層的形成原因的答案，希望大家喜歡!
大氣層的形成原因
對流層在大氣層的最低層，緊靠地球表面，其厚度大約為10至20千米。對流層的大氣受地球影響較大，云、霧、雨等現(xiàn)象都發(fā)生在這一層內(nèi)，水蒸氣也幾乎都在這一層內(nèi)存在，還存在大部分的固體雜質(zhì)。這一層的氣溫隨高度的增加而降低，大約每升高1000米，溫度下降5～6℃;動、植物的生存，人類的絕大部分活動，也在這一層內(nèi)，因為這一層的空氣對流很明顯，故稱對流層。對流層以上是平流層，大約距地球表面20至50千米。平流層的空氣比較穩(wěn)定，大氣是平穩(wěn)流動的，故稱為平流層。在平流層內(nèi)水蒸氣和塵埃很少，并且在30千米以下是同溫層，其溫度在-55℃左右，溫度基本不變，在30千米至50千米內(nèi)溫度隨高度增加而略微升高。平流層以上是中間層，大約距地球表面50至85千米，這里的空氣已經(jīng)很稀薄，突出的特征是氣溫隨高度增加而迅速降低，空氣的垂直對流強(qiáng)烈。中間層以上是暖層，大約距地球表面100至800千米，最突出的特征是當(dāng)太陽光照射時，太陽光中的紫外線被該層中的氧原子大量吸收，因此溫度升高，故稱暖層。散逸層在暖層之上，為帶電粒子所組成。
大氣層又稱大氣圈，是因重力關(guān)系而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地，大氣圈沒有確切的上界，在離地表2000~16000公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子，在地下，土壤和某些巖石中也會有少量氣體，它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個組成部分，地球大氣的主要成分為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體，這些混合氣體被稱為空氣，地球大氣圈氣體的總質(zhì)量約為5.136×10^21克，相當(dāng)于地球總質(zhì)量的百萬分之0.86，由于地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi)，其中75%的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層范圍內(nèi)，根據(jù)大氣溫度垂直分布和運動特征，在對流層之上還可分為平流層、中氣層、增溫層等。大氣層保護(hù)地表避免太陽輻射直接照射，尤其是紫外線;也可以減少一天當(dāng)中極端溫差的出現(xiàn)。
除此之外，還有兩個特殊的層，即臭氧層和電離層。臭氧層距地面20至30千米，實際介于對流層和平流層之間。這一層主要是由于氧分子受太陽光的紫外線的光化作用造成的，使氧分子變成了臭氧。電離層很厚，大約距地球表面80千米以上。電離層是高空中的氣體，被太陽光的紫外線照射，電離層由帶電荷的正離子和負(fù)離子及部分自由電子形成的。電離層對電磁波影響很大，我們可以利用電磁短波能被電離層反射回地面的特點，來實現(xiàn)電磁波的遠(yuǎn)距離通訊。
在地球引力作用下，大量氣體聚集在地球周圍，形成數(shù)千公里的大氣層。氣體密度隨離地面高度的增加而變得愈來愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍發(fā)現(xiàn)有稀薄大氣，有人認(rèn)為，大氣層的上界可能延伸到離地面6400公里左右。據(jù)科學(xué)家估算，大氣質(zhì)量約6000萬億噸，差不多占地球總質(zhì)量的百萬分之一。大氣體積成分：氮78%、氧21%、氬0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外還有水汽、塵埃、氣溶膠及大粒度懸浮顆粒。由于地磁場的保護(hù)作用，使得大氣層在太陽風(fēng)及宇宙高能射線流的刮蝕作用下得以保存。
自然狀態(tài)下，大氣是由混合氣體、水汽和雜質(zhì)組成。除去水汽和雜質(zhì)的空氣稱為干潔空氣。 干潔空氣的主要成分為78.09%的氮，20.94%的氧，0.93%的氬。這三種氣體占總量的99.96%，其它各項氣體含量計不到0.1%，這些微量氣體包括氖、氦、氪、氙等稀有氣體 。在近地層大氣中上述氣體的含量幾乎可認(rèn)為是不變化的，稱為恒定組分。
在干潔空氣中，易變的成分是二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等，這些氣體受地區(qū)、季節(jié)、 氣象以及人類生活和生產(chǎn)活動的影響。正常情況下，二氧化碳含量在20km以上明顯減少。
大氣層的層次
對流層
對流層(troposphere;convection zone)。定義1：大氣最下層，厚度(8～17公里)隨季節(jié)和緯度而變化，隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/公里，有對流和湍流。天氣現(xiàn)象和天氣過程主要發(fā)生在這一層。應(yīng)用學(xué)科：大氣科學(xué)(一級學(xué)科);大氣(二級學(xué)科)。定義2：恒星內(nèi)部冷熱氣體不斷升降對流的區(qū)域。應(yīng)用學(xué)科：天文學(xué)(一級學(xué)科);天體物理(二級學(xué)科) 地球?qū)α鲗?troposphere)。
位于大氣的最低層，從地球表面開始向高空伸展，直至對流層頂，即平流層的起點為止。平均厚度約為12公里，它的厚度不一， 其厚度在地球兩極上空為8公里，在赤道上空為17公里，是大氣中最稠密的一層，集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。其下界與地面相接，上界高度隨地理緯度和季節(jié)而變化。它的高度因緯度而不同，在低緯度地區(qū)平均高度為17～18公里，在中緯度地區(qū)平均為10～12公里，高緯度地區(qū)平均為8～9公里，并且夏季高于冬季。
在高緯度的地區(qū)，因為地表的摩擦力會影響氣流，形成了一個平均厚2公里的行星邊界層。這一層的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦會被逆流層的分隔而與對流層的其他部份分開。
英語里的對流層一字“Troposphere”的字首，是由希臘語的“Tropos”(意即“旋轉(zhuǎn)”或“混合”)引伸而來。正因?qū)α鲗邮谴髿鈱又型牧髯疃嗟囊粚?，噴射客機(jī)大多會飛越此層頂部(即對流層頂)用以避開影響飛行安全的氣流。
在宇宙中恒星也有對流層， 太陽內(nèi)部能量向外傳播除輻射，還有對流過程。即從太陽0.71個太陽半徑向外到達(dá)太陽大氣層的底部，這一區(qū)間叫對流層。這一層氣體性質(zhì)變化很大，很不穩(wěn)定，形成明顯的上下對流運動。這是太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最外層。
大氣中的水汽幾乎都集中于此，是展示風(fēng)云變幻的“大舞臺”：刮風(fēng)、下雨、降雪等天氣現(xiàn)象都是發(fā)生在對流層內(nèi)。對流層最顯著的特點是有強(qiáng)烈的對流運動。
該層有如下特點：
(1)溫度隨高度的增加而降低：這是因為該層不能直接吸收太陽的短波輻射，但能吸收地面反射的長波輻射而從下墊面加熱大氣。因而靠近地面的空氣受熱多，遠(yuǎn)離地面的空氣受熱少。每升高1公里，氣溫約下降6.5度。
(2)空氣對流：因為巖石圈與水圈的表面被太陽曬熱，而熱輻射將下層空氣烤熱，冷熱空氣發(fā)生垂直對流，又由于地面有海陸之分、晝夜之別以及緯度高低之差，因而不同地區(qū)溫度也有差別，這就形成了空氣的水平運動。
(3)溫度、濕度等各要素水平分布不均勻：大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物以及人類活動產(chǎn)生的有毒物質(zhì)進(jìn)入空氣層，故該層中除氣流做垂直和水平運動外，化學(xué)過程十分活躍，并伴隨氣團(tuán)變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、霧等一系列天氣現(xiàn)象。
平流層
平流層(stratosphere)，又稱同溫層。定義1：從對流層頂?shù)郊s50公里高度的大氣層。層內(nèi)溫度通常隨高度的增加而遞增。底部溫度隨高度變化不大。應(yīng)用學(xué)科：大氣科學(xué)(一級學(xué)科);大氣(二級學(xué)科)。定義2：距地表約10～50公里處的大氣層。位于對流層之上，逸散層之下。應(yīng)用學(xué)科：生態(tài)學(xué)(一級學(xué)科);全球生態(tài)學(xué)(二級學(xué)科);平流層(stratosphere)，亦稱同溫層，是地球大氣層里上熱下冷的一層，此層被分成不同的溫度層，當(dāng)中高溫層置于頂部，而低溫層置于底部。它與位于其下貼近地表的對流層剛好相反，對流層是上冷下熱的。在中緯度地區(qū)，平流層位于離地表10~50公里的高度，而在極地，此層則始于離地表8公里左右。
對流層上面，直到高于海平面50公里這一層，氣流主要表現(xiàn)為水平方向運動，對流現(xiàn)象減弱，這一大氣層叫做“平流層”，又稱“同溫層”。這里基本上沒有水汽，晴朗無云，很少發(fā)生天氣變化，適于飛機(jī)航行。在20~30公里高處，氧分子在紫外線作用下，形成臭氧層，像一道屏障保護(hù)著地球上的生物免受太陽紫外線及高能粒子的襲擊。
中間層
中間層(Mesosphere)，又稱中層。自平流層頂?shù)?5公里之間的大氣層。
該層內(nèi)因臭氧含量低，同時，能被氮、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經(jīng)大部分被上層大氣所吸收，所以溫度垂直遞減率很大，對流運動強(qiáng)盛。中間層頂附近的溫度約為190K;空氣分子吸收太陽紫外輻射后可發(fā)生電離，習(xí)慣上稱為電離層的D層;有時在高緯度地區(qū)夏季黃昏時有夜光云出現(xiàn)。
物質(zhì)組成：氮氣和氧氣為主，幾乎沒有臭氧。該層的60-90公里高度上，有一個只有在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D層。
電離層
電離層(Ionosphere)/暖(熱)層(Thermosphere)。
電離層是地球大氣的一個電離區(qū)域。60公里以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。大約距地球表面10~80公里。散逸層在暖層之上，為帶電粒子所組成。
該層特點是：
除地球外，金星、火星和木星都有電離層。電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域，其中存在相當(dāng)多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射、反射和散射，產(chǎn)生極化面的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。
在電離作用產(chǎn)生自由電子的同時，電子和正離子之間碰撞復(fù)合，以及電子附著在中性分子和原子上，會引起自由電子的消失。大氣各風(fēng)系的運動、極化電場的存在、外來帶電粒子不時入侵，以及氣體本身的擴(kuò)散等因素，引起自由電子的遷移。在55公里高度以下的區(qū)域中，大氣相對稠密，碰撞頻繁，自由電子消失很快，氣體保持不導(dǎo)電性質(zhì)。在電離層頂部，大氣異常稀薄，電離的遷移運動主要受地球磁場的控制，稱為磁層。
電離層的主要特性由電子密度、電子溫度、碰撞頻率、離子密度、離子溫度和離子成分等空間分布的基本參數(shù)來表示。但電離層的研究對象主要是電子密度隨高度的分布。電子密度(或稱電子濃度)是指單位體積的自由電子數(shù)，隨高度的變化與各高度上大氣成分、大氣密度以及太陽輻射通量等因素有關(guān)。電離層內(nèi)任一點上的電子密度，決定于上述自由電子的產(chǎn)生、消失和遷移三種效應(yīng)。在不同區(qū)域，三者的相對作用和各自的具體作用方式也大有差異。
中間層以上，到離地球表面500公里，叫做“熱層”。在這兩層內(nèi)，經(jīng)常會出現(xiàn)許多有趣的天文現(xiàn)象，如極光、流星等。
外層
外層(Exosphere)，又名散逸層，熱層頂以上是外大氣層，延伸至距地球表面1000公里處。這里的溫度很高，可達(dá)數(shù)千度;大氣已極其稀薄，其密度為海平面處的一億億分之一。外大氣層也叫磁力層，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區(qū)域，外面沒有什么明顯的邊界。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低，近磁赤道上空在向太陽一側(cè)，約有9~10個地球半徑高，換句話說，大約有65000千米高。在這里空氣極其稀薄。
通常把1000公里之內(nèi)，即電離層之內(nèi)作為大氣的高度，即大氣層厚1000公里。
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大氣層的形成過程
