干洁空气中的成分(25km 高度以下)
气体成分 |
分子量 |
干洁空气中的含量体积(%) |
标准状况下的密度绝对值( g/m3 ) |
---|---|---|---|
氮( N2 ) |
28.016 |
78.09 |
1250 |
氧( O2 ) |
32.000 |
20.95 |
1429 |
氩( Ar ) |
39.944 |
0.93 |
1786 |
二氧化碳( CO2 ) |
44.01 |
0.03 |
1977 |
氖( Ne ) |
20.183 |
1.8 × 10-3 |
900 |
氦( He ) |
4.003 |
5.24 × 10-4 |
178 |
甲烷( CH4 ) |
16.043 |
2.2 × 10-4 |
717 |
氪( Kr ) |
83.700 |
1.1 × 10-4 |
3736 |
一氧化二氮( N2O ) |
44.016 |
0.5 × 10-4 |
1978 |
一氧化碳( CO ) |
28.01 |
1.0 × 10-5 |
|
氢( H2 ) |
2.016 |
0.5 × 10-4 |
90 |
氙( Xe ) |
131.300 |
0.8 × 10-4 |
5891 |
臭氧( O3 ) |
48.000 |
1.0 × 10-6 |
2140 |
大气中含量最多的成分是氮,按体积比占 78%。大气中的氮能冲淡氧, 使氧不致太浓,氧化作用不过于激烈。在常温下,分子氮的化学性质不活泼, 人和动物不能直接利用它,但植物的生长却离不开它。氮是植物制造叶绿素的原料,也是制造蛋白质的原料。氮还是制造化学肥料的原料。豆科植物可通过根瘤菌的作用,固定到土壤中,成为植物生长所需的氮肥。
大气中含量排在第二位的是氧。氧是人类及其他动植物呼吸、维持生命不可缺少的气体。此外,氧还决定着有机物质的燃烧、腐败及分解过程。
大气中的氧分子分解为氧原子,每个氧原子又与另外的氧分子结合就形成了另外一种气体——臭氧,因其有一种特殊的臭味而得名——臭氧。臭氧通常呈浅蓝色。在常压下,当温度降至-112.4℃时,气体臭氧就变为暗蓝色的液体。当温度降至-251.4℃时,它就凝固成紫黑色的晶体。
大气中臭氧的含量很少,而且随着高度的变化而变化。在近地面层臭氧含量很少,从 10 公里高度开始逐渐增加,在 12~15 公里以上含量增加特别显著,在 20~25 公里高度处达最大值,再往上,臭氧的含量逐渐减少,到55~60 公里高度上就极少了。
在水平方向上,臭氧的分布也有所不同。赤道和低纬度的臭氧含量最少, 随着纬度的增高,臭氧含量也增加。臭氧也有季节变化和日变化。北半球高纬度地区,春季臭氧含量最大,秋季最小。
臭氧能大量吸收太阳紫外线,使极少量的紫外线到达地面,使地面上的生物免受过多紫外线的伤害。少量的紫外线能杀菌防病,促进机体内维生素D 的形成,有利于机体增大和防止佝偻病。
二氧化碳是无色、无嗅、无味的气体。燃料的燃烧,有机物的腐化以及
动、植物的呼吸都产生二氧化碳。同时,二氧化碳又是植物在光合作用下生长的原料。绿色植物在新陈代谢过程中,吸收 CO2 合成碳水化合物和其他物质。
二氧化碳对太阳辐射吸收很少,却能强烈吸收地面辐射,使从地表往外辐射的热量不易散失到太空中去。
大气中的水汽主要来自海洋、湖泊、河流和潮湿物体表面的水分蒸发。海洋面积约占地球表面积的 70%。平均而言,整个海洋表面每年约有 100 厘米厚的水层转化为水汽,全年由海洋蒸发到空中的水汽达 350 万亿吨之多; 陆地上的河流湖泊、地面上的动植物都在向大气输送水汽。
空气中的水汽含量随高度变化而变化。一般说来,水汽含量聚集在距地面 3 公里范围内,高度越高,水汽越少。观测证明,在 1.5~2 公里高度上, 空气中水汽含量已减少为地面的一半;在 5 公里高度,减少为地面的 1/10; 再往上,就少得可怜了。就地理分布而言,纬度越高,水汽含量越少,离海洋愈远,水汽含量愈少。在寒冷干燥的内陆地区上空,水汽含量几乎接近于零,而在温暖的洋面或热带丛林上空,其含量按容积来说可达 4%。
海洋和大陆表面的水蒸发成水汽进入大气被气流带至远处,又产生降水重新回到地球表面。其中,有 3/4 的降水落到海洋上,剩下的 1/4 则降落在大陆上。就形成了持续不断的地球和大气的水分循环。全年全球的降水量和蒸发量大致相等。通过大气中水分的蒸发、凝结、成云致雨、落雪降雹,使地球与大气间的热量和水分得到交换,天空也变幻多端,时晴时雨。
大气中悬浮着各种各样大小不同的固体杂质和液体微粒。
固体杂质的来源有自然因素和人为因素。自然因素包括被风吹起的土壤微粒及火山喷发的烟尘,宇宙尘埃和陨石灰烬,细菌、微生物、植物的孢子花粉,岩石风化后的粉尘,海水飞溅扬入大气后被蒸发的盐粒等等。人为因素主要是人类活动和工业生产过程中排放的烟粒和粉尘等。它们大多集中在大气的底层。其分布随着时间、地区和天气条件的变化而变化。一般,在近地面大气中陆上多于海上,城市多于乡村,冬季多于夏季。
液体微粒是指悬浮在大汽中的水滴、过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。它们和固体颗粒都可以吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热。它们可以阻碍视线,降低能见度和污染空气,影响人类活动和危害人类健康。但是,它对云雾降雨却起着重要作用,它是水汽凝结的核心。没有它,即使大气环境已达到饱和状态,水汽还是不能凝结成云雾。人工降雨,就是利用了上述原理, 把碘化银撒入云中,就会促使过冷水滴冻结,产生局部降雨。碘化银的作用就类似于悬浮颗粒,它提高了水滴冻结的温度,在降水中起了催化作用。