7 大气和大气化学

1. 大气组成的演化

按地球形成的星云假说，地球星云由尘埃和气体质点凝聚而成。在原始的气体尘云中，氦、氖、氢是最普通的气体，氦和氖的化学惰性大，不形成化合物，因此它们很快逃逸离地球而去，目前地球上氦和氖的浓度比起它们在宇宙空间中的平均浓度来是非常小的。另一方面，氢虽然比氦和氖都轻， 但它为地球阻留的比例比较大，这是因为氢容易与其他元素化合的缘故（特别在后来与氧化合成水）。

原始存在的氢和氦可通过核聚变反应而合成重元素，其间发生的反应如下：

¹ H +¹ H → ² H + β + (正电子) + ν(中微子)

1 1 1

² H +¹ H → ³He + γ(γ射线)

1 1 2

³ He +³ He → ⁴ He + 2¹ H

2 2 2 1

4¹ H

→ ⁴He + 2β⁺ + 2γ + 2ν

上列反应进程释放出巨大能量，可引起进一步核聚变反应：

³ He +⁴ He → ⁷ Be + γ

2 2 4

⁷ Be +¹ H → ⁸B + γ

4 1 5

^{8 8} Be + β⁺ + ν

⁸ Be +⁴ He → ¹²C

4 2 6

¹² C +⁴ He → ¹⁶O

6 2 8

¹² C + 2¹ H → ¹⁴ N + β^{+ + 2γ + n（中子）}

6 1 7

在大气中生成了碳、氧、氮等元素后，就有可能与氢结合，生成 CH4 、H2O、NH3 等化合物，所以在这一地质时期，原始大气中氨和甲烷占据很大比例，它们的比重很大，容易被地球引力保持住，多余的氢和氦继续向宇宙空间逃逸，而生成的水则形成海洋。

晚近阶段，在地球上形成的大量的水可在太阳光辐照下发生光分解反应，从而生成了氧气：

H O ^hv→H + O

由于氧气的生成，地球上才可能产生生物，形成生物圈。另一方面，氧气又与大气中原有的多量甲烷、氨反应生成 CO2、H2O 和 N2 等化合物：

O2+CH4→CO2+H2O O2+NH3→N2+H2O

因此当前大气中的主要成分是 N2、O2、H2O 和 CO2。

通常所说的空气，常作为大气的同义词，二者没有实质性差别。一般习惯是将供人和动植物活动的某个场所的气体环境称为空气，或将对流层和平流层的下层部分合称为空气层。而大气物理学、大气气象学、自然地理学以及环境科学的研究中，常常以大区域或全球性的气流为研究对象，则常用大

气一词。此外，目前各国制订局部地区空气污染与区域性大气污染的标准和评价方法等方面仍然存在区别，因而对前者常用“空气污染”，而对后者常用“大气污染”之名。