地球大气层：关于我们星球保护伞的事实

顺其自然362

地球的大气层真的很特别。(图片鸣谢:Terry Virts/NASA)

（）据美国太空网（蒂姆·夏普，黛西·多布里耶维奇）：地球的大气层是一个薄薄的空气带，根据温度由许多层组成。

没有这层保护毯，地球上的生命就不会存在，因为它保护我们免受太阳发出的热和辐射，并包含我们呼吸的空气。

虽然氧气对地球上的生命至关重要，但它不是我们大气的主要成分。根据教育网站Vision Learning，地球的大气层由大约78%的氮气、21%的氧气、0.93%的氩气、0.04%的二氧化碳以及微量的氖气、氦气、甲烷、氪气、臭氧和氢气以及水蒸气组成。

但是地球的大气层到底有多高呢？嗯，那得看你问谁了！根据美国宇航局的说法，地球大气层的上层——外逸层——延伸到6200英里(10000公里),在此之上，大气层和太空融为一体。虽然不是每个人都同意太空实际上是从哪里开始的，但大多数科学家都同意，位于海平面以上62英里(100公里)的卡门线标志着地球和太空之间的过渡点。由于地球大气层的99.99997%位于这一点以下，这被认为是划分地球和太空边界的合理高度。

地球大气层

地球大气层从低到高主要由五层组成:对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。



地球大气层的五个主要层。(图片鸣谢:未来)

根据国家水和大气研究所(NIWA)的研究，这些层是根据温度来划分的。大气层在每一个更高层变薄，直到气体消散在太空中。气压随着海拔的升高而降低。在海平面上，气压约为每平方英寸14.7磅(每平方厘米1千克)，大气相对稠密。在10，000英尺(3公里)的高度，气压为每平方英寸10磅(每平方厘米0.7千克)，这意味着组成大气层的气体分子密度较低。这使得一个人更难呼吸和获得足够的氧气来生存，尽管有证据表明在高高的云层中存在微生物。

对流层

对流层是大气的最低和最稠密的层，根据NIWA，大气中大约75%的空气存在于这一层。对流层从地球表面延伸到大约5到9英里(8到14.5公里)高。

你知道吗？

根据美国宇航局的说法，对流层的高度在地球的两极较低，在赤道较高。

根据美国宇航局的说法，“对流层”意味着变化，这一大气层名副其实。气体在对流层中不断混合，地球上的大部分天气都出现在这里。据教育网站CK-12报道，当太阳温暖地球表面，使上面的空气变暖时，对流层中的湍流就会产生。暖空气上升，然后膨胀(由于较低的气压)并冷却。冷空气下沉形成高压系统。根据世界地图集，大多数直升机和轻型飞机在对流层飞行。

平流层

平流层是地球大气层的第二层。平流层始于对流层之上，延伸约31英里(50公里)高。根据NIWA的说法，地球大气中的大部分臭氧位于平流层。臭氧通过吸收来自太阳的有害紫外线来保护我们。紫外线辐射的吸收加热了平流层，这一层的温度实际上随着高度的增加而增加。根据Weather.gov的数据，平流层的温度范围从底部的零下60华氏度(-51摄氏度)到顶部的5华氏度(-15摄氏度)。根据航空教育网站Aero Corner的说法，商业飞机倾向于在平流层下部飞行，以避开对流层的天气系统。

中间层

中间层是地球大气层的第三层。根据美国宇航局的说法，中间层开始于平流层之上，延伸到大约53英里(85公里)高。

根据美国国家大气研究中心的数据，中间层的顶部被称为中间层顶，是地球大气中最冷的部分，平均温度约为零下130华氏度(零下90摄氏度)。中间层很难分析，因为喷气式飞机和气球飞得不够高，但卫星飞得太高，无法直接研究该层。然而，我们知道大多数流星在这一层燃烧，被称为夜光云的高云(也称为极地中间层云)偶尔在中间层形成。

热层

地球大气层的第四层是热层。根据美国宇航局的说法，它开始于中间层之上，延伸到大约372英里(600公里)高。根据NIWA的说法，热层是另一个温度随高度升高的大气层。变暖是由吸收紫外线和太阳发出的X射线引起的。

热层被认为是地球大气层的一部分，但空气密度非常低，这一层的大部分通常被认为是外层空间。事实上，这是航天飞机飞过的地方，也是国际空间站环绕地球的地方。

外层空间

根据美国宇航局的说法，外逸层是地球大气层的最高层，从地球表面上方大约6200英里(10000公里)的热层顶部延伸。外逸层由氢和氦的粒子组成，它们分布很广，很少碰撞。

电离层

根据美国宇航局的说法，电离层是地球大气层中非常活跃的一层，横跨中间层，热层和外逸层。它不是一个独特的层，实际上它的增长和收缩取决于它从太阳吸收多少能量。

我们要感谢电离层，因为美丽的极光在夜空中翩翩起舞。在这里，来自太阳风的离子与大气中的氧和氢分子碰撞，激发它们进入更高的能量状态。原子通过发射光子来释放多余的能量，我们看到了彩色的北极光和南极光。

天气和气候有什么不同？



撒哈拉沙漠从大西洋向东延伸约3000英里到达尼罗河和红海，从摩洛哥的阿特拉斯山脉和地中海海岸向南延伸1000多英里到达被称为萨赫勒的大草原。非洲北部的撒哈拉沙漠气候炎热干燥。撒哈拉的天气包括沙尘暴和超过117华氏度(47摄氏度)的天气。(图片鸣谢:NASA的MODIS仪器(中分辨率成像光谱仪)。)

广义而言，天气指的是大气条件的短期变化，而气候指的是根据美国地质调查局的数据，某一特定地点在一段较长时间内的平均天气条件。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)进一步将这种差异简单地描述为“气候是你所期望的，天气是你所得到的”。

大学大气研究公司将区域气候定义为一个地方超过30年的平均天气。一个地区的气候通常被描述为，例如，阳光充足、多风、干燥或潮湿。这些也可以描述某个地方的天气，但是虽然天气可以在几个小时内变化，但气候变化需要更长的时间。

地球的全球气候是各地区气候的平均值。纵观历史，全球气候变冷变暖。今天，我们看到异常快速的变暖。正如政府间气候变化专门委员会(气候专委会)所指出的那样，科学界的共识是，由于人类活动而不断增加的温室气体正在吸收大气中的热量。

专家解答的地球大气常见问题

我们问了于几个关于地球大气的常见问题。

Fangqun Yu
大气科学家

纽约州立大学奥尔巴尼大学大气科学研究中心高级研究员。他的研究兴趣包括大气中粒子的形成和增长、空气质量和极端天气。

地球的大气层是由什么组成的？

地球的大气层主要由氮(约78%)和氧(21%)组成，还有微量的其他气体，如氩、水蒸气、二氧化碳、甲烷、臭氧等...

地球的大气层有多高？

地球的大气层从地表延伸到大约10，000公里(6，213英里)的高度。大部分气团被限制在大气的较低部分，越高空气越稀薄。

地球的大气层有不同的层次吗？

是的。主要根据温度随高度的变化，地球大气层可分为五层:对流层(地表至约12公里)、平流层(约12公里至约50公里)、中间层(约50公里至约80公里)、热层(约80公里至700公里)和外逸层(约700公里至10，000公里)。

如果地球的大气层消失了，会发生什么？

地球表面没有任何东西可以存活。没有云和雨，所有的海水都会蒸发。有害的紫外线辐射将畅通无阻地照射到地球表面。由于强烈的阳光，地球表面的白天会非常热，而没有温室效应的夜晚会非常冷。

大气差异:地球、金星和火星



地球的大气层是由五个主要层组成的薄薄的一层空气。(图片来源:NASA)

为了更好地了解地球的形成和组成，科学家们有时将我们的星球与金星和火星进行比较。这三颗行星本质上都是岩石，是内太阳系的一部分，这意味着它们位于太阳和小行星带之间。

金星的大气层几乎完全由二氧化碳组成。整个地球被厚厚的有毒硫酸云笼罩，这些硫酸云吸收热量，导致了众所周知的失控温室效应。因此，金星是太阳系中最热的行星，尽管它是距离太阳第二近的行星。根据美国宇航局的说法，航天器必须得到大力加强，才能经受住压碎的压力(比地球重90倍)，以及足以熔化铅的烤箱般的表面温度(900华氏度或475摄氏度)。金星没有明显的季节温度变化。

火星的大气也主要由二氧化碳组成，还有微量的氮气、氩气、氧气、一氧化碳和其他一些气体。根据美国宇航局的说法，这颗红色星球的大气比地球的大气薄约100倍，这与古代的情况非常不同，当时地质证据显示，数十亿年前火星曾经更加潮湿和温暖。如果你站在火星上仰望天空，映入你眼帘的是由悬浮在空气中的尘埃粒子引起的红色，而不是我们在地球上看到的蓝色天空。由于火星大气层稀薄，来自太阳的热量很快就会从火星上散发出去。根据美国宇航局的说法，如果你中午站在火星赤道上，你的脚会感受到75华氏度(24摄氏度)的温暖，尽管你头部的温度会相当寒冷，约为32华氏度(0摄氏度)。

科学家们经常将小型岩石系外行星与地球、金星和火星进行比较，以更好地了解它们的可居住性。“可居住性”的公认定义是，一颗行星距离恒星足够近，以至于其表面存在液态水。太远，水变得冰冷；太近，水就会蒸发。然而，可居住性不仅取决于恒星与行星的距离，还取决于行星的大气、恒星的可变性和其他因素。