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[猎奇]为什么地球上的空气不会流入太空?[10P] [复制链接]

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这个观点是不准确的,地球的大气层每时每刻都在流失,而且流失的数量还不少。那么,有朋友不禁要问了,地球诞生已经40多亿年了,为什么大气层没有因这种持续性的流失而变得越来越稀薄呢?下面,我尽量用简单的语言给大家解释解释。


地球的大气层以及引力的束缚
地球的大气层,从地面开始算起,根据高度、温度、密度、组成等特征的不同,可以依次分为对流层、平流层、中间层、热层以及散逸层5个圈层,其中对地球表面的生物影响最大的是对流层,这一层的平均高度仅为12公里,与上千公里的大气层总高度相比,似乎微不足道,但是对流层中的大气分子数量,占据了整个大气层的80%以上,而且水汽的含量占到了90%以上。


对流层再往上,平流层中的大气分子数量,占到整个大气层的10%左右,这里空气不再发生对流,随着高度的增加,温度逐渐上升。由于空气环境非常稳定,飞机以及太空探测器往往都在这个区域运行。在该层中,在太阳紫外线的作用下,与空气发生相关反应,形成臭氧,聚合成薄薄的臭氧层,有效阻挡了太阳紫外线和其它部分高能粒子对地表的冲击,这种有效的保护机制,对包括人类在内的各种生命体的生长和发展创造了至关重要的环境。


平流层再往上的中间层、热层和散逸层中,随着高度的降低,空气变得越来越稀薄,特别是在散逸层中,在太阳辐射的作用下,大气分子呈现出高度电离的状态,形成一圈等离子体包裹着地球,温度高达1500摄氏度以上。


按照万有引力定律,一个物体距离地球越近,那么所受到的地球引力也越大,大气层同样如此。地球的大气层总质量约为5*10^15吨,在近地面物体所受到的大气压,达到了每平方厘米约1万牛顿,这个大气压被定义为1个标准大气压。随着高度的上升,大气分子所受到的地球引力逐渐减少,因此气体密度越往上就越低,大气压强也越来越小。


所以,地球的大气层分布并不是均匀的,在到达散逸层之后,气体的密度变得越来越小,一方面这里的稀薄气体受到的引力很小,另一方面,气体分子的动能很高,所以有很大的几率会突破地球引力的束缚,从而扩散到宇宙空间中。只不过,在散逸层及其外围空间,大气的密度仅有地球表面的1亿亿分之一甚至更少,所以逃逸出去的大气数量,与地球大气层的总体数量相比,几乎可以忽略不计。


地球大气层的“流失”
刚才提到了,地球大气层的流失,主要发生在散逸层。由于散逸层的空气密度非常小,因此它与宇宙空间的界限非常模糊,在这么广阔的高温、弱引力环境下,这里的稀薄大气在自身高速运行以及每时每刻都在发生的太阳风“吹拂”下,自然会向真正的宇宙空间中散失。据科学家们推测,地球每年通过散逸层流失的大气总量,达到数十万吨。


由于大气层中的气体是一种流体,当散逸层中的大气持续向宇宙空间输出气体分子时,在它之下的大气层,也会源源不断地向散逸层输入气体,就像阶梯一样,从下往上不断地输送气体,从而保障各层之中大气的密度保持一种动态的平衡。
那么,这里面就有一个问题,如果只输出不输入的话,大气层作为一个整体,经过几十亿年的历程,大气层为何气体没有变得越来越稀薄呢?究其原因,地球大气层拥有着自身一整套的保护和输入机制。
地球大气层的“保护”和输入机制
从保护机制上来看,地球的磁场发挥了至关重要的作用。地球磁场覆盖了地球一直到7万公里的高空,完全将地球的大气层笼罩在其中。来自太阳和宇宙空间的高能粒子,特别是太阳风,当到达地球的磁场区域时,带电粒子便会受到地球磁场的强烈作用,或反弹回宇宙空间,或偏离原来线路避开地球,或沿着磁力线方向被引导到地球的两极,从而绝大部分的带电粒子被地球磁场“卸下”了,有效避免了无数高能粒子对大气层的冲击,否则在太阳风的吹拂下,地球的大气层早就像火星那样,所剩无几了。


当然,只有“保护”机制还不够,毕竟这些高能粒子,还是有很少一部分,会在两极与大气分子发生作用,产生极光现象,从而消耗着一部分的大气分子。另外,处在散逸层外围的大气分子,也在时刻进行着逃脱地球引力的“抗争”,如果没有其它的输入途径,那么久而久之,地球的大气也会变得越来越少,就像“温水煮青蛙”一样。
好在地球有大气的“输入”机制。这种输入包括两个主要渠道,一种是内部,一种是外部。从内部来看,大量绿色植物,可以利用太阳能进行光合作用,从而制造出氧气,氧气在生物圈中循环,形成其他各种气体物质,从而补充一部分的大气物质。另一方面,地球的火山喷发、地震等地质活动,也能够将蕴藏在地球内部的多种气体物质,从地球内部带到大气层中来。


从外部途径来看,在地球围绕着太阳、太阳围绕着银河系中心公转的同时,在引力的作用下,也会将沿途星际空间中非常稀薄的一些气体物质和星际尘埃,像吸尘器一样给吸进地球的大气空间中来。另外,一些陨石、小行星撞击到地球大气层,也会给地球输入一部分的气体物质。
所以,地球的大气层虽然会持续地向宇宙空间中流失气体,但由于地球有着非常有效的保护和补充输入机制,40多亿年下来,地球的大气层始终保持着动态的平衡状态。
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xgch 金币 +35 辛苦了,感谢您无私奉献的精神! 01-10
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