大气成分与结构

1 大气成分

地球大气是由多种气体、固态及液态悬浮的微粒混合组成的。大气中的主要气体包括N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、CH4及 O3。此外，悬浮在大气中的微粒有尘埃、冰晶、水滴等，这些弥散在大气中的悬浮物统称为气溶胶，形成霾、雾和云。以地表面为起点，在 80km 以下的大气中，除 H20、O2等少数可变气体外，各种气体均匀混合，所占比例几乎不变，所以把 80km 以下的大气层称为均匀层。在该层中大气物质与太阳辐射相互作用，是使太阳辐射衰减的主要原因。

2 大气结构

遥感所涉及的空间范围包括地球的大气层和大气层外的宇宙空间。地球大气层包围着地球，它没有确定的上限，一般取其厚度为 1000km。大气在垂直地表方向上依次可划分为对流层、平流层、中气层、热层 ( 也称增温层) 和大气外层 ( 图 2-11) 。

( 1) 对流层: 该层内经常发生气象变化，是现代航空遥感主要活动的区域。由于大气条件及气溶胶的吸收作用，使电磁波传输受到减弱。因此，在遥感中侧重研究电磁波在该层内的传输特性。

( 2) 平流层: 该层内电磁波的传输特性与对流层内的传输特性是一样的，只不过电磁波传输表现较为微弱，不同的是在该层内没有明显的上下混合作用。

( 3) 中间层: 该层内气温随高度增加而递减，大约在 80km 处气温降到最低点，约170 K，是整个大气圈的最低气温。

( 4) 热层: 也称为增温层，该层内气温随高度增加而急剧递增。该层对遥感使用的可见光、红外直至微波波段的影响较小，基本上是透明的。该层中大气十分稀薄，处于电离状态，故称为电离层，正因为如此，无线电波才能绕地球作远距离传递。热层受太阳活动影响较大，它是人造地球卫星绕地球运行的主要空间。

( 5) 散逸层 ( 大气外层) : 离地面 1000km 以上直至扩展到几万千米，与星际空间融合为一体，层内空气极为稀薄，并不断地向星际空间散逸，该层对卫星运行基本上没有影响。

地球大气由多种气体混合组成。低层（85公里以下）大气的气体成份可分为两类，

一类为常定成分，主要包括氮、氧、氩，以及微量的惰性气体氖、氦、氪、氙等，它们

在大气成份中保持固定的比例；第二类为可变成份，其比例随时间、地点而变，其中水

气的变化幅度最大，二氧化碳和臭氧所占比例最小，但对气候影响较大，硫、碳和氮的

各种化合物还影响到人类生存的环境。

由78%的氮，21%的氧，及其他微量成分如二氧化碳、水汽、氩等所组成的，故空气的平均分子量为2897。其实这种情况只有在离地面一百公里以下才是这样，一百公里以上是很不一样的。

大气的物质组成：地球上的大气，有氮、氧、氩等常定的气体成分，有二氧化碳、一氧化二氮等含量大体上比较固定的气体成分，也有水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等变化很大的气体成分。

二氧化碳（carbondioxide），一种碳氧化合物，化学式为CO2，化学式量为440095，常温常压下是一种无色无味或无色无嗅（嗅不出味道）而略有酸味的气体，也是一种常见的温室气体，还是空气的组分之一（占大气总体积的003%-004%）。

地球形成初期的原始大气应是以宇宙中最丰富的轻物质：氢气、氦气和一氧化碳为主。

由于太阳风（恒星会喷发大量的物质流，此时正值太阳形成初期）和地球升温的作用，原始大气逐渐向宇宙空间膨胀并逃逸散失。估计在 45 亿年前或晚些时候，地球上是没有大气的。

主要成分有：水蒸气、氢气、氨气、甲烷、硫化氢、二氧化碳等，原始大气没有氧气。

地球大气，是人类生存的基本条件。

地球大气的全部质量，约有5000万亿吨。

大气团聚在地球的周围，离地面愈近愈密集，愈远则愈稀薄，形成了还可以再分出若干层次的大气圈层。

高度在100千米左右以下的地球大气，从高到低，由疏到密，相差很大，但成分一致，都是那种我们在地面上可以接触到并且时刻都在呼吸着的空气。

在空气中，以氮为主，其次是氧，如按体积计算，约78%是氮，约21%是氧。

其他成分还有多种，但含量都很少，像二氧化碳是常可遇到的，仅占003%左右。

空气的这种组成，适合人体的需要，人的生存没有氧气不行，少了也不行。

只是在地球上才有这种空气。

木星、土星、天王星、海王星的大气都是以氢和氦为主，缺少氧气。

火星和金星的大气中，二氧化碳的含量均在90%以上。

空气中二氧化碳的含量超过1%，就会致人于死命。

这种以二氧化碳为主的大气，人在其中根本不可能生存。

高度在100千米左右以上的地球大气，成分有很大的变化，大体上是从下到上以1000千米、2400千米的高度为界，分别依次变成以氧为主、以氦为主、以氢为主的大气层，并且都是以原子微粒的状态出现，非常稀薄，稀薄到比地面上的人造真空还要“空”。

因此，尽管这些高层大气所占领的空间范围很广，有些研究者认为，最远可以到达离地面80000千米的高空，而且无明显的上部边界，但这部分大气所拥有的质量是很轻的，还不到全部地球大气质量的十万分之一。

原始地球

1．高温、地壳薄、有原始大气，后来才有水。

原始大气成分：甲烷、氢气、水蒸气、二氧化碳、无氧气和臭氧层。

地球上的生命起源

1．无机物

小分子有机物

较大分子有机物

大分子有机物

大分子有机物形成界膜

原始生命

2．生命诞生是化学进化的结果

大气成分指组成大气的各种气体和微粒。包括干洁空气，水蒸气，尘埃。

物质组成

地球上的大气，有氮、氧、氩等常定的气体成分，有二氧化碳、一氧化二氮等含量大体上比较固定的气体成分，也有水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等变化很大的气体成分。其中还常悬浮有尘埃、烟粒、盐粒、水滴、冰晶、花粉、孢子、细菌等固体和液体的气溶胶粒子。

成分的演变

地球大气随着地球的发展也在不断地演化,经过漫长的岁月才形成今日的状况。

据推断，组成地球原始大气的主要元素有氢、氦、碳、氮、氧等。在重力作用下，比较重的元素（碳、氮、氧等）就比较容易被地球保存下来，比较轻的元素就容易逃逸掉。同时化学性质比较活泼的元素容易形成化合物而被保存下来（如氢、碳、氮、氧等）。惰性大而又轻的氦则不易被地球大气所保存。在化合物形成的过程中，首先是氢和碳化合形成甲烷，甲烷与氧作用又生成水和二氧化碳。另外，氮与氢化合生成氨,氨又氧化产生水和氮。所以地球大气初始成分以甲烷、水汽、二氧化碳和氮为主。

约在三亿多年前，地球大气成分发生巨大的变化，就是二氧化碳的减少和氧的增加。大气中氧的增多，又反作用于生命活动，就促进了生物的进一步发展。在生物的生命活动中还进行着呼吸作用,即吸收氧气排出二氧化碳。由于绿色植物的大量出现，一方面造成大气中二氧化碳的减少和氧的增加，另一方面又逐渐实现了大气中氧和二氧化碳的新的循环过程，这种过程在大气与生物之间的长期发展进程中，互相影响，互相制约，建立了氧、二氧化碳的动力学平衡状态，氧和二氧化碳在大气中的含量也就稳定下来。

中层大气臭氧减少持续发展，并从上世纪持续到本世纪。

由于人类活动造成的温室气体（二氧化碳、甲烷、氟利昂等）排放也正在引起全球围绕全球气候变暖的严重关注。