大氣成分

大氣成分指組成大氣的各種氣體和微粒。包括乾潔空氣，水蒸氣，塵埃。

基本介紹

• 中文名：大氣成分
• 外文名：atmospheric composition
• 簡介：組成大氣的各種氣體和微粒
• 包括：乾潔空氣，水蒸氣，塵埃

物質組成

地球上的大氣，有氮、氧、氬等常定的氣體成分，有二氧化碳、一氧化二氮等含量大體上比較固定的氣體成分，也有水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等變化很大的氣體成分。其中還常懸浮有塵埃、煙粒、鹽粒、水滴、冰晶、花粉、孢子、細菌等固體和液體的氣溶膠粒子。

氣體成分

氮（78.084%）、氧（%20.946）、 氬（%0.934）、水汽（0.25%）、二氧化碳（0.032%）、 氖（0.0018%）、 氦（0.00052%） 、甲烷（0.0002%）、 氪（0.0001%）、氫（0.00005%）、 氙（0.000008%）、臭氧（0.000001%）、 其他（0.001421%）。

在高度60 km以下大都是中性分子；從60 km向上，白天在太陽輻射作用下開始電離，在90 km以上，則大都處於電離狀態。高層大氣中，有些成分還分解為原子狀態。

成分的演變

地球大氣隨著地球的發展也在不斷地演化,經過漫長的歲月才形成今日的狀況。

據推斷，組成地球原始大氣的主要元素有氫、氦、碳、氮、氧等。在重力作用下，比較重的元素（碳、氮、氧等）就比較容易被地球保存下來，比較輕的元素就容易逃逸掉。同時化學性質比較活潑的元素容易形成化合物而被保存下來（如氫、碳、氮、氧等）。惰性大而又輕的氦則不易被地球大氣所保存。在化合物形成的過程中，首先是氫和碳化合形成甲烷，甲烷與氧作用又生成水和二氧化碳。另外，氮與氫化合生成氨,氨又氧化產生水和氮。所以地球大氣初始成分以甲烷、水汽、二氧化碳和氮為主。

約在三億多年前，地球大氣成分發生巨大的變化，就是二氧化碳的減少和氧的增加。大氣中氧的增多，又反作用於生命活動，就促進了生物的進一步發展。在生物的生命活動中還進行著呼吸作用,即吸收氧氣排出二氧化碳。由於綠色植物的大量出現，一方面造成大氣中二氧化碳的減少和氧的增加，另一方面又逐漸實現了大氣中氧和二氧化碳的新的循環過程，這種過程在大氣與生物之間的長期發展進程中，互相影響，互相制約，建立了氧、二氧化碳的動力學平衡狀態，氧和二氧化碳在大氣中的含量也就穩定下來。

目前，中層大氣臭氧減少持續發展，並從上世紀持續到本世紀。

由於人類活動造成的溫室氣體（二氧化碳、甲烷、氟利昂等）排放也正在引起全球圍繞全球氣候變暖的嚴重關注。

人類活動影響

原始森林的被破壞

森林是綠色植物中最主要的二氧化碳的消耗者，也是氧的製造者。有人估計，在生長季里一般闊葉林每天每公頃大約能吸收一噸的二氧化碳，生產出730公斤的氧。若把目前世界森林總含碳量估計為450時乙噸的話，如樹木平均年令為30年，那么每年就有約550億噸的二氧化碳被消耗。由此可推知，由於原始森林減少了1/2，那么每年被森林所消耗的二氧化碳約減少550億噸。其結果使大氣中二氧化碳含量增加。

煤石油等燃料大量的燃燒

過去億萬年所形成的礦物燃料，目前遭到大量的開採，石油的消耗更是猛增。據統計，世界煤炭和石油產量1950年分別為18億噸和5億噸，到1975年都達到27億噸，分別增加了50%和近4倍。因為燃燒對物質的消耗是不能再恢復的，與日俱增的大量燃料的被燃燒，造成大氣中氧的消耗和二氧化碳的增加，使得自然界碳和氧的循環失調。大氣中二氧化碳的增加和氧的消耗，從長期來考慮，是個很嚴重的問題。

農業的發展

農業生產迅速的發展，造成作物光合作用以空前的規模進行著，這對自然界氮、氧、二氧化碳的循環起了積極的促進作用。這對由於原始森林的大量被破壞而造成的自然界物質循環過程的失調得到一定的調整。在農業發展過程中,豆科作物根瘤菌的作用和人工合成氮肥的增加是顯著的，也促進了氮的循環。

其他方面的影響

噴氣式飛機排放的鉛與高辛烷的分解物對臭氧層有影響，如不加以控制，將破壞臭氧層，地表的生物將暴露在有害的紫外線輻射之下。另外，高空飛行也造成高空捲雲的增加。

就目前的情況而言，人類活動對大氣的影響較突出的表現是二氧化碳、塵埃和污染物質的增加。雖然，人類活動對自然界裡氮和氧的循環也有一定的影響，但由於大氣中氮和氧的含量占絕對優勢，相對而言，這一影響是極其微小的，可以認為長期以來自然界所形成的氮、氧的動力學平衡還未遭到嚴重的破壞。

太陽系行星

太陽系的 8 顆行星大致可以分為兩大類：靠近太陽的 4 顆內圍行星（水星、金星、地球、火星）是固態星球，它們的體積和質量相對較小。外圍的 4 顆行星（木星、土星、天王星、海王星）是氣態星球，它們的體積和質量都較內側的固態星球大得多。

太陽系固態星球和氣態星球大氣成分截然不同。在固態星球中，水星的大氣層非常稀薄，基本可以忽略不計，金星和火星的主要大氣成分都是CO₂，而地球的主要大氣成分是氮氣（N₂）和氧氣（O₂）。外圍 4 個氣態星球的主要大氣成分都是氫氣（H₂）和氦氣（He）。

系外行星大氣

由於距離的遙遠，現有的天文觀測技術能夠提供給我們的關於系外行星大氣的化學成分、熱力結構和大氣環流特徵還非常有限。但可以推測系外行星大氣化學成分大致有以下幾種類型：

質量遠小於地球質量的系外行星是固態星球，很可能沒有大氣層。這是因為質量較小的行星的引力也較小，其大氣層的氣體分子的熱力運動速度很容易達到行星的逃逸速度，導致氣體分子逃逸到太空。而且，太陽風也很容易侵蝕大氣層，並把氣體分子吹向太空。

但如果質量較小的系外行星距離恆星較遠，大氣層溫度較低，氣體分子的熱力速度較慢，不易發生氣體分子逃逸，這些小行星仍有可能擁有大氣層。

質量遠大於地球質量的系外行星，尤其是質量大於地球質量 30 倍以上的類木行星，其大氣主要成分應該與太陽系木星和土星的大氣成分類似，H₂和 He 的質量占大氣總質量的 99%以上（H₂和 He所占的比例大約是 89%和 10%），這兩種成分是宇宙大爆炸後留下的原始星雲的主要成分，也是宇宙中豐度最高的物質。

質量介於地球質量 10～30 倍的系外行星，其大氣成分也應該是以 H₂和 He 為主，類似於太陽系的天王星和海王星。但在天王星和海王星大氣層中，H₂所占的比例較木星和土星的要低一些，大約是 80%，而He 所占的比例則相對高一些，大約是 18%。冰質行星大氣中甲烷和氨等成分的含量較巨型氣態星球的要高。