大气成分及其分层结构

地球周围的大气，有氮、氧、氩等常见的气体成分，有二氧化碳、一气化碳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粒子。具体的成分是:氮(78.084%)、氧(20.946%)、氩(0.934%)、水汽(0.25%)、二氧化碳(0.032%、)氖(0.00052%)、甲烷(0.0002%)、氪(0.0001%)、氢(0.00005%)、氙(0.000008%)、臭氧(0.000001%)及其他(0.001421%)。

大气圈是环绕在地球周围的一层特殊的气体，若与地球的固体部分相比较，密度要比地球的固体部分小得多，全部大气圈的重量大约为50万吨。大气圈的高层的密度比低层要小得多，而且越高越稀薄。正因为地球大气圈的存在，才有了地球上丰富多彩的生物世界。假如把海平面上的空气密度作为1，那么在240千米的高空，大气密度只有它的一千万分之一;到了1600千米的高空就更稀薄了，只有它的一千万亿分之一。整个大气圈质量的90%都集中在高于海平面16千米以内的空间里。再往上去当升高到比海平面高出80千米的高度，大气圈质量的99.999%都集中在这个界限以下，而所剩无几的大气却占据了这个界限以上的极大的空间。

以海平面以上80～100千米的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄的不同，但它们的成分大体是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在这个界限以上，到1000千米上下，就变得以氧为主了;再往上到2400千米上下，就以氦为主;再往上，则主要是氢;在3000千米以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。

世界气象组织把大气层按其成分、温度、密度等物理性质在垂直方向上的变化分为五层，自下而上依次是:对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。

对流层是紧贴地面的一层，因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气下沉，这样就发生了对流运动，所以把这层叫作对流层。对流层是大气的最下层。它的高度因纬度和季节而异。就纬度而言，低纬度平均为17～18千米，中纬度平均为10～12千米，高纬度仅8～9千米。就同一地区而言夏季的对流层厚度大于冬季。以南京为例，夏季的对流层厚度达17千米，而冬季只有11千米，冬夏厚度之差达6千米之多。

自对流层顶部向上到高于海平面55千米，为平流层。平流层温度随高度增加由等温分布变逆温分布。平流层的下层随高度增加气温变化很小。大约在20千米以上，气温又随高度增加而显著升高，出现逆温层。这是因为20～25千米高度处，臭氧含量最多。臭氧能吸收大量太阳紫外线，从而使气温升高。平流层中空气以水平运动为主，空气垂直混合明显减弱，整个平流层比较平稳。由于水汽、尘埃含量少，平流层天气晴朗，大气透明度好。

平流层之上，到高于海平面85千米高空的一层为中间层。中间层大气中，几乎没有臭氧，来自太阳辐射的大量紫外线白白地穿过了这一层大气而未被吸收，所以，在这层大气里，气温随高度的增加而下降得很快，到顶部气温已下降到－83℃以下。由于下层气温比上层高，有利于空气的垂直对流运动，故又称之为高空对流层或上对流层。中间层顶部有少量水汽存在，可出现很薄且发光的“夜光云”，在夏季的夜晚，高纬度地区偶尔能见到这种银白色的夜光云。

从中间层顶部到高于海平面800千米高度为暖层。暖层随高度的增高，气温迅速升高。据探测，在300千米高度上，气温可达1000℃以上。这是由于所有波长小于0.175微米的太阳紫外辐射都被该层的大气物质所吸收，从而使其温度升高。这一层空气密度很小，在270千米高度处，空气密度约为地面空气密度的百亿分之一。由于空气密度小，在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，氧分子和部分氮分子被分解，并处于高度电离状态，故暖层又称电离层。

暖层以上的大气统称为散逸层。它是大气的最高层，高度最高可达到3000千米，散逸层大气的温度也很高，空气十分稀薄。由于受地球引力场的约束很弱，一些高速运动着的空气分子可以挣脱地球的引力和其他分子的阻力散逸到宇宙空间中去。

根据宇宙探测资料表明，地球大气圈之外，还有一层极其稀薄的电离气体，其高度可伸延到22000千米的高空，称之为地冕。地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域。