世界上为什么有大气层——100个科学问题之34

我们生活的世界是有大气层的,其中有人类生存一分钟也离不开的氧气,那么这个大气层是怎么来的呢,答案是大气层是地球演化过程中自然出现的,可以用物理、化学原理来解释

聪明的你可能会进一步发问:虽然地球有大气层的原因可以用物理、化学原理来解释,可是为什么地球恰好出现适合人类生存的大气层呢

海云青飞告诉你,为什么只有地球才有大气层,这可不是巧合,而是宇宙的精心安排

34 地球上面为什么会有大气层,供我们呼吸的空气是从哪里来的?

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

据天文学家推测,行星是由一些巨大的气体和尘埃旋转形成的,而构成这些气尘云的各种元素,其比例一般等于它们在宇宙中通常占有的百分比。行星中约有百分之九十的原子是氢,还有百分之九是氦,剩下的则包括其他所有元素——主要是氖、氧、碳、氮、氩、硫、硅、镁、铁和铝

地球的固态球体本身是各种岩石的混合物,由通过化学力结合成紧密分子的镁、铁、铝的硅酸盐和硫化物所组成。多余的铁则慢慢地沉到岩层下面,形成炽热的金属核心

当地球的这些固体成分聚拢在一起时,也会捕集到一些气态物质,这些气体会存在于固体微粒之间,或者与固体形成松散的化学结合。这些气体中有氮、氖、氩的原子——它们不与其他元素化合。此外还有氢原子。氢或自己成对地结合成氢分子(H2),或与其他原子化合。它能与氧化合生成水(H2O),与氮化合生成氨(NH3),或与碳化合生成甲烷(CH4)

随着构成地球的物质的不断堆积,压力就会越来越大,火山喷发也会越来越猛烈,这些气体就会被挤压出来。氢、氦和氖的分子由于太轻,地球留不住,就迅速地逃逸掉了。剩下来的就组成了大气。它们是水蒸汽、氨、甲烷,再加上一点儿氖。水蒸汽的大部分(不是全部)冷凝下来,就形成了海洋

木星和土星等行星所具有的也是这种大气,不过,由于它们的质量相当大,能够把氢、氦和氖保留下来

但是,内行星的大气层已开始进入化学进化阶段了。来自离得很近的太阳的紫外线,把水蒸汽的分子破坏成氢和氧的分子。氢逃逸掉了,而氧却留了下来。它们越聚越多,并且与氨和甲烷发生化合。氧与氨化合时,生成氮和水;氧与甲烷化合时,生成二氧化碳和水。渐渐地,内行星大气层的成分就从氨加甲烷变成了氮加二氧化碳。今天,火星和金星仍然具有这种氮加二氧化碳的大气层、地球在几十亿年前开始出现生命的时候,一定也是有这种大气层的

而且,这种大气是稳定的。它一旦形成,总有一部分当紫外线分解水蒸汽时生成的自由氧(其分子式为O2,由两个氧原子组成)积聚起来。紫外线还会进一步把这种氧变为臭氧(其分子式为O3,由三个氧原子组成)。臭氧会吸收紫外线,并把它截住,使它几乎不能穿过臭氧层进入上层大气层去分解下层的水分子,因此,大气层的化学进化即告终止——直到后来又出现了新情况时为止

在地球上,这种新情况已经出现过了。在偶然的情况下,有一些生命萌发了,它们能利用可见光来分解水分子。臭氧层并不阻挡可见光的通过,因此,上述过程(即光合作用)会无限地进行下去。在光合作用下,二氧化碳被吸收,而氧气则被释放出来,这大概是五亿年前开始的。从那时候起,大气层就被转变为今天这种氮气加氧气的结构

阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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