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◎大氣的成分與演變

大氣層所含的物質以氣體為主,有氮、氧、氬、二氧化碳、水氣、臭氧等,另外還包括懸浮在空氣中的固體和液體雜質。在低層的大氣成分中,

若不考慮水氣,則其中最多的氣體是氮,約佔78.1%,其次是氧和氬,分別約佔20.9%及0.9%(圖1)。

而氮、氧和氬的比例通常是不會隨著地點或季節的不同而有明顯的變化,稱為固定氣體。但是有些氣體的含量卻會隨著地點或季節的不同而改變,

稱為變動氣體,例如水氣、二氧化碳、臭氧等。舉例來說,二氧化碳的含量,通常都市地區會高於鄉村地區;而水氣的含量,通常夏季會比冬季高。

 

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圖1 地球低層大氣中乾燥空氣的成分及其所佔比例

科學家相信,地球在46億年前剛形成時,大氣中的主要氣體是氫和氦,而氫和氦因為很輕而逸散至地球之外。接著,

可能因強烈的火山作用釋放出大量的水氣、二氧化碳,以及少量的氮等氣體,於是形成以水氣和二氧化碳為主的原始地球大氣。

隨著地球逐漸冷卻,大氣中的水氣凝結為液態水,降落至地面形成海洋。而二氧化碳也因為會溶於水中,形成碳酸根離子,

並透過化學和生物的作用而留在沉積物或岩石中(例如石灰岩),使大氣中的水氣和二氧化碳大量減少。由於氮不易溶於水的特性,

以及海洋中有生物能進行光合作用釋放出氧氣,使氮和氧逐漸取代水氣和二氧化碳,成為地球大氣中含量最多的氣體成分,一直到今天亦是如此。

◎大氣的構造

大氣層依溫度隨高度變化的性質,由地面至高空可以分為對流層、平流層、中氣層及增溫層。其中對流層與中氣層的溫度會隨高度增加而降低,

平流層與增溫層的溫度則會隨高度增加而升高(圖2)。

 

 

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圖2 大氣的垂直分層示意圖

在對流層內,氣溫、氣壓和密度都隨高度增加而降低,所以由平地至山區,會感覺高度愈高氣溫愈低,這是因為熱源主要是來自地面。

對流層的厚度並不固定,通常夏季比冬季厚,而低緯度地區也比高緯度地區厚。由於此層中空氣的​​上下對流旺盛,容易造成水氣凝結,

所以我們所熟悉的天氣現象,如雲、霧、雷雨、閃電及颱風等,都是發生在對流層中。

平流層位於對流層上方,這裡的空氣大致是水平方向的流動,因此稱為平流層。長程飛機為求平穩、舒適,通常多在平流層飛行。

大氣層中的臭氧也多集中在這一層,由於臭氧的存在,吸收了紫外線,使得平流層中的溫度隨高度的增加而上升。

中氣層頂是整個大氣層中溫度最低點,大約在高度80公里處,溫度約零下90℃。

增溫層中部分的氣體因遊離成離子狀態,可以反射波長較長的無線電波,使其傳播到遠處,因此,增溫層對無線電通訊非常重要。

◎大氣的重要性

大氣層除了提供生物生存所需的氣體外,也調節地球上分佈不均勻的熱量,使地球的氣溫大都維持在生物能生存的範圍內。另外,

大氣層還能減緩外來物質(如隕石)直接撞擊地面,也可以讓紫外線對地表照射的量減少,所以,大氣層直接或間接地維護生物生存的環境

(圖3)。

 

 

 

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圖3 大氣層的保護作用:A.有大氣的地球使生物得以生存;B.沒有大氣的月球表面布滿隕石坑,不利生物生存。

隨著人類文明的進步、經濟快速發展,使生活水準大幅提高,但工廠及交通工具所排放的各種廢氣也因而與日俱增,

 

再加上如果沒有採取適當的因應措施,很容易造成空氣的汙染。如果空氣中的物質,其含量、性質及存在的時間,足以傷害人類健康或影響動物、

植物的生長,則稱為空氣汙染物,包括懸浮微粒、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳及臭氧等。若經常處於空氣受汙染的環境中,

不但影響呼吸器官的正常功能,甚至可能傷害其他器官而使身體感到不適。

 

 
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