大气层的作用

大气层是怎样形成的

大气层也叫做大气圈或者大气，大气层是星球表面上的空气，因

为星球引力影响，在星球表面积蓄而成的一圈气体。很多人都好奇形

成大气层的原因是什么。以下就是店铺给你做的整理，希望对你有用。

形成大气层的原因

一般认为:最初当地球刚由星际物质凝聚成疏松的一团时，大气不

单已经铺在地球表面，而且还渗在地球里丽。那时候，空气中最多的

是氢，约占气体成分的90%。此外还有不少水汽、甲烧、氮、氮以及

一些惰性气体，但是几乎找不到氮、氧和二氧化碳。

后来，由于地心引力的作用，这个疏松的地球团就收缩变小。在

收缩时，地球里面的空气受到压缩，使地球的温度猛烈升高，地球内

部的空气，也就大量飞散到太空中去。但地球收缩到一定程度后，收

缩就会变慢，而且在强烈收缩时所产生的热量，也渐渐失散，地球就

渐渐冷却，地完凝固了起来。这时，一部分最后被挤出地壳的空气，

就被地心引力拉住，围在地球表面，形成了大气层。这时，水汽冷凝

成为水，使地壳上开始有了水体。当时大气层是很薄的大气成分也与

现在大气层的成分大不相同，仍是水汽、氢、氮、氨、惰性气体等。

地壳凝固起来后，在很长时期内，地球内部又因放射性元素的作

用而不断发热，造成地层的大调整，使地壳的某些地方，发生断层和

位置移动，许多岩石和地壳中的水，在高温中又继续释放出来，增添

了江河湖海中的水量。被拘禁在岩石或地层中的一些气体，包括二氧

化碳在内，也大量跑出来，充实了稀薄的大气层。

这时，大气上层已经有了许多水蒸气，它们受到太阳光的照射，

一部分分解为氢和氧。这些分解出来的氧，一部分与氮中的氢结合，

使氮中的氮分离出来;一部分与甲炕中的氢结合使甲烧中的碳分离出来，

这些碳又与氧结合成二氧化碳。

这样，大气圈内空气，主要成分就变为水汽、氮、二氧化碳和氧

了。不过那时候二氧化碳比现在多，而氧则比现在少。

据近来同位素测定，地球自生成以来，已有五十多亿年。大约在

距今十八、九亿年前，水里面已经渐渐有生物生成。七、八亿年前，

陆地上开始出现植物，当时大气中二氧化碳含量比较多，所以十分有

利于植物的光合作用，使植物大为繁茂。大量植物在进行光合作用时，

吸收了大气中丰富的二氧化碳放出了氧，使大气中的含氧量大大增多。

所以在大约五亿年前，地球上动物增加很快，动物的呼吸，又使大气

中部分的氧转为二氧化碳。

地球上动物植物增多后，它们在排泄和腐烂时，蛋白质的一部分

变为氮和钱盐，另一部分直接分解出氮。变为氮和钱盐的一部分，通

过硝化细菌和脱氧细菌的作用，也有一些变为气体氮，进入大气。由

于氮是惰性气体，不容易在正常温度下与其它元素化合，因此大气中

的氮也就愈积愈多，最后就达到了目前大气中氮的含量。

这时，地面附近的大气就获得了现在的成分:氮约占78%，氧约占

21%，氧约占1%，其它微量气体的总和不到1%。

从这里可以看出，大气的形成，一方面与地球的形成、地壳的形

成有关，一部分又与动植物的出现有关，它不是孤立地形成的。

这只是目前科学界一种较普遍的解释，由于人们现在已有条件利

用空间技术来了解宇宙中行星大气的情况。通过对一些行星大气探测

结果的对比，可以看出各个行星上的大气，处于不同的发展阶段，这

对于理解地球大气的形成，很有帮助。但是更切合实际的大气层形成

的理论，还需要人们作进一步的探索。

大气层的化学演化

地球大气圈的成分和各组分的分压有着极其复杂的演化过程。地

球不同于金星和火星。金星的质量近于地球，由于距太阳较近，表面

温度高，内部除气所产生的水蒸气不能在表面凝结成水圈,CO2、SO2、

H2S、NO、NO2等积累滞留在大气圈内形成稠密的CO2大气圈。火

星距太阳较地球远，表面温度低，加之质量较小，气体易于逃逸，火

星内部除气过程释出的气体，不能凝结成水体,只能形成极稀薄的CO2

大气圈。地球的大气圈、水圈、生物圈和岩石圈具有协调的形成和演

化过程。地球内部除气作用释出的主要气体为水蒸气、CO2、CO、

HCl、CI2、HF、HBr、H2S、S、SO2、N2、H2、H、O2、CH4、

NH3和稀有气体等。O2主要来源于水蒸气的光化学分解和绿色植物

的光合作用。地球内部物质的熔融除气过程，大约共释放1.74×1018

吨挥发性物质,其中CO2约1.22×1015吨。地球初始的大气圈属于具

有火山气体成分的强还原性大气圈。通过水蒸气的凝结，原始的海洋

水成为强酸性水体。随着海洋水体的增大，大气圈中CO2的积累,太古

宙的地球大气圈演化为CO2-火山气体大气圈。随着水圈中碳酸盐的沉

积，大气圈中CO2分压降低，演化为元古宙的弱氧化的CO2大气圈。

显生宙生物的繁殖，碳酸盐沉积量的增长和植物的出现,CO2大气圈逐

步演化为现今的N2-O2大气圈。

人类的活动使地球大气圈中CO2含量明显增加，每年通过煤和石

油的燃烧产生的CO2总量为6.2×10^9吨，相当于现今大气圈中CO2

含量的1/250。温室效应的增长，臭氧层的破坏，一系列环境生态的

恶化，对人类的生存环境提出了严重的挑战。“全球变化──地圈和生

物圈十年”计划已成为当代科学研究的焦点，全世界的科学家将为人

类生存环境的演化和预测提出科学对策。

大气层的层次

对流层

对流层

中文名称：对流层英文名称：troposphere;convectionzone定

义1：大气最下层，厚度(8～17km)随季节和纬度而变化，随高度的

增加平均温度递减率为6.5℃/km，有对流和湍流。天气现象和天气过

程主要发生在这一层。应用学科：大气科学(一级学科);大气(二级学科)

定义2：恒星内部冷热气体不断升降对流的区域。应用学科：天文学

(一级学科);天体物理(二级学科)地球对流层(troposphere)

位于大气的最低层，集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽

质量。其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。在低

纬度地区平均高度为17～18公里，在中纬度地区平均为10～12公里，

极地平均为8～9公里，并且夏季高于冬季。

对流层从地球表面开始向高空伸展，直至对流层顶，即平流层的

起点为止。它的高度因纬度而不同，在低纬度地区大约17至18公里，

在中纬度的地区高10至12公里，在高纬度地区只有8至9公里。在

高纬度的地区，因为地表的摩擦力会影响气流，形成了一个平均厚2

公里的行星边界层。这一层的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦

会被逆流层的分隔而与对流层的其他部份分开。

英语里的对流层一字“Troposphere”的字首，是由希腊语的

“Tropos”(意即“旋转”或“混合”)引伸而来。正因对流层是大气

层中湍流最多的一层，喷射客机大多会飞越此层顶部(即对流层顶)用以

避开影响飞行安全的气流。

在宇宙中恒星也有对流层，太阳内部能量向外传播除辐射，还有

对流过程。即从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部，这

一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大，很不稳定，形成明显的

上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层。

接近地球表面的一层大气层，空气的移动是以上升气流和下降气

流为主的对流运动，叫做“对流层”。平均厚度约为12km，它的厚

度不一，其厚度在地球两极上空为8公里，在赤道上空为17公里，

是大气中最稠密的一层，总质量占大气层的四分之三还要多。大气中

的水汽几乎都集中于此，是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、

降雪等天气现象都是发生在对流层内。对流层最显著的特点是有强烈

的对流运动。

该层有如下特点：

(1)温度随高度的增加而降低：这是因为该层不能直接吸收太阳的

短波辐射，但能吸收地面反射的长波辐射而从下垫面加热大气。因而

靠近地面的空气受热多，远离地面的空气受热少。每升高1km，气温

约下降6.5度。

(2)空气对流：因为岩石圈与水圈的表面被太阳晒热，而热辐射将

下层空气烤热，冷热空气发生垂直对流，又由于地面有海陆之分、昼

夜之别以及纬度高低之差，因而不同地区温度也有差别，这就形成了

空气的水平运动。

(3)温度、湿度等各要素水平分布不均匀：大气与地表接触，水蒸

气、尘埃、微生物以及人类活动产生的有毒物质进入空气层，故该层

中除气流做垂直和水平运动外，化学过程十分活跃，并伴随气团变冷

或变热，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、雾等一系列天气现象。

平流层

中文名称：平流层英文名称：stratosphere其他名称：同温层定

义1：从对流层顶到约50km高度的大气层。层内温度通常随高度的

增加而递增。底部温度随高度变化不大。应用学科：大气科学(一级学

科);大气(二级学科)定义2：距地表约10～50km处的大气层。位于对

流层之上，逸散层之下。应用学科：生态学(一级学科);全球生态学(二

级学科)流层(stratosphere)，亦称同温层，是地球大气层里上热下

冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温

层置于低部。它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上

冷下热的。在中纬度地区，平流层位于离地表10公里至50公里的高

度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右。

对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水

平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同

温层”。这里基本上没有水汽，晴朗无云，很少发生天气变化，适于

飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，

像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击。

中间层

中间层(Mesosphere)

又称中层。自平流层顶到85千米之间的大气层。

该层内因臭氧含量低，同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波

辐射已经大部分被上层大气所吸收，所以温度垂直递减率很大，对流

运动强盛。中间层顶附近的温度约为190K;空气分子吸收太阳紫外辐

射后可发生电离，习惯上称为电离层的D层;有时在高纬度地区夏季黄

昏时有夜光云出现。

物质组成：氮气和氧气为主，几乎没有臭氧。该层的60-90公里

高度上，有一个只有在白天出现的电离层，叫做D层。

中间层以上，到离地球表面500公里，叫做“热层”。在这两层

内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。

电离层/暖热层

电离层(Ionosphere)/暖(热)层(Thermosphere)

电离层是地球大气的一个电离区域。60千米以上的整个地球大气

层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，

完全电离的大气区域称磁层。也有人把整个电离的大气称为电离层，

这样就把磁层看作电离层的一部分。大约距地球表面10至80千米。

最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原

子大量吸收，因此温度升高，故称又暖层。散逸层在暖层之上，为带

电粒子所组成。

该层特点是：

极光

除地球外，金星、火星和木星都有电离层。电离层从离地面约50

公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在

相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、

反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

在电离作用产生自由电子的同时，电子和正离子之间碰撞复合，

以及电子附着在中性分子和原子上，会引起自由电子的消失。大气各

风系的运动、极化电场的存在、外来带电粒子不时入侵，以及气体本

身的扩散等因素，引起自由电子的迁移。在55公里高度以下的区域中，

大气相对稠密，碰撞频繁，自由电子消失很快，气体保持不导电性质。

在电离层顶部，大气异常稀薄，电离的迁移运动主要受地球磁场的控

制，称为磁层。

电离层的主要特性由电子密度、电子温度、碰撞频率、离子密度、

离子温度和离子成分等空间分布的基本参数来表示。但电离层的研究

对象主要是电子密度随高度的分布。电子密度(或称电子浓度)是指单位

体积的自由电子数，随高度的变化与各高度上大气成分、大气密度以

及太阳辐射通量等因素有关。电离层内任一点上的电子密度，决定于

上述自由电子的产生、消失和迁移三种效应。在不同区域，三者的相

对作用和各自的具体作用方式也大有差异。

外层

太阳风与地磁场

外层(Exosphere)又名散逸层，热层顶以上是外大气层，延伸至距

地球表面1000公里处。这里的温度很高，可达数千度;大气已极其稀

薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。大气层有多厚，这的确是一

个很吸引人的问题。人类经过不懈地探索和追求，对大气层的认识越

来越清晰了。整个大气层可以分成几个层。从地面到10~12千米以内

的这一层空气，它是大气层最底下的一层，叫做对流层。主要的天气

现象，如云、雨、雪、雹等都发生在这一层里。在对流层的上面，直

到大约50千米高的这一层，叫做平流层。平流层里的空气比对流层稀

薄得多了，那里的水汽和尘埃的含量非常少，所以很少有天气现象了。

从平流层以上到80千米这一层，有人称它为中间层，这一层内温

度随高度降低。

在80千米以上，到500千米左右这一层的空间，叫做热层，这一

层内温度很高，昼夜变化很大。从地面以上大约50千米开始，到大约

1000千米高的这一层，叫做电离层。美丽的极光就出现在电离层中。

在离地面500千米以上的叫外大气层，也叫磁力层，它是大气层

的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边

界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向

太阳一侧，约有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米

高。在这里空气极其稀薄。

通常把1000千米之内，即电离层之内作为大气的高度，即大气层

厚1000千米。