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总质量约6000万亿吨,厚达数千公里,地球为何有这么厚的大气层?

和火星、月球等荒凉的星球不同,地球的表面覆盖着一层厚厚的大气层,也正是因为有了这层大气层,我们这颗星球上才会有生命出现。那么地球到底为什么会有这么厚的大气层,大气层中的气体又是从哪里来的呢?

厚重的地球大气层

在地球的表面附着着一层气体,这些气体环绕着地球组成的圈层就是大气层。大气层中存在的气体数量相当大,根据科学家的推算,地球大气层中所有的气体总质量在6000万亿吨左右。

大气层质量在地球的总质量中占比约为百万分之一,虽然看起来比例很小,但是和地面上的石头、土壤等固体相比,气体本身密度就小,大气层能够达到这样的总质量已经相当不容易了。

事实上,地球的大气层非常厚,人类发射的探空火箭在距离地面约3000公里的高空依旧能够发现稀薄的地球大气。据部分科学家推测,地球大气层的最顶端可能延伸到了距离地面约6400公里的地方。

在这厚重的大气层中,大约有78%是氮气,21%是生命赖以生存的氧气,此外就是氩气(0.93%)、二氧化碳(约占0.03%)、氖气(0.0018%)等占比较少的气体,再加上一些漂浮着的尘埃和水汽,共同组成了地球的大气层。

大气层中的气体都从哪里来?

首先是占比最大的氮气,这些气体主要产生于地球形成的早期,那时地球地质活动剧烈,这些氮气就是在火山喷发时从地球内部排出来的。

氧气是地球大气层中总量占比第二的气体,它是现在地球上绝大多数生命生存所必须的物质,而它的产生也和生命活动有关。在早期的地球上没有氧气,直到距今约25亿年前,地球的大气层中才有氧气出现。这些氧气主要是由当时的蓝藻、绿藻等微生物通过光合作用排出,并在大气层中不断积累。

值得注意的是,当时地球上生活着很多厌氧生物,对于这些厌氧生物来说,氧气就相当于毒气,蓝藻、绿藻快速排出氧气导致地球大气的含氧量迅速增加,最终爆发了大氧化事件,这些厌氧生物在大氧化事件中大量死亡。

二氧化碳也是地球大气层中非常重要的一种气体,和氮气一样,二氧化碳最初也产生于火山喷发。之后的二氧化碳则大多产生于植物、化石燃料的燃烧。

地球是如何留住这些气体的?

从根本上来说,地球之所以能有大气层,是因为地球质量较大,高达60万亿亿吨,如此大的体量让地球拥有了巨大的引力,在地球强大引力的作用下,这些气体被聚集在了地球周围,这才形成了大气层。

除此以外,地球还拥有强大的磁场,这一点非常重要。因为太阳这颗恒星在照耀周围行星的同时,会产生强烈的太阳风,这些太阳风会侵蚀大气层。而地球磁场笼罩着地球可以阻挡太阳风,使得地球的气层不至于被太阳风吹走。

而反观火星,作为一颗类地行星,科学家们推测火星原本也有着浓厚的大气层,但是因为距今约39亿年前,火星磁场神秘消失,导致太阳风不断侵蚀火星大气层。迄今为止,火星大气层密度还不到地球大气层的百分之一。

和其他星球不同,地球的表面覆盖着一层厚厚的水,而二氧化碳、二氧化硫等气体都非常容易溶入水中,这些气体溶于水中之后,氮气就成了大气层中占绝大部分的气体,而氮气是一种性质稳定的气体,不易和其他物品发生化学反应,因此保证了地球大气稳定。

地球大气层的作用

地球厚重的大气层对地球上的生命举足轻重。首先,大气层是生命绝佳的保护层,大多数来自外太空的陨石都会被烧毁在大气层中,避免它们和地面相撞。

其次,在白天,大气层能将阳光带来的温度均匀地散开,让地面缓慢升温,而在晚上,大气层又能减慢地球散热的速度,让地面保持适宜生命生存的温度。

最后,大气层能够吸收宇宙射线,这些宇宙射线产生于宇宙中的各种天体(如恒星、爆发中的超新星等),大多数对生命有害,如果没有大气层阻挡这些射线,任由这些射线直射地面,地球上根本不可能产生生命,可以说地球的大气层就是地球生命的保护神。

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