我们每一个人,每一时刻都在和大气进行着亲密接触。人们常说,没有太阳,地球也就没有生命。没有水,也不会有生命。没有大气,同样也就没有地球上的众多鲜活的生命。
地球的盔甲
宇宙看似空虚,其实一点也不平静,每天都有成千上万的碎片撞向地球,而这其中的绝大部分都在穿越大气层的过程中变成了气体。大气虽然只是非常稀薄的气体,但这些碎片的速度非常的巨大,穿越大气层时与空气产生极为强烈的摩擦,由此产生的高温和化学反应,使得坚硬的碎片逐步变成了气体。只有极少数落到地面,也就是陨石。要是没有大气层的存在,恐怕我们被宇宙碎片砸中的概率要大大增加。对比一下月球坑洼的表面,就更能体现大气层的保护作用了。从这个角度说,大气层是我们的保护罩和盔甲,使我们免受宇宙空间各种碎片的攻击。
地球的棉被
大气对太阳热量的吸收,对于充满好奇心的读者来说,是一个非常有趣的话题,因为大气对太阳辐射的吸收过程不是简单直接的吸收。实际情况还是比较复杂的。简单的说,是下面描述的情况:
太阳光到达地球时,一部分被反射回太空。这一部分大约占三分之一。值得一提的是,这部分不但包含大气直接反射的部分,也包括地面反射然后透过大气辐射到宇宙中的一小部分。
太阳光到达地球时,一部分被大气吸收。这一部分大约占五分之一。值得一提的是,这部分吸一小部分是直接吸收来自太阳的短波辐射,更多的是来自地面反射的长波辐射。
太阳光到达地球时,一部分被大气散射和透射。散射到地面的叫做散射辐射。直接透射到地面的,叫做直接辐射。两者之和是到达地面的太阳辐射总量,称之为总辐射。这一部分大概占50%。
最终到达到地面的阳光,一部分被大地吸收,一部分又被地面以长波辐射的方式反射回大气。
地面和大气的温度较低,因此地面和大气的辐射是长波辐射,因此长波辐射能量很容易被大气吸收掉,只有一小部分辐射回太空。
大气使太阳的短波辐射比较容易到达地面,而地面的长波辐射却被大气所吸收,不大容易散失到宇宙空间,因此大气可以起到很好的保温作用,并且使地面的温度不会变化的太剧烈。若是没有大气层的存在,地球就跟月球或其他星体一样,热的时候极热,冷的时候极冷。比如月球,由于没有大气层来帮它保温,表面温度大起大跌,在没有太阳照射的时候,平均是-153℃,在在太阳照射时,则平均有107℃。这两种温度,都是我们所不能忍受的。
地球的遮阳伞
在很多人眼中,皮肤白皙同曲线身材一样,是美的标志之一。爱美的女孩子在炎热的夏日外出总忘不了带遮阳伞,或者涂防晒霜,对紫外线唯恐避之不及。这也可以理解,因为强烈的紫外线对人体组织是非常有害的。其实,绝大部分的紫外线都已经被大气吸收掉了,这要归功于大气中臭氧层的存在。臭氧层在距离地面2万米至3万米的高空,吸收了来自太阳的大部分紫外线。臭氧的名字听起来不是多么好听,但臭氧层是人类的保护伞。
值得一提的是,臭氧本身对人和各种动植物是有害的,比如它会损伤人的肺部。在接近地面的区域,也就是我们生活和活动的区域,由于汽车尾气中二氧化氮和光化学分解,往往产生很多臭氧,这些和我们近距离接触的臭氧是有害的。如果我们仔细观察空气监测统计数据,除了包含令我们担忧的PM2.5之外,还有臭氧。
大气的压力,大气的分层,大气的保护作用,所有的这些,离我们的直观感受显得有些遥远,若不是科学家的认真观察和总结,恐怕我们都不会感受到等大气的这些特征和作用。平日我们对大气感受最深,接触最频繁的还是大气的最底一层对流层中发生的故事——就是天气和气候。