关于大气中的组成成分,昨天我们了解关于氧气的一些内容,那么大气中还有哪些成分呢?很多人会想到二氧化碳,没错,二氧化碳在大气成分中的占比虽然很小,但是在气象学中,它却是很重要的成分。其显著性在于,一部分来自地表的能量被二氧化碳吸收,这些能量再重新放射,一部分再次回到地表。因此,有二氧化碳时地面附近的空气比没有二氧化碳时要暖一些。所以说,二氧化碳是一个重要的热量吸收器,其在空气中含量的任何变化都会改变低层大气的温度。
温室气体能有效吸收地面反射的长波辐射,将热量禁锢在地球表面
在几个世纪之前,大气中二氧化碳的占比相对而言是稳定的,但是工业化之后,由于化石燃料的使用加剧,如煤、石油、天然气,这些增加的二氧化碳有些被海水和植物吸收,但仍有超过40%停留在大气中。这种燃料的使用是人类向大气排放二氧化碳的最主要方式,但不是唯一。森林的减少也是一种持续方式,因为植被燃烧或退化时会释放出二氧化碳。由于牧场、农场的扩大和盲目的商业采伐,使得热带雨林地区的森林退化非常突出。分布在南美、非洲、东南亚和印度尼西亚的大片热带雨林正在消失。据联合国统计,20世纪90年代的10年间,每年有接近1020万公顷热带雨林永久性的消失。在2000年到2005年,这一项数据已经增长到1040万公顷。
在热带雨林里面砍伐小叶紫檀和搬运小叶紫檀的人们
下图是夏威夷冒纳罗亚观测站记录的1960年到2015二氧化碳浓度变化曲线,可以看出大气中的二氧化碳含量一直在上升中。那么必然会导致全球温度升高。IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)2007年的报告是这样描述的:“这从全球平均大气和海洋温度升高、积雪和冰川的大范围融化、海平面的上升这些观测事实中得到了证实。”大部分在20世纪中期以后观测到的全球平均气温上升“非常可能“是人类活动导致温室气体浓度的增加而引起的。自20世纪70年代开始,全球温度升高了约0.6℃,而过去一个世纪温度升高了大约0.8℃。未来会怎样呢?2007年,IPCC报告指出,如果二氧化碳浓度从工业化前的280ppm增加到560ppm,则未来温度可能会增加的范围是2℃~4.5℃,而且不排除超过4.5℃的可能。这将对地球的生态环境产生巨大的影响,如恶劣天气频发等,我们将在以后的内容中了解到。
夏威夷冒纳罗亚观测站记录的二氧化碳浓度变化曲线
大气中还有许多随时间和空间变化的气体和粒子。其中重要的有水汽、气溶胶和臭氧。虽然它们的占比很小,但是对天气和气候却有显著影响。水汽在大气中的变化非常大,从几乎没有到体积百分比达到4%。为什么占大气如此小比例的水汽会这么重要呢?事实足以解释其重要性,因为水汽是所有云和降水的来源。然而,水汽还有其他作用,和二氧化碳一样,水汽也能吸收地球放出的热量和吸收太阳辐射的能力。因此,当我们研究大气加热时它就非常重要。当水从一个状态变化为另一个状态时,比如从气态变成液态,会吸热。当从液态变成固态时,会放出热量。这种水的状态变化放出的能量称为潜热,其意思是潜在的能量。水汽在大气中将这种潜能从一处传至另一处,正是这种能量源驱动着许多风暴!
水的状态变化与热量的转移关系
大气的运动足以保证大量和的固体液体颗粒悬浮在其中。虽然有时可见的尘埃布满了天空,但这些相对较大的颗粒太重,以至于它们不能在空气中停留太长时间。然而,许多颗粒是微小的,可以在空气中悬浮相当长的时间,这些微小颗粒的来源很多,是由自然和人类共同造成的,包括因浪花破碎产生的海盐、吹进大气中的细微土壤、大火产生的烟雾、孢粉和被风吹起的微生物、火山爆发产生的火山灰等。所有这些固态和液态的微粒统称为气溶胶。
大气中的气溶胶
在接近其表面的低层大气中有大量的气溶胶存在。从气象学观点看,这些通常看不见的微小颗粒很重要。首先,许多颗粒可以作为水汽凝结的载体,而这正是云和雾形成的重要过程;其次,气溶胶可以吸收和反射太阳辐射,因此当出现空气污染或在火山爆发后火山灰充满大气层时,可以测量出到达地球表面的太阳光减少了;最后气溶胶可以产生一种我们常见的光学现象——太阳升起或落下时产生的红色和橙色的色调变化。
太阳落山的色调变化
大气的另一个重要成分是臭氧,由三个氧原子组成的一种氧的形式。臭氧和我们呼吸的由两个氧原子组成的氧气不同,它在大气中的含量非常少。每100万个分子中只有三个臭氧分子,而且它的分布是不均匀的。在大气的最底层臭氧含量大概不到亿分之一,它主要集中在距离地面10~50千米高度的称为平流层的层次。在这一高度范围内,氧分子因吸收太阳紫外辐射而分离成两个氧原子。当单个氧原子和另一个氧分子相碰撞就会产生臭氧。这种情况发生的必要条件是,必须存在第三个中性氧分子作为催化剂使反应发生而本身不参加反应。臭氧主要集中在10~50千米的高度范围内是因为那里存在一个决定性作用的平衡条件:来自太阳的紫外辐射足以产生单个氧原子和足够的气体分子以产生所需要的碰撞。臭氧可以吸收来自太阳具有潜在危险的紫外线(UV)辐射。如果臭氧没有滤掉大量的紫外辐射,如果太阳的紫外线未受到衰减就达到地球表面,那么我们行星的陆地上的绝大多数生命将不复存在。但是,现在臭氧问题愈来愈严峻,我将在下一篇文章进行介绍!
以上就是大气中的成分的下篇,最后我想说的是:爱护环境真的很重要,地球真的不属于人类专有,还有千千万万的生命依赖着地球而生存。
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