无形无质的大气圈，却是地球的保护壳

我们每天看到的太阳光，其实是已经削弱的版本。

真实的太阳辐射，对地球生物并不友好。

而我们之所以能直接接触太阳辐射，这是地球大气层在保护我们。

大气对太阳辐射有吸收、反射、散射等作用。

这让太阳辐射到地面之前，在质和量上都经过了削弱。

尤其是到达地面之前，太阳辐射中的紫外线几乎绝迹。

上图虚线部分是未削弱的太阳辐射，实线部分是我们接触到的太阳光。

这里有一个问题。

大气无形无质，明明是透明的，是怎么做到削弱大气辐射的呢？

这就要从大气的成分说起。

• 一、大气的成分并不全是无形无质！

地球大气是很多种物质的混合体，是气体、液体和固体杂质的混合体。

总的来说，大气由干洁空气、水汽、悬浮尘埃和杂质组成。

这其中，干洁空气指除了水汽、液体和固体杂质的混合气体，是大气的主要成分。其主要成为有氮、氧、氩和二氧化碳。

在这些大气成分中，各成分各司其职。

比如大气中的水汽、臭氧和液态水能够直接吸收太阳辐射，而氧气和氮气对太阳辐射的吸收微乎其微。

二氧化碳虽然很少直接吸收太阳辐射，但是它能吸收被地面反射的太阳辐射。

平流层以上的臭氧和氧气能强烈吸收紫外线，而近地面水汽能吸收红外线。

此外，空气中悬浮的微粒和云层对太阳光的反射和散射有重要作用。

比如云层达到50-100m时，太阳辐射会被全部反射，地球气温将会下降。

这在现实生活中可以找到佐证。

1815年，印尼坦博拉火山喷发。

这场被评估为近万年来最强烈的火山喷发事件不仅导致超过10万人丧生，漂浮的空气尘埃还让第二年的全球气候约下降了0.4℃至0.7℃，亚欧美洲多地在6月至8月出现霜冻、降雪，导致粮食大幅度减产。

可以说这是火山爆发引起的“核冬天”。

• 二、地球大气不仅仅只有削弱太阳辐射这一项功能

削弱太阳辐射，可以说是大气的一个小功能。

大气最突出的作用是保温，大气和地球地面相互保住，形成了地-气系统，运转和保护太阳辐射所带的能量。

这也是为什么其他星球的表面温度可以白天427℃，晚上-173℃（水星），而地球的气温能保持适合稳定温度的原因。

太阳辐射是地球表面能量的唯一来源，如果想要留住这些能量，就需要大气和地表的完美配合。

其实，大气只能吸收18%的太阳辐射，这主要还要大气归功臭氧、水汽和液态水（大气直接吸收太阳辐射）。

这时候，地表开始发挥作用，地表能够吸收太阳辐射，在吸收热量的同时，地表自身发热，向大气层散发长波辐射。

大气中的二氧化碳，虽然很少直接吸收太阳辐射，但是二氧化碳能够强烈吸收地面散发的长波辐射。

就这样，地面成为加热大气的第二热源。如果没有地面长波辐射，地表气温将下降40℃。

由此，可见地面长波辐射的重要性。

此外，大气和地表之间还存在潜热输送，这主要是水循环的功劳。

水分蒸发会吸收地表的热量，水汽在空中凝结会释放热量，这些完成了地-气系统之间的主要能量交换。

最后，还存在一种叫做感热输送，大意为：大气和地表相互接触，热量总会从高温向低温传导，这就形成了感热输送。

• 三、分层的大气，层层有妙用

j就像之前所说，大气是一个混合物。

所以，一定会有分层现象。

如果从大气各成分是否平均分布的角度看，大气可以分成两层。

从地表到85km高空，大气是均质的，除了水汽变动大，其他成分组成单一（就是均质的混合物）。

而85km以上的大气层，可以说是非均质层，可以分为氮层、原子氧层、氦层和氢层，这些层是单一气体组成。

虽然非均质层只有大气总质量的0.01%，但对地球生物有重要影响。

非均质层可分为光化层和电离层。

光化层，如臭氧层，就是阻挡紫外线的最强屏障。

而电离层包含大量离子，能够反射无线电波。

这也是我们无线电通讯，就是依靠电离层。

除了上述的分类，在气象学上，根据大气温度和运动情况，还可将大气分成对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。

对流层就是我们所在的最底层，这里因为热量最为集中，空气垂直运动也最为旺盛。

此外，这里的最大特点是温度随着高度上升而下降，每上升100米，气温下降0.65℃。

对流层最高处在赤道附近，而那里的温度只有-83摄氏度。反而高纬度地区的对流层没有赤道高，他们顶端的温度为-53℃。

温度变化是区分对流层和平流层的方法之一。

平流层随着高度上升，温度保持不变或者微微上升，平流层顶端的温度一般可达-3℃—-17℃。

此外，平流层水汽尘埃少，高空视野极佳，适合飞机飞行。

温度变化也是区分平流层和中间层的方法。

到了中间层，随着高度上升，温度急剧下降，可下降到-83℃，是大气圈中最冷的部分。

在穿越中间层后，来到暖层，顾名思义，这里是个有热量的地方。

在暖层中，温度会随着高度的上升而快速上升。

暖层是非均质层，大家耳熟能详的臭氧层所在地。

这里是吸收太阳紫外线的地方，因此高度越高，温度越高，在暖层顶端，温度可达1000℃以上。

此外，由于太阳辐射和宇宙射线的作用，暖层的空气处在高度电离状态。

因此，暖层也有好几层电离层，极光现象也出现在这个层。

在过去，气象学家曾将极光发生的最高处称作大气层的边界，约1200千米高空。

但物理学根据大气的物理特征，将3000千米定位大气上界。

这段区域，被称为散逸层，这里空气极其稀薄，随着高度上升，温度还是上升。

而且散逸层的地球引力很小，高速运动的分子可以挣脱地球束缚，逃向宇宙。