能源知识 大气的组成

Posted 2022-01-04

篇首语：大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了能源知识 大气的组成相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　与地球一起诞生的原始大气，大约只历时了9000万年就被太阳风扫除了。

　　不久，地球内部的挥发性物质向地表大量泄漏出来。这就是地质学家所说的脱气过程。这些挥发性物质，主要是二氧化碳、甲烷、水汽、一氧化碳、氨、氮、硫化氢等气体。这些气体组成了次生大气。除了最轻的气体外，地球的重力足以把这些气体“拴住”。使它们不致逃逸到星际空间去。

　　大约又过了十多亿年之后，地表开始冷却，稠密大气中的水汽凝结成雨降落下来，向坑坑洼洼的地方汇聚，形成最早的江河湖泊，即原始水圈。以后火山不断地爆发，排出的大量水汽又变成雨水回归地面。经过漫长年代的变迁，原始水圈逐渐扩展为现在的汪洋大海和湖河沼泽。次生大气中的二氧化碳和其他气体，逐渐被雨水融解降落到地面，再渗入地下，储存于地壳中。

　　上面说过，原始大气是在地球形成的过程中，由于重力场的作用，把原始太阳星云中的一部分气体吸引到地球周围造成的。这个大气圈的组成与现代大气圈的组成大不相同，它没有氧，没有氮，也没有二氧化碳，而是由氢、氧、氦、氖、氨、氩、甲烷、水汽等共同组成。见下表：

　　原始大气的组成

　　气体

　　重量百分比(%)

　　氢　63.5

　　氦　34.9

　　氖　0.34

　　氨　0.26

　　氩　0.15

　　甲烷　0.11

　　水汽　0.6

　　原始大气的量很大。单是氢一项，就相当于现在构成固态地球的四个基本要素，即镁、硅、铁和氧的总量的400倍之多。然而，有趣的是，原始大气在地球形成后，不久就消失殆尽了。这是因为那时地球内部的铁核心尚未形成，地球还没有磁场，强劲的太阳风把没有地球磁场保护的原始大气“吹”

　　跑了。因此，在地球历史的早期，一度没有大气。

　　以后，在漫长的岁月里，大气经过复杂的生消过程，又进一步演化。演化中的造气过程包括：

　　①火山活动，以及通过造岩物质融化后的结晶和凝固时释出的气体;

　　②水汽的光致离解产生氧;

　　③光合作用产生氧;

　　④放射性元素铀和钍的衰变产生氦;

　　⑤在太阳风中，主要由质子和电子组成的高温电离气体，有极小一部分冲破地球磁场的屏障，进入次生大气的高层。演化中有一系列的除气过程，如：高层大气的氢和氦挣脱地球引力进入宇宙空间，煤和石油的生成吸收二氧化碳，碳酸盐类(CaCO和MgCO)生成时吸收二氧化碳，氢、铁、硫等元素氧化时消耗氧，通过空气中氧化物的形成，以及在土壤中变成消化细菌而消耗氮。

　　次生大气的形成，又为水的分解和动植物的产生创造了条件。

　　原始绿色植物参与了改造大气的复杂过程。植物在光合作用中放出游离氧。水的离解也产生氧。氧的化学性质非常活泼，能和次生大气中的所有其他分子发生缓慢氧化。如它能与CO生成CO，与甲烷反2应生成CO和HO。于是，CO渐渐多起来。光合作用又使有生命的细菌和222藻类，利用太阳辐射能从周围环境中摄取有机物，进行简单的新陈代谢作用，吸收大气中的CO，释放出大量的氧。

　　另一方面，当动植物繁茂以后，它们的排泄物和腐烂遗体中的蛋白质，一部分直接分解为氮，另一些则成为氨和铵盐，通过消化细菌和脱氧细菌等作用，变成了气体氮。氮在常温下的化学性质很不活泼、不易与其他元素化合，所以能在大气中积累，成为含量最丰富的成分。就这样，次生大气就演变为以氮、氧为主的现代大气。大气中，除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体称为干洁空气。

　　干洁的大气是无色、无嗅、无味的混和气体。它看不见，摸不着，却有15惊人的重量。据计算，地球大气的总质量超过5×10吨，约为水圈总质量1.5×1018吨的1/300，或相当于地球总质量的6×1021吨的120万分之一。干洁空气的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体(见下表)。其中氮和氧两者就体积和质量来说，约占空气的99%。大气中，最轻的是氢气，最重的是氙气。

　　干洁空气中的成分(25km高度以下)

　　干洁空气中的

　　标准状况下的密度

　　气体成分

　　分子量　3

　　含量体积(%)绝对值(g/m)氮(N)

　　28.016

　　78.09

　　1250

　　2氧(O)

　　32.000

　　20.95

　　1429

　　2氩(Ar)

　　39.944

　　0.93

　　1786二氧化碳(CO)

　　44.01

　　0.03

　　1977

　　2氖(Ne)

　　20.183

　　1.8×10-3

　　900氦(He)

　　4.003

　　5.24×10-4

　　178

　　甲烷(CH)

　　16.043

　　2.2×10-4

　　717

　　4氪(Kr)

　　83.700

　　1.1×10-4

　　3736一氧化二氮(NO)

　　44.016

　　0.5×10-4

　　1978

　　2一氧化碳(CO)

　　28.01

　　1.0×10-5氢(H)

　　2.016

　　0.5×10-4

　　90

　　2氙(Xe)

　　131.3000.8×10-4

　　5891臭氧(O)

　　48.000

　　1.0×10-6

　　2140

　　大气中含量最多的成分是氮，按体积比占78%。大气中的氮能冲淡氧，使氧不致太浓，氧化作用不过于激烈。在常温下，分子氮的化学性质不活泼，人和动物不能直接利用它，但植物的生长却离不开它。氮是植物制造叶绿素的原料，也是制造蛋白质的原料。氮还是制造化学肥料的原料。豆科植物可通过根瘤菌的作用，固定到土壤中，成为植物生长所需的氮肥。

　　大气中含量排在第二位的是氧。氧是人类及其他动植物呼吸、维持生命不可缺少的气体。此外，氧还决定着有机物质的燃烧、腐败及分解过程。

　　大气中的氧分子分解为氧原子，每个氧原子又与另外的氧分子结合就形成了另外一种气体——臭氧，因其有一种特殊的臭味而得名——臭氧。臭氧通常呈浅蓝色。在常压下，当温度降至-112.4℃时，气体臭氧就变为暗蓝色的液体。当温度降至-251.4℃时，它就凝固成紫黑色的晶体。

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