痕量气体

**地球大氣層**，又稱**大氣圈**，因重力關係而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地，大氣圈沒有確切的上界，在離地表 2000-16000 公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子，在地下、土壤和某些岩石中也會有少量氣體，它們也可視同大氣圈的組成部分，地球大氣的主要成分為氮、氧、氬、二氧化碳和不到 0.04% 比例的微量氣體，這些混合氣體即稱為空氣，地球大氣圈氣體的總質量約為 5.15×1018 千克，相當於地球總質量的 0.86ppm，由於地球引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面 100 公里的增溫層下、其中 99% 在低於 25～30 公里以內，地球大氣的高密度使得地表的氣壓也相當驚人，海平面每平方公尺所受空氣擠壓力高達 11 公噸，而每立方公尺的空氣質量則可達 1.29kg 之多。大氣層保護地表避免太陽輻射直接照射，尤其是紫外線；也可以減少一天當中極端溫差的出現，也是生命作用不可或缺的。

## 大氣的組成

地球早期的大氣層與現今的大氣層完全不相同，富含火山噴發氣體，例如二氧化碳。部分地球大氣可能源於太陽系之外。現在的大氣層只含有極少量的二氧化碳，而富含氧氣。其改變原因是早期的生命形式 —— 微生物體吸入二氧化碳而排出氧氣。這些微生物聚集在一起合稱為藍綠藻，依靠光合作用製造能量，它們與早期那些製造氧氣的有機體極為類似。

### 原始大氣

推測為甲烷（CH4）、氨（NH3）、氫（H2）、水（H2O）等所組成。因為火山爆發所噴出的氣體是二氧化碳（CO2）、氨（NH3）、氮（N2）、二氧化硫（SO2）、甲烷（CH4）、氫（H2）和水蒸氣（H2O），這些氣體在地球冷卻前飛向空中，等到地球冷卻，逃出的氣體因重力而覆蓋地球形成最原始的大氣。其中水蒸氣凝結成為水，而二氧化碳、二氧化硫溶於水中變成溶液，因此大氣剩下氨、氫和甲烷，這就是人類所認為的原始大氣。

1953 年，哈羅德・尤里和史丹利・米勒完成生命起源的經典實驗米勒 - 尤里實驗，發現將甲烷、氨、氫和水的混合經過放電後，會變成許多的有機化合物包含生命必需的成份 —— 胺基酸。

### 早期大氣

因地球早期經常火山爆發的緣故，噴發出許多的二氧化碳..、水氣、氮氣，故當時大氣主要成份為二氧化碳、二氧化硫、水氣、氮氣等組成。

### 現今大氣

主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳、水等，組成比率因時、地不同，而有所差異，其中以二氧化碳變動率最大。大氣不是密度均勻，是以海平面的密度最大，往上密度逐降，大氣約 50％集中在海拔 5.6 公里內，約 80％集中在海拔 13 公里以內。目前大氣中氧氣主要來源有約九成來自水域中的植物所行之光合作用。

## 大氣壓力

由地心引力對地球表面的一群混和氣體所作的作用力即為大氣壓力，故以在地表最大，愈往高處壓力愈小。氣壓在海平面的平均值約 1.01×105 帕（或稱巴斯卡，Pascal，簡稱 Pa，國際單位制中的壓力單位，1 帕 = 1 牛頓 / 米 2），相當於 76 公分汞柱，也就是一般所稱的一大氣壓。

大氣壓力依高度遞減，在低空中每上升 5.5 公里，壓力約減二分之一。

## 大氣層垂直結構

大氣層垂直結構大致可分為對流層、平流層、中氣層、增溫層及外氣層，分述如下：

### 對流層

最接近地面的大氣層稱為對流層，包括大氣邊界層和自由大氣，平均高度約 10 公里。對流層高度隨緯度變化，在赤道最高約為 15 公里，極地最低約 8 公里。顧名思義，對流層是對流最旺盛的區域，也是天氣現象發生的地方。大氣中的水氣，約有 80% 存在於對流層，因此它也是蒸發、雲、雨等最經常出現的區域。平均而言，對流層溫度隨高度降低，每上升 100 公尺，溫度下降約 0.6℃。

### 平流層

含有臭氧，具有吸收紫外線功能，保護地球上所有生物的生存和地表免於受陽光中強烈的紫外線致命的侵襲，又叫同溫層。因為在同溫層內部的臭氧層有吸收太陽輻射的功能，在此層的氣溫會隨高度增加。

### 中氣層

此層主要成份有臭氧、氧、二氧化碳、氮的氧化物，這些部份是由光化學作用引起之產物，故又稱：光化層。溫度隨高度上升而下降。

### 增溫層

又稱熱氣層，空氣極稀薄，而離子特別多。溫度相當高，且隨高度升高而溫度升高。

### 外氣層

外太空的起點，含元素中最輕的兩種氣體：氫（H）及氦（He）。

## 空氣污染

指大氣中某些物質超過一定的限量，或多出某些物質的現象。空氣污染的程度取決於污染源、大氣的轉移及接受物。

### 污染源

* 碳的氧化物：如一氧化碳、二氧化碳。

　
: 燃燒石化燃料所產生的物質是空氣污染最主要的來源，因為燃燒所產生的二氧化碳若是過多，會引起溫室效應。汽車引擎中，汽油燃燒不完全會排放出一氧化碳，當一氧化碳進入肺部，它比氧更容易與血紅素形成穩定的化合物，降低血液運送氧氣的功能，嚴重的話會造成窒息死亡。

* 硫的氧化物：如二氧化硫、三氧化硫。

　
: 大氣主要污染物之一。當二氧化硫和三氧化硫溶於水中，會形成亞硫酸和硫酸，這是酸雨的主要成分。由於煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃燒時會生成二氧化硫。二氧化硫具有酸性，可與空氣中的其他物質反應，生成微小的亞硫酸鹽和硫酸鹽顆粒。當人體吸入這些洨時，它們將聚集於肺部，是呼吸系統症狀和疾病、呼吸困難，以及過早死亡的一個原因。

* 氮的氧化物：如一氧化氮、二氧化氮。
* 烴類：如苯、汽油等。
* 塵埃與顆粒物。

### 大氣的轉移

意謂大氣減輕空氣污染的天然程序；雖然大氣能夠減輕污染，但有其極限，並不是無止盡的清除。

### 接受物

指對污染接受的程度，接觸污染物的歷程很重要，有些生物體內的功能，可以排除某些污染物，然而也有的污染物會積存在身體內，導致生病或死亡。

## 參考資料

## 參考書目

## 相關條目

* 大氣層
* 空氣污染

## 外部連結

* NASA atmosphere models
* NASA's Earth Fact Sheet（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* American Geophysical Union: Atmospheric Sciences（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Outreach of the GEOmon project See how Earth atmosphere is observed and monitored by a European project that combines many approaches.
* Stuff in the Air（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Find out what the atmosphere contains.
* Layers of the Atmosphere（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Answers to several questions of curious kids related to Air and Atmosphere（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* The AMS Glossary of Meteorology（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Paul Crutzen Interview（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Free video of Paul Crutzen Nobel Laureate for his work on decomposition of ozone talking to Harry Kroto Nobel Laureate by the Vega Science Trust.