大气层离地面多少米(大气层离地面多少米失重)

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因为自身的引力，大部分的行星和卫星都有大气层，但是在太阳系中，我们找不到一颗可以让我们自由呼吸的行星。

这些行星或卫星的大气层要么非常稠密，要么非常稀薄，几乎都没有气态氧。

现在地球的大气层含21%的氧气和78%的氮气，密度也不是特别大。动物和植物都适合这样的大气成分和大气压。

那么，为什么只有地球的大气层中有如此大量的氧气呢？或者说地球的大气层是如何演变的，为什么和其他星球有这么大的不同？

地球以前的大气层不像岩石那样容易留下证据，重塑地球大气层的历史会更加困难。但是，一些证据可能会提供参考，包括地球的气体和岩石之间的相互作用以及其他星球的现有气体条件。

气体捕获期

现在科学界普遍认为，太阳系起源于太阳星云，太阳星云是由气体和尘埃组成的“大块物质”，其中最丰富的两种物质是氢和氦。

关于太阳星云最终将成为太阳系的假设，有许多证据，包括在猎户座星云(M42)中心2.5光年区域观测到的700多颗年轻恒星和150多个原行星盘，它们很可能会诞生新的行星系统。

M42中的原行星盘，图源：ESA/HubbleM42中的原行星盘，来源:欧空局/哈勃

当地球从原行星盘中诞生并变得足够大时，其引力可以吸引周围的物质，大量的氢和氦会被困住。

但即便如此，最原始的地球大气层也不是由这两种气体组成的。

这是因为气体分子的运动速度与其质量和温度有关。当时太阳和地球都很热，所以这些气体分子很容易达到逃逸速度。

目前，地球高层大气的温度在1000到2000摄氏度之间。考虑到在2000 K(约1727℃)，分子量大于10的化合物分子平均速度小于11.2km/s(地球逃逸速度)。氢和氦的分子量分别是2和4，基本上很难被保留。

现在主流的观点是，最原始地球的挥发性物质主要是含氢化合物(氦是一种惰性气体，不容易以化合物的形式保留下来)，如甲烷、氨、水等。，在气态巨行星中大量存在；包括分子量大于10其它惰性气体，如氖，它们是地球中仍然存在的稀有气体。

早期太阳系，图源：NASA/JPL-Caltech早期太阳系，资料来源:美国宇航局/JPL加州理工学院

地球自身的废气

根据原行星盘形成理论，早期太阳系有很多“行星胚胎”，最原始的地球只是其中之一，在吸积和碰撞中不断成长变大。

一些科学家认为，火星是唯一幸存的“行星胚胎”，因为相对于其轨道而言，它太小了。

月球的撞击假说，图源：NASA/JPL-Calte月球撞击假说，资料来源:美国宇航局/JPL-卡尔特

“吸积”和碰撞会释放出巨大的能量，使早期的地球成为“岩浆海洋”。在被一颗叫做忒伊亚的原始行星撞击后，甚至整个星球都进入了熔化状态。

太阳星云中初始挥发性物质的分子不仅被捕获并丢失在大气中，其中一些还覆盖在岩石物质的固体颗粒表面。

当这些固体碰撞后融化，吸附在上面的气体会挥发到原来的大气中。地球形成或太阳系稳定后，地球的第一层大气就是由这些挥发性物质组成的。

早期地球，图源：SwRI/Simone Marchi早期地球，资料来源:SwRI/西蒙·马尔基

那么这会是一种怎样的氛围呢？

首先，“岩浆海洋”释放的气体和现在的火山释放的气体不一样。

我们现在的火山爆发会释放出二氧化碳、二氧化硫等气体。这其实是因为这些吸附在岩石上的气体在地球内部的高温下重新释放出来，随着火山爆发进入大气。

但早期地球物质吸附的挥发性物质并不是这些，而是从太阳星云吸附的气体，所以当时散发的气体主要是氢气、氦气、甲烷和氨气。

图注：氧化铁样品注:氧化铁样品

氦气是惰性气体，容易逸出，基本不用考虑。当我们考虑剩余气体时，我们必须确定地球的氧含量，因为所有这些物质都会与氧发生反应。

这是由现在的地幔样品决定的，关键是看有多少氧与铁发生化学键合。

在现有样本的基础上，2020年，科学家模拟了早期地球的大气层[1]。这可能是一种含有97%二氧化碳和3%氮气的大气，这可能是地球冷却后第一个相对稳定的大气。

但令人惊讶的是，第一层大气的气压大约是今天的70倍。

图注：地球和金星图注:地球和金星

说到这里，我想知道你有什么想法？

事实上，二氧化碳与N2的比例与现在金星上的大气非常相似，加上这种超高的大气压力，早期的地球很可能与现在的金星非常相似。

如果你想继续问为什么地球是这样的，而金星还是原来的样子，那么你能找到的唯一答案就是金星离太阳太近，而地球离得有点远，所以在接下来的日子里发生了变化。

生物体的出现和大气的转变。

在前面提到的第一层大气中，两种主要物质是二氧化碳和N2。事实上，在地球冷却之前，水蒸气的比例会非常大，甚至高于二氧化碳和N2。

但是，由于地球离太阳足够远，当它冷却下来后，水蒸气就可以开始以水的形式在地球上存在，形成早期的海洋，这才是重点。

因为海洋会吸收二氧化碳，地球上的生命可能就是在这个过程中诞生的。

图注：地球生命诞生示意图图注:地球生命诞生示意图

由于金星离太阳太近，加上二氧化碳造成的温室效应，金星的每个角落无论白天黑夜都在400摄氏度以上，水只能永远以蒸汽的形式存在。

我们说地球失去和收集大气，其实很多方面都没有考虑，比如太阳风和光化学反应。

我们知道，如果没有磁场，太阳风会无情地剥离星球的大气层。如果行星质量相同，分子量越高越不容易剥落。水(H2O)是分子量最小的氧化物，金星几乎没有磁场，所以现在上面的水分子很少。

地球冷却后，较重的元素——熔融的镍和铁进入地核，在旋转下产生磁场，牢牢锁住大气和水蒸气。

当生命开始在海洋中形成时，地球的大气层进入了生命转化时代。

地球大气的转化主要包括两个方面，一是主流的碳循环，二是可能已经发生的氮循环。

2016年，科学家在澳大利亚27亿年前的熔岩中发现了一些含有过去大气成分的气泡。如果这些气泡代表过去的大气成分，可以判断当时的大气密度只有现在的一半，主要减少的是氮气。

当时科学家给出的解释是，有些细菌可以“固氮”，就像现在植物把二氧化碳变成不挥发的糖一样。

但是，这项研究或发现并没有得到主流科学的认可。毕竟唯一的证据是27亿年前的气泡，更多的证据是指向早期地球的大气层比现在更厚。

图注：现在的蓝藻依然无处不在图:蓝藻依然无处不在。

碳循环最重要的是光合作用和地球本身的活动(如火山爆发)，最重要的“改革”是大氧化事件。

大约25亿年前，蓝藻进化出了光合作用。他们吸收二氧化碳，排出氧气作为废气。

原来地球大气中的大部分二氧化碳都是被海洋和植物吸收后耗尽的，地球大气也就变成了现在的主要由氮气组成，原来只占3%，氧气为补充的成分。

地球大气成分的变化其实挺有意思的。我们的大气现在这么适合生命，其实是生命自己创造的。

也许有可能用微生物改变其他星球的环境，但不知道这个周期会发生什么。

参考资料:

[1]https://the conversation . com/ancient-earth-have-a-thickly-thick-poison-atmosphere-like-venus-until-it-cooled-off-and-be-liable-150934