大氣對水的作用?
地球的環境條件是極其優越的,至今天文學家還沒有發現與地球環境相似的另一顆星球。地球環境的優越性集中地表現為它擁有大量的液態水。可以說,地球正是有了液態水,才可能產生繁榮的生態系統與高度的人類文明。液態水的巨大作用在于它是最好的溶媒,它可以攜帶營養物質或廢棄物質,實現生命現象所不能缺少的新陳代謝過程,水又是生產生命現象不可缺少的物質。因此,水被稱作生命物質或生命之水。液態水還是地球環境宏觀演變的基本因素。它滲入巖石,使之碎裂,并攜帶其中的細粒沉淀在平原之上,是土壤母質形成的原因。在水的作用下,有機質的進入,使土壤肥沃。
液態水的存在需要一個理想的大氣環境。大氣的作用大致說來,有以下幾個方面:
首先水的液態需要很嚴格的溫度條件,在地表氣壓為1000百帕的情況下,0℃-100℃是液態水存在的條件。這個壓力與溫度的形成,同大氣的質量與地球各個圈層的輻射性質有密切關系。100℃的溫度范圍對人類而言,自然是很寬的,但在宇宙里,這個范圍就極其狹窄了。根據天文觀測,在其它行星與衛星上的溫度不是幾百度的高溫,就是零下一百多度的低溫。地球的溫度精確地落在液態水存在的狹窄范圍是很多原因共同作用的結果。
天文條件是一個基本原因。太陽是一個大火爐,行星接受太陽輻射的數量同它與太陽的距離有密切關系。地球與太陽的距離正好適宜。另外,這與地球的自轉速度也有著重要關系。晝夜的變化使地球各地輪換受到太陽的輻射。現在一晝夜24小時,人們就已經感到溫差很大。如果晝夜的長度為48小時,甚至地球不自轉,那么向日面就會十分炎熱,而背日面會出現零下幾百度的低溫。在這種情況下,水就很難以液體的形式存在地面上。
另外,溫度并不完全取決于太陽輻射量,它還取決于地球本身。地球能夠反射一定的太陽輻射,又能夠放射一定的地球輻射。任何物質都能以輻射的形式發散熱量,溫度越低的物質散發的熱量越少,輻射的波長偏向長波一方,這就是夜晚能夠用紅外線接收器看見目標物的原因。太陽輻射使地表升溫,地表的溫度高了,放射的輻射物有機質的光合作用會隨之增加。當地面放射喪失的輻射量同它接收的太陽輻射在數量上平衡時,溫度就不再上升。這時的溫度叫做平衡溫度。有意義的是,大部分地表的溫度正好落在液態水存在的狹窄范圍內,這在宇宙中是非常難得的。
大氣是地表層與宇宙之間的中間層,大氣對輻射平衡有多種多樣的影響,其中,溫室氣體的影響就很重要。地球的溫室氣體的含量又恰到好處。如果大氣沒有溫室氣體,地表的平均溫度就要低得多,那時大部分水都會冰凍。相反,如果地球的溫室氣體達到金星的水平,二氧化碳的含量達到大氣成分的95%,那里的溫度高達470℃,液態水就難以存在了。
地球大氣另一個重大貢獻就是它把地球的水封存起來,不使它逸失到太空里。大家知道,地球大氣的最低層是對流層,對流層的上面是平流層,在平流層里空氣是水平流動的,在這一層里水就受到了阻攔,無法逸向太空。水分的活動只限于對流層,永遠不會逸出地球范圍。如果沒有大氣的保護,再豐富的水量也無法在萬億年的時間里永遠保存。
空氣的含水能力同空氣的溫度有密切的關系。據粗略估計,溫度每增加10℃,它的含水能力約增加一倍。在熱帶海洋上吸足了水的空氣流到大陸,遇到山脈或冷空氣就會上升。據估計,海拔高度每上升1000米溫度就會下降6℃,故大約上升1500米就會把它含水量的一半凝結成雨水降落到地面,這就是大陸能夠得到水分滋潤的原因。
更重要的是地球的水分循環可以說主要是由大氣完成的。地球表面最大的優越性之一在于存在大陸與海洋兩種性質迥然不同的下墊面。水分都集中在海洋里,如果沒有水分循環,大陸就會成為一片無水的荒漠。但是,大氣充當了把水分從海洋輸送到大陸執行者的使命,使大陸獲得水分,成為生態系統繁榮和產生高度人類文明的基地。
植物的光合作用是地球生物有機質的唯一生產機制。光合作用的原料與能源幾乎全部取之于大氣。焚燒一棵樹后,留下的殘灰一般不到原樹重量的百分之一,這就說明,樹木的成長主要原料是大氣提供的二氧化碳與降水,而從土壤得到的礦物質是微不足道的。大氣對生命體能的形成也是極其重要的,人們甚至把停止呼吸作為死亡的標志,也就是說,生命在同大氣聯系中斷之時,人就離開了人間。
由此可見,大氣為我們營造一個設計極其周全的家園,認識大氣與保護大氣也應該是人們應盡的天職。
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