大气成分(大学物理)

（容积百分比）地球早期大气成分是什么？现在主要大气成分是什么？原因有哪些？重点讨论物理相关原因。

地球，火星，木星的大气成分主要是什么？为什么会有这种差异？
由高中物理知识知道，地球上的大气是由多种气体组成的混合体，并含有水汽和部分杂质。

它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等。

在80-100公里以下的低层大气中，气体成分可分为两部分：一部分是常定成分，主要指氮、氧、氩以及微量的惰性气体氖、氦、氪、氙等，它们在大气成份中保持固定的比例；第二类为可变成份，其比例随时间、地点而变，其中水气的变化幅度最大，二氧化碳和臭氧所占比例最小，但对气候影响较大，硫、碳和氮的各种化合物还影响到人类生存的环境。

参考资料：07年2月15日《大众科技报：人类认识大气经历的4个阶段》
05年05月14日《新华网：中国留美博士地球早期大气科研成果获肯定》人们认识到大气成分的历史演变，分为原始大气、次生大气和现代大气3个阶段。

原始大气产生于地球形成过程之中，据推测只含氢、氦、氖、氨、氩、甲烷和水蒸汽然而原始大气仅存在了几千万年就被太阳风吹散。

次生大气产生于早期地球内部频繁的火山喷发和造山运动。

主要成分是水汽、二氧化碳、氮、甲烷和氨。

当时地球上尚无生命存在，所以大气中既没有氧也没有臭氧，强烈的阳光和紫外线可直射地球。

现代大气出现在20亿年前，大气中的甲烷、氮、氨等，在阳光作用下合成了早期生命所需的有机物，海里生成一种名为蓝藻的植物，开始利用二氧化碳和水，合成碳水化合物并释放出氧气。

随着绿色植物的演化，逐渐改造了次生大气，大气中的氧越来越多。

原始地球大约形成于46亿年以前。

科学家根据火山喷发所喷出的气体，以及远离太阳、变化较小的木星、土星现在的大气成分主要是甲烷、氨气和氢气的事实，推测原始地球的大气也是这样的强还原性大气。

他们认为，原始地球的大气成分中没有氧气，而有氢气、二氧化碳、氨气、甲烷、硫化氢和氰化氢等还原性气体。

但20世纪80年代以来，有的学者对此产生了怀疑。

他们认为，原始大气中没有氨气、甲烷和硫化氢气体，因为这些气体很容易被紫外线辐射所分解，所释放的氢气多数也会逃逸到大空中，因此，早期原始大气的主要成分是水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、氮气等气体，可能还有一些游离的氢气。

如果按照原始大气中没有氨气和甲烷，或者只有极微量，由这样的气体所组成的地球原始大气，在各种自然条件的作用下是不可能产生出有机物和氨基酸的，那么米勒的实验就令人怀疑。

然而美国科罗拉多大学研究人员研究发现早期地球大气层中氢含量就很高，而其流失速度却远远低于先前的估计。

这一成果既改变了人们对地球大气演化的传统观点，也可能修改地球生命诞生的学说。

多年来科学界一直认为，４６亿年前地球诞生，此后很长时间地球大气成分都是以二氧化碳和氮气为主，氢的含量很少，就如同火星或金星的大气。

而此次研究显示，早期地球大气中氢的浓度可能高达４０％，而氢流失的速度相当于早先科学界所估计的百分之一。

研究人员认为，地球大气中最早的氢是由火山喷发带来的，其流失的速度和大气层最外围逃逸层的温度有关，即逃逸层温度越高，氢流失得越多。

按传统的学说，早期地球大气逃逸层的温度在８００摄氏度以上，但考虑到大气层中不同成分对太阳辐射热的吸收，这一温度可能只有３００摄氏度左右，这就决定了大气中氢的逃逸速度远远慢于传统的估计。

１９５３年，芝加哥大学科学家米勒曾模拟原始大气，用甲烷、氨气、氢、水蒸气混合气体在放电的情况下反应生成氨基酸。

这个著名的“米勒实验”一直被认为是地球上最早有机成分诞生情况的再现，但按照科学界早先对地球原始大气成分的估计，这个过程是不大可能发生的。

所以，这种观点又为“宇生说”提供了间接的支持。

目前，在中学的教科书中认为原始大气中含有水蒸气、氢气、二氧化碳、氨气、甲烷、硫化氢和氰化氢等气体。

原始大气阶段
大约在50亿年前，大气伴随着地球的诞生就神秘地“出世”了。

原始大气的主要成分是氢和氦。

当地球形成以后，由于地球内部放射性物质的衰变，进而引起能量的转换。

这种转换对
于地球大气的维持和消亡都是有作用的，再加上太阳风的强烈作用和地球刚形成时的引力较小，使得原始大气很快就消失掉了。

次生大气阶段
地球生成以后，由于温度的下降，地球表面发生冷凝现象，而地球内部的高温又促使火山频繁活动，火山爆发时所形成的挥发气体，就逐渐代替了原始大气，而成为次生大气。

次生大气的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氢和氨等一些分子量比较重的气体。

这些气体和地球的固体物质之间，互相吸引，互相依存。

气体没有被地球偌大的离心力所抛弃，而成为大气的第二次生命枣次生大气。

今日大气阶段
随着太阳辐射向地球表面的纵深发展，光波比较短的紫外线强烈的光合作用，使地球上的次生大气中生成了氧，而且氧的数量不断地增加。

有了氧，就为地球上生命的出现提供了极为有利的“温床”。

经过几十亿万年的分解、同化和演变，生命终于在地球中诞生了。

原始的单细胞生命，在大气中不断地演变、进化，终于发展成了今天主宰世界文明的人类。

今天的大气虽然是由多种气体组成的混合物，但主要成分是氮，其次是氧，另外还有一些其它的气体，但数量则极其微小的。

关于今天的大气成分为什么是这样？它们是怎样长期演化来的，目前主要有两种看法。

一种看法认为今天的大气就是从地球原始大气演化而来的。

另一种看法则认为，原始大气已经不存在了，现在的大气是由于地球内部火山活动所喷发出的物质演化成的。

为了分析说明这个问题，我们可以和地球的左邻右舍(金星和火星)进行对比。

根据探测资料，金星的大气成分主要是碳酸气，它的下部主要是二氧化碳，另外还有少量的氧、氮、碳、氖、氦、水汽，上部有原子状态的氧。

火星的大气成分主要是二氧化碳，另外还有些氨(NH)、氢、氧、水汽等物质。

那么是不是地球以前的大气也是这样呢？。