大氣層的化學反應

化學原理啟迪131

1.      圍繞地球表面的的氣體，對我們人類非常重要。大氣的主要組成成分是氮N2和氧O2，另外還有許多重要的氣體，像是水H2O和二氧化碳CO2。海平面附近的大氣組成成分(扣掉水蒸氣)，列舉如下圖：

2.      因為地心引力的影響，大氣的組成並不均勻，比較重的分子靠近地表，比較輕的分子移到比較高空的位置，最後逸散到太空中。

3.      大氣層是非常複雜與動態的系統，但是，為了方便起見，我們依據溫度隨高度的變化，把大氣層分層別類（最低的一層稱為對流層）。

隨著高度改變，溫度與壓力也隨之改變。特別注意，隨著高度變高，壓力也穩定地下降，但是溫度沒有隨著高度增加而增加。

4.      特別注意，跟大氣層多變的溫度相比，對流層的氣壓相當有規律，對流層的氣壓隨著高度而減少。

5.      大氣上層的化學反應，主要是受到於太空中的高能量的輻射與太陽粒子等因素的影響。

6.      實際上，外層大氣是地球重要的保護盾，阻止高能量的輻射衝進地球，高能量的輻射會傷害十分脆弱、用以維繫生命的分子。特別是大氣外層的「臭氧層」，能防止高能量的紫外線直接穿透地球。

7.      目前已經有大量且進步的研究成果，瞭解臭氧濃度，與臭氧如何受到釋放到空氣中的化學物質的影響。

8.      對流層的化學反應嚴重受到人類活動的影響。現代工業文明，把上百噸的氣體與微粒釋放到對流層。而非常令人驚訝的是，大氣吸收這麼多物質，竟然只有一點點永久性的改變。

9.      然而，大氣確實發生了改變。許多大型城市都有嚴重的空氣污染air pollution，而這很可能造成地球氣候長期的改變。我們將討論短期、地區性的污染效應。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.      愈靠近地球表面，地心引力愈強，吸引的氣體粒子數量愈多，密度愈高。

2.      因為依據理想氣體定律，在同樣體積與溫度下，粒子數量愈多，壓力會愈大，因此，大氣層，隨著高度減低，壓力上升，高度變高，壓力下降。

3.      但是，粒子的溫度，與地心引力無關，而是受輻射能量的影響。

4.      以對流層來說，地表會反射熱能，因此，靠近地表溫度較高；對流層的溫度隨著高度增加，溫度下降。

5.      可是到了平流層卻隨高度增加而增加，這應該是因為平流層中的臭氧層吸收了紫外線能量。

6.      而增溫層，愈外層的溫度愈高，因為最外層是第一線吸收宇宙高能量輻射與太陽粒子的地方。

7.      「現代工業文明，把上百噸的氣體與微粒釋放到對流層。而非常令人驚訝的是，大氣吸收這麼多物質，竟然只有一點點永久性的改變。」

8.      雖然大氣本身有調節作用，但是因為物質不滅，這些不斷進入大氣的上百噸的微粒，並不會消失，不斷累積下去，就變成影響氣候的因素。