我们都知道,水有三种形式:固体、液体和气体。这三种形式的固态水和液态水在地球引力的作用下紧密结合在一起,所以我们只需要考虑地球上的气态水,也就是水蒸气。由于水蒸气比空气轻,它倾向于漂浮在大气中。这让我们想知道,当水蒸气漂浮在大气中时,其中一些会不会逸出。现在我们来看看地球大气中水蒸气的逃逸路线。

在地球表面,由于太阳辐射和生物活动,大量的水蒸气一直逸出到大气中。水蒸气比空气轻,欢呼着往地上跑,但很快就发现自己跑得越来越慢,甚至根本跑不动了。这是因为,虽然这种水蒸汽比空气轻,但它很容易与空气混合,在大气中不会形成单独的团块。这仅仅意味着水蒸气通常在空气中融化”。我们常说的湿度,是指空气中水蒸气的含量,而由于天气的变化,一部分空气中的水蒸气会以露、霜等形式变成液体或固体水。

虽然逃离的速度大大减慢了,但为了自由,勇敢的蒸汽还是顽强地负重前行,努力让自己升得更高一点,然后他们遇到了一个大问题。大气层从12公里左右到地球表面,我们称之为对流层,在对流层的空气中,温度较低,最高最低温度为零下80摄氏度,所以大部分的水汽在对流层上层空气中,通常凝结成水或冰晶直接形成,并最终以雨、雪、冰雹等方式返回地球表面。据相关资料显示,大气中约90%的水汽集中在距离地面12公里以下的对流层,越靠近地面,空气中的水汽含量越高。
大多数逃跑的梦想都在对流层中消失了,但有少量的水蒸气随上升气流而上升,以及自己的激情,努力打破对流层的限制,来到了更高的空间——平流层。当到达平流层的水蒸气很快发现,平流层中的空气很少垂直运动,但大部分是水平运动,这意味着它不再被上升的气流带着上升。

这是为什么呢?答案在于明亮的太阳在天空中,在平流层的顶部,紫外线在阳光中比在地球表面要强烈得多,紫外线会将平流层顶部的氧气(O2)直接转化成单个的氧原子(O),这个氧原子和其他氧分子没有分解,产生一种分子叫臭氧(O3),大量的臭氧在大气中形成一个臭氧层。因此,从对流层逸出的水蒸气会漂移”到平流层。
由于平流层底部温度较低,不幸的水蒸气会变回液体或固体水,并被重力拉回地球。但机会总是有的,虽然平流层中的空气一般是以水平运动为主,但不是绝对水平的运动,随着空气的运动,平流层中的少量水蒸气仍然会幸运地来到平流层的顶部,在那里它们得到了臭氧层的热量,一个上升的力量,可以继续自己的方式逃逸。值得注意的是,只有很少的水蒸气能从平流层中出来。
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