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地球上的水会被蒸发到宇宙中吗?

访客2年前 (2021-10-28)地理课件50

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“水蒸气会蒸发到太空吗?”,大气层中含有大量的水蒸气,但是我认为并不会蒸发到太空中,首先来说水蒸气分子质量相对较大,多分布在对流层下部,距离太空还非常遥远,其次来说,水蒸气分子要想逃逸到太空,需要达到第二宇宙速度,从概率上讲虽然有这种可能,但是这是微乎其微的事情,所以总体来说,我认为水蒸气不会蒸发到太空。

先来说说大气中水汽的分布

总体而言,水蒸气在整个大气中占有的质量比重并不算大,而且不同的纬度分布情况也有差异,空气中的水蒸气主要来自于陆地与海洋中水分的蒸发作用,以及植物的蒸腾作用。如果我们把逃逸层看做大气层的边界,那么整个大气层厚度大约有五百五十公里,而水蒸气主要集中在距离地表12公里以内的对流层之中,对流层以上的大气结构中含水量不足空气总含水量的百分之一。

在对流层中,随着海拔的升高,热空气在上升过程中气压会逐渐降低,从而膨胀做功降低温度,空气中的水蒸气也会逐渐凝结成小水滴,直至变成雨滴降落到地面,空气中百分之九十九的水蒸气都处于这种水循环状态,根本没有机会蒸发到太空,即使有些水分子侥幸脱离了对流层,但是往上还有数百公里厚的大气层。

再来谈谈水蒸气逃逸概率的问题

我们知道要想摆脱地心引力的束缚,物体运动要达到第二宇宙速度,也就是11.2千米每秒,所以理论上讲,如果高层大气中的水蒸气分子在远离地球方向上达到第二宇宙速度,也是有可能逃逸到太空的。

我们知道温度是粒子热运动剧烈程度的反映,气体分子的速度服从统计热力学中的麦克斯韦-玻尔兹曼分布,它表示对于稳定系统中大量粒子来说,处于一定速度范围的粒子所占比例是不变的。科学研究发现,在室温26℃情况下,空气中的水分子运动速度处于526米每秒的概率最大(最概然速率),但这显然远远小于第二宇宙速度。当然,随着海拔的继续升高,由于太阳辐射的影响,大气温度也会继续飙升,在大气层的上部,空气温度可达上千开尔文,科学研究发现,当温度为一千开尔文时,空气中水分子速度大概率为960米每秒左右(最概然速率),这依然小于第二宇宙速度,从这点来看,空气中的水分子大概率是无法摆脱地心引力的。

同样,既然水分子大概率无法逃脱地心引力,从侧面表明,小概率是有可能逃逸的,这个概率有多小呢,据说在高层大气一千开尔文的温度下,概率大约为2.3*10^-58次方。我们知道地球大约有13.86万立方公里的水量,其中大气层大约含有千分之一的水量,也就是约13万亿吨,而一吨水大约含有3.3*10^28个水分子,那么整个大气层中大约含有4.2*10^37个水分子,而水分子的逃逸概率大约为2.3*10^-58次方,这样一对比,结果也就显而易见了。

结语

由于水蒸气大部分分布在大气层中的底部,并处于水循环状态中,所以是很难蒸发到太空的,虽然高空中水蒸气有一定的概率会达到逃逸速度,但是这个概率是微乎其微的,总体来看,我认为水蒸气不会蒸发到太空。

感谢浏览,我是漫步的小豆子,科学之旅,并肩前行,欢迎关注。(图片来源于网络)

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