温室效应不为人知的一面,它是地球存在生命的前提

每当冬天来临,我们就会穿上厚厚的衣服,降低人体热量散失的速率,以此来抵御寒冷。那么处在温度接近绝对零度的宇宙空间中,地球又是如何保持平均15摄氏度的地表温度的呢?

温室效应、地球变热

答案很简单,就是地球的大气层(大气的温室效应起主要作用)。相比于人类在冬天穿的厚衣服,大气层就是地球的一件天然保暖服,但近几十年来,大气层的温室效应几乎已经成了众矢之的,似乎什么异常都是它引起的,果真如此吗?

首先我们先对大气层简单了解一下

有多朋友会认为大气层离咱们很远,是天上的“东西”,比如新闻报道上就经常说:宇航员乘坐返回舱进入大气层,会因为大气摩擦发光发热,最后降落地面。于是不少人就认为大气层离咱们很高很远。

但实际上大气层的范围是非常广的,位于地表之上的数千公里内的空间范围,都是大气层存在的地方,而且大气层的高度并没有一个精准值,它与宇宙空间的界限是比较模糊的,道理很简单,大气中气体的密度基本是随着高度而逐步降低的,一般把1000公里认为是大气层的厚度(但并不代表往上就没有大气了,只是密度极其低下而已)。

那么这样一个厚度达到一千公里的大气层是怎么样成为地球保暖衣的呢?(也就是温室效应是怎么产生的)

首先我们需要知道地表的热量来源,很显然这个来源就是咱们的太阳,太阳作为太阳系中的老大,它的质量占据着整个太阳系的99.86%,可以说是绝对地位,并且它作为一颗恒星,核心部分在时刻进行着核聚变,大量的光热被辐射出来,时刻在为周围的行星“送温暖”。(有朋友会说地球核心的热量呢?没错,地核确实很热,内部的温度甚至能与太阳表面温度相媲美,但由于地球组成以及构造,内部的保温效果非常强,因为地核温度对地表的影响很小)

太阳表面的温度在5500摄氏度左右,光辐射的能量经过平均1.5亿公里的日地距离抵达地球。并且咱们从太阳光谱可以看出,光辐射绝大部分为短波辐射(波长小于3微米),其中能量最主要的集中在可见光波段(波长400到760纳米),因此太阳辐射可以较为通畅的穿过大气层(通过的光辐射,其波段主要集中在295纳米到2.5微米之间、1微米=1000纳米,其余的则被大气层吸收或反射走),抵达地表。

而当太阳辐射到达地表后,就会对地表起到一个升温的作用,但我们又知道:一个物体除非温度达到绝对零度,否则时刻都会有热辐射,地表也不例外,因此太阳辐射是不可能完全被地表吸收的,其中部分又以热辐射的形式向太空发射出去。

但遗憾的是,因为地表的温度远不及太阳表面高温,因此它的热辐射主要是长波辐射(这一点很容易理解,否则的话,我们在晚上就会看到地面能发出可见光了),而长波辐射主要是指波长在4到120微米之间的电磁波,但这些长波辐射却正中大气温室气体的下怀,因为温室气体对长波辐射吸收很强(大气中的温室气体主要是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、水汽等气体)

而这些气体在吸收辐射能量后,又会再次产生长波辐射向四周传播出去,很显然这其中的一部分又会再次抵达地表,这个过程被称为大气逆辐射,并且这也是地表热量的主要来源。(即温室效应)

说到这,可能大部分朋友就明白人类为何要控制温室气体的排放了,因为温室气体会加强大气逆辐射,直接的后果就是地表温度上涨,进而导致一些对人类有害的影响出现。

当然了,温室气体也不能没有,否则大气层的保温作用将大打折扣,地表温度下降的后果甚至比上升来的更加可怕

那么这又是怎么一回事呢?我们简单的来说明一下,假如地球失去了温室效应,那么地表的温度将会是多少呢?零下19摄氏度!

对,你没听错,这样的温度将会对地球的生态产生极大的破坏,别的不说,首先地球上将几乎不存在液态水了,这一点就足够完成第六次物种大灭绝了。(从宜居带的角度来讲,没有液态水的地球将不适宜生命存在)

有的朋友就会疑问了,这是真的吗?温室效应能导致地表温度产生三十几摄氏度的差距吗?为此,下面我们就简单的介绍一下这个温度是怎么来的。

先从热平衡的角度考虑,当地表吸收的太阳热辐射能量等于地表自身发射的热辐射能量时,那么此刻的温度就可以称为平均地表温度了,只要抓住这一点,接下来的工作就是水到渠成的事了,因此最后得到了平均地表温度的公式

Te是地表温度、I为太阳常数(说是常数,但如果到其它行星就不一样了,主要和行星到太阳的距离有关);a是反射率,地球在0.3左右;σ为斯特藩-玻尔兹曼常数。

如此算下来,地球在失去温室效应的情况下,地表温度将只有零下十九摄氏度而已,可见温室效应对地球生命的重要性。

但太过了也不好,你看隔壁金星,就因为温室效应太严重,导致它的表面温度为475摄氏度左右,这还是人待的地方吗?

金星

当然了,上面我只是从极端角度来分析温室效应存在的必要性,以及过度严重带来的危害性,但也足以定性的说明这个问题了。

不过正常情况下,温室效应是不可能消失的,但我们需要将其控制在人类可接受的范围以内,否则温度上升带来的负面影响将会使人类自食恶果。

本篇文章的内容到此结束。

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