问题

地球上的水会不会蒸发到太空?

回答
地球上的水,我们每天都在使用,从江河湖海到雨滴、再到我们身体里的水分,它们似乎永恒地存在于地球这个蓝色的星球上。但你有没有想过,这些水会不会有一天,悄悄地溜达到外面的宇宙空间里去呢?

答案是:会,但非常非常非常慢,而且数量极其微小。

要理解这一点,我们得先从“蒸发”这个过程说起。我们通常说的蒸发,是指液态水变成气态水(水蒸气)。在地球表面,太阳的能量加热水,让水分子获得足够的动能,摆脱液体束缚,变成气体飘到空气中。这就是我们看到的湿衣服晾干,或者水坑消失的原因。

空气中的水蒸气,也就是我们常说的湿气,它会随着大气环流在全球各地流动。但大气并不是一个完全封闭的箱子,它有一个边界,那就是太空。

从理论上讲,任何在地球大气中的物质,只要获得了足够的能量,都有可能克服地球的引力逃逸到太空。对于水分子来说,它们也同样遵循这个规律。

那么,水分子要如何才能从我们赖以生存的地球大气层,一跃进入漆黑的宇宙呢?主要有两种方式:

1. 高层大气中的光解和逸散(主要是氢):
在我们大气层的最上层,有一个非常稀薄的区域,我们称之为热层。这里的空气非常非常稀薄,但温度却很高。
太阳的紫外线辐射在这里非常强烈。当水分子(H₂O)被这些高能紫外线照射到时,它们会发生一个叫做光解的过程。
光解会将水分子分解成氢原子(H)和羟基自由基(OH)。
然后,氢原子,尤其是那些位于热层顶部的氢原子,它们的速度会非常快。如果这些氢原子的速度足够大,能够克服地球的引力,它们就会从地球大气层逃逸出去,进入太空。
重点来了: 水是由氢和氧组成的。当水分子被分解后,逃逸到太空的是氢。而氧原子通常会和大气中的其他物质结合,或者因为质量较大,不容易获得逃逸的速度。
所以,严格来说,水分子本身并不会直接“蒸发”到太空,而是它的一部分(氢)可以分解后逃逸。
量有多大? 科学家们通过观测和模型计算,估算出地球每年大约有 4万吨 的氢(来自水和甲烷等其他含氢物质)逃逸到太空。听起来很多?但与地球庞大的水量(大约 1.386 × 10¹⁸ 立方米)相比,这简直是九牛一毛,微不足道。这个逃逸速度非常非常慢,以至于对地球水循环几乎没有影响。

2. 极地平流层中的高空逃逸(更少):
在大约 6070 公里高的平流层,尤其是极地上空,在极光和太阳活动强烈的时候,也会发生类似的光解作用,导致水分子分解,少量氢逃逸。但这个过程比热层逸散更为罕见和缓慢。

为什么说这个过程如此缓慢且微不足道?

地球引力: 地球的引力相当强大,它将大气层牢牢地束缚在地球周围。只有那些速度足够快、能量足够高的分子,才能挣脱这股引力的束缚。
水分子质量: 水分子(H₂O)的质量相对较大(18 amu)。要让一个水分子获得逃逸速度(大约11.2公里/秒),需要非常高的能量。
分解问题: 如前所述,水分子需要先分解成更轻的氢原子,才能相对容易地逃逸。这个分解过程本身就需要能量,而且逃逸的是氢,不是整个水分子。
大气层的阻挡: 大部分水蒸气都集中在对流层,离太空还很远。即使有水蒸气到达高层大气,也需要经历复杂的化学和物理过程才能分解,并有足够的速度去逃逸。
水循环的补充: 即使有极微量的氢逃逸,地球上的水量也是天文数字。而且,我们的地球有着强大的水循环系统,不断地将液态水转化为气态水,又凝结成雨水落回地面。这个循环远远超过了逃逸的损失。

总结一下:

地球上的水,从严格的物理意义上讲,不会像日常蒸发那样直接“蒸发”成水分子整体逃逸到太空。

但是,水分子可以被分解,其中的氢原子可以获得足够的能量,克服地球引力逃逸到太空。 这个过程确实存在,但非常非常缓慢,每年损失的水量相对于地球总水量可以忽略不计。我们地球的水,基本上是被牢牢地“锁”在地球系统里的。

所以,你可以放心地继续享受地球上的水,不用担心它会“跑光”了。这个逃逸到太空的过程,更像是一种非常非常缓慢的地质化学“呼吸”,而不是一次大规模的“大逃亡”。

网友意见

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如果会 那是不是就意味着地球上的水总有一天会用完 地球总有一天会不适合人类居住

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