空气有多重？如何估算地球大气层的总重量？

空气有多重？如何估算地球大气层的总重量？1.了解基础知识：大气压在深入研究大气的重量之前，有必要了解大气压力的概念。在海平面，大气施加的压力约为101,325帕斯卡（或每平方英寸14.7磅）。这种压力是由于重力而向下压的空气分子的重量造成的。2.大气的重量通过整合整个地球表面的大气压力，科学家估计大气层的总重量约为5.15x10^18千克。这几乎比吉萨大金字塔重十亿倍！可以这样想：地球大气层的重量大约相当于覆盖整个地球表面的10米（33英尺）深的巨大海洋。3.图层和组合我们的大气并不是均匀的；它根据温度变化分为几层。这些层包括对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。每层都有不同的密度和成分，最密集的层是对流层，最接近地球表面。大气中约78%是氮气，21%是氧气，其余1%由氩气、二氧化碳和微量其他气体组成。4.影响大气重量分布的因素虽然大气的总质量保持相对恒定（主要由于水蒸气的变化而导致季节性变化非常小），但其分布可能会因以下几个因素而变化：海拔高度：随着海拔的升高，大气压力会降低，因为上方的空气较少。这就是为什么在高海拔地区呼吸困难的原因。温度：在温暖的日子里，空气膨胀并上升，密度降低。空气的重新分布会导致地表大气压降低，因为下压的重量减少了。相反，在寒冷的日子里，空气收缩并下沉，导致地面压力增加。湿度：潮湿空气的密度低于干燥空气。这是因为水分子的重量小于平均大气分子的重量。当湿度水平上升时，这也会影响大气重量的分布，尽管其影响通常不如温度明显。通过了解这些因素，我们可以更好地了解大气的动态性质以及其重量在不同海拔和条件下的分布情况。5.地球大气重量的重要性大气层的重量对于维持地球上的生命起着至关重要的作用。它确保我们有可呼吸的空气，保护我们免受有害的太阳辐射，并有助于调节地球的温度。如果没有大气层的重量和压力，水就会蒸发到太空中，我们所知道的生命就不可能存在。地球大气层的重量证明了维持地球生命的复杂而微妙的平衡。随着我们不断研究和了解我们的环境，我们对复杂的系统有了更深刻的认识，正是这些系统使地球成为浩瀚太空中独特的宜居绿洲。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390879.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390879.htm

研究发现大气层中的灰尘暂时减缓了温室气体的影响

研究发现大气层中的灰尘暂时减缓了温室气体的影响每年，数百万吨的灰尘被我们的大气层从世界各地的沙漠中吸收。这些尘埃中约有50%来自撒哈拉和萨赫勒沙漠，约40%来自亚洲沙漠，其余来自散布在北美洲和南半球的沙漠。当尘埃在大气层河流中旅行并最终回落到地面时，它对行星温度有不同的影响。例如，在大气中，尘埃可以反射光线，帮助保持地球的温度。全球尘埃循环还通过将磷和铁等营养物质带到海洋，为浮游植物的生长提供动力，而浮游植物则是二氧化碳的汇。但在地面上，灰尘会落在雪和冰上，使其变暗，并使其升温更快，这是导致地球变暖的一个因素。根据加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员的说法，直到现在，灰尘的平衡表仍未确定；它对全球温度是有净冷却还是加热的影响，一直都不清楚。为了尝试理清其真正的气候影响，研究人员使用来自卫星和地面样本的数据测量了在地球上循环的灰尘数量。他们还从冰原、泥炭沼泽和海洋沉积物中提取了核心样本作为历史对比点。他们发现，随着时间的推移，我们大气中的灰尘量一直在稳步增加。事实上，研究小组进行的研究表明，在空气中循环的沙漠尘埃量相当于2600万吨，比18世纪中期增加了55%。研究人员说，空气中尘埃粒子的这种增加对全球气温产生了净冷却效应，掩盖了高达8%的由温室气体引起的变暖。这意味着，如果大气中的尘埃量下降--这一事件在历史上一再发生--气温可能会攀升约0.1华氏度。这可能看起来不是一个大数字，但是，研究人员说，人类活动已经使地球变暖了2.2华氏度，所以即使是十分之一度，也会使我们更接近2.7度的危险增长。根据研究的主要作者，加州大学洛杉矶分校大气物理学家JasperKok，最终确定大气尘埃对行星温度的影响的真正价值在于将其--以及其潜在的损失--纳入现有的气候模型。他说："尘埃的增加并没有造成大范围的冷却--气候模型仍然很接近--但是我们的发现意味着，单单温室气体就可能造成比模型目前预测的更多的气候变暖。通过加入占大气层颗粒物质量一半以上的沙漠灰尘的增加，我们可以提高气候模型预测的准确性。这具有巨大的重要性，因为更好的预测可以为如何缓解或适应气候变化提供更好的决策。"这项研究已经发表在《自然评论-地球与环境》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339847.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339847.htm

研究人员揭示家用燃气炉如何悄无声息地影响我们的健康

研究人员揭示家用燃气炉如何悄无声息地影响我们的健康一项关于美国家庭空气污染的研究发现，使用煤气炉或丙烷炉的家庭经常吸入不健康水平的二氧化氮。斯坦福大学多尔可持续发展学院教授罗布-杰克逊（RobJackson）是5月3日发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上的这项研究的资深作者。他说，煤气炉和丙烷炉产生的污染不仅仅是厨师或厨房里的人的问题。"这是整个家庭的问题。"除其他对健康的负面影响外，长期吸入高浓度的二氧化氮（NO2）会加剧哮喘发作，并与儿童肺部发育不良和过早死亡有关。虽然接触二氧化氮的大部分原因是汽车和卡车燃烧化石燃料，但研究人员估计，燃气炉和丙烷炉产生的污染物组合可能是目前多达20万例儿童哮喘病例的罪魁祸首。论文作者包括来自加利福尼亚州中部哮喘合作组织、PSE健康能源公司和哈佛大学陈嘉庚公共卫生学院的科学家，他们表示，其中四分之一可归咎于二氧化氮本身。"我们发现，到目前为止，炉子里燃烧多少煤气是影响暴露量的最大因素。之后，你是否有一个有效的抽油烟机--以及你是否使用它？"斯坦福大学博士生梅塔-尼科尔森（MettaNicholson）在家中观察煤气灶，科学家们在加利福尼亚州、德克萨斯州、科罗拉多州、纽约州和华盛顿特区测量空气污染，这是他们数据收集工作的一部分。图片来源：罗布-杰克逊，斯坦福大学多尔可持续发展学院除了哮喘病例之外，使用煤气炉的美国家庭长期暴露于二氧化氮中，每年足以导致数千人死亡，可能多达19000人，占每年与二手烟雾有关的死亡人数的40%。这一估计基于研究人员对人们在家中因使用燃气灶而吸入的二氧化氮量进行的新测量和计算，以及关于长期暴露于室外二氧化氮（受美国环境保护局监管）而导致死亡的现有最佳数据。死亡人数估计值是近似值，部分原因是它没有考虑到短时间内反复暴露于极高浓度的二氧化氮所产生的有害影响，而在使用燃气灶的家庭中就会出现这种情况。它还依赖于过去对室外二氧化氮对健康影响的研究，因为在室外还有来自车辆和发电厂的污染物。斯坦福大学多尔可持续发展学院的科林-费尼根（ColinFinnegan）检查没有安装抽油烟机的燃气灶上正在炖煮的锅。使用将空气排放到室外的抽油烟机可以极大地影响家中空气中的二氧化氮含量。图片来源：罗布-杰克逊，斯坦福大学多尔可持续发展学院研究人员使用传感器测量了100多个不同大小、布局和通风方式的家庭在使用炉灶之前、期间和之后的二氧化氮浓度。他们将这些测量结果和其他数据纳入一个由美国国家标准与技术研究院（NIST）的软件CONTAM支持的模型中，该软件用于模拟建筑物中的气流、污染物传输和逐个房间的居住者暴露情况。这样，他们就能在一系列现实条件和行为下估算出全国范围内的平均值和短期暴露量，并将模型输出结果与家庭测量结果进行交叉检验。研究结果表明，在全国范围内，通常使用煤气炉或丙烷炉会增加二氧化氮的暴露量，估计平均一年会增加十亿分之四。这相当于世界卫生组织认定的室外空气中二氧化氮暴露水平的四分之三。卡什坦说："这还不包括所有室外污染源的总和，因此你的二氧化氮超标的可能性要大得多。"这项研究是斯坦福大学杰克逊研究小组对燃气灶造成的室内空气污染进行的一系列研究中的最新一项。此前的研究记录了燃气灶排放其他污染物的速度，包括温室气体甲烷和致癌物质苯。但要了解炉灶排放对人体健康的影响，研究人员需要弄清污染物在家中扩散、积聚并最终消散的程度。"杰克逊是米歇尔和凯文-道格拉斯教务长地球系统科学教授，他说："我们正在从测量炉灶产生了多少污染转向人们实际呼吸了多少污染。"任何燃料在热锅中烹饪食物时都会产生微粒污染。然而，新的研究证实，食物在烹饪过程中几乎不会排放二氧化氮，电炉也不会产生二氧化氮。杰克逊说："是燃料的问题，而不是食物的问题。电炉不会排放二氧化氮或苯。如果你拥有煤气炉或丙烷炉，就需要通过通风来减少污染物的暴露。"即使在较大的住宅中，即使抽油烟机打开并向室外排气，在烹饪期间和之后，二氧化氮的浓度也会经常飙升到不健康的水平。但是，与全国平均水平相比，居住在面积小于800平方英尺（约为一个小型两居室公寓的面积）的人一年中接触到的二氧化氮是全国平均水平的两倍，是居住在面积超过3000平方英尺的最大住宅中的人的四倍。由于家庭规模的不同，不同种族、族裔和收入群体的暴露量也存在差异。研究人员发现，与全国平均水平相比，美国印第安人和阿拉斯加原住民家庭的二氧化氮长期暴露量高出60%，黑人和西班牙裔或拉丁裔家庭高出20%。在较贫困社区（通常是少数民族社区）中，人们暴露于室外二氧化氮污染源（如汽车尾气）的几率通常也更高，而燃气灶造成的室内空气污染则加剧了这一事实。杰克逊说："贫困社区的人们并不总是有能力更换电器，或者他们可能是租房居住，因为他们并不拥有电器，所以无法更换，"他说。"同样的炉灶使用量，住在小房子里的人吸入的污染也更多"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429557.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429557.htm

韦伯望远镜首次在岩石“超级地球”上发现大气层

韦伯望远镜首次在岩石“超级地球”上发现大气层这幅艺术家的概念图展示了系外行星55Cancrie的模样。巨蟹座55号也被称为"杨森"，是一颗所谓的超级地球，是一颗比地球大得多但比海王星小得多的岩质行星，它绕恒星运行的距离只有140万英里（0.015个天文单位），不到18个小时就能完成一个完整的轨道运行（水星距离太阳的距离是巨蟹座55号的25倍）。(水星距太阳的距离是巨蟹座55号距其恒星距离的25倍）该系统还包括四颗大型气体巨行星，位于巨蟹座，距地球约41光年。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）没有参与这项研究的美国麻省理工学院的行星科学家SaraSeager说，在类地行星周围发现大气层是系外行星研究的一个重要里程碑。地球稀薄的大气层对维持生命至关重要，能够发现类似类地行星上的大气层是寻找太阳系以外生命的重要一步。JWST探测到的这颗行星名为55Cancrie，它围绕着一颗12.6秒差距的类太阳恒星运行，被认为是一个超级地球。这颗比地球稍大的类地行星，半径约为地球的两倍，重量是地球的8倍多，大气层厚度约为地球半径的百分之几。这条光变曲线显示了巨蟹座55星系中的岩石行星55Cancrie（巨蟹座55星系中已知的五颗行星中距离恒星最近的一颗）移动到恒星背后时，巨蟹座55星系亮度的变化。这种现象被称为"次食"。当行星在恒星旁边时，恒星和行星日面发出的中红外光都能到达望远镜，因此系统显得更亮。当行星位于恒星后面时，行星发出的光被挡住，只有星光到达望远镜，导致视亮度降低。天文学家可以从恒星和行星的亮度总和中减去恒星的亮度，从而计算出有多少红外光来自行星的日侧。然后用它来计算日侧温度，推断行星是否有大气层。根据这一观测结果计算出的行星温度约为1,800开尔文（约2,800华氏度），大大低于行星没有大气层或只有稀薄岩石蒸汽大气层的预期温度。这种相对较低的温度表明，热量正在从行星的白天向夜晚散发，这可能是由富含挥发性物质的大气层造成的。资料来源：NASA、ESA、CSA、JosephOlmsted（STScI）、AaronBello-Arufe（NASA-JPL）55Cancrie不适合居住的另一个原因是它离恒星很近——大约是地球到太阳距离的1/65。然而，美国喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家、论文合著者AaronBelloArufe说，它可能是研究最多的岩石行星。它对于岩石行星来说大很多，所以比太阳系外其他行星更容易研究。55Cancrie经过了充分的研究，JWST于2021年12月发射后，工程师将天文台的红外光谱仪指向它进行测试。这些仪器可以探测行星周围气体吸收星光红外波长时的化学指纹。Bello-Arufe和同事随后决定进行更深入地挖掘，以确认这颗行星是否有大气层。在最近的观测之前，天文学家已经无数次改变对55Cancrie的看法。这颗行星于2004年被发现。起初，研究人员认为它可能是一个类似木星的气态巨星的核心。但在2011年，斯皮策太空望远镜在这颗行星从其恒星前方经过时对其进行了观测发现，55Cancrie实际上比一颗气态巨星小得多，密度也大得多，是一颗岩石超级地球。几年后，研究人员注意到，对于一颗离其恒星如此之近的行星来说，55Cancrie的温度比它应有的温度低，这表明它可能有大气层。一种假设是，这颗行星是一个被超临界水分子包围的“水世界”；另一种假设是，它被一个主要由氢和氦组成的膨胀的原始大气所包围。但这些想法最终都被推翻了。韦伯望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外探测器（MIRI）分别于2022年11月和2023年3月捕捉到的热辐射光谱显示了超地外行星55Cancrie发出的不同波长红外光（x轴）的亮度（y轴）。该图将NIRCam（橙色点）和MIRI（紫色点）收集到的数据与两种不同的模型进行了比较。模型A（红色）显示了如果巨蟹座55的大气层是由气化岩石构成的，那么它的发射光谱应该是什么样的。模型B（蓝色）显示的是如果这颗行星的大气层是由岩浆海洋排出的富含挥发性物质的大气层，而岩浆海洋的挥发性物质含量与地球地幔相似，那么它的发射光谱应该是什么样的。MIRI和NIRCam的数据与富含挥发性物质的模型一致。这颗行星发射的中红外光量（中红外成像仪）表明，它的日侧温度明显低于没有大气层将热量从日侧传到夜侧时的温度。4到5微米之间光谱的衰减（NIRCam数据）可以解释为大气中的一氧化碳或二氧化碳分子对这些波长的吸收。资料来源：NASA、ESA、CSA、JosephOlmsted（STScI）、RenyuHu（NASA-JPL）、AaronBello-Arufe（NASA-JPL）、MichaelZhang（芝加哥大学）、MantasZilinskas（SRON）JPL的行星科学家、论文合著者胡仁宇（音）说，一颗离恒星如此之近的行星会受到恒星风的轰击，很难抓住大气层中的挥发性分子。这存在两种可能性，首先，这颗行星是完全干燥的，有一层由蒸发岩石组成的超薄大气层；其次，它有一个由较重的挥发性分子组成的厚厚的大气层，这些分子不容易流失。最新数据表明，55Cancrie的大气中含有碳基气体，这指向了第二种可能。Seager说，该团队收集了大气层的真实证据，但还需要进行更多观测来确定其完整成分、存在气体的相对数量及其精确厚度。美国斯坦福大学的行星地质学家LauraSchaefer有兴趣了解55Cancrie的大气层如何与行星表面下的物质相互作用。他说，大气仍有可能被恒星风侵蚀，但岩浆海洋中岩石的融化和释放可能会补充气体。“地球可能至少经历了一个岩浆-海洋阶段，也许是几个。”Schaefer说，“拥有岩浆海洋的实际例子可以帮助我们了解太阳系的早期历史。”相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432349.htm

研究人员利用阳光将废水转化为有价值的化学品

研究人员利用阳光将废水转化为有价值的化学品传统方法的挑战传统的化学制造依赖于能源密集型工艺。半导体生物混合材料将高效的光捕获材料与优质的活细胞相结合，在利用太阳能进行化学生产方面取得了令人兴奋的进步。然而，挑战在于找到一种经济可行且环保的方法来扩大这项技术的规模。在这项研究中，研究人员着手将废水中的污染物直接在废水环境中转化为半导体生物混合物。该概念涉及利用废水中存在的有机碳、重金属和硫酸盐化合物作为构建这些生物混合物的原材料，然后将它们转化为有价值的化学品。深圳先进技术研究院和哈尔滨工业大学的研究人员开发了一种利用阳光将废水污染物转化为有价值的化学品的方法。该工艺使用直接从废水污染物中产生的半导体生物混合体，利用太阳能进行化学生产。图片来源：SIAT废水的复杂性和解决方案然而，实际工业废水的主要有机污染物、重金属和复杂污染物的成分通常各不相同，这些污染物往往对细菌细胞有毒且难以有效代谢。它还含有高含量的盐和溶解氧，需要具有好氧硫酸盐还原能力的细菌。因此，利用废水作为细菌原料具有挑战性。为了克服这个问题，研究人员选择了一种快速生长的海洋细菌——Vibrionatriegens，它对高盐浓度具有特殊的耐受性，并且能够利用各种碳源。他们在V.natriegens（纳特里根弧菌，一种革兰氏阴性海洋细菌）中引入了需氧硫酸盐还原途径，并训练工程菌株利用不同的金属和碳源，以便直接从此类废水中生产半导体生物杂交体。他们生产的主要目标化学品是2,3-丁二醇(BDO)，这是一种有价值的商品化学品。通过改造V.natriegens菌株，他们产生了硫化氢，这在促进有效吸收光的CdS纳米颗粒的生产中发挥了关键作用。这些纳米颗粒以其生物相容性而闻名，能够原位创建半导体生物杂交体，并使非光合细菌能够利用光。结果表明，这些阳光激活的生物杂交体表现出显着增强的BDO产量，超过了仅通过细菌细胞即可实现的产量。此外，该工艺还表现出可扩展性，利用实际废水实现了5升规模的太阳能驱动的BDO生产。高教授表示：“与传统的细菌发酵和基于化石燃料的BDO生产方法相比，生物混合平台不仅具有较低的碳足迹，而且还降低了产品成本，从而总体上对环境的影响较小。值得注意的是，这些生物混合物可以利用各种废水源来生产。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391585.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391585.htm

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层GJ1252b是一颗在2020年被发现的“超级地球”。天文学家对这颗系外行星进行了仔细观察，发现它可能有一个非常稀薄的大气层，或者可能根本就没有大气层。这颗围绕一颗M型恒星运行的行星是“迄今为止我们对其大气层有如此严格限制的最小的系外行星”，主要作者IanCrossfield说。他是一名天文学家和堪萨斯大学的助理教授。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328605.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328605.htm