地球大氣中的水汽會不會散失到宇宙中？水汽會不會越來越少？

地球大氣層的水汽是不會向宇宙散失的，大氣中的物質想要逃出地球只有到達大氣層與宇宙空間的邊界也就是逃逸層才有可能。但是水分子是無法到達逃逸層的，因為當水分子在進入逃逸層之下的電離層（暖層）時就會被電離分解而穿不過電離層。所以不可能出現在電離層之上的逃逸層，也就不會散失到宇宙中。

太空中觀察到的地球大氣層

　　地球表面的水會因為蒸發、植物的蒸騰作用或者是冰雪的升華作用而進入大氣中，加上水汽在空氣中的密度比較低，在空氣中就會上浮。氣體的運動方向是從密度高的地方向密度低的地方運動的。那麼大氣中的水汽會不會一直上升擺脫地球引力的束縛而逃出地球呢？

地球大氣層模擬圖

水汽在大氣層中是一種怎樣的分布狀態？

　　大氣中的空氣分布是根據高度發生變化的，高度越高時空氣也就越稀薄，同樣水汽也是高度越高密度越低的。

地球上的水汽分布

在1500m~2000m的大氣中水汽的含量只有地表低空區域的50%。在5000m處的大氣中水汽含量只有地表低空區域的10%。隨著高度的升高水汽含量也是越來少的，大氣中99%的水汽主要存在於10000m~12000m以下的大氣環境中。

地球大氣層結構圖

大氣層中90%的水汽存在於8000m~12000m的對流層中，由對流層層頂高度上升55000m的區域為平流層這其中的水汽含量就已經非常少了。由平流層層頂至地表高度85000m的大氣區域為中間層，由中間層層頂至地表高度800km(800000m)的區域為暖層。在暖層中的氮、氧等空氣成分因為強烈太陽紫外線和宇宙射線的照射已經處於高度的電離狀態所以暖層也被稱之為電離層，在暖層中即使有水分子存在也會被電離。

　　水分子電離公式：

　　H2O≒H+ + OH-

　　水分子被電離分解為氫離子和氫氧根離子。

　　在暖層頂部以上的大氣層外層也就是大氣圈與宇宙空間的邊界，我們稱之為逃逸層。在逃逸層因為空氣已經十分稀薄加上受到的地球引力作用很小，大氣中的一部分高速運動的物質就會逃逸到太空中。因為水分子已經在暖層被電離，幾乎不可能穿過暖層進入到逃逸層的。

逃逸層

水汽會不會因為高速的分子運動超過逃逸速度而逃出地球？

　　如果在固定高度下水分子的擴散運動速度大於地球的逃逸速度那麼水分子就會進入到太空中，從而能夠逃出地球。

　　逃逸速度公式：

　　V=2gR根號下

　　其中g表示為該高度下的重力加速度，單位為m/s²；R表示為該高度上一個點到地球中心的距離，單位為m

　　由此公式我們可以計算出地表的逃逸速度：地表重力加速度g=9.8m/s²，R取地球半徑6370km，可以計算出地表的逃逸速度為11.17km/s。

　　大氣逃逸層底部距離地表1000km，距離地心為7370km(6370km+1000km)，根據重力加速度計算公式：

　　g=GM/r²

　　其中GM為地球相關的常數（G=6.67259×10^-11 N·m2/kg2、M為地球質量=5.965×10^24kg）

　　可以計算出1000km的逃逸層底部重力加速度為7.34 m/s²，再帶入逃逸速度公式可得此處逃逸速度為10.4km/s。

　　水汽的分子運動速度我們取平均值，也就是氣體分子的平均速率：

　　c=1.6*根號下[(R×T)/μ]

　　其中R為氣體常數為8.314J/(mol·K)，T為絕對溫度k為氣體分子數量，c單位為m/s

　　我們可以計算出水汽不同溫度下的平均速率，各成分的平均速率可參考下表：

各成分平均速率表

　　水汽分子的平均速率是從眾多速度不一樣的分子運動速度中取得平均值，其中最快的分子運動速度能夠達到平均速率5倍以上，所以我們取得是5倍情況下的分子運動速度。通過以上數據可以得出氫和氦平均速率已經大於大氣逃逸層底部的逃逸速度10.4km/s，可以逃出地球而相對分子質量較大的水分子則就無法逃出地球了。

總結一下：

　　大氣中的水汽是不會穿過大氣層而散失到宇宙中，因為大氣層和地球引力可以說是地球的一層天然屏障緊緊鎖住了地球的水分。這樣大氣中的水汽會繼續進入到地球的生態系統中不斷循環，從而就造就了我們現在生機勃勃的地球。

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