地球上的水會逃出地球嗎？
作者：賈紹鳳
大家都知道由於地球引力的作用，自由落體狀態下的物體總是往下落，因此地球上的固態水、液態水是很難“逃離”地球的。
但是，地表的水會因蒸發、植物蒸騰或冰雪升華成為水汽而進入大氣，而水汽的密度比空氣密度低，水汽在靜止的空氣中有上浮的趨勢。正如我們看到的水滴非常小、與氣態水接近的白色蒸汽都是往上走而不是下沉。那麼，水汽是否會一直浮升而逃出地球呢？氣體總有從密度高的地方向密度低的地方擴散的趨勢，近地麵的水汽密度顯然高於幾近真空的星際空間的水汽密度，大氣中的水汽是否會因為擴散而掙脫地球引力的束縛跑到地球之外去呢？另外，是否存在水分子發生化學、物理變化後跑到地球之外而使地球上的水減少的可能呢？
大氣的分層結構與水汽的分布
水汽指空氣中氣態的水，而不包括空氣中狀態不穩定的液態的水（雲、霧、雨）和固態的水（雪、霰、冰雹）。空氣中的水汽比濕，即水汽質量占空氣總質量的百分比，隨著空氣幹濕的程度從0～4%變化很大。寒冷幹燥地區的幹燥季節水汽比濕幾近於零，熱帶多雨地區的多雨季節則會接近4%。
隨著空氣從地表到高空越來越稀薄，大氣中的水汽密度也從地麵向高空逐步下降。觀測結果表明，在距地麵1500～2000米處，水汽含量隻及地麵的1/2；在5000米處，隻相當於地麵的1/10，再往上則更少。水汽絕大部分集中在低層，有一半的水汽集中在2000米以下，3/4的水汽集中在4000米以下，10千米～12千米高度以下的水汽約占全部水汽總量的99%。
90%的大氣水汽都集中在對流層內。對流層的厚度在赤道附近有12千米厚，在兩極地區隻有8000米。
自對流層頂部向上至55千米高度為平流層，其水汽含量已經極少。平流層形成機理與臭氧層密切相關。因紫外線的照射，位於平流層頂部的一部分氧分子被分解為氧原子，氧原子與未分解的氧分子結合生成臭氧，臭氧吸收大部分短波紫外線而升溫形成逆溫層。逆溫層的存在阻止了大氣的上下對流。
從平流層頂到85千米高度為中間層，大氣溫度隨高度上升而降低，層頂溫度可低至-100℃，是一個較弱的對流層。在距地麵高度80千米左右，還有冰晶存在，這類冰晶顆粒的半徑一般為0.05～0.5微米。在曙光初現或暮色將盡時冰晶被太陽照射會形成呈淡藍色或銀灰色的夜光雲。隻有在高緯度地區的夏季才能見到夜光雲。
從中間層頂到800千米高度為暖層。在270千米高度處，空氣密度約為地麵空氣密度的百億分之一。暖層在300千米高度時的溫度高達1000℃以上。暖層又稱電離層，暖層中的氮、氧氣和氧原子等氣體成分，在強烈的太陽紫外線和宇宙射線作用下，已處於高度電離狀態。在電離層中，即使有水，也會被電離成氫離子和氫氧根離子，因此不可能存在水分子。
暖層頂部以上稱為外層，又稱逃逸層。這裏的溫度很高，可達數千度；大氣已極其稀薄，其密度為海平麵處的一億億分之一。它是大氣圈的最外層，沒有明顯的上界，而與星際空間相連。由於空氣十分稀薄，受地球引力作用較小，一些高速運動的大氣質點可因此脫離大氣圈，逸散到星際空間去。
水汽不會因為浮力而跑出地球
水汽到底會不會因為浮力而跑出地球呢？在了解了大氣的分層結構與水汽的分布之後，答案也就漸漸浮出水麵了：浮力作用並不會使水汽逃出地球。具體的原因又是什麼呢？
原因之一：水汽可以溶解於空氣。大部分水汽溶解於空氣而混為一體，水分子與其他空氣分子結合在一起，不會因為比重的不同而分層。
原因之二：大氣層中有溫度很低的區域，例如對流層上部的溫度可低至-80℃。在較冷的區域氣態水分子會凝結成液態水，甚至凝華為固態水，並相互合並成水滴、冰晶，當水滴、冰晶大到一定程度就會掉落下來。
原因之三：大氣層有逆溫層存在，包括平流層和電離層，都是上層溫度高而下層溫度低，溫度低的下層空氣密度更高，不可能靠浮力運動到密度低的上層。
原因之四：即使逃脫第一、第二、第三關，少數跑到電離層的水分子，也會被分解為氫離子和氫氧根離子。同時，氫離子和氫氧根離子的質量比水分子更小，所以即使少許漏網的水分子沒有被分解，也不會上浮到電離層以上。