空气的成分有哪些

空气的成分按体积算：氮气约 78%、氧气约 21%、氩约 0.93%、二氧化碳约 0.04%，其余是氖、氦、氪、氙等微量气体。这组数字是体积分数，不是质量分数——按质量算，氧约占 23%，氮约占 75.5%，两者差了近三个百分点。记错这一条，后面所有的换算都会跟着错。

一组按体积算的数字

教材上的 78 比 21，说的是干洁空气的体积比。把 100 升空气里的水汽去掉再量，氮占 78 升，氧占 21 升，剩下的 1 升里绝大部分是氩。这个「去水」的前提很重要，因为水汽含量随时在变，不固定下来就没法给出稳定比例。

氩的存在感很低，却是第三大成分，占比超过二氧化碳二十多倍。这一点常被忽略：论温室效应二氧化碳重要，论含量氩远在它之上。

因为氧分子比氮分子略重。氧的相对分子质量是 32，氮是 28，同样体积下氧更沉。所以按体积算是 21%，换成质量就升到 23% 左右；氮则从 78% 降到 75.5%。两组数字都对，前提不同。

这个区别在算题时是致命的。题目给「标准状况下 22.4 升空气」，问氧气质量，要用体积分数乘体积再乘密度，不能直接拿 21% 去乘总质量。反过来说，题目给空气质量求氧的体积，也得先换算回体积分数。

生活里也有印证：二氧化碳比空气重，所以能沉在低处，久未开启的菜窖、深井要先通风再下人。这个「重」是按分子量说的，与它只占万分之四并不矛盾——含量少不等于没分量。

因为它的绝对值在变。工业化之前大气二氧化碳浓度约 280 ppm，目前已超过 420 ppm，涨幅接近一半。占比上看仍是零点零几，绝对量却增加了上百 ppm，足以改变辐射平衡。

二氧化碳的温室效应来自分子结构：它吸收地面放出的长波辐射，再把一部分返还地面。氮和氧是双原子分子，对称振动不产生净偶极矩变化，几乎不吸收长波辐射，所以占了大头却不保暖。

水汽是最主要的温室气体，贡献比二氧化碳更大，但它的含量由温度决定，属于反馈而非强迫。讨论气候时把二氧化碳单列，是因为人类能直接控制它。

原始大气不是现在这个样子。地球形成初期的大气以氢、氦为主，很快被太阳风吹散；之后火山持续喷发，释放出水汽、二氧化碳、氮气、二氧化硫、氯化氢和甲烷，形成以二氧化碳为主的第二次大气，几乎没有游离氧。

转折点是光合作用。蓝细菌等能进行光合作用的生物出现后，开始向大气释放氧气。氧气先被海水中的亚铁离子和岩石消耗，形成条带状铁建造；大约在二十四亿年前，氧气才开始在大气中积累，这一事件被称为大氧化事件。

氧气积累的直接后果是臭氧层形成。臭氧挡住了紫外线，生命才有可能离开水面、登上陆地。氮气之所以成为主体，是因为它化学性质稳定，火山不断补充而很少被消耗，日积月累占了主导。

这个故事能说明「小数点后两位」有多重要。十九世纪末，瑞利发现从空气中分离出的氮，比从氨分解得到的氮密度大约千分之五，反复测量都对不上。他没有把这当成误差，而是公开求解释。

拉姆塞随后介入，两人判断空气中还有一种未知的重气体。把空气中的氮和氧全部去掉之后，剩下少量气体，光谱里出现了从未见过的谱线，氩就这样被发现，两人因此获得诺贝尔奖。

氩的化学性质极不活泼，工业上大量用作焊接保护气、灯泡填充气。它在地壳中的丰度并不低，主要来自岩石中钾四十的放射性衰变，这也让氩同位素成为地质定年的重要工具。

比例基本不变，密度在变小。八十公里以下的大气混合得相当均匀，各成分的体积分数大致维持在海平面的水平。高原上氧气仍占 21%，只是单位体积里的分子数少了。

这就是高原反应的根源。海拔五千米处气压约为海平面的一半，吸一口气的氧分子数也只有一半，肺里氧分压下降，血氧饱和度跟着掉。补氧补的是分压，不是浓度。

再往上，到了平流层以上，重力分选开始起作用，重的气体偏下、轻的偏上，比例才真正改变。氢和氦在最外层，也最容易逃逸到太空。

短期稳定，长期会有波动。氧气的收支由光合作用释放和呼吸、燃烧、氧化消耗共同决定，目前大致平衡。历史上氧气曾经历过大幅起落，石炭纪时浓度可能明显高于现在，学界对具体数值仍有争议。

常温下氮气很稳定，因为氮氮三键键能极高，需要高温或放电才能打断。雷电、汽车发动机内的高温都能让它与氧结合，生成氮氧化物，这也是氮在自然界循环的一条路径。

算，但通常单列。颗粒物是悬浮的固体或液滴，不是气体，浓度用微克每立方米表示，不按体积分数计。它的组成随地点和季节差别很大，所以不能像气体那样给一个固定比例。