我们都知道，由于地球引力的作用，处于自由落体状态的物体总是下落，因此地球上的固体水和液态水很难“逃离”地球。
但由于蒸发、植物蒸腾或冰雪升华等原因，地表水会进入大气，水汽密度低于空气，水汽往往在静止的空气中上浮。我们可以看到，水滴非常小，靠近气态水的白色蒸汽上升而不是下沉。那么，水蒸气会一直上升并从地球逸出吗？气体总是从高密度向低密度扩散。地面附近的水汽密度明显高于近真空星际空间。大气中的水蒸气是否会脱离地球引力的束缚，奔向地球？另外，水分子在发生化学和物理变化后是否有可能离开地球，减少地球上的水量？
大气的分层结构与水汽的分布
水蒸气是指空气中的水，而不是空气中的液态水（云、雾、雨）和固体水（雪、霰、冰雹）。空气中水蒸气的比湿度，即水蒸气质量占总空气质量的百分比，随空气干燥湿度的0～4%而变化很大。干冷地区旱季的含水量几乎为零，而热带雨季的含水量接近4%。
随着空气从地面到高空越来越稀薄，大气中的蒸汽密度从地面到高空逐渐降低。结果表明，在距地面1500～2000米处，水汽含量仅为地面的1/2；在5000米处，水汽含量仅为地面的1/10，向上更是少之又少。大部分水汽集中在低层，一半水汽在2000米以下，3/4的水汽在4000米以下，10公里-12公里高度以下的水汽占总水汽的99%。
90%的大气水汽集中在对流层。赤道附近对流层厚12公里，极地地区只有8000米。
从对流层顶部到55公里处的平流层湿度很低。平流层的形成机制与臭氧层密切相关。由于紫外线辐射，平流层顶部的一部分氧分子被分解成氧原子。氧原子与未被消化的氧分子结合产生臭氧。臭氧吸收了大部分短波紫外线，加热后形成了逆温层。逆温层的存在阻碍了大气的上下对流。
大气温度随海拔升高而降低。平流层顶部的温度可低至-100℃，是一个弱对流层。在离地面大约80公里的地方有冰晶。这些冰晶的半径一般为0.05-0.5μM，当黎明或黄昏即将结束时，冰晶会暴露在阳光下，形成淡蓝色或银灰色的云。只有在高纬度的夏天才能看到夜光云。
暖层从中层顶部到800公里高。在270公里处，空气密度约为地面空气密度的10亿%。300公里高空暖层温度在1000℃以上。暖层也叫电离层。暖层中的氮、氧、氧原子在强紫外线和宇宙射线的作用下处于高度电离状态。在电离层中，即使有水，也会被电离成氢和氢氧化氢离子，因此水分子不可能存在。
温暖层的顶部称为外层，也称为逃逸层。这里的温度很高，高达数千度；大气层非常稀薄，海平面上的密度为10亿。它是大气层的最外层，没有明确的上限，与星际空间相连。由于空气非常稀薄，受地球引力的影响较小，一些高速运动的点可以从大气层逃逸到星际空间。
水汽不会因为浮力而跑出地球水蒸气会因为浮力而从地球上逸出吗？在了解了大气分层和水汽分布后，答案逐渐浮出水面：浮力并不能使水汽从地球逸出。具体原因是什么？
原因之一：水蒸气能溶解在空气中。大部分的水蒸气溶解在空气中并混合成一个整体。水分子与其他空气分子结合，不会因比重不同而分层。
第二个原因是大气中有非常低的温度区，例如对流层上部的温度可以低至-80℃。在较冷的地区，气态水分子会凝结成液态水，甚至是固态水，并合并成水滴和冰晶。当水滴和冰晶足够大时，它们就会落下。
第三个原因是大气中存在一个逆温层，包括平流层和电离层。上层温度高于下层温度。温度较低的下层空气密度较高，不可能靠浮力向密度较低的上层移动。
第四个原因：即使我们逃出一、二、三级，少量进入电离层的水分子也会分解成氢离子和羟基离子。同时，氢离子和羟基离子的质量小于水分子的质量，因此即使少数水分子没有分解，也不会浮在电离层上方。
因此，地球上的水分子由于质量小，不会靠空气浮力在电离层上方运行，自然也不会从地球上逃逸。
水汽不会因为分子扩散而跑出地球如果水分子向外扩散的速度超过地球的逃逸速度，水分子就可以逃往太空。地球大气环境中的逃逸速度和分子扩散速度是多少？
通过简单计算可知，地球表面的逃逸速度为11.17km/s；大气外层底部距地面约1000km，逃逸速度为10.4km/s；在离地10000 km高度时，逃逸速度降低到7000 m/s，在室温下，平均速度为空气分子是461米/秒，相当于子弹的速度。在大气逃逸层中，当温度高于1000℃和1300k（k也称为开尔文，开尔文温度=摄氏温度 273.15）时，空气分子的平均速度可达977m/s。
分子运动的平均速度只是许多分子速度的平均值，其中一定有运动速率高于平均速度的分子。据统计，很少有分子的速度高于平均速度的5倍。因此，如果气体的平均速度比逃逸率低5倍，就可以认为气体无法达到逃逸速度，无法脱离行星的引力约束。
将图表中不同气体的5倍平均速度与地球的逃逸率（地面11.17公里/秒，1000公里/秒时10.4公里/秒）进行比较，可以看出，所有气体成分都无法通过近地面的分子扩散逃逸；在大气外层的下部，由于重力和高温作用下，逃逸率降低，分子运动速度加快。氢（原子或离子）和氦可以从大气中逸出进入太空，但分子量较大的氧、水蒸气、二氧化碳和氮气仍然无法逃逸。
再延长到10000公里，地球的逃逸速度将降低到7000米/秒，最高气温可达3000摄氏度。空气中主要成分的分子速度大于7000 m/s，也就是说，在大气逃逸层的上部，理论上几乎所有的大气成分都能从地球逸出。然而，在2000公里以上，它是一个完全电离的逃逸层。事实上，空气分子已经不存在，重原子也不存在。只剩下氢和氦原子。因此，除了氢气和氦气外，没有空气从地球逸出的问题。
因此，对于地球上是否存在水扩散逃逸的问题，答案是否定的，原因是水分子根本无法到达逃逸层。水分子只存在于电离层下，被电离层分解，不能出现在电离层上方的逃逸层中。
水汽是否会通过其他物理化学作用逃离地球进入电离层的水分子将电离成氢离子和羟基离子。氢离子非常轻，能穿透电离层进入逃逸层，进一步逃逸到星际空间。虽然地球内部的水分子不能直接从地球上逃逸，但它们会不会被电离和氢离子的损失所减少？
据估计，地球每秒损失3000克氢，每秒损失50克氦。但是，尽管氢正在逸出，但在地球历史上数十亿年来，水并没有大幅度减少。一方面，随着氢从地球上逸出，太阳风和陨石不断地向地球补充氢，使氢得到部分补充。另一方面，水分解的氢虽然逸出，但剩余的氧可以与氨、硫化氢、甲烷反应形成氮、硫酸、二氧化碳和水。正是氢的逸出和氧的保留，逐渐增加了地球上的氧含量，氧化其他物质形成水。这种机制使地球原始大气逐渐成为以氮、氧和二氧化碳为主导的现代大气，形成海洋。只有这样，我们才能拥有一个适合人类生存的充满活力的地球。
然而，现在地球大气层中的氢很少。如果氢的逸出主要依靠电解水分子提供氢，而氧等物质的反应产生的总水量不等于电解水，那么地球上的部分水会因氢气的流失而流失。
总之，地球的水不会因为水汽的重量而浮起来和逃逸，也不会因为水分子的扩散而逃逸。其中最关键的作用是大气电离层，它将水分子分解成氢离子和羟基离子。水分子被电离层阻挡，不能出现在电离层上方。同时，在地球原始大气中，氢在水分解后逸出，留下氧气氧化其他物质形成水，这也使得地球的水不会因电解氢的损失而减少！
