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。
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