光化层（chemosphere）指大气分子受太阳紫外辐射影响而产生光化反应的大气层，其距地表高度约20～110公里之间。

光化层（chemosphere）指距地表约20～110公里之间，大气分子受太阳紫外辐射影响而产生光化反应的大气层。

按照分子组成，大气可分为两层，即均质层和非均质层。均质层为从地表至85km高度的大气层，除水汽有较大变动外，其组成较均一。85km高度以上为非均质层，其中又可分为氮层（85～200km）、原子氧层（200～1100km）、氦层（1100～3200km）和氢层（3200～9600km）。非均质层质量虽只有大气总质量的0.01%，却对地球上的生物起着很重要的作用。它能过滤太阳辐射的高能部分，避免生物被离子化或燃烧，又是地面扩散污染物的强氧化场所。

按大气化学和物理性质，可分为光化层和离子层。光化层具有分子、原子和自由基组成的化学性质，其中包括大约20km高度处、O3浓度最大的臭氧层。其他活跃成分包括原子氧（O） 、羟基（OH）、氢过氧基（HO2）等。离子层包含大量离子，有反射无线电波能力。从下而上又分为D、E、F1、和G层，各层中离子含量为1×103～1×106/cm3。

在距地表约20～110公里之间的气层中，化学变化较其上或其下的气层为盛，在这层内各高度的大气密度和成分不同，而且流星余烬又使其成分复杂化，太阳辐射的紫外部分的强度，也足以使其中成分发生光分解或光电离等作用，被分解或电离的物质在一定条件下又能互相发生化学反应。例如在平流层中有分子氧光解为原子氧、分子氧和原子氧组合成臭氧、臭氧分解等化学过程，平流层中的臭氧层就是化学过程所造成的。又如在中层有水汽光解为原子氢和氢氧基的过程等。这些化学反应往往随昼夜、季节、纬度和高度而变化，加上湍流和大气环流又可以将反应物带到一起，这又增加了化学反应的复杂性和频繁性。

离地表95～110公里为匀和层到非匀和层的过渡层。在光化层以上的非匀和层内，各高度的空气成分比较单纯。由于那里属逆温层，空气较为稳定，没有湍流使各高度不同成分的气体加强混合，而且密度较小，即使在强太阳辐射作用下，也难以发生化学变化。主要发生的只是电离等物理反应。

在光化层以下的气层中，波长短于0.3微米的太阳辐射基本上已被其上气层所吸收，到达的多为波长大于0.3微米的电磁波。它们在低层较密的大气中传播时，仅起到照明和加热等物理作用。这层内仅存在由人类活动所致的污染物造成的大气化学变化。

高层大气化学分为中性成分化学和离子成分化学两部分。前者着重研究50~110公里高度中性成分化学，后者研究60~500公里或整个电离层离子成分化学。中性成分化学反应最激烈的地方是光电层。

太阳光是使高层大气成分光解的主要能源。太阳短波辐射照射地球大气，大气分子吸收太阳辐射而被激发，即为大气化学反应的初级过程;激发态成分再与其他分子相互作用称为次级过程。激发态可以是分子的转动或振动能级的激发，也可以是原子的电子能态的激发，或分子和原子的电离等。

常见的初级过程有:①光致激发，即原子A在光子hv作用下变成激发态原子的过程(A+hv─→A*);②光致离解,即分子AB在光子作用下分解成原子或简单分子的过程(AB+hv─→A+B);③光致电离,即分子或原子在光子作用下变成离子AB+和电子e的过程(AB+hv─→AB++e)。由于激发态成分生存时间很短(除某些亚稳态外，一般为亿分之一秒)，它们一经形成就进入次级化学反应。

常见的次级过程主要有:①去活(又称去激发)或猝灭，激发态成分跟其他原子或分子M相碰撞而丢失能量,以致不能再产生光子,不再有化学发光(A*+M─→A+M);②离解,激发态成分分解为原子或简单分子的过程(AB*+M─→A+B+M);③能量转移(A*+B─→A+B*)和原子互换(A*+BC─→AB+C)。

地球大气的主要成分是N2和O2，分别占78%和21%,其次是惰性气体Ar,占0.93%。其余均为微量成分。这个比例大致维持到90公里高度。但在热层，那里的基态氧原子O(3P)数量很大,其浓度接近和超过N2和O2,有时也把O(3P)称为主要成分。

在高层大气化学中，微量成分主要是指各种化学性质活泼的自由基，具有或长或短生存时间的激发态分子和原子。其中一个重要类型是亚稳态成分。它是生存时间比较长的激发态中性成分或离子成分，在高层大气化学中占有重要地位。

中性成分的化学反应

主要有光致离解、光致电离、光致激发、荧光或共振散射(在光致激发后，被激发的原子或分子将直接返回基态或中间激发态，伴随着特征辐射的发射，当激发和辐射波有相同波长时，该过程称共振散射，而辐射波长不同于吸收光波长时，该过程称荧光)、猝灭、原子互换、原子复合(如A+B+M-→AB+M)等反应。其中，原子复合和原子互换反应较普遍。双原子复合成一个分子,过剩能转化成辐射,这在某些气辉线的激发上较重要。在中间层和低热层大气中，原子互换反应能激发某些重要气辉带，例如羟基(OH)迈纳尔带气辉。

在中性成分化学中，中间层是值得特别注意的区域，因为这里是水汽和氧分子光致离解的重要区域，而且光致离解产物的化学生存时间较长(但不超过几小时)，影响中性成分的空间分布。

化学反应最激烈的地方，一般位于对流层顶以上的20~110公里高度上。这里,太阳短波辐射使大气中一些重要成分光解，由此产生的原子、分子及激发态成分间发生一系列化学反应并构成大气活动的主要特征。通常称这一区域为光化层。在光化层上部100公里附近,氧分子因吸收波长约为1370~1750埃的太阳辐射而离解(这个谱段称为氧分子舒曼-龙格离解连续谱)，是那里最重要的光致离解过程。在较低高度，氧分子对波长约为1850~2430埃的太阳辐射具有较弱的吸收，该辐射也能使它离解(这个谱段称为氧分子赫茨伯格离解连续谱)。