地球科学概论第二章地球的外部圈层

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1、第二章地球的外部圈层第一节大气圈第二节水圈第三节生物圈第一节大气圈一、大气的组成二、大气圈的结构三、大气的热状况四、大气的运动是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层。大气是人类和生物赖以生存必不可少的物质条件，也是使地表保持恒温和水分的保护层，同时也是促进地表形态变化的重要动力和媒介。大气圈(atmosphere)一．大气的组成大气圈的总质量约5×1018kg，其中绝大部分分布在大气圈的下层。自然状态下的大气是多种气体的混合物，主要由氮、氧、二氧化碳、水及一些微量惰性气体组成。就大气的组成成分而言，可分为恒定组分、可变组分和不定组分3种。大气成分的分类及其特

2、点（1）、恒定组分：氮、氧氩（2）、可变组分：二氧化碳、臭氧、水蒸汽（3）、不等组分：粉尘、硫氧化物、氮氧化物注意：主要是现阶段的大气组成，而且是低层大气的组分（70km以下）。高层大气以氮、氧、氢等的原子、离子为主。二、大气圈的结构大气圈的下界通常是指地表，但在地面以下的松散堆积物及某些岩石中也含有少量空气，它们是大气圈的地下部分，其深度一般小于3km；其上界并无明确的界限，一般认为在2000～3000km的高空向行星际尘埃的密度过渡。大气圈在垂直方向上的物理性质有显著的差异，根据温度、成分、电荷等物理性质，以及大气的运动特点，可将大气圈自地面向上依次分为

3、对流层、平流层、中间层、暖层及散逸层。图2－1大气的垂直分层三、大气的热状况大气的热量分布状况是产生各种大气现象和过程的根本原因。炽热的太阳以电磁波的形式源源不断地向宇宙空间放射能量称为太阳辐射。太阳辐射的能量主要集中在波长较短的可见光部分，所以人们把太阳辐射称为短波辐射。太阳辐射是地球表面最主要的能量来源。平流层中的臭氧能强烈地吸收波长较短的紫外线；对流层中的水汽和二氧化碳等主要吸收波长较长的红外线；但能量最多的可见光却很少被大气吸收,能够穿透大气射到地面上来。大气直接吸收的太阳辐射能量是很少的(约为19%)。图2－2太阳辐射能随波长的分布图2－3到达地面

4、的太阳辐射当太阳辐射到达地面后，地面吸收了近一半(约为47%)的太阳辐射能量，地面温度增高，同时地面也以电磁波的形式向外辐热量。地面辐射的能量主要集中在红外线部分，属于长波辐射。地面辐射极易被对流层中的水汽和二氧化碳所吸收。据观测，近地面的大气能够吸收地面辐射的75%～95%。可见低层大气增温的直接热源是地面辐射。气温是指大气的温度。在同一地点，由于地球的自转使太阳辐射强度发生昼夜更替，从而导致气温日变化。一天之中，最低气温出现在日出前后，直至午后2点左右达到最高,以后开始逐渐降低。同一地点的气温因地球公转引起的季节变换而发生气温年变化。气温的年变化通常用多

5、年来各月平均气温的变化来表示。就北半球来说，大陆上最高月平均气温出现在7月(海洋上为8月)；大陆上最低气温出现在1月(海洋上为2月)。一年中最高月平均气温与最低月平均气温之差反映出一地在一年中气温变化的幅度，是划分气候类型的重要依据。四、大气的运动大气运动的产生及形式取决于气压的作用。一个地方的气压随高度增加而降低，影响气压随高度变化的原因主要是该地上空大气柱的高度和密度。在水平方向上，由于气温差异也会引起该方向上的大气密度的变化，并产生气压的水平变化。由于大气在垂直或水平方向上存在气压差，从而产生了气压梯度力，气压梯度力可分为水平气压梯度力和垂直气压梯度力

6、。真正造成大气水平运动的力是水平梯度力。此外，运动的大气还会受到地转偏向力、惯性离心力及摩擦力的作用。图2－4地转偏向力示意图图2－5地球上的气压带和风带第二节水圈一、水圈的组成二、水圈的循环水圈(hydrosphere)是指由地球表层水体所构成的连续圈层。水是一切生物生存必不可少的物质条件，对地球表层环境的形成和改造起到重要的作用。水的基本特性（1）水分子的结构特点（2）水的特性水的三种状态的转化对地球环境的影响是非常重要的。水分子具有缔合现象：流动性好、表面张力强、粘性但较弱。水具有很强的溶解能力水具有很高的热容量水具有反常膨胀性一、水圈的组成

7、自然界的水以气态、固态和液态三种形式存在于大气圈、生物圈、海洋与大陆表层之中。地球水体的总质量1.5×1018t，体积约1.4×1018m3，其中，海洋水约占97.212％，大陆表面水约占2.167％，地下水为0.619％，大气水占0.001％。一、水圈的组成如果设想将地球表面全部削平，水圈的水体足以覆盖整个地球达2700多m厚。按天然水所处的环境不同可分为：海水、大气水和陆地水3类。陆地表面水地下水冰川大气水海洋（一）海水（的运动）1、波浪是海水最基本的运动形式。当风刮过海面时，风与海水面之间产生摩擦力，使海水产生运动形成波浪。海水运动时，水质点基本上绕某

8、个平衡位置作圆周运动，只是向前移动很小的距离。水质点