地球科學(xué)基礎(chǔ)概論第三章大氣圈

1、地球科學(xué)基礎(chǔ)概論第三章 大 氣 圈大氣的地質(zhì)作用保護(hù)大氣環(huán)境大氣圈的組成和結(jié)構(gòu)第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)大氣圈 地球的最外大氣圈是由氣體和懸浮物組成的復(fù)雜的流體系統(tǒng)。它由于地球的引力作用，在地球周圍集聚的一個(gè)氣體圈層，又稱地球的大氣。 人類的活動(dòng)主要在大氣圈底部的所謂下墊面上進(jìn)行，所以大氣圈是地球系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，是人類生存環(huán)境的重要組成部分。第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)大氣圈一、大氣的組成氣體容積(%)分子量氣體容積(%)分子量氮(N2)78.0928.016氖(Ne)0.001820.183氧(O2)20.9532.000氦(He)0.00054.003氬(Ar)0.9339.994氪(Kr)0

2、.000183.700二氧化碳(CO2)0.0344.000氫(H2)0.00052.016臭氧(O3)0.0000148.000氙(Xe)0.00008131.300 地球大氣圈的總質(zhì)量約6000萬億噸，只占地球總量的0.0001%左右，其組成極為復(fù)雜。自然狀態(tài)下，大氣由干燥清潔的空氣、水蒸氣和浮微粒三部分組成。90千米以下低層大氣中，干潔空氣的組成基本是不變的(見下表)。大 氣 的 組 成大氣圈一、大氣的組成 地球大氣圈主要成分是氮(N2)、氧(O2)和氬(Ar)，它們占干潔空氣總?cè)莘e的、和，合計(jì)占干潔空氣總?cè)莘e的，其它還有少量的二氧化碳、氫、氖、氪、氙、臭氧等，總和不超過。第一節(jié) 大氣的

3、組成和結(jié)構(gòu)大氣圈二、大氣的結(jié)構(gòu) 大氣在垂直方向上的溫度、組成與物質(zhì)也是不均勻的。根據(jù)大氣溫度垂直分布的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)上可將大氣圈分為對(duì)流層平流層中間層暖層逸散層五個(gè)氣層第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu) 大氣圈是環(huán)繞地球最外層的氣體圈層，它的密度隨高度的增加而減小，越向上空氣越稀薄，并逐漸轉(zhuǎn)化為宇宙空間。大氣上界的具體數(shù)字還難以確定，根據(jù)人造衛(wèi)星所得的資料，在20003000千米的高空，還有稀薄的空氣痕跡；在16000千米高空仍存在更稀薄的氣體或基本粒子。 大氣圈二、大氣的結(jié)構(gòu) 對(duì)流層位于近地面，與人類活動(dòng)最為密切。 對(duì)流層中空氣分布均勻，地面吸收了太陽輻射中的紅外線、可見光部分及波長(zhǎng)大于300nm的紫外

4、線，并將其轉(zhuǎn)化為熱能，使之內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈對(duì)流。對(duì)流層內(nèi)溫度隨高度向上遞減，降溫率千米。對(duì)流層高度分布不均勻，赤道地區(qū)1618千米，兩極僅812千米。第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)1、對(duì)流層大氣圈二、大氣的結(jié)構(gòu) 平流層內(nèi)空氣表現(xiàn)為大尺度的平流運(yùn)動(dòng)。由于平流層中水汽含量很少，在對(duì)流層中經(jīng)常出現(xiàn)的氣象現(xiàn)象很少會(huì)發(fā)生，塵埃含量很少，大氣透明度很高。平流層中臭氧集中，太陽輻射光中紫外部分（290nm）幾乎全部被吸收，因此溫度較高。溫度最初隨高度緩慢遞增，25千米以上，增溫變快，到50千米處可達(dá)270290K。第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)2、平流層大氣圈二、大氣的結(jié)構(gòu) 中間層溫度隨高度而降低，到頂層溫度降至190K左

5、右。本層高度為8090千米，大氣在中層進(jìn)行著強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)3、中間層大氣圈二、大氣的結(jié)構(gòu) 暖層大氣溫度隨高度迅速增加，在700千米處，溫度可達(dá)1500K。該層能量主要來自波長(zhǎng)小于175nm的紫外光，以及太陽的微粒輻射及宇宙空間的高能粒子。本層下部的帶電層反射無線電短波，并可使之圍繞地球折射若干次。第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)4、暖層大氣圈二、大氣的結(jié)構(gòu) 熱層以上的大氣層統(tǒng)稱逃逸層或外層。外層大氣部分處于電離狀態(tài)，質(zhì)子的含量大大超過中性氫原子的含量。由于大氣高度稀薄，同時(shí)地球引力場(chǎng)的束縛大大減弱，大氣質(zhì)點(diǎn)不斷向星際空間逃逸。 但其邊界在哪里，尚不能定論，實(shí)際上外層是大氣圈向

6、星際空間的過渡。第一節(jié) 大氣的組成和結(jié)構(gòu)5、逃逸層第三章 大 氣 圈大氣圈的組成和結(jié)構(gòu)保護(hù)大氣環(huán)境大氣的地質(zhì)作用第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈 大氣的水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)。由于地表氣溫、氣壓不均衡，大氣總是由高氣壓流向低氣壓。在多雨的潮濕地區(qū)，因地表植被繁茂，風(fēng)對(duì)地表的巖石破壞作用不顯著；在干旱半干旱地區(qū)，植被稀少、地表日溫差大、風(fēng)很盛行，對(duì)地表巖石的破壞作用影響極大。 風(fēng)是一種機(jī)械動(dòng)力，風(fēng)的地質(zhì)作用純屬機(jī)械性質(zhì)的作用。 大氣的地質(zhì)作用包括風(fēng)化作用、風(fēng)蝕作用、搬運(yùn)作用、沉積作用等。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈一、風(fēng)化作用1、風(fēng)化作用的概念 地表和接近地表的巖石，在溫度變化、水、空氣及生物的作用和影響下

7、所發(fā)生的破壞作用稱為風(fēng)化作用。風(fēng)化作用按性質(zhì)可劃分為物理風(fēng)化作用、化學(xué)風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用。 風(fēng)化作用的影響因素主要有溫度、水、空氣等。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈一、風(fēng)化作用2、物理風(fēng)化作用 巖石只發(fā)生機(jī)械破碎而化學(xué)成分未改變的風(fēng)化作用。 引起物理風(fēng)化的主要因素有：溫度的變化、晶體生長(zhǎng)的應(yīng)力、重力作用、生物的生活活動(dòng)，水、冰、風(fēng)的破壞作用。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈一、風(fēng)化作用2、物理風(fēng)化作用 物理風(fēng)化的結(jié)果是使母巖崩解，形成各種碎屑物質(zhì)。因此物理風(fēng)化作用又稱機(jī)械風(fēng)化作用、石爛。 溫度變化、冰劈作用、鹽巖結(jié)晶。 風(fēng)的風(fēng)化作用主要為機(jī)械性質(zhì)的物理風(fēng)化作用。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈一、風(fēng)

8、化作用3、化學(xué)風(fēng)化作用 指巖石在氧、水和溶于水中的各種酸的作用下，遭受氧化、水解和溶濾等化學(xué)變化，使其分解并產(chǎn)生新礦物的作用。 化學(xué)風(fēng)化作用包括多種類型的化學(xué)反應(yīng)，其中主要有氧化作用、水解作用、水合作用、酸的作用、陽離子交換作用、化學(xué)溶解作用、去硅作用、以及SiO2、Ai2O3、Fe2O3的化合作用等。這些化學(xué)反應(yīng)往往以復(fù)合交替的復(fù)雜形式進(jìn)行，同時(shí)有相應(yīng)的新礦物生成。 化學(xué)風(fēng)化作用不僅使母巖發(fā)生破碎，而且使其礦物成分和化學(xué)成分發(fā)生本質(zhì)的改變，并形成新礦物。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈一、風(fēng)化作用3、化學(xué)風(fēng)化作用 風(fēng)化作用最常見的是石灰?guī)r地區(qū)，其結(jié)果形成溶洞、喀斯特地形。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大

9、氣圈一、風(fēng)化作用4、生物風(fēng)化作用 指巖石由于生物的生活活動(dòng)引起的破壞作用。 生物對(duì)巖石的破壞方式，既有機(jī)械的，也有化學(xué)的，尤以后者更為重要。幾乎所有的化學(xué)風(fēng)化作用都與生物作用有關(guān)，在許多情況下，巖石的風(fēng)化作用是由生物活動(dòng)開始的。生物分泌出的有機(jī)酸，促進(jìn)了巖石的化學(xué)分解，而且生物還可以從中吸取某些元素并將其轉(zhuǎn)變成有機(jī)化合物。生物產(chǎn)生的大量O2、CO2等，同樣影響著風(fēng)化作用的進(jìn)程。 第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈一、風(fēng)化作用4、生物風(fēng)化作用 南京東郊湖山地區(qū)三疊系下青龍組石灰?guī)r根劈現(xiàn)象第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈 風(fēng)化作用的總趨勢(shì)是使被改造的母巖發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，使母巖解體并產(chǎn)生在地表?xiàng)l件下穩(wěn)

10、定的、新的物質(zhì)成分。風(fēng)化產(chǎn)物按性質(zhì)可分三類：碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)和不溶殘余物質(zhì)。 一、風(fēng)化作用5、風(fēng)化作用的產(chǎn)物 碎屑物質(zhì) 是母巖機(jī)械破碎的產(chǎn)物，包括各種巖石碎屑和石英、云母、長(zhǎng)石等礦物碎屑。 溶解物質(zhì) 在化學(xué)風(fēng)化過程中，母巖中活潑性較大的金屬元素(如K、Na、Ca、Mg等)分解出來溶于水，呈離子狀態(tài)形成真溶液；而溶解度低的Al、Fe、Si等的氧化物和Fe、Al的氫氧化物則多形成膠體溶液。它們?cè)谶m當(dāng)?shù)臈l件下形成化學(xué)沉淀物質(zhì)。 不溶殘余物質(zhì) 是母巖在分解過程中新生成的礦物，主要是粘土礦物，其次是氧化硅礦物、氧化鋁礦物和氧化鐵礦物。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用一、風(fēng)化作用5、風(fēng)化作用的產(chǎn)物 大氣圈 地殼表

11、層的巖石經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)化作用后，不穩(wěn)定組分有不同程度的分解，可溶性物質(zhì)或多或少隨水而流失，部分穩(wěn)定組分則殘留在原地形成殘積物。在有生物活動(dòng)的地區(qū)殘積物表層發(fā)育成土壤。殘積物和土壤在大陸地殼表層構(gòu)成了一層不連續(xù)的薄殼，稱為風(fēng)化殼。 在地質(zhì)歷史時(shí)期形成的風(fēng)化殼稱為古風(fēng)化殼。 在風(fēng)化殼中一些難溶的元素，如Fe、Ni、Mn、Al等元素，可富集形成有益的礦床。如我國(guó)華北地區(qū)在奧陶系古風(fēng)化殼中殘積的“山西式鐵礦”和“G層鋁土礦”等。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用一、風(fēng)化作用6、風(fēng)化殼 大氣圈第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈二、風(fēng)蝕作用1、剝蝕作用 指風(fēng)以及河流、地下水、海(湖)、冰川中的水體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)地表或地下巖石產(chǎn)

12、生的破壞，并將破壞形成的產(chǎn)物帶走的作用過程，稱為剝蝕作用。 如特殊的風(fēng)蝕地貌；河岸的巖石被流水沖刷導(dǎo)致河岸后退；石灰?guī)r被地下水溶解形成喀斯特地貌等。美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈二、風(fēng)蝕作用2、風(fēng)蝕作用 不同因素引起的剝蝕作用具有不同的特點(diǎn)。 風(fēng)對(duì)地表的破壞是一種純機(jī)械侵蝕作用。稱為風(fēng)蝕作用，包括吹蝕(吹揚(yáng))作用與磨蝕作用。 風(fēng)蝕作用的總趨勢(shì)是使地面降低、直到地下水出露為止。美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈二、風(fēng)蝕作用、吹蝕作用與磨蝕作用 風(fēng)可以把地表松散的砂粒或塵土吹揚(yáng)起來、離開原地，即所謂的吹蝕(吹揚(yáng))作用；也可以夾帶的

13、砂石磨蝕地表的巖石，從而不斷地破壞巖石圈表層，在地表形成特殊的風(fēng)蝕地貌，也即磨蝕作用。美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國(guó)西部風(fēng)蝕地貌(劉煥杰攝，1989)風(fēng)蝕地貌 青海烏蘭大煤溝第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用風(fēng)蝕凹槽風(fēng)蝕凹槽風(fēng)的剝蝕作用主要是機(jī)械作用包括吹揚(yáng)作用和磨蝕作用內(nèi)蒙烏?？ú计淦綔厦旱V第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈三、風(fēng)的搬運(yùn)作用 風(fēng)化、剝蝕作用的產(chǎn)物除少部分殘留于原地之外，大部分由水、風(fēng)、冰川等介質(zhì)搬運(yùn)到沉積盆地中去。 風(fēng)的搬運(yùn)作用屬機(jī)

14、械搬運(yùn)作用，主要搬運(yùn)風(fēng)化產(chǎn)物中的碎屑物質(zhì)。 風(fēng)的搬運(yùn)能力取決于風(fēng)速的大小。 沙漠地區(qū)，物理風(fēng)化強(qiáng)烈，不斷產(chǎn)生大量碎屑物質(zhì)，使得經(jīng)過這里的風(fēng)總能把砂和塵土帶走；大塊石頭搬運(yùn)不動(dòng)，被留在原地，形成戈壁灘。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用風(fēng)蝕地貌戈壁 青海柴達(dá)木歐龍布魯克第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用風(fēng)蝕地貌戈壁 青海柴達(dá)木歐龍布魯克第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用風(fēng)蝕地貌荒漠 青海都蘭香日德第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈四、風(fēng)的沉積作用 風(fēng)化、剝蝕產(chǎn)物在搬運(yùn)過程中，因搬運(yùn)介質(zhì)的能量減弱或因物理化學(xué)條件的改變以及生物作用，可使被搬運(yùn)物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中堆積下來，稱為沉積作用。 風(fēng)的搬運(yùn)物因風(fēng)力減弱或受阻而堆積。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用大氣圈四、風(fēng)的沉積作用 在干旱半干旱地區(qū)，較小的砂粒隨著風(fēng)力的強(qiáng)弱變化起落，跳躍式前進(jìn)，形成順風(fēng)向移動(dòng)的沙丘，移動(dòng)的沙丘最終形成沙漠。第二節(jié) 大氣的地質(zhì)作用四