ch1大氣的成分狀態(tài)與結(jié)構(gòu)

然而火山爆發(fā)所噴出的混合氣體成分主要為水汽(85%)、二氧化碳(10%)、以及少量的氮?dú)?、硫和硫化物（二氧化硫和硫化氫）。特別值的注意的是自由氧基本上是不存在的，這些成分和現(xiàn)在地球大氣的成分差別很大。2、大氣的演化原始地球上無大氣、無海洋；火山噴發(fā)頻繁發(fā)生?；鹕絿姲l(fā)逐漸形成原始大氣，主要由氫、氦、氖、硫、硫化物、水汽、CO2、氮組成，沒有氧氣。大量水汽致使長(zhǎng)時(shí)間降雨的發(fā)生，據(jù)推測(cè)，降水持續(xù)了幾千年，最終形成原始海洋，生命就在原始海洋中開始蘊(yùn)育、緩慢形成。3、生命的光合作用使大氣圈中出現(xiàn)了氧氣

約20~30億年前，原始植物開始通過光合作用釋放少量的O2，隨著O2的聚集和增加，導(dǎo)致高空大氣形成O3層，從而過濾了部分太陽(yáng)紫外輻射，這樣使得大量植物從海洋深處逐漸向陸地推進(jìn)，最后形成愈來愈多的O2→愈來愈少的輻射→接收更多的可見光→更加豐富的植物→釋放更多的O2。

大約在4億年前，伴隨著地球生物的演化過程，才逐漸形成現(xiàn)在地球大氣的狀態(tài)。

火山噴發(fā)產(chǎn)生的氮，由于其化學(xué)惰性及其在水中的低溶解度，大部分留在大氣中，成為現(xiàn)代大氣的主要?dú)怏w成分。

大氣是由多種氣體組成的混合氣體，其中還包含著少量的水汽和其它雜質(zhì)（懸浮顆粒物）。干潔空氣：氣象上通常稱不含水汽和懸浮顆粒物的大氣為干潔空氣，簡(jiǎn)稱干空氣。二、現(xiàn)代大氣的成分及其狀態(tài)90km以上，氮稍有減少，氧稍有增多，氬和二氧化碳明顯減少，其中氧分子和氮分子開始離解。

大氣層中90km以下，除了臭氧和一些空氣污染物以外，干潔空氣的成分基本保持不變，可以將大氣看作單一成分的氣體來處理：平均分子量為28.966g/mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度為1.293×10-3g/cm3。利用理想氣體狀態(tài)方程表示大氣的狀態(tài)：1）按大氣成分在大氣中的停留時(shí)間可分為：2）按濃度不同可分為：

濃度的時(shí)空變化不明顯的氣體成分。壽命在104~107a，主要包括N2、O2、惰性氣體（Ar等）。定常成分主要?dú)怏w濃度大于或接近于1%，包括N2、O2、Ar(氬)。短壽命（少于1年），如H2O，CO，NO，NO2，SO2，H2S和氣溶膠等。快變成分可變成分壽命幾年到幾十年。如，CO2、O3、CH4，H2等。濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1%，主要包括CO2、CH4、Ne(氖)、He(氦)、Kr(氪)、水汽、O3等。次要?dú)怏w干潔空氣的組成干潔空氣中氮(78.08%)和氧(20.95%)占了總體積的99.03%，加上氬(0.93%)，三者共占99.96％，其他氣體僅占0.04%。所以，氮氧氬是干潔空氣的主要成分。干潔空氣中大多數(shù)氣體的臨界溫度低于自然狀況下大氣可能出現(xiàn)的最低溫度，因此干潔空氣中的所有成分都呈氣體狀態(tài)。CO2的臨界溫度雖然較高(31oC)，但它所對(duì)應(yīng)的壓力(7.53hPa)卻大大超過其實(shí)際分壓力。其它成分，如CO2、O3、CO、CH4、H2S、SOx

等稱為次要成分。氮和氧是干潔空氣中最主要的成分，但它們對(duì)天氣變化的影響卻較??；CO2、O3、CH4、氮氧化物(N2O、NO2)和硫化物(SO2、H2S)、以及水汽，它們的含量雖然很少，卻是重要的氣體成分，因?yàn)槠浜亢头植嫉淖兓瑢?duì)天氣與氣候均會(huì)產(chǎn)生較大的影響。氮：存在方式：以氣體形式（N2）存在于大氣中，或以蛋白質(zhì)的形式存在于有機(jī)體中。

作用：有機(jī)體的基本組成成分，也是合成氮肥的基本原料自然條件下,氮?dú)庵荒芡ㄟ^閃電雷暴作用形成，通過降水過程被植物和土壤吸收利用。氧氣（O2）：作用：

是人類和動(dòng)植物維持生命活動(dòng)的極為重要的氣體；積極參與大氣中的一些化學(xué)過程；對(duì)有機(jī)物質(zhì)的燃燒、腐敗和分解起著重要的作用。

二氧化碳（CO2）：來源：

生物的呼吸、化石燃料的燃燒、有機(jī)物質(zhì)的燃燒和分解、海洋、礦泉、火山噴發(fā)等。時(shí)空變化：時(shí)間變化：

a)白天、晴天、夏季時(shí)的二氧化碳濃度分別小于黑夜、陰天、冬季。

b)工業(yè)革命前小于工業(yè)革命后?？臻g變化：水平：城市大于農(nóng)村；垂直：

0～20km，含量最高；

20km以上，含量顯著減少。作用：綠色植物進(jìn)行光合作用不可缺少的原料。強(qiáng)烈吸收長(zhǎng)波輻射（地面輻射、大氣輻射），使地面保持較高的溫度，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)模式圖如果地球周圍不被大氣層包圍的話，地球表面的等效溫度大約是-19℃。但實(shí)際觀測(cè)到的地球表面溫度約為15℃，遠(yuǎn)高于輻射平衡溫度，這主要是由于大氣的存在使地球表面的平衡溫度升高了。大氣對(duì)太陽(yáng)的短波輻射是透明的，而對(duì)地球表面的長(zhǎng)波輻射不太透明，其性質(zhì)如同溫室的玻璃一樣。所以，一般把大氣的這種保溫作用稱為“溫室效應(yīng)”。把具有溫室效應(yīng)的氣體統(tǒng)稱為“溫室氣體”。大氣中的主要溫室氣體不是大氣的主要成分，而是水汽，CO2，CH4，N2O、CFCs（氟氯烴）。自然界溫室氣體的存在使地球保持適當(dāng)?shù)臏囟取骄s15℃，從而適于人類和生物生存。但當(dāng)它們的濃度增加，使地球溫度升高，則會(huì)改變氣候及其它氣象要素的基本狀態(tài)，特別是降水。

在最近的一個(gè)多世紀(jì)以來，由于工業(yè)化的發(fā)展，化石燃料的燃燒量不斷加大，大氣中CO2

的含量逐年增加，雖然增加的CO2大約有一半被海水和植物吸收了，但還有一半滯留在大氣中，因此，近百年以來溫室效應(yīng)越來越明顯，尤其是近30年以來，氣候變暖非常顯著，這已是不爭(zhēng)的事實(shí)～人人感同身受！溫室氣體濃度增加，使全球平均地表溫度升高。更新世1.8millionto~10,000yearsago全新世Thelast~10,000years從1832年的0.0284%至2009年的0.0387%，大氣中二氧化碳含量提高了36%，這一增長(zhǎng)速度，比之歷史上任何時(shí)候都高關(guān)于甲烷甲烷俗稱沼氣，與二氧化碳同屬溫室氣體。在大氣層中，甲烷所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是二氧化碳的20倍以上。如果你穿行在稻田中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)稻田的水里一直冒著大量的泡泡，它們中大多數(shù)是甲烷。水稻是一種厭氧性的作物，水稻田會(huì)釋放大量的甲烷，養(yǎng)牛同樣會(huì)釋放溫室氣體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球溫室氣體排放量中，甲烷至少占20%，而甲烷的排放中，有一半來自稻米種植，另一半來自垃圾分解以及反芻類動(dòng)物的腸胃漲氣，例如牛打嗝、放屁。即：水稻種植和養(yǎng)牛是甲烷最大的排放源。2007年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織發(fā)表了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)400頁(yè)的報(bào)告——《牲畜的巨大陰影：環(huán)境問題與選擇》，指出全球10.5億頭牛排放的廢氣，是導(dǎo)致全球變暖的最大元兇。因?yàn)榕Ｈ旱钠ǖ扰判刮飼?huì)產(chǎn)出100多種污染氣體，其中氨的排放量就占全球總量的2/3，而氨正是導(dǎo)致酸雨的原因。此外，牛屁中有大量甲烷，甲烷的排放量占全球總量1/3，其暖化地球的速度比二氧化碳快20倍。臭氧（O3）：時(shí)空變化：時(shí)間變化：最大值出現(xiàn)在春季，最小值出現(xiàn)在秋季。空間變化：水平：由赤道向兩極增加。垂直：來源：太陽(yáng)紫外線對(duì)氧氣分子的輻射、分解，產(chǎn)生氧原子并與氧分子結(jié)合而形成。55以上，含量極少。20～25km，達(dá)最大值，形成臭氧層；12～15km以上，含量增加特別顯著；從10km向上，逐漸增加；近地面，含量很少臭氧層阻擋了到達(dá)地面的紫外線，保護(hù)了地球生物免受過量紫外線的傷害。

O31％紫外線1％皮膚癌2－3％作用：對(duì)紫外線具有顯著的吸收作用。對(duì)高層大氣有明顯的增溫作用，影響大氣溫度垂直分布，對(duì)大氣環(huán)流和氣候產(chǎn)生重要影響。來源：

主要來自江、河、湖、海、潮濕陸面的水分蒸發(fā)以及植物表面的蒸騰。水汽（H2O）：大氣中的水汽含量、分布極不固定，隨時(shí)間、地點(diǎn)等條件而不同，其所占體積在0～4％范圍內(nèi)變化不等。時(shí)間：夏季多于冬季空間：一般低緯多于高緯，低層多于高層。時(shí)空變化：作用：水汽含量雖然不多，但在大氣中可以發(fā)生汽態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三相轉(zhuǎn)化，云、霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象，都是水汽相變的表現(xiàn)。所以水汽在天氣氣候變化中扮演了重要的角色。觀測(cè)表明，在1.5～2km高度上，水汽含量?jī)H及地面的1/2；在5km高度，只相當(dāng)于地面的1/10，再往上更少。能強(qiáng)烈吸收地面放射的長(zhǎng)波輻射并向地面和周圍大氣放出長(zhǎng)波輻射，顯著影響大氣和地表的溫度。大氣中的水汽含量全球有140萬萬億噸的水海水(咸水)97%淡水3%冰雪2%其它1%地下水98.8%地表水1%空中水0.2%約28萬億噸水汽95%云雨5%懸浮顆粒物（固體雜質(zhì)）：

大氣中懸浮著的各種固體和液體微粒就是懸浮顆粒物(包括氣溶膠粒子和大氣污染物兩部分)。

氣溶膠粒子：定義：大氣中沉降速率極小、尺度在10-4μm到102μm之間的固態(tài)和液態(tài)微粒。固體質(zhì)粒的來源：

有機(jī)質(zhì)數(shù)量較少，大多為植物花粉、微生物和細(xì)菌等；

無機(jī)質(zhì)數(shù)量較多，主要來源于：塵粒、煙粒、海洋中浪花飛濺的鹽粒，流星飛逝后留下的灰燼，火山塵埃等。作用：

吸收太陽(yáng)輻射，使空氣溫度增高，但也削弱了到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射；

緩沖地面輻射冷卻，部分補(bǔ)償?shù)孛嬉蜷L(zhǎng)波有效輻射而失去的熱量；降低大氣透明度，影響大氣能見度；充當(dāng)水汽凝結(jié)核，對(duì)云、霧及降水形成有重要意義。

大氣中的污染物質(zhì)：定義：由于人類活動(dòng)或自然過程，使局部甚至全球范圍的大氣成分發(fā)生對(duì)生物界有害的變化。大氣污染物主要有粉塵、煙塵、SOx、NOx、CO、CO2、H2S等。分布：空間上垂直：主要集中在3km以下的低層大氣中；水平：城市多，農(nóng)村少；陸地多，海洋少。時(shí)間上：冬季多，夏季少；清晨和夜間多，午后少?；鹕奖l(fā)、風(fēng)吹揚(yáng)沙和沙塵暴、雷擊森林失火等。來源：

自然過程形成

人為過程造成工業(yè)和交通上煤炭、石油、天然氣的使用，農(nóng)業(yè)上化肥、農(nóng)藥的噴施，生活上制冷采暖的排放與泄漏等。二次污染物：分類：一次污染物：直接從污染源排出來的污染物。進(jìn)入大氣的一次污染物互相作用或與大氣正常成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及在太陽(yáng)輻射的參與下引起光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的新的污染物。成云致雨的必要條件主要成分次要成分水汽懸浮顆粒物生物體的基本成分維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì)植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫吸收紫外線，使地球上的生物免遭過量紫外線的傷害；對(duì)地面保溫成云致雨的必要條件；對(duì)地面保溫大氣成分主要作用干潔空氣O3N2O2CO2大氣部分成分及其作用1.由于煤、石油等礦物燃料的使用越來越多，人類社會(huì)每年排放的CO2在過去三十年里增加了一倍，同時(shí)由于大量砍伐森林，減少了綠色植物吸收CO2的能力，這又導(dǎo)致大氣中CO2的濃度在過去三十年里又多增長(zhǎng)了12％。2.氟氯烴：人工合成化合物，主要用于制冷劑、泡沫塑料的發(fā)泡劑、火箭推進(jìn)劑等，全球氟氯烴的年消費(fèi)量已超過100萬噸。大氣成分的一些變化：

大氣成分的這種變化，會(huì)產(chǎn)生什么影響？3.由于煤、石油等礦物燃料的使用越來越多，排入空氣中的硫、氮等氧化物不斷增加。三、大氣的重要性1、大氣與人類生存環(huán)境大氣是人類賴以生存的最重要的資源一個(gè)成年人每天呼吸約2萬次，吸入10～15m3的空氣，是每天所需食物的10倍。5分鐘不呼吸就會(huì)死亡。大氣污染對(duì)地球環(huán)境的影響由于人為和自然因素改變了大氣的組成成分，致使人類生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)不良反應(yīng)，破壞了地球系統(tǒng)的平衡與協(xié)調(diào)，這就屬于大氣污染。由于大氣污染引起的全球環(huán)境問題最為突出的有四個(gè)方面：(1)溫室效應(yīng)與全球氣候變暖近100年來，溫室氣體CO2、CH4、N2O的增加，已使全球平均氣溫升高了0.6o～0.8o。氣候變暖將會(huì)引起南北極海冰融化、海平面上升，對(duì)糧食生產(chǎn)、水資源、能源、運(yùn)輸、生態(tài)系統(tǒng)等產(chǎn)生影響。(2)臭氧層的破壞臭氧層的破壞是全球性的，南極平流層尤其明顯。從1985年發(fā)現(xiàn)南極上空的臭氧層空洞，至今仍在擴(kuò)大。上個(gè)世紀(jì)末，39oS～60oS臭氧減少了5～10%，19oS～19oN減少1.6～2.1%，40oN～64oN減少1.2～1.4%，我國(guó)境內(nèi)華南地區(qū)減少3.1%，東北減少3.0%，華北和華東減少了1.7%。(3)酸雨通常將PH值低于5.6的降水稱為酸雨。天然條件下的自然降水呈弱酸性，其PH值為5.6。酸雨的PH值每降低1，酸度增加10倍。北美、加拿大、西歐、北歐的酸雨P(guān)H值已達(dá)4.0～4.5，我國(guó)長(zhǎng)江以南酸雨很普遍，西南地區(qū)最為嚴(yán)重，PH值低到3.32。酸雨是大氣污染物(SO2、NOx)在遠(yuǎn)距離輸送過程中經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化和清除過程而形成的，是一個(gè)區(qū)域性、全球性的污染問題。酸雨對(duì)土壤、河流、湖泊的酸化，破壞生態(tài)系統(tǒng)；腐蝕建筑材料、金屬、油漆；酸雨中的汞、鎘等重金屬經(jīng)過水體、土壤、動(dòng)植物，進(jìn)入人體，構(gòu)成威脅。(4)城市空氣污染工業(yè)、汽車尾氣排放的有害氣體，如煙煤、石油氧化煙霧等氣體中含有的碳?xì)浠衔?、苯化合物、氮氧化合?NOx)，以及由這些一次污染物在陽(yáng)光作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、醛、酮、酸等二次污染物，嚴(yán)重地威脅著人類的健康?！皞惗?zé)熿F事件”就是一個(gè)典型案例！2、天氣與氣候天氣和氣候是大氣變化發(fā)生的現(xiàn)象，也是地球系統(tǒng)中最活躍的自然地理要素。它實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)、地球熱量轉(zhuǎn)換，熱量平衡，水分循環(huán)，影響著地球生物分布、種類。正常情況下，天氣和氣候可以為我們帶來陽(yáng)光、溫暖、雨露、涼爽，造福人類；但近30多年來，大氣環(huán)境不斷受到人類生產(chǎn)生活的影響，其產(chǎn)生的負(fù)面作用正在逐漸超出自然的調(diào)節(jié)能力（至少是人類的破壞速度超過了大自然調(diào)整的時(shí)間尺度），特別是全球氣溫持續(xù)增暖，使天氣和氣候不斷發(fā)生異常變化，災(zāi)害頻發(fā)，干旱洪澇、臺(tái)風(fēng)暴雨、高溫?zé)崂?、風(fēng)雹冰災(zāi)、低溫凍害、以及泥石流、滑坡、風(fēng)沙害、病蟲害等次生災(zāi)害，都給人類社會(huì)帶來了巨大的損失。

關(guān)愛我們的生存環(huán)境！讓我們共同呵護(hù)人類賴以生存的地球、大氣、水資源！北極冰蓋加速消融原來空的海灣衛(wèi)星照片揭示南極冰架冰架崩落衛(wèi)星照片揭示南極冰架冰體充滿海灣

在垂直方向上，大氣的組成、性質(zhì)、分布極不均勻，運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)也不相同。§3.大氣的垂直結(jié)構(gòu)根據(jù)大氣在垂直方向上溫度、成分、密度、荷電等性質(zhì)的不同，將大氣的垂直結(jié)構(gòu)分為5層。地球大氣分為哪幾層?在不同緯度，對(duì)流層高度是否一樣?為什么?對(duì)流層和平流層的氣溫隨高度如何變化?原因是什么?對(duì)流層和平流層中，大氣運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是什么?(1)對(duì)流層對(duì)流層是大氣層的最低層，厚度最簿，并隨緯度、季節(jié)而不同。厚度變化空間：隨緯度增加厚度降低。低緯地區(qū)：平均厚度17～18km；中緯地區(qū)：平均為10～12km；高緯地區(qū)：平均為8～9km；時(shí)間：夏季的厚度大于冬季。特點(diǎn)：主要天氣現(xiàn)象均發(fā)生在對(duì)流層。

溫度隨高度升高而降低。（平均每升高100m高度，氣溫下降0.65℃。）空氣具有強(qiáng)烈的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)和不規(guī)則的亂流運(yùn)動(dòng)。氣象要素的水平分布不均勻。分層：對(duì)流層又可以細(xì)分為下層、中層、上層、對(duì)流層頂。下層（行星邊界層或摩擦層）：0-2km摩擦作用、對(duì)流運(yùn)動(dòng)和亂流運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈；在接近地面約30～50m高度以下的氣層稱為近地氣層，是霧出現(xiàn)的主要區(qū)域。中層：2-6km

空氣運(yùn)動(dòng)以對(duì)流為主；有中云和對(duì)流云出現(xiàn)，由云滴增大成雨滴的過程多在此層進(jìn)行，因而是形成降水的重要?dú)鈱?。上層?km至對(duì)流層頂

受地面影響很小，氣溫常在0℃以下，水汽含量少，各種云均由冰晶或過冷卻水滴組成。在中、低緯度地帶，常出現(xiàn)風(fēng)速等于或大于30m·s-1