環(huán)境地學(xué)課件

全球變化響應(yīng)的靈敏指示器

——冰凍圈

目前世界上冰川(冰蓋)覆蓋總面積約1490×104km2，占陸地總面積10%，冰與雪的總體積折合水量約4340×104km3，相當(dāng)于世界海洋每年蒸發(fā)總量的10倍，若全部融化流歸海洋將使世界海洋水層增厚65-80m。更重要的是冰雪聚集著地球上全部淡水資源的85-90%左右，它已成為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用淡水資源的重要對(duì)象。一、冰凍圈的組成、特征和空間結(jié)構(gòu)1.冰凍圈（Cryosphere）定義地球表層系統(tǒng)中受冰或冰凍作用影響的部分。地球表層每年至少部分時(shí)間溫度在0℃以下，形成各種類(lèi)型的積雪、冰川、河流、湖泊的淡水冰、海冰及地下水或永久凍土。2.組成1）積雪或雪蓋雪:由于氣溫較低，空氣中的水汽直接凝華，而成為由冰晶組成的六出分支的星狀雪花，有時(shí)夾有針狀或柱狀晶粒，有時(shí)很多雪花溶合成團(tuán)似棉絮。雪崩:雪崩多發(fā)于中緯度中高山區(qū)，坡地上的積雪驟然塌落，順溝槽或山坡快速下滑。春季多濕雪崩（暖雪崩），冬季多干雪崩（冷雪崩）。雪崩掃蕩沿程的巖塊碎屑，形成雪崩槽溝；然后堆疊在山麓，待雪化后出現(xiàn)巖塊碎屑組成的雪崩扇或雪崩錐。雪線：雪的年累計(jì)量與消融量相當(dāng)?shù)钠胶饩€。大體以夏季最熱月積雪區(qū)的外緣邊界為限，以?xún)?nèi)為多年積雪區(qū)，以外到冬季積雪區(qū)外緣之間為季節(jié)性積雪區(qū)。從降雪的積累情況看，唯有在多年積雪區(qū)才有降雪的連續(xù)積累，在平衡方程式中記為降雪量減去消融量等于積累量。在季節(jié)性積雪區(qū)，實(shí)際上是降雪量小于消融量，沒(méi)有長(zhǎng)期的降雪的積累。一個(gè)地方雪線的具體分布位置取決于以下三方面因素的影響。一是溫度。形成多年積雪要求該地近地面空氣溫度長(zhǎng)期保持在0℃以下；二是降雪量。積雪的消融除融化成液態(tài)水之外，還有升華蒸發(fā)損耗。如果降雪量的增加(或減少)超過(guò)融雪量隨溫度升高(或下降)而增長(zhǎng)(或降低)的值，那么，雪線的具體位置就可能出現(xiàn)在近地面空氣溫度較偏高(或更低)的地方。三是地貌因素。地貌因素對(duì)雪線的影響，主要表現(xiàn)在山勢(shì)和坡向上。陡峻的山地，不利于積雪保存，雪線偏高；對(duì)于北半球而言，南坡、西坡日照多，冰雪消融量大，雪線偏高，而北坡和東坡的雪線位置較低。2）大陸極地和高山冰川、冰帽與冰蓋冰川是一種密實(shí)程度不同的固體冰雪堆積物，它在地心引力場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)著。冰川依據(jù)其面積大小和下伏地形狀況，一般可分為冰蓋、冰帽和各種冰川，約占陸地面積的11％，占地球淡水資源的75％。山岳冰川主要分布在中低緯高山上的冰川。其中分布在雪線附近或更高圍椅狀洼地(冰斗)中的冰體稱(chēng)冰斗冰川，規(guī)模大的可達(dá)數(shù)平方公里，小的不足1平方公里，有的有短小冰舌從洼地缺口處伸出。從冰斗中伸出較長(zhǎng)的冰舌，前端停滯在高懸的山坡上或支溝谷之中的冰川稱(chēng)懸冰川。它的特點(diǎn)是規(guī)模較小但前端的進(jìn)退變化比較大，即對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蜃兓姆从潮容^靈敏。在有多量冰雪補(bǔ)給情況下，一條冰斗冰川的冰舌或數(shù)條冰斗冰川匯合順山谷伸延比較遠(yuǎn)的冰川稱(chēng)山谷冰川。由幾條山谷冰川匯合而成的也稱(chēng)復(fù)式山谷冰川*。山谷冰川長(zhǎng)可達(dá)數(shù)公里到數(shù)十公里，厚可達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米。山谷冰川的特點(diǎn)是冰川前舌可以伸延到雪線高度以下。

山麓冰川，指山谷冰川至山麓鋪展或匯合而形成的扇形的寬展冰體。阿拉斯加太平洋沿岸的馬拉斯平冰川，是由12條山谷冰川匯合而成的，在山麓鋪展達(dá)2000km2以上，最厚的地方達(dá)615m，充填在山麓的一個(gè)封閉低洼地中，該洼地地面比海平面還要低300m。馬拉斯平冰川近期處萎縮階段，表面多棱角尖峭的巖塊，生長(zhǎng)著云杉和白樺，有的樹(shù)木已有百多年樹(shù)齡。大陸冰川(冰蓋、冰盾)是指高緯極地區(qū)大面積厚度逾千米的冰體。由于它的表面中部凸起似盾似蓋，所以也稱(chēng)冰盾或冰蓋.

高原冰川是大陸冰川與山谷冰川之間的過(guò)渡類(lèi)型，發(fā)育在起伏和緩的高地上，曾被稱(chēng)為冰帽。3)陸地凍土凍土是低溫氣候的產(chǎn)物，根據(jù)凍土溫度及其持續(xù)時(shí)間，可分為多年凍土、季節(jié)性?xún)鐾梁退查g凍土。4）海冰：海上漂浮的冰蓋與冰塊固定冰與浮冰固定冰與海岸、島嶼或海底凍結(jié)在一起，稱(chēng)之為冰架。3.全球性的冰進(jìn)與冰期

冰川舌端的向前推移，一則表示冰川冰的積累和冰川冰的運(yùn)動(dòng)通量增多了，多數(shù)與降水增多、冰雪積累增多、冰層增厚、冰川冰運(yùn)動(dòng)速度加快有關(guān)；二則表示冰川舌端的冰川冰消融減少了、放慢了，后來(lái)運(yùn)動(dòng)到此的冰川冰不被融化而連續(xù)向前推移了。多數(shù)與近地面氣溫下降有關(guān)，或者就是前者的直接結(jié)果。冰川舌端的向前推移或向后退縮分別稱(chēng)為冰進(jìn)或冰退。當(dāng)冰川冰前進(jìn)補(bǔ)給多于冰川冰的消融，則表現(xiàn)為冰川舌端向前推移，但冰川舌端的推移速度小于冰川冰前進(jìn)的速度；當(dāng)冰川冰前進(jìn)補(bǔ)給小于冰川冰消融量的時(shí)候，冰川末端出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，也就是退縮，即繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)的冰川冰到不了先前冰舌前端的位置就融化消失了。二、冰凍圈在地球表層環(huán)境系統(tǒng)中的作用（一）冰凍圈對(duì)氣候的影響1.雪蓋的影響積雪與氣溫的關(guān)系復(fù)雜雪蓋的最大效應(yīng)是其對(duì)太陽(yáng)輻射的高反射率，因而使下墊面接受的太陽(yáng)輻射減少。雪蓋的低導(dǎo)熱率減少了下墊面與大氣間的熱量交換。2.海冰的影響海冰的高反射率減少了下墊面接受的太陽(yáng)輻射，使兩極地區(qū)的熱量損失增加，進(jìn)而通過(guò)大氣變冷增強(qiáng)了經(jīng)向溫度梯度和緯向環(huán)流。在海洋與大氣之間，海冰又是一個(gè)隔熱層，對(duì)海洋和大氣之間的熱量交換起著抑制作用。海冰生消所產(chǎn)生的潛熱變化、海冰季節(jié)和年際變化、覆蓋面積的擴(kuò)大或縮小，對(duì)地區(qū)表層的輻射平衡和熱量平衡將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，從而對(duì)局地、區(qū)域和全球大氣環(huán)流和氣候變化產(chǎn)生重大影響。（二）冰凍圈對(duì)全球和區(qū)域變化的響應(yīng)1.對(duì)氣候變薄的影響與反饋1）山地冰川末端的波動(dòng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)滯后四到幾十年，末端群體動(dòng)態(tài)滯后12～13年。2）冬季季節(jié)性積雪的98％分布在北半球。3）凍土約占地區(qū)陸地面積的1/5，季節(jié)性?xún)鐾撩娣e就更加廣大。凍土形成過(guò)程中水的凍結(jié)釋熱會(huì)消弱氣候變冷，凍土融化時(shí)的吸熱過(guò)程會(huì)減弱氣候變暖。4）南極冰架的分離碎裂，被認(rèn)為是對(duì)全球增溫的一種響應(yīng)。5）冰芯記錄中，δ18O程度不同地呈上升趨勢(shì)。2.對(duì)海平面波動(dòng)的影響和響應(yīng)1）影響海平面波動(dòng)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)局地地區(qū)的凈重力場(chǎng)；地區(qū)負(fù)載的增加導(dǎo)致的地面緩慢下沉；構(gòu)造和均衡作用導(dǎo)致海平面相對(duì)變化；氣候變暖將使消融的冰水進(jìn)入海域，或氣候變冷而把部分海水變成陸冰，都會(huì)造成全球范圍的海平面波動(dòng)。2）海平面上升是冰凍圈對(duì)全球氣候變暖響應(yīng)3.對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和響應(yīng)由于物種和群落的自然遷移能力和適應(yīng)速率比氣候變化的速率緩慢得多，因而在遷移過(guò)程中，許多適應(yīng)能力弱的物種種群大小和生存范圍也將會(huì)縮小，以至可能導(dǎo)致生態(tài)不穩(wěn)定、失衡和退化，威脅全球生物的多樣性。第一節(jié)地球大氣的組成和結(jié)構(gòu)第二節(jié)大氣圈的能量與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)第三節(jié)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣圈的影響及其環(huán)境效應(yīng)第四節(jié)區(qū)域大氣環(huán)境與空氣資源保護(hù)

大氣圈第一節(jié)地球大氣的組成和結(jié)構(gòu)一、如何確定大氣圈的存在大氣圈：是指因地球的引力而聚集在地表周?chē)臍怏w圈層。大氣圈存在的主要證據(jù)或現(xiàn)象:

1、藍(lán)色的天空

這是由于大氣中的一些非常細(xì)小物質(zhì)成分，如氣體、粉塵等，它們的直徑較陽(yáng)光的波長(zhǎng)小得多，因此，藍(lán)色的散射量較之于其他任何一種顏色能更多地被選擇散射。這種散射稱(chēng)瑞利散射。2、白云如果形成散射的粒子的形狀是球形的，而且并不比陽(yáng)光的波長(zhǎng)小，所有的波長(zhǎng)都是平均地被散射的，這種散射稱(chēng)邁耶散射。因此，云是白色的。3、風(fēng)

有風(fēng)就說(shuō)明有物質(zhì)的存在，因?yàn)轱L(fēng)是由于大氣不同部位的壓力差別造成的。如果在真空中就不會(huì)有風(fēng)了4、流星流星就是隕石穿過(guò)大氣層時(shí)，由于其速度太快，與大氣摩擦產(chǎn)生熱使隕石燃燒起來(lái)。二、大氣的物質(zhì)組成（一）古人的認(rèn)識(shí)列子：天是氣的集聚體，天不會(huì)塌下，即杞人憂(yōu)天。

宋應(yīng)星：盈天地皆氣也，兩氣相軋而成聲者，風(fēng)是也。物之充氣者，如其激水然，氣與水，同一易動(dòng)之物。

達(dá).芬奇：已有了空氣和真空的概念。

伽里略：證明空氣與其他物質(zhì)一樣有質(zhì)量。

拉瓦錫（1743－1794）：指出空氣是氮和氧的混合物（二）地球大氣的物質(zhì)組成1.大氣總的質(zhì)量：5×1018kg2.大氣的密度：1.23×10-3g/cm3

（15℃，海平面）3.大氣的組成：按體積計(jì)（按質(zhì)量計(jì)）氮，78.09％（75.51％）氧，20.94％（23.15％）氬，0.93%（1.28％）其他，0.04％（0.06％）亞里斯多德的猜想和伽利略的設(shè)想古希臘哲學(xué)家亞里斯多德曾經(jīng)猜想：我們這個(gè)世界是由四個(gè)殼層組成的，而這四個(gè)殼層又分別由四種原質(zhì)構(gòu)成，它們是：土(實(shí)心球),水(海洋),空氣(大氣)和火(一個(gè)不可見(jiàn)的外層,在閃電的閃光中,它偶而成為可見(jiàn)的)。他說(shuō)，這些殼層之外的宇宙是由神秘的、純粹的第五種原質(zhì)構(gòu)成，他把它叫做“以太”。在這樣一幅圖象之中，是沒(méi)有“真空”(即“無(wú)物”)的位置的：在土的盡頭，水就開(kāi)始出現(xiàn)；土和水的盡頭，氣開(kāi)始出現(xiàn)；火開(kāi)始于氣的盡頭；而在火的盡頭，以太又緊接著開(kāi)始出現(xiàn)，它一直延續(xù)到宇宙的終級(jí)。伽利略的探索的一生的晚年,對(duì)這個(gè)謎感到興趣。顯然,大自然對(duì)真空的厭惡只是到一定的限度為止,除此之外,他不可能再得出任何結(jié)論了。伽利略的學(xué)生托里拆利(EvangelistaTorricelli)和維瓦尼(VincenzoViviani)在1644年真的進(jìn)行了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他們選用了汞(汞的密度是水的13.5倍)。他們?cè)谝桓s一米長(zhǎng)的玻璃管里灌滿(mǎn)汞，把開(kāi)口的一端塞住，侄過(guò)來(lái)立在盛汞的盤(pán)中，然后拿開(kāi)塞子。這時(shí)汞開(kāi)始從管子流到盤(pán)里，但當(dāng)管內(nèi)汞面降低到比盤(pán)內(nèi)汞面只高760毫米時(shí)，汞就不再?gòu)墓芾锪鞒?，而一直保持這個(gè)高度了。第一個(gè)“氣壓計(jì)”就是這樣做成的是什么使汞柱保持一定的高度呢？維瓦尼提出，這是由于大氣的重量向下壓在盤(pán)中的液體上。這是一個(gè)具有革命性的思想，因?yàn)榘凑諄喞锼苟嗟碌母拍睿諝馐菦](méi)有重量的，它只不過(guò)在土球的外面占有它自己固有的范圍。但是現(xiàn)在人們開(kāi)始明白，10米高的水柱或760毫米高的汞柱為大氣的重量提供了一個(gè)量度，也就是說(shuō)，這水柱或汞柱的重量就等于截面與之相同、高度為從海平面到大氣頂部這樣一個(gè)空氣柱的重量。如果空氣具有有限的重量，大氣就一定會(huì)有有限的高度。這樣，如果在大氣層的各個(gè)高度上密度處處相同的話，大氣層的高度就恰好是8公里左右。托里拆利、維瓦尼的實(shí)驗(yàn)與氣壓計(jì)

但是，1662年玻意耳證明,情況不可能是這樣,因?yàn)閴毫?huì)使空氣的密度增大。玻意耳把一個(gè)J形管子直立起來(lái)，J形管較高的一端是敞口的，從這個(gè)口倒進(jìn)一些汞，汞就會(huì)把小量的空氣囚錮在較矮一邊的封閉端內(nèi)。當(dāng)他再多灌入一些汞時(shí)，那個(gè)空氣包就收縮。玻意耳發(fā)現(xiàn)，與此同時(shí)，它的壓強(qiáng)增大了，這是因?yàn)橛^察到當(dāng)汞越來(lái)越重時(shí)，空氣包的收縮卻越來(lái)越少。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，玻意耳證明，氣體體積減小一半，壓強(qiáng)就增大一倍。玻意耳、巴斯卡的實(shí)驗(yàn)與大氣壓由于空氣受壓時(shí)會(huì)收縮，所以在海平面上空氣一定最稠密，而沿著指向大氣層頂部的方向，隨著高層空氣重量的減小，空氣變得愈來(lái)愈稀薄，法國(guó)數(shù)學(xué)家巴斯卡(BlaisePascal)第一個(gè)證實(shí)了這個(gè)情況，1648年，他讓他的姻兄弟帕瑞(FlorinPerier)帶著一個(gè)氣壓計(jì)登上一座高約1.5公里的山，并請(qǐng)他在登高時(shí)隨時(shí)注意氣壓計(jì)中汞柱高度下降的情況近代對(duì)高空大氣的探索

理論計(jì)算表明，如果溫度在整個(gè)高度上處處相同，那么，高度每增加公里，空氣壓強(qiáng)就將減小為原來(lái)的1/10。換句話說(shuō)，在19公里的高空，空氣所能支持的汞柱高度將從760毫米降低為76毫米；在38公里的高空，將降低為7.6毫米；而在57公里的高空，將降低為0.76毫米，等等。在170公里的高空，空氣壓強(qiáng)就會(huì)僅僅相當(dāng)于0.000000076毫米汞柱。實(shí)際上，所有這些數(shù)字都只是近似的，因?yàn)榭諝獾臏囟仁请S高度而變化的。不過(guò)，這些數(shù)字確實(shí)能使圖象變得清楚一些，而且我們可以看到，大氣層并沒(méi)有明確的邊界，它只是逐漸稀薄下去，一直到變成幾乎一無(wú)所有的宇宙空間。人們?cè)?jīng)探測(cè)到160公里高空處的隕星光跡，那里的大氣壓只有地球表面的幾百分之一，而空氣的密度卻只有十億分之一。但這一點(diǎn)點(diǎn)空氣就足以使它們那一點(diǎn)點(diǎn)物質(zhì)因摩擦而燃燒到白熾。由于受到外層空間高速粒子的轟擊而發(fā)出冷輝光的氣體所形成的極光棗北極光，則位于海平面以上800-1000公里的高空。直到十八世紀(jì)末期，人們所能接觸的高層大氣似乎還從未超過(guò)高山的山頂。1892年設(shè)計(jì)出了帶有儀器、無(wú)人乘坐的氣球，這些氣球能夠上升得更高，從過(guò)去從未探索過(guò)的高空氣層帶回那里大氣的溫度和壓強(qiáng)的情報(bào)?，F(xiàn)在用的氣象電碼式探空儀及其探空氣球

在離地只有幾公里的空中，正象人們所預(yù)料的，溫度逐漸下降。在11公里左右的高空,溫度為-55℃.但是，再往上去情況就令人驚奇了。在這個(gè)高度以上溫度并不降低，事實(shí)上它甚至還略有升高。人類(lèi)用平流層氣球和探空火箭進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了10公里以上的地球大氣3.成分的特點(diǎn)及其分類(lèi)地球大氣由多種其他及一些懸浮的固體和液體微粒混合組成。在85km以下，各種氣體成分一般可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為恒定組分，其各成分間大致保持固定的比例，主要有N2、O2、Ar和一些微量惰性氣體Ne、Kr、Xe及He等；一類(lèi)為可變組分，它們?cè)诖髿庵械谋壤S時(shí)間和空間不同而變化，主要有水汽、CO2、O3和一些C、S、N的化合物如CO、CH4、H2S、SO3等。90km以下，N2、O2、Ar、CO2剩下的次要成分所總體積極其微小90km以上，大氣的主要成分仍為N2、O2，其他氣體的含量減小100km高度處，O2幾乎已全部被離解為游離氧250km以上，N2也基本上全部離解為游離氮500km以上，游離氧、[H]、[He]也逐漸成為占統(tǒng)治地位的大氣組分（三）、大氣圈的作用1.大氣是地球上有生命物質(zhì)的源泉。氮?dú)?、氧氣：生物的生長(zhǎng)、發(fā)育不可或缺O(jiān)3：保護(hù)生物免受過(guò)量的太陽(yáng)紫外線輻射CO2：植物的生長(zhǎng)和全球氣候變化息息相關(guān)水汽：大氣運(yùn)動(dòng)以及許多天氣現(xiàn)象的生消、復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)交換以及生物地球化學(xué)過(guò)程均有重要意義。2.氣層又保護(hù)著地球的“體溫”，使地表的熱量不易散失，同時(shí)通過(guò)大氣的流動(dòng)和熱量交換，使地表的溫度得到調(diào)節(jié)。3.大氣的水熱狀況，可以影響一個(gè)地區(qū)的氣候的基本特征，進(jìn)而決定該地區(qū)的水文特點(diǎn)、地貌類(lèi)型、土壤發(fā)育和生物類(lèi)型，從而對(duì)地球表面的整個(gè)自然環(huán)境的演化進(jìn)程起著重要作用。4.大氣中含有細(xì)微的巖屑和水汽，而地殼巖石中和水體中也有空氣存在，它們是互相滲透和互相影響的。大氣中的氧和碳酸氣，大氣的濕度變化以及風(fēng)雨等，都直接作用于地表的巖石，所以大氣的活動(dòng)對(duì)地殼巖石的形成和破壞均有影響（四）大氣的垂直結(jié)構(gòu)整個(gè)大氣圈質(zhì)量的90％都集中在高于海平面16公里以?xún)?nèi)的空間里。再往上去當(dāng)升高到比海平面高出80公里的高度，大氣圈質(zhì)量的99.999％都集中在這個(gè)界限以下，而所乘無(wú)幾的大氣卻占據(jù)了這個(gè)界限以上的極大的空間。1.分層的主要依據(jù)(1)物質(zhì)組成(2)大氣溫度變化(3)電荷(4)大氣運(yùn)動(dòng)2.對(duì)流層厚度：平均11－13km，赤道17－18km，兩極8－9km。

質(zhì)量：約占大氣圈質(zhì)量的75％。

氣溫：從下向上是降溫的，大氣降溫率是6.50C/km，

對(duì)流層頂約-83℃。

大氣運(yùn)動(dòng)：強(qiáng)烈的對(duì)流。

成分：含水蒸氣、塵埃。

氣象現(xiàn)象：風(fēng)、霜、雨、雪、雹、霧等。3.平流層高度：從對(duì)流層頂?shù)?5km。

質(zhì)量：幾乎占大氣圈質(zhì)量的25％。

氣溫：從下向上是升溫的，到平流層的頂溫度升到0℃。

大氣運(yùn)動(dòng)：水平運(yùn)動(dòng)。

成分：幾乎不含水蒸氣、塵埃，存在數(shù)層臭氧層。

無(wú)天氣現(xiàn)象。

4.中間層高度：從平流層頂?shù)?0－90km。

氣溫：從下向上是降溫的，到中間層的頂溫度降到-80℃。

大氣運(yùn)動(dòng)：對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

存在電離層（D），反射無(wú)線電波5.暖層高度：從中間層頂?shù)?00km。

氣溫：從下向上迅速升溫，到300km高空，溫度達(dá)1000℃。

存在多層的電離層（E、F、G），也稱(chēng)電離層。6.散逸層高度：從暖層頂?shù)酵鈱涌臻g。

物質(zhì)多以原子、離子狀態(tài)存在。

是地球物質(zhì)向宇宙空間擴(kuò)散的部位。（五）大氣現(xiàn)象光的衍射：在大氣中傳播的日光或月光遇到小云滴(小雨滴或小冰晶)等障礙物時(shí)，會(huì)繞過(guò)這些障礙物而產(chǎn)生衍射。當(dāng)天空中存在由均勻小云滴組成的透光高層云或透光高積云時(shí)，月光在透過(guò)云層時(shí)遇云滴而產(chǎn)生衍射，由于云滴大小均勻，形成的衍射環(huán)能迭加，從而出現(xiàn)以月亮為中心的一圈圈明暗相間彩色光環(huán)，這就是華。極光太陽(yáng)是一個(gè)龐大而熾熱的氣體球，在它的內(nèi)部和表面進(jìn)行著各種化學(xué)元素的核反應(yīng)，產(chǎn)生了強(qiáng)大的帶電微粒流，并從太陽(yáng)發(fā)射出來(lái)，用極大的速度射向周?chē)目臻g。當(dāng)這種帶電微粒流射入地球外圍那稀薄的高空大大氣層時(shí)，就與稀薄氣體的分子猛烈地沖擊起來(lái)，于是產(chǎn)生了發(fā)光現(xiàn)象，這就是極光。為什么極光大多在南北兩極附近的上空出現(xiàn)？

瑰麗的極光是天空的奇觀，它是高緯度地帶晴夜天空常見(jiàn)的一種輝煌閃爍的光弧或光蒂．這種電的現(xiàn)象在中低緯度地帶一般是不常見(jiàn)的。極光的形成主要是由于太陽(yáng)的帶電微粒發(fā)射到地球磁場(chǎng)的勢(shì)力范圍，受到地球磁場(chǎng)的影響，從高緯度進(jìn)入地球的高空大氣，激發(fā)了高層空氣質(zhì)粒而造成的發(fā)光現(xiàn)象。地球是一塊巨大的磁石，而它的磁極在南北兩極附近。我們知道，指南針總是指著南北方向，就是因?yàn)槭芰说卮艌?chǎng)的影響。從太陽(yáng)射來(lái)的帶電微粒流，也要受到地磁場(chǎng)的影響，而且使帶電微粒流聚集在磁極附近。所以極光大多在南北兩極附近的上空出現(xiàn)。在南極發(fā)生的叫南極光，在北極發(fā)生的叫北極光。我國(guó)處在北半球，所以東北等地看到的只能是北極光。日月暈環(huán)天空中有一層高云，陽(yáng)光或月光透過(guò)云中的冰晶時(shí)發(fā)生折射和反射，便會(huì)在太陽(yáng)或月亮周?chē)a(chǎn)生彩色光環(huán)，光環(huán)彩色的排序是內(nèi)紅外紫。稱(chēng)這七色彩環(huán)為日暈或月暈，統(tǒng)稱(chēng)為暈。其中對(duì)觀測(cè)者所張的角半徑為22度的暈最為常見(jiàn)，稱(chēng)22度暈，偶爾也可看到角半徑為46度的暈和其他形式的與暈相近的光弧。由于有卷層云存在才出現(xiàn)暈，而卷層云常處在離鋒面雨區(qū)數(shù)百公里的地方，隨著鋒面的推進(jìn)，雨區(qū)不久可能移來(lái)，因此暈就往往成為陰雨天氣的先兆。華蓋天空中有一層透光薄云，云中的水滴大小均勻，若是由冰晶組成的云則要求冰晶尺寸均勻。月光或陽(yáng)光透射云層過(guò)程中，受到均勻云滴(水滴或冰晶)的衍射，結(jié)果會(huì)在月亮或太陽(yáng)周?chē)o貼月盤(pán)或日盤(pán)形成內(nèi)紫外紅的彩環(huán)，稱(chēng)為華。因日光太亮，人們不易觀察到日華，月華則比較常見(jiàn)。緊貼月盤(pán)的華又稱(chēng)華蓋，通常華蓋的紫色不太顯著故內(nèi)環(huán)呈青藍(lán)色，其外呈黃色為主，最外呈紅色。有時(shí)在華蓋外隔一暗圈后還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)甚至幾個(gè)彩色排序與華蓋相同，但亮度弱得多的同心光環(huán)，稱(chēng)為副華峨嵋寶光當(dāng)清晨或傍晚，太陽(yáng)位于地平線附近時(shí)，人若站在云霧縈繞的高山之巔，恰值山巔之上是晴空，山巔之下是云霧，你背對(duì)晴天的太陽(yáng)，下看彌漫的云海迷霧，便可能突然看到云霧幕上出現(xiàn)人影，圍繞在人影的四周是一圈圈彩色光環(huán)，有紅色的也可有藍(lán)色或別的顏色的弧環(huán)，這就是峨眉寶光。海市蜃樓是一種反常的折射現(xiàn)象，它是光線在垂直方向密度不同的大氣層中傳播，經(jīng)過(guò)折射造成的結(jié)果。常分為上現(xiàn)、下現(xiàn)和側(cè)現(xiàn)海市蜃樓。第二節(jié)大氣圈的能量與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一、大氣圈的能量循環(huán)對(duì)人類(lèi)生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要的氣候系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán)正是依靠能量循環(huán)與水分循環(huán)而緊密聯(lián)系在一起的。地球－大氣系統(tǒng)吸收了來(lái)自太陽(yáng)輻射的能量后，為了保持熱力平衡狀態(tài)而必須向太空釋放等量的能量，同時(shí)還通過(guò)大氣環(huán)流、海洋環(huán)流以及陸地?zé)崃渴罩胶?。在生物地球化學(xué)循環(huán)中，能量循環(huán)首先表現(xiàn)為陸地和海洋植物將利用太陽(yáng)能進(jìn)行物質(zhì)合成，而當(dāng)物質(zhì)分解時(shí)，伴隨著元素的循環(huán)，能量又被釋放出來(lái)。正是有了這種化學(xué)能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，生物地球化學(xué)循環(huán)才能持續(xù)不斷。（一）地球系統(tǒng)的輻射平衡對(duì)地－氣系統(tǒng)能量收支來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)短波輻射的能量主要集中在紫外區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)和近紅外區(qū)。即波長(zhǎng)在0.1～2.0μm的部分；地球長(zhǎng)波輻射的能量則主要幾種在紅外區(qū)。地球－大氣系統(tǒng)的輻射平衡16被H2O、灰塵和O2吸收4云吸收50地表吸收地面反射云反射空氣后向散射地面反射的凈紅外輻射624其他形式支出14H2O、CO2吸收H2O、CO2放射的凈輻射感熱通量云反射20地表輻射射出太陽(yáng)輻射

3826反射太陽(yáng)輻射6204入射太陽(yáng)輻射

1006潛熱通量全球范圍地面的熱源是太陽(yáng)，而大氣熱源的68.8％則是來(lái)自地面，其中還包括通過(guò)湍流和對(duì)流過(guò)程以感熱和潛熱形式輸送導(dǎo)大氣中的30個(gè)單位。云層雖然只從太陽(yáng)入射能中吸收了4個(gè)單位的短波輻射能量，但卻反射了20個(gè)單位的太陽(yáng)短波輻射它在輻射平衡及氣候變化中扮演了非常重要的角色。地－氣系統(tǒng)所接受到的太陽(yáng)輻射與其放出的長(zhǎng)波輻射的差額稱(chēng)凈輻射。就全球而言，凈輻射的多年平均值應(yīng)為零，但不同地球因太陽(yáng)入射角以及系統(tǒng)對(duì)短波輻射和長(zhǎng)波輻射的吸收能力與反射能力不同，凈輻射值既可為正，也可為負(fù)。從而形成了地－氣系統(tǒng)凈輻射隨季節(jié)、地區(qū)變化而變化的地理分布。其平均狀況呈南北向梯度分布。海洋吸收的能量多于陸地而呈現(xiàn)顯著的海陸差異。如果僅按照局地凈輻射收支狀況來(lái)計(jì)算地面氣溫，那么在輻射收支盈余處溫度應(yīng)當(dāng)不斷升高，虧損處則不斷降低。但是長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果正是，地表各處的溫度變化微小，說(shuō)明，局地的能量盈虧基本上是平衡的。存在高低緯度之間與海陸之間的能量輸送，以便把凈輻射收支盈余區(qū)所獲得的能量輸送到虧損區(qū)。輸送方式：大氣和海洋的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)：大氣環(huán)流：凈輻射水平差形成的從赤道指向基地的溫度梯度

海洋環(huán)流：大氣風(fēng)場(chǎng)及海水密度分布不均意義：地－氣系統(tǒng)的輻射平衡是物理氣候和生物地球化學(xué)循環(huán)兩大體系中所有過(guò)程得以維持的重要條件，也是在所有過(guò)程的參與下實(shí)現(xiàn)的。（二）大氣和海洋的能量交換大氣能量的分布：內(nèi)能（70％），位能（27.1％），潛熱（2.5％），動(dòng)能（0.5％）能夠釋放出來(lái)的內(nèi)能和位能只占其總能量的一小部分。能被釋放出來(lái)的一小部分可以轉(zhuǎn)換成大氣動(dòng)能的內(nèi)能和位能稱(chēng)為有效位能用以驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不斷從有效位能中得到補(bǔ)充，因而使大氣環(huán)流得以維持。在中緯度地區(qū)，海洋的輸送能力要超過(guò)大氣，如北半球中緯度地區(qū)兩支強(qiáng)大的暖洋流（墨西哥晚暖流和黑潮）把大量的熱量送向高緯度。在暖洋流附近，海－氣之間存在著強(qiáng)烈的熱量交換。當(dāng)高緯度寒潮南移到暖洋面上空時(shí)，海洋把巨大的能量輸送給大氣，在通過(guò)大氣環(huán)流繼續(xù)把能力向高緯度輸送。海－氣系統(tǒng)的能量交換、輸送，維持或改變著全球氣候和其他過(guò)程，影響著人類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的分布格局和生物多樣性。（三）大氣和陸地的能量交換大氣中吸收太陽(yáng)輻射的主要成分有水汽、CO2、O2、N2、NOx、CH4、氣溶膠等，而溫室氣體和云則對(duì)于地球長(zhǎng)波輻射的吸收起著主要作用。大氣中的氣體、氣溶膠和云中的水汽和冰晶都參與了散射過(guò)程。陽(yáng)傘效應(yīng)：云對(duì)地－氣系統(tǒng)輻射過(guò)程的總效應(yīng)應(yīng)是使系統(tǒng)溫度降低，這種效應(yīng)稱(chēng)為陽(yáng)傘效應(yīng)。陸地表面所接受的太陽(yáng)輻射能無(wú)法通過(guò)熱傳導(dǎo)方式到達(dá)深層土壤，因而陸地不可能長(zhǎng)期儲(chǔ)存太陽(yáng)輻射能。白天吸收的太陽(yáng)輻射能量，夜間便很快以長(zhǎng)波形式輻射出去。陸地表面的置備和土壤對(duì)太陽(yáng)輻射的反射差別很大。植物葉片中的葉綠素對(duì)可見(jiàn)光有很強(qiáng)的吸收能力，因此，植被使陸地表面發(fā)射率大小的決定性因素之一。一般在森林頂部，陽(yáng)光反射率為14％－20％；沙地表面反射率則在18％－28％以上；開(kāi)闊的雪面對(duì)陽(yáng)光的反射率可達(dá)70％,甚至更高。陸地與大氣間的能量交換過(guò)程還有感熱和潛熱的輸送。潛熱輸送是通過(guò)土壤表面的水分蒸發(fā)和植被生長(zhǎng)過(guò)程中葉片的蒸騰作用實(shí)現(xiàn)的。植被可使平坦下墊面的粗糙度大大增加。粗糙度增加必然導(dǎo)致空氣的湍流混合能力增強(qiáng)，使地表的感熱、潛熱以及水汽、CO2及各種污染物向高層的擴(kuò)散加速。風(fēng)平浪靜的海面的粗糙度只有0.02cm；平緩的沙漠表面只有0.03cm；5cm高的草地的表面粗糙度則在草地高度1～2cm；而森林頂部的粗糙度可高達(dá)幾米。二、大氣圈的水分循環(huán)過(guò)程（放在水圈的水循環(huán)一節(jié)）三、大氣環(huán)流的平均狀況大氣環(huán)流：大范圍的大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一般尺度達(dá)n×103km，垂直尺度約10km以上，時(shí)間尺度則在1～2天以上。主要形式：三圈徑向環(huán)流、緯向環(huán)流、對(duì)流層內(nèi)的大型平均槽脊轉(zhuǎn)化、行星尺度的高空急流與西風(fēng)帶中的大尺度擾動(dòng)、季風(fēng)環(huán)流與氣旋、反氣旋等影響因素：太陽(yáng)輻射驅(qū)動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)作用、下墊面性質(zhì)影響以及地表摩擦作用等。熱量輸送和地球上的熱量平衡

由赤道向極地的高低緯之間的熱量傳輸，主要依靠全球性的大氣環(huán)流（顯熱和潛熱）及洋流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并隨緯度和季節(jié)而異。從緯度看，全球能量的輸送是從南北緯35o之間的輻射差額正值區(qū)向緯度高于35o的負(fù)值區(qū)輸送，就平均而言，輸送量以緯度40o附近為最大值。水平氣壓梯度力：在存在著氣壓梯度的地方，空氣分子受到力的作用，驅(qū)使著空氣沿著和氣壓梯度相同的方向移動(dòng)的力，它是促使空氣從靜止到運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）：由于地球的自轉(zhuǎn)，地球表面運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的偏轉(zhuǎn)。導(dǎo)致地球表面運(yùn)動(dòng)物體方向偏轉(zhuǎn)的力。在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，地表運(yùn)動(dòng)的物體，在北半球向右偏轉(zhuǎn)，在南半球向左偏轉(zhuǎn)。大氣的輻合：在低壓中心附近，大氣由周?chē)蛑行募小４髿獾妮椛ⅲ涸诟邏褐行母浇?，大氣向周?chē)㈤_(kāi)。氣旋、反氣旋：旋轉(zhuǎn)著的向低壓中心輔合的大氣系統(tǒng)叫做氣旋，旋轉(zhuǎn)著的由高壓中心向外輔散的大氣系統(tǒng)叫做反氣旋。由于受地轉(zhuǎn)偏向力的作用，氣旋、反氣旋旋轉(zhuǎn)的方向正好相反。大氣環(huán)流:在太陽(yáng)輻射、地球自轉(zhuǎn)、地表面性質(zhì)以及地面摩擦的共同作用，使得大氣圈內(nèi)的空氣產(chǎn)生了不同規(guī)模的三維運(yùn)動(dòng)。季風(fēng)：大范圍地區(qū)，盛行風(fēng)隨季節(jié)變化而發(fā)生有規(guī)律改變的現(xiàn)象。局地環(huán)流：海陸風(fēng)：發(fā)生在沿海地區(qū)的、白天吹海風(fēng)、夜間吹陸風(fēng)、以一日為周期的周期性風(fēng)系高原季風(fēng)：高聳挺拔的大高原，由于它與周?chē)杂纱髿獾臒崃Σ町愃纬傻亩南喾吹氖⑿酗L(fēng)系。山谷風(fēng)：在山區(qū)，白天從谷地吹向山坡、夜間從山坡吹向谷地，以一日為周期的周期性風(fēng)系。

焚風(fēng)：山后的空氣溫度比山前同高度上空氣的溫度要高得多，濕度也小得多，形成了沿著背風(fēng)坡向下吹的既熱且干的風(fēng)城市熱島：城市的溫度一般高于周?chē)慕紖^(qū)和農(nóng)村。

由于地球的自轉(zhuǎn)，地球表面運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的偏轉(zhuǎn)。在北半球運(yùn)動(dòng)物體向右偏轉(zhuǎn)，在南半球則向左偏轉(zhuǎn)。導(dǎo)致地球表面運(yùn)動(dòng)物體方向偏轉(zhuǎn)的力，叫做地轉(zhuǎn)偏向力，又叫做科里奧利力。地轉(zhuǎn)偏向力具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）這個(gè)力只改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，不改變物體的運(yùn)動(dòng)速度；（2）這個(gè)力的作用方向總是與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直；（3）這個(gè)力的大小與物體運(yùn)動(dòng)的線速度成正比；（4）這個(gè)力的大小與緯度的正弦成正比，在赤道處為零，向兩極地區(qū)逐步增大現(xiàn)在地球上的大氣環(huán)流圖（三圈環(huán)流）

然而,空氣一旦開(kāi)始運(yùn)動(dòng),地轉(zhuǎn)偏向力就隨之發(fā)生作用.正是由于地轉(zhuǎn)偏向力的存在,就不可能存在一個(gè)單一的閉合的熱力環(huán)流,而在全球近地面氣層形成了赤道低壓帶、副熱帶高壓帶、副極地低壓帶、極地高壓帶。北半球夏季（7月）近地面大氣環(huán)流狀況北半球夏季（7月）

大范圍區(qū)域盛行風(fēng)隨季節(jié)變化而發(fā)生有規(guī)律改變的現(xiàn)象，稱(chēng)為季風(fēng)。季風(fēng)的形成與多種因素有關(guān)，最主要的是由于海陸間熱力性質(zhì)的差異造成的，其次是由于行星風(fēng)系的季節(jié)移動(dòng)而形成的。北半球冬季（1月）近地面大氣環(huán)流狀況海陸風(fēng)環(huán)流

海陸風(fēng)是指發(fā)生在沿海地區(qū)的、白天吹海風(fēng)、夜間吹陸風(fēng)、以一日為周期的周期性風(fēng)系。它也是由于海陸的熱力性質(zhì)的差異引起的，但影響的范圍僅限于沿海地區(qū)。在沿海地區(qū)，白天，陸地增溫快，陸面氣溫高于海面，近地面空氣上升形成低壓，氣流從海洋流向陸地，形成海風(fēng)；夜間相反，陸地降溫快，陸面氣溫低于海面，形成陸風(fēng)。海陸風(fēng)對(duì)沿海地區(qū)的天氣和氣候有著明顯的影響：白天，海風(fēng)攜帶著海洋水汽輸向大陸沿岸，使沿海地區(qū)多霧多低云，降水量增多，同時(shí)還調(diào)節(jié)了沿海地區(qū)的溫度，使夏季不致過(guò)于炎熱，冬季不過(guò)于寒冷。海風(fēng)陸風(fēng)青藏高原與平均經(jīng)向環(huán)流

高聳挺拔的大高原，由于它與周?chē)杂纱髿獾臒崃Σ町愃纬傻亩南喾吹氖⑿酗L(fēng)系，稱(chēng)為高原季風(fēng)。以青藏高原季風(fēng)最為典型。冬季高原面上出現(xiàn)冷高壓，氣流從高原向四周流動(dòng)；夏季高原面上出現(xiàn)熱低壓，氣流從四周流向高原。高原季風(fēng)對(duì)環(huán)流和氣候的影響很大，尤其在東亞和南亞季風(fēng)區(qū)。同時(shí)，在冬夏不同的季節(jié)，高原季風(fēng)環(huán)流的方向與東亞地區(qū)因海陸熱力性質(zhì)差異所形成的季風(fēng)的方向完全一致，兩者疊加起來(lái)，使得東亞地區(qū)的季風(fēng)（尤其冬季風(fēng)）勢(shì)力特別強(qiáng)盛，厚度特別大。山谷風(fēng)(b）山風(fēng)（a）谷風(fēng)

在山區(qū)，白天從谷地吹向山坡、夜間從山坡吹向谷地，以一日為周期的周期性風(fēng)系，稱(chēng)為山谷風(fēng)（見(jiàn)下圖）。白天，因?yàn)樯狡律系目諝獗韧叨鹊淖杂纱髿庠鰷貜?qiáng)烈，空氣從谷地沿坡向上爬升，形成谷風(fēng)；夜間由于山坡輻射冷卻，冷空氣沿坡下滑，從山坡流入谷地，形成山風(fēng)。焚風(fēng)

當(dāng)流經(jīng)山地的濕潤(rùn)氣流受到山地阻擋時(shí)，被迫沿坡絕熱爬升，這時(shí)按照干絕熱遞減率降溫。當(dāng)達(dá)到水汽凝結(jié)高度時(shí)，形成云，此后按照濕絕熱遞減率降溫，逐漸形成降水，空氣繼續(xù)沿坡上升，降水也不斷發(fā)生。當(dāng)越過(guò)山頂以后，空氣沿坡下沉增溫，水汽含量大為減少，按照干絕熱遞減率下沉壓縮升溫。由于干絕熱溫度變化率比濕絕熱溫度變化率大。過(guò)山后的空氣溫度比山前同高度上空氣的溫度要高得多，濕度也小得多，形成了沿著背風(fēng)坡向下吹的既熱且干的風(fēng)，稱(chēng)為焚風(fēng)?！俺鞘袩釐u”

城市人口集中，工業(yè)發(fā)達(dá)，居民生活、工業(yè)生產(chǎn)及交通工具每天釋放出大量的人為熱，導(dǎo)致城市熱力過(guò)程的總效應(yīng)為：城市的溫度一般高于周?chē)慕紖^(qū)和農(nóng)村，城市尤如一個(gè)溫暖的島嶼，稱(chēng)為“城市熱島”。這主要是城市上空通過(guò)湍流擴(kuò)散從暖的建筑物得到潛熱，并且吸收城市表面和污染層放出的長(zhǎng)波輻射的結(jié)果。由于熱島效應(yīng)的存在，城市的年平均溫度要比郊區(qū)高0.5～1℃。能量傳輸高低緯間的傳輸：主要依靠全球性的大氣環(huán)流（顯熱和潛熱）及洋流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。海陸間的傳輸：冬季，海洋是熱源，大陸是冷源，熱量從海洋輸向大陸。越近海洋，輸熱越多，氣溫越高。高低空之間的傳輸：在對(duì)流層中，由于空氣的對(duì)流，高低空之間也在進(jìn)行著能量的傳輸。四、大氣組分的區(qū)域及全球平衡地－氣系統(tǒng)中的元素或化合物通過(guò)物理輸送或化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程在大氣、海洋、土壤、生物等各圈層的儲(chǔ)存庫(kù)內(nèi)部或各儲(chǔ)存庫(kù)之間不斷地進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化，它們直接制約著大氣中一些重要的痕量氣體的全球循環(huán)和平衡。元素在每個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)中的存留時(shí)間是這種循環(huán)和平衡過(guò)程的一個(gè)重要特征。一個(gè)存留時(shí)間很長(zhǎng)的元素或化合物將有充分的時(shí)間在整個(gè)對(duì)流層中混合并分布道全球，而對(duì)于存留時(shí)間較短的元素或化合物來(lái)說(shuō)則不然。對(duì)流層中未受局地污染源影響的干空氣氣體組分可分為：“半永久性”：O2、N2，Ar可變的：CO2、CH4、CO等極易變的：O3、NOx、NH3、SO2（一）大氣中氣體與水分的平衡（1）存留時(shí)間長(zhǎng)的氣體：這類(lèi)氣體包括O2、N2，以及一些惰性氣體Ar、He、Kr、Xe等N2來(lái)源：細(xì)菌把硝酸鹽轉(zhuǎn)化

N2O的脫氮過(guò)程高層大氣的光化學(xué)反應(yīng)與大氣中氮的總量相比，生成的量極小，轉(zhuǎn)換時(shí)間要以千萬(wàn)計(jì)。O2的源：植物的光合作用3.7×1017gO2的匯：有機(jī)物分解、呼吸作用、化石染料燃燒大氣中大約有1.2×1021g的O2，估計(jì)其轉(zhuǎn)換時(shí)間大致為4000年左右。按照地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)，O2的濃度主要由沉積物中所儲(chǔ)藏的有機(jī)物數(shù)量和地殼中物質(zhì)被氧化的清除量之間的平衡所決定的。惰性氣體的化學(xué)性質(zhì)不活潑，一般不會(huì)在大氣儲(chǔ)存庫(kù)中循環(huán)，它們?cè)诖髿庵写蠖嗍亲鳛榈厍蛐纬稍缙诘臍埩粑镔|(zhì)而存在的。氮Ar是一例外，它是由宇宙射線所產(chǎn)生的40k的放射性衰變所形成的。目前由于日益發(fā)展的核能工業(yè)的排放，大氣中放射性kr的同位素85kr也在不斷地增加。(2)水分大氣中水分的存在對(duì)大氣化學(xué)過(guò)程來(lái)說(shuō)極其重要：參與了氣相化學(xué)反應(yīng)；液態(tài)水滴為學(xué)多化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程提供了反應(yīng)的場(chǎng)所；降水本身對(duì)氣溶膠顆粒物和一些氣體化合物構(gòu)成了一個(gè)有效的清除機(jī)制。補(bǔ)償：水面、地表的蒸發(fā)和植物的蒸騰大氣圈的水分含量：2.9×1015kg，它相當(dāng)于覆蓋全球表面2.5cn高的日降水量（全球的年平均降水量為900mm）停留時(shí)間：對(duì)于一個(gè)給定的水分子在大氣圈中的存留時(shí)間為10.1天，但不同地區(qū)、不同氣候條件下水分在大氣中的存留時(shí)間并不相同。（3）二氧化碳作為一種溫室氣體，CO2既使大氣溫度保持在一定水平而有利于生命的存在，又扮演著引起全球變暖的重要角色。CO2在大氣和陸地生物以及大氣與海洋之間碳的交換率大約為6.0×1016g/a自然界中碳的最大儲(chǔ)存苦是沉積巖、深海中的煤炭、石油以及無(wú)機(jī)碳礦藏。（4）氮氧化物N2的一些化合物與O3和SO2等一起被列入“極易變化的”一組，說(shuō)明這些存留時(shí)間很短的痕量氣體只能在區(qū)域范圍內(nèi)循環(huán)和平衡，而沒(méi)有足夠的時(shí)間彌散到全球以及整個(gè)對(duì)流層。源：NOx的排放包括自然過(guò)程（土壤中亞硝酸鹽的分解、閃電固氮、NH3的轉(zhuǎn)化等）和與交通、能源生產(chǎn)有關(guān)的人為高溫燃燒過(guò)程。

NH3可能大量來(lái)源于家畜的尿液及高溫下煤的燃燒。匯：大氣中NH3和NOx等化合物可通過(guò)氣體形態(tài)以及顆粒物形態(tài)被清除。（5）對(duì)流層中的臭氧由于O3的光化學(xué)分解形成了OH，而OH極大的支配著低層大氣中大多數(shù)痕量氣體的氧化作用，所以O(shè)3在決定對(duì)流層中一般痕量氣體的活性方面具有特殊的作用。在近地面未受污染的大氣中，O3的最高濃度出現(xiàn)在白天。然而在混合層之上自由大氣中O3的濃度則相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，垂直混合旺盛是，O3可從高層向下被輸送到近地面。南北半球的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，平流層富含O3空氣向?qū)α鲗拥妮斔椭饕l(fā)生在中、高緯地帶。（6）硫化物主要的不確定性來(lái)自于自然過(guò)程排放量以及遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)地區(qū)硫化合物的濃度變化。近一個(gè)世紀(jì)來(lái)，全球SO2的人為排放量猛增。它主要來(lái)自化石燃料的燃燒以及含S礦石的冶煉。由于其存留時(shí)間只有幾天，所以在大氣中的時(shí)空分布很不均勻。（二）氣溶膠顆粒物的源、匯及其對(duì)環(huán)境的影響大氣中的氣溶膠顆粒物是以固體或液體例子為分散相，以大氣為分散介質(zhì)所形成的溶膠。霧和云屬于水滴分散在空氣中的液態(tài)氣溶膠；煙屬于固體微粒分散在空氣中的固態(tài)氣溶膠；煙霧則屬固、液混合態(tài)氣溶膠。1.氣溶膠的成分和分布?xì)馊苣z粒子的成分相當(dāng)復(fù)雜，含有40～50種元素之多。其中60％左右是無(wú)機(jī)物，其他的則是各種有機(jī)化合物、有機(jī)聚合物、可揮發(fā)性有機(jī)物以及微生物，如細(xì)菌、酵母菌、病毒等生物氣溶膠顆粒物。它們?cè)诮貙雍推搅鲗酉聦佑袃蓚€(gè)高濃度帶，具體分布隨時(shí)間和地點(diǎn)變化而異。大粒子受重力作用可較快沉降到地面，主要集中在近地面及源地附近。直徑小于1μm的粒子可隨氣流上升到高空并作長(zhǎng)距離輸送。2.氣溶膠粒子的源和匯

源：氣溶膠粒子的來(lái)源分為自然源和人為源。自然源包括火山灰、宇宙塵埃、隕石灰燼、植物花粉和孢子以及細(xì)菌等生物氣溶膠、巖石風(fēng)化后的粉塵、森林著火后的煙塵、海水飛沫蒸發(fā)后殘留在空中的鹽粒、風(fēng)卷塵埃等。此外，大氣中氣－粒轉(zhuǎn)換過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)也可生成新的大氣懸浮顆粒物。大氣氣溶膠微粒的清除過(guò)程主要有兩個(gè)：干沉降（如重力沉降、碰并吸附、致熱遷移、擴(kuò)散遷移等）；濕沉降。降水過(guò)程大約可使氣溶膠粒子從大氣中移走10％～20％。3.氣溶膠粒子的環(huán)境意義

1）通過(guò)散射和吸收太陽(yáng)輻射直接影響氣候；

2）以云凝結(jié)核的形式，改變?cè)频墓鈱W(xué)特性及其分布，從而間接影響氣候；

3）氣溶膠顆粒物是多種有毒、有害物質(zhì)的載體，可長(zhǎng)期懸浮在空氣之中并大范圍擴(kuò)散。它在人體呼吸器官中的穿透作用沉積作用的強(qiáng)弱是微粒大小的函數(shù)。

4）沙塵氣溶膠主要源于沙漠和干旱地區(qū)的風(fēng)蝕及風(fēng)力揚(yáng)塵過(guò)程。土地利用變化、沙漠化、城市化以及各種自然或人為因子引起的地表特征變化和氣候變化都可能改變沙塵（暴）天氣發(fā)生的頻率和強(qiáng)度。沙塵暴降塵中至少含有38種化學(xué)元素，它給源地、周邊地區(qū)以及下風(fēng)地區(qū)的大氣環(huán)境、土壤、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成了長(zhǎng)期的、潛在的危害。特別是使土地貧瘠化，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。沙塵氣溶膠既可吸收又可反射太陽(yáng)輻射，在不同條件下對(duì)氣候具有復(fù)雜的加熱和冷卻作用。五、物質(zhì)循環(huán)（一）氮循環(huán)1.氮的簡(jiǎn)介

氮在地球大氣圈、巖石圈和生物圈都有廣泛的分布。在大氣中氮的儲(chǔ)量最為豐富。在地殼中的氮也是常見(jiàn)元素之一。生物圈中的氮總量最少，但是它對(duì)生命體卻有著決定性的作用。無(wú)論是生命必須的蛋白質(zhì)還是核酸，處處都離不開(kāi)氮的存在。物質(zhì)輸移水汽的輸移：垂直傳輸；水平傳輸（高低緯間輸送；海陸間輸送）。氣溶膠的輸移：源地附近濃度大，逐漸向四周及上空擴(kuò)散輸移。二氧化碳的輸移：CO2從源區(qū)向四周及上層大氣擴(kuò)散輸移。2.全球氮循環(huán)大氣中的氮以分子形式存在，占大氣總量的78％。但是氮分子在化學(xué)性質(zhì)上具惰性，只有大氣中偶爾的閃電可以分解少量氮分子成為氮的化合物。這部分氮化合物隨降水進(jìn)入土壤和海洋。陸地上也有少量植物可以直接吸收氮分子。此外，還有極少量的氮分子溶解于海洋中。但總的來(lái)說(shuō)，大氣中參與氮循環(huán)的氮是很少的。巖石和礦物中的氮被風(fēng)化后進(jìn)入土壤，一部分被生物體吸收，一部分被地表徑流帶入海洋。海洋接納了來(lái)自土壤和大氣的氮，其中的一部分被生物體吸收。生物體死后，生物體內(nèi)的氮一部分以揮發(fā)性氮化合物的形式進(jìn)入大氣，一部分又返回土壤，還有一部分以沉積物的形式沉積在大洋深處。3.對(duì)人類(lèi)的影響氮是構(gòu)成生命的主要元素。植物的生長(zhǎng)更缺少不了氮的補(bǔ)充。但是由于地表徑流的溶解和搬運(yùn)作用，土壤中的氮往往消耗極大而補(bǔ)充很少。而大多數(shù)植物又不能直接吸收大氣中的氮。自然條件下，很多植被豐茂的地區(qū)都面臨著氮的缺乏。人類(lèi)利用自身的智慧使全球氮循環(huán)，尤其是大氣的氮循環(huán)得到了補(bǔ)充?，F(xiàn)代化肥工業(yè)成功地固定了大氣中的氮，并將其轉(zhuǎn)化為可被初級(jí)生產(chǎn)者利用的形式。這個(gè)有90年歷史的產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了全世界范圍內(nèi)農(nóng)作物產(chǎn)量的大幅度增長(zhǎng)，因而被稱(chēng)之為“綠色革命”。（二）碳循環(huán)碳是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一。它廣泛地分布于大氣、海洋、地殼沉積巖和生物體中，并隨地球的運(yùn)動(dòng)循環(huán)不止。同時(shí)碳又是有機(jī)化合物的基本成分，是構(gòu)成生命體的基本元素。碳循環(huán)還與生命活動(dòng)緊密相聯(lián)。億萬(wàn)年來(lái)，在地球的生物圈和大氣圈中，碳通過(guò)生命的新陳代謝，往復(fù)循環(huán)、生生不息。1.假說(shuō)約100年前，瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯提出了大氣中二氧化碳豐度的變化會(huì)影響地表溫度的假說(shuō)。據(jù)阿倫尼烏斯估計(jì)，二氧化碳濃度加倍會(huì)使全球增溫約9攝氏度。隨后，也有一些科學(xué)家沿著類(lèi)似的思路做了論證。但是，大多數(shù)科學(xué)家對(duì)這些意見(jiàn)都不當(dāng)一回事。理由之一是約在同一時(shí)期全球平均溫度停止上升；而在其后的二十年里溫度甚至略有下降。理由之二是許多科學(xué)家認(rèn)為幾乎所有工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)被海洋吸收，因而從大氣中消除。理由之三是不同時(shí)間不同地點(diǎn)所取空氣樣品中二氧化碳的測(cè)量結(jié)果變化很大，以至不可能確定大氣中二氧化碳的總量是否正在增加或是正在減少。2.全球碳循環(huán)

自然界中絕大多數(shù)的碳并非儲(chǔ)存于生物體內(nèi)，而是儲(chǔ)存于大量的地殼沉積巖中。一方面沉積巖中的碳因自然和人為的各種化學(xué)作用分解后進(jìn)入大氣和海洋；另一方面生物體死亡以及其他各種含碳物質(zhì)又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構(gòu)成了全球碳循環(huán)的一部分。碳的生物循環(huán)雖然對(duì)地球的環(huán)境有著很大的影響，但是從以百萬(wàn)年計(jì)的地質(zhì)時(shí)間上來(lái)看，緩慢變化的碳的地球化學(xué)大循環(huán)才是地球環(huán)境最主要的控制因素。（1）碳的地球化學(xué)循環(huán)

碳的地球化學(xué)循環(huán)控制了碳在地表或近地表的沉積物和大氣、生物圈及海洋之間的遷移,而且是對(duì)大氣二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。如圖所示，沉積物含有兩種形式的碳：干酪根和碳酸鹽。在風(fēng)化過(guò)程中，干酪根與氧反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，而碳酸鹽的風(fēng)化作用卻很復(fù)雜。含在白云石和方解石礦物中的碳酸鎂和碳酸鈣受到地下水的侵蝕，產(chǎn)生出溶解的鈣離子、鎂離子和重碳酸根離子。它們由地下水最終帶入海洋。在海洋中，浮游生物和珊瑚之類(lèi)的海生生物攝取鈣離子和重碳酸根離子來(lái)構(gòu)成碳酸鈣的骨骼和貝殼。這些生物死了之后，碳酸鈣就沉積在海底而最終被埋藏起來(lái)。（2）碳的生物地球化學(xué)循環(huán)在碳的生物循環(huán)中,大氣中的二氧化碳被植物吸收后,通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)變成有機(jī)物質(zhì),然后通過(guò)生物呼吸作用和細(xì)菌分解作用又從有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為二氧化碳而進(jìn)入大氣。碳的生物循環(huán)包括了碳在動(dòng)、植物及環(huán)境之間的遷移。（三）氧循環(huán)

氧的地球化學(xué)循環(huán)涉及的環(huán)節(jié)非常復(fù)雜，包括了大氣圈、生物圈、巖石圈，甚至整個(gè)地球的方方面面，是目前研究較多的領(lǐng)域之一。大氣與海水的相互作用，生物的生理活動(dòng)，地球內(nèi)部的物質(zhì)分異以及巖石圈表層的地質(zhì)作用，大氣圈臭氧層的變化等等過(guò)程都發(fā)生著氧的交換。目前氧循環(huán)的研究主要通過(guò)分析氧同位素的構(gòu)成，分餾機(jī)理等特征來(lái)探求氧的分異、固定、流動(dòng)和混合的過(guò)程。至今科學(xué)家們還沒(méi)有建立起氧循環(huán)系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)。但生物活動(dòng)引起的氧循環(huán)已為人所知。1.生態(tài)系統(tǒng)氧循環(huán)氧在大氣圈和生物圈中主要是以水、二氧化碳和氧氣的形式存在。在自然條件下，水中的氧很難分解成氧氣。而二氧化碳則可以通過(guò)植物的光合作用而釋放出氧氣。因此，在生態(tài)系統(tǒng)中，氧循環(huán)與碳循環(huán)有著密切的聯(lián)系。在大氣中，氧含量占21％。在大氣紊流的作用下，空氣中的氧可以完全滲透到生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)角落：動(dòng)物的呼吸作用、植物非光合器官的呼吸作用和光合器官在夜間的呼吸作用，以及地表物質(zhì)腐敗氧化等過(guò)程不斷消耗著大氣中的氧。但與此同時(shí)，大量綠色植物的光合作用卻大量吸收著大氣中的二氧化碳并將釋放出的氧氣排入大氣。如此生生不息，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的氧循環(huán)，并保持了大氣中氧含量的恒定，維持了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡。（四）、硫循環(huán)全球硫循環(huán)自然界的硫最初來(lái)自于黃鐵礦（FeS2）和黃銅礦(CuFeS2)等含硫的礦物。但這些礦物被風(fēng)化剝蝕后，硫就進(jìn)入了土壤。土壤中的硫一部分被地表徑流溶解進(jìn)入海洋，一部分被氧化以揮發(fā)性氣體的形式進(jìn)入大氣，還有一部分被植物吸收，通過(guò)食物鏈的關(guān)系分布于生物圈。進(jìn)入海洋的硫，一部分以沉積的方式，億萬(wàn)年之后成為煤或石油中的硫，一部分進(jìn)入生物體被吸收。生物體中的硫在生物體死亡腐敗過(guò)程中，一部分以H2S的方式進(jìn)入大氣，其余的重又回到土壤，使循環(huán)得以繼續(xù)。而大氣中的硫卻以降水的形式落到海洋、土壤中，又開(kāi)始了它們的下一輪次的循環(huán)。酸雨問(wèn)題地表的硫以揮發(fā)性氣體的形式進(jìn)入大氣，又隨降水而回到地表。這本是全球硫循環(huán)中的一個(gè)普通子循環(huán)而已，但是由于人類(lèi)活動(dòng)，造成排入大氣中的硫含量迅速增加。在某些地區(qū)，該循環(huán)顯著加強(qiáng)，大量的硫隨降水返回地面，導(dǎo)致了全球關(guān)注的酸雨問(wèn)題。由于人類(lèi)大量燃燒含硫燃料和熔煉有色金屬，大量的二氧化硫進(jìn)入大氣。目前大氣中所含的二氧化硫，有2/3來(lái)源于自然界，另外1/3來(lái)自人類(lèi)的活動(dòng)。在某些工業(yè)地區(qū)，這個(gè)比例還要高得多。在大氣塵埃中的Fe、Mn等金屬的催化下，大氣中大量的二氧化硫，有一部分能轉(zhuǎn)化為三氧化硫并遇水氣而生成硫酸。當(dāng)降水發(fā)生時(shí)，大量酸性的雨、雪落回地面，導(dǎo)致土壤突然酸化、植被死亡、水體環(huán)境受到改變。更嚴(yán)重的是，當(dāng)降水的pH值小于4.0時(shí)，地表的很多生物將不能生存。這種危險(xiǎn)大多出現(xiàn)在靠近工業(yè)中心或污染嚴(yán)重的地方。我國(guó)的西南地區(qū)已經(jīng)成為世界三大酸雨災(zāi)害區(qū)之一第三節(jié)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣圈的影響及其環(huán)境效應(yīng)一、大氣過(guò)程引擎的人類(lèi)環(huán)境災(zāi)害（一）寒潮寒潮是指強(qiáng)冷空氣的活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：足以使氣溫在24小時(shí)內(nèi)下降10以上，最低溫度達(dá)到5以下由強(qiáng)冷空氣迅速入侵造成大范圍的劇烈降溫，并伴有大風(fēng)、雨雪、凍害等現(xiàn)象，這樣的冷空氣過(guò)程稱(chēng)為寒潮。寒潮的標(biāo)準(zhǔn)各地不一，有些規(guī)定時(shí)有更改和補(bǔ)充。寒潮是我國(guó)冬半年主要的氣象災(zāi)害。寒潮造成的災(zāi)害主要有：強(qiáng)烈降溫會(huì)使農(nóng)作物遭受凍害。尤以秋季和春季的寒潮對(duì)農(nóng)作物危害最大；大風(fēng)能吹翻船只，摧毀建筑物，破壞牧場(chǎng)；嚴(yán)重的大雪、凍雨可壓斷電線、折斷電桿，造成通信和輸電線路中斷，交通運(yùn)輸受阻等。寒潮影響的范圍大，而且多種災(zāi)害并發(fā)。就目前來(lái)說(shuō)，對(duì)寒潮仍無(wú)有效的防御方法。提前發(fā)布準(zhǔn)確的寒潮消息或警報(bào)，使海上船只在大風(fēng)到來(lái)前返港；提醒有關(guān)部門(mén)事先對(duì)農(nóng)作物、畜群等做好防寒準(zhǔn)備。將可大大減少損失。土壤圈

第一節(jié)土壤的基本特征一、土壤的概念及其在地理環(huán)境中的作用

1、土壤的概念：土壤是指陸地表面具有一定肥力，能夠生長(zhǎng)植物的疏松表層什么是“壤”？《周禮》指出：“以人所耕而樹(shù)藝焉則曰壤”。這句話精言深意，深刻闡明了“壤”的形成過(guò)程及其科學(xué)意義。根據(jù)《說(shuō)文解字》：“壤，柔土也，無(wú)塊曰壤?！薄队碡暋否R融注：“壤，天性和美也?！鄙鲜鰞煞N對(duì)“壤”之解釋?zhuān)叭嵬痢薄疤煨院兔酪病倍颊f(shuō)明“壤”的生產(chǎn)性能比“土”要好，肥力高。因?yàn)樗男再|(zhì)既不堅(jiān)硬板結(jié)，也不過(guò)于輕松疏散，而是柔軟和美的，適于各種作物的生長(zhǎng)。記錄歷史的龜裂土龜裂土大多數(shù)由河流沖積母質(zhì)形成，上部的主要土層為比較粘重的細(xì)土。這種顆粒的組成狀況，通常只有在比較緩慢的靜水沉積條件下才能形成。土壤主要分布在塔里木河北岸，瑪斯河右岸，黃河左岸。由于河水?dāng)嗔骰蚋牡?，水位下降，土體變干才逐漸向荒漠土壤發(fā)展。土壤的形成完全與地下水失去聯(lián)系，僅與短暫的地表水流相關(guān)。地衣、藻類(lèi)在地表短暫濕潤(rùn)時(shí)出現(xiàn)，水分干后很快死亡，在地面形成極薄卷皮，表土逐漸收縮裂開(kāi)形成網(wǎng)格狀裂片。

龜裂土記錄了自然的變遷、生命的消長(zhǎng)。

社稷祭祀：上古時(shí)代，我國(guó)有“社稷祭祀”制度，把國(guó)家稱(chēng)為“社稷”?！栋谆⑼ā吩O(shè)王者為何有“社稷”之問(wèn)答云：“為天下求福報(bào)功。以‘人非土不立，非谷不食’。土地廣博，不可一一祭之也，故封土立‘社’，‘社’為‘土神’；谷物眾多，不可遍及祀，

故封谷立‘稷’，‘稷’為‘谷神’之長(zhǎng)”。這就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)國(guó)家統(tǒng)治者，重視土壤和糧食，認(rèn)為“神”可以引出萬(wàn)物，祭“神”可以保障五谷豐登。祭祀“土神”“谷神”的地方叫做“社稷”今日的干涸的羅布泊，水和流沙侵蝕的湖岸臺(tái)灣澎湖島玄武巖風(fēng)化作用形成的“石爛”

沙塵暴的形成沙塵暴的形成及其大小，直接取決于風(fēng)力、氣溫、降水及與其相關(guān)的土壤表層狀況。

2000年春天北京和華北地區(qū)出現(xiàn)了幾十年罕見(jiàn)的沙塵暴，其間氣候異常，是造成這次沙塵暴的主要原因。3月份以來(lái)，華北地區(qū)和西北地區(qū)東部氣溫顯著偏高。偏高的幅度達(dá)2至3℃，部分地區(qū)氣溫偏高幅度為近40年以來(lái)少見(jiàn)。這使土壤解凍的時(shí)間比往年提前，加速了土壤水分的蒸發(fā)。疏松的沙土極易被大風(fēng)揚(yáng)起。春天北方大部地區(qū)基本無(wú)降水，解凍后大面積表層土壤干燥、疏松，植被還未形成，且在每次大風(fēng)到來(lái)之前均沒(méi)有可以抑制揚(yáng)沙的明顯降水過(guò)程。冷空氣活動(dòng)頻繁，大風(fēng)連續(xù)出現(xiàn)。

2、土壤在地理環(huán)境中的作用氣候生物水文地貌土壤土壤在地理環(huán)境中的作用土壤圈就是巖石圈最外面一層的疏松部分，其最顯著的特征，一是它能夠提供植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)條件（水分和養(yǎng)分）和環(huán)境條件（溫度和透氣）；二是其內(nèi)部有生物棲息。由于具備這些特征，土壤圈表現(xiàn)出其他環(huán)境系統(tǒng)不可替代的功能：聯(lián)系有機(jī)界和無(wú)機(jī)界的中心環(huán)節(jié)（通過(guò)植物的光合作用）和同化外界輸入的其他物質(zhì)（有機(jī)化合物），是整個(gè)生物圈極為重要的組成部分。二、土壤的肥力特性及其重要性1、土壤的本質(zhì)屬性——肥力2、土壤的物質(zhì)組成：

礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分、空氣

3、土壤與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系(1)土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的自然資源

(2)土壤是一種永續(xù)性的可更新資源指土壤能同時(shí)并不斷地供應(yīng)和調(diào)節(jié)植物在生長(zhǎng)過(guò)程中所需要的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量的能力礦物質(zhì)——是土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，成土母質(zhì)風(fēng)化形成的土壤顆粒，釋放鉀、磷鈣鎂等養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)——（包含腐殖質(zhì)）釋放氮，是土壤肥力的重要標(biāo)志有機(jī)質(zhì)多集中在表層，直接影響土壤肥力的形成和發(fā)展。土壤中的有機(jī)物質(zhì)在微生物分解作用下，能夠釋放以氮素為主的養(yǎng)分，供植物吸收，同時(shí)放出二氧化碳，加強(qiáng)植物的光合作用。水分和空氣——使土壤中能通氣透水，又能蓄水保溫，運(yùn)動(dòng)和變化影響肥力礦物質(zhì)是指成土母質(zhì)（風(fēng)化殼或風(fēng)化堆積物）風(fēng)化形成的土壤固體顆粒，它是土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，組成了整個(gè)土體的“骨骼”。礦物質(zhì)經(jīng)風(fēng)化分解，能夠把原來(lái)固結(jié)在礦物中的一些養(yǎng)分元素，如鉀、磷、鈣、鎂等釋放出來(lái)，供植物吸收。因此礦物質(zhì)是土壤中礦物養(yǎng)分的主要來(lái)源。土壤水分（水溶液）和空氣貯存在土壤孔隙中，具有很大的流動(dòng)性。兩者的組成比例常常隨著外界氣候條件及其他因素的變化而此消彼長(zhǎng)，并共同影響著土壤的熱量狀況。當(dāng)水分過(guò)多時(shí)，空氣就會(huì)受到排擠，造成土溫下降，土壤缺氧，影響植物生長(zhǎng)；如果空氣過(guò)多而水分缺少，則會(huì)造成養(yǎng)分和水分供應(yīng)不足，植物就會(huì)枯萎。性狀良好的土壤，則既能通氣透水，又能蓄水保溫。組成土壤的物質(zhì)，既有無(wú)機(jī)物，又有有機(jī)物，并且固相、液相、氣相三相俱全。土壤中的每種成分都有其獨(dú)特的作用，它們彼此之間又有密切的關(guān)系。正是這種特殊的物質(zhì)組成，形成了土壤的肥力特性。土壤空隙對(duì)作物生長(zhǎng)十分重要。比如一個(gè)肥沃的土壤必須有相當(dāng)數(shù)量直徑大于250微米的大空隙，有了這些大空隙作為根系才能順利地伸展。土壤中還應(yīng)有不低于10%的直徑大于50微米的中等空隙，這些空隙相互連通保證能了土壤的良好排水功能。另外，為了使土壤具有良好的水分保持功能，土壤必須有不小于10%的直徑0.5-50微米的小孔隙。所以土壤物理環(huán)境和土壤的養(yǎng)分水分供應(yīng)能力有很大關(guān)系。

土壤化學(xué)環(huán)境也是保證作物健康生長(zhǎng)的另一重要環(huán)境條件。比如土壤太酸，太堿，鹽分太多，都使作物生長(zhǎng)受到很大影響甚至不能生長(zhǎng)。三、土壤的形成特性1、土壤形成的過(guò)程

2、成土主導(dǎo)因素:生物3、人類(lèi)活動(dòng)的影響:形成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的耕作土壤裸露巖石成土母質(zhì)原始土壤成熟土壤耕作土壤風(fēng)化作用微生物低等植物草本植物木本植物耕作培育生土熟土肥土(1)改造方式：灌溉、施肥、翻耕等(2)合理耕作經(jīng)營(yíng)：土壤不斷改良，保持和提高土壤肥力(3)不合理耕作經(jīng)營(yíng)：土壤沙化、鹽堿化和水土流失等

生物對(duì)土壤形成的作用1）、有機(jī)質(zhì)積累過(guò)程成土母質(zhì)微生物作用巖石積累有機(jī)質(zhì)腐殖質(zhì)土粒團(tuán)聚形成土壤風(fēng)化

生物生長(zhǎng)

凝結(jié)作用根系穿橫2）、養(yǎng)分元素的富集過(guò)程礦物質(zhì)淋失分解、釋放養(yǎng)分元素的富集

殘?bào)w釋放土壤表層形成有一定肥力的土壤層

氣候影響

根系吸收4壤剖面

土壤在形成過(guò)程中，土體從上而下產(chǎn)生明顯的分異，從而形成了不同性狀的土層。一個(gè)發(fā)育成熟的土壤剖面，一般具有以下幾個(gè)土層。1）自然剖面

●枯枝落葉層，又叫覆蓋層（只有森林土壤有這一層）。

●腐殖質(zhì)層，也稱(chēng)有機(jī)質(zhì)層，呈棕黑色。

●淋濾層，礦物質(zhì)淋溶、淋失，色澤較淡。

●淀積層，由上層淋濾下來(lái)的物質(zhì)，淀積在這里，通常比較緊實(shí)、粘重，不透水，礦物質(zhì)養(yǎng)分比較豐富。

●母質(zhì)層，多為粗糙的風(fēng)化碎屑物質(zhì)或粘重的膠泥，不具備土壤結(jié)構(gòu)土壤發(fā)育的相對(duì)年齡——土壤發(fā)育的原始階段、幼年階段、壯年階段、老年階段四個(gè)階段稱(chēng)為土壤發(fā)育的相對(duì)年齡。土壤發(fā)育的絕對(duì)年齡——土壤形成經(jīng)歷的真正時(shí)間稱(chēng)為土壤發(fā)育的絕對(duì)年齡。覆蓋層由地面上的枯枝落葉層組成，根據(jù)枯枝落葉的腐爛程度，可進(jìn)一步分為A00和A0兩個(gè)亞層。

aA00層：未曾分解的枯枝落葉層

bA0層：充分分解的枯枝落葉層A1層：為腐殖質(zhì)層。是接近地表處所形成的礦質(zhì)土層。以腐殖質(zhì)的積累為主要過(guò)程。A2層：為灰化層，由于受強(qiáng)烈的淋溶，易溶物質(zhì)淋濕，且難溶物質(zhì)如鐵、鋁、以及粘粒等也下移。顏色較前常成灰白色，顆粒較粗，常為粉沙與粉粒。A3層：過(guò)渡層淋溶層覆蓋層（A0）淋溶層（A）淀積層（B）母質(zhì)層（C）基巖（R）A00A0A1A2A3B1B2B3CCCCSGR疏松的枯枝落葉層，未分解暗色半分解有機(jī)質(zhì)層暗色的腐殖質(zhì)層灰白色的灰化層向B層過(guò)渡層，多似A層向A層過(guò)渡層，多似B層棕色至紅棕色的淀積層向C層過(guò)渡層CaCO3聚積層CaSO4聚積層潛育層（灰粘層）可能出現(xiàn)的特殊層次2.耕作土壤剖面1)耕作層（表土層、熟化層）：疏松；有機(jī)質(zhì)多；細(xì)碎；色暗2)犁底層（亞表土層）：有機(jī)質(zhì)含量少；結(jié)識(shí)；保水3)生土層（新土層）：土壤熟化程度不夠4)死土層（底土層）：相當(dāng)于自然土壤的C層（二）土壤的其他形態(tài)特征1.土壤顏色土壤顏色是土壤重要的形態(tài)特征之一。根據(jù)顏色的變化可以判斷土壤的變異。許多土類(lèi)用顏色來(lái)命名。土壤顏色主要取決于土壤的化學(xué)組成與礦物組成，因此它也是成土過(guò)程的結(jié)果和外部表現(xiàn)。影響土壤顏色的主要物質(zhì)有：腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)、水、質(zhì)地、生物活動(dòng)等。2.土壤質(zhì)地質(zhì)地是指土壤顆粒粗細(xì)的情況。準(zhǔn)確的測(cè)定要在室內(nèi)用機(jī)械分析方法來(lái)進(jìn)行。但在野外常根據(jù)用手指研磨土壤的感覺(jué)近似的判斷。分成：砂土、壤土、粘土3.土壤結(jié)構(gòu)指土壤顆粒結(jié)合的狀況，土壤結(jié)構(gòu)體中有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、柱狀結(jié)構(gòu)等。4.土壤緊實(shí)度指土壤堅(jiān)實(shí)或疏松的程度，一般用小刀插入土中所用力大小來(lái)衡量，分為緊實(shí)、稍緊實(shí)、疏松等。5.土壤孔隙狀況孔隙的大小和孔隙的多少6.土壤干濕度土壤的干濕程度，反映土壤中水量的多少7.新生體：在成土過(guò)程中產(chǎn)生和積累于土壤中的物質(zhì)。各種易溶性鹽類(lèi)；生物作用產(chǎn)生的有機(jī)體8.侵入體不是由成土過(guò)程所產(chǎn)生的特殊物質(zhì)。成土過(guò)程中受外來(lái)的影響而進(jìn)入土壤；有些是從母質(zhì)中帶來(lái)的。（三）土壤的機(jī)械組成為了認(rèn)識(shí)和研究的方便，常按照一定的粒徑大小范圍將土粒分成若干組，稱(chēng)為粒組或粒級(jí)。各粒級(jí)在土壤中所占的相對(duì)比例或重量百分?jǐn)?shù)，叫做土壤的機(jī)械組成，也稱(chēng)為土壤質(zhì)地。直徑/mm中國(guó)制組成成分性質(zhì)3.02.0石礫原生礦物滲漏作用大1.00.250.20.05粗砂粒砂粒原生礦物主要成分為石英、長(zhǎng)石出現(xiàn)毛管現(xiàn)象細(xì)砂粒0.020.01粗粉粒粉粒絕大部分是原生礦物細(xì)粉粒物理形狀變化0.0050.0020.001泥粒（粗粘粒）次生礦物粘結(jié)性、可塑性膠粒（粘粒）膠體性質(zhì)砂土：砂粒占優(yōu)勢(shì)，土壤中的大孔隙多，毛管孔隙少。通氣、透水性強(qiáng)，保水和蓄水性能弱，熱容量小，溫度變化劇烈，易受干旱威脅；保肥能力弱，易耕作。壤土：含砂粒、粉粒、粘粒的含量比較適中。通氣、透水性能良好；蓄水、保肥和供肥能力強(qiáng)粘土：粘粒占優(yōu)勢(shì)。毛管作用力強(qiáng)，透水、通氣性差；蓄水保水能力差，保肥性能好；養(yǎng)分含量豐富；質(zhì)地粘重，不易耕種。第二節(jié)土壤形成的基本規(guī)律俄國(guó)土壤學(xué)家道庫(kù)恰耶夫和美國(guó)土壤學(xué)家赫格德是世界公認(rèn)的土壤科學(xué)的奠基者。他們最先認(rèn)識(shí)到，土壤性質(zhì)是某些物理作用和化學(xué)作用的產(chǎn)物，而這些作用不僅受母質(zhì)的影響，同時(shí)也受生物、氣候、地形和時(shí)間的影響。一、成土因素（一）母質(zhì)因素1.母質(zhì)同土壤之間存在“血緣”關(guān)系2.母質(zhì)因素直接影響成土過(guò)程3.母質(zhì)影響土壤環(huán)境元素背景值4.母巖的化學(xué)組成對(duì)土壤腐殖質(zhì)影響深刻5.土壤母質(zhì)影響成土過(guò)程的進(jìn)程和方向按照母質(zhì)的搬運(yùn)情況可將其分為殘積母質(zhì)和運(yùn)積母質(zhì)兩大類(lèi)：殘積母質(zhì)：指風(fēng)化巖石基本上未搬運(yùn)而殘留原地的物質(zhì)。運(yùn)積母質(zhì)：指母質(zhì)風(fēng)化后經(jīng)外力作用而遷移到其它地區(qū)是物質(zhì)。（二）氣候因素1.降水/水分狀況水分影響土壤中的化學(xué)作用和生物活動(dòng)。潮濕多雨地區(qū)，鹽分淋失，泥土呈酸性。土壤養(yǎng)分下移，肥力下降。干燥地區(qū)，蒸發(fā)大于降水，土壤中水分上升，令鹽分在地表積聚，形成硬盤(pán)。降水多的地區(qū)(降雨量>600毫米)，形成淋余土或鐵鋁土。雨量少的地區(qū)(降雨量<500毫米)，形成鈣層土。(脫硅作用﹕硅隨水分下移被沖至泥土下層，多在熱帶雨林發(fā)生。2.溫度直接影響風(fēng)化作用速度，決定土層厚薄。影響有機(jī)物的合成和分解、生物化學(xué)作用。溫度每上升10℃，化學(xué)作用增加一倍。寒帶地區(qū)，溫度低，風(fēng)化作用、生物化學(xué)作用微弱，土壤發(fā)育緩慢，處于原始階段。土壤多受物理崩解形成碎屑物質(zhì)，顆粒粗大。熱帶地區(qū)，高溫多雨，礦物除石英外多被分解，顆粒較小。植物生長(zhǎng)迅速，有機(jī)物質(zhì)積聚快，但分解亦快，形成Ｏ層薄，腐殖質(zhì)少。溫度影響土壤中水分移動(dòng)方向。在溫度高，蒸發(fā)率高地區(qū)，水分在泥土中向上移動(dòng)，令鹽分積聚。3.風(fēng)速增加蒸發(fā)作用，加速土壤中水分流失。在干燥地區(qū)，強(qiáng)風(fēng)會(huì)將表面土壤帶走，令養(yǎng)分流失（三）地形因素影響水熱再分配：地形對(duì)氣候產(chǎn)生影響，使土壤的水分和溫度狀況發(fā)生變化。高度上升、溫度下降、水分?jǐn)?shù)量下降。地形影響地表水和地下水的分布，影響土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。地形影響土壤侵蝕作用。坡度大，沖刷作用嚴(yán)重，水分和養(yǎng)分流失，上層輻薄。山坡座向影響熱量和濕度。背陽(yáng)坡，溫度低，濕度高，日照數(shù)量大。影響土壤類(lèi)型和分布：土鏈︰在不同地形上，泥土剖面的變化。在陡坡上，土層厚度減少。在平坦土地上，土層厚。在沼澤地區(qū)，形成泥炭層。山勢(shì)的起伏影響排水情況。在山坡上，排水迅速，土壤含水量較低。在平坦地面上，如果泥土或巖石下屬排水不良，出現(xiàn)地下水位上升至地面情況，令有機(jī)物質(zhì)累積。在和緩起伏的地形，排水狀況理想，令土壤剖面保持穩(wěn)定。在陡峭山坡，水分流失過(guò)多，土壤剖面發(fā)育遲緩。（四）生物因素：最活躍的因素1.植物土壤與植物間的物質(zhì)交換。植物腐爛分解供給有機(jī)物質(zhì)給土壤。植物根部鞏固土壤。植物產(chǎn)生截流作用，令土壤侵蝕減少。森林減低風(fēng)速，遮蔽陽(yáng)光，減少水分蒸發(fā)，使分解作用不停進(jìn)行。植物吸收鹽基養(yǎng)分，養(yǎng)分被吸收后，經(jīng)分解作用再釋放回土壤中。植物根部有助風(fēng)化，令空氣及水分流通。

2.土壤微生物細(xì)菌、真菌及分解者影響土壤的養(yǎng)分循環(huán)，令土壤保持養(yǎng)分流動(dòng)。分解有機(jī)質(zhì)，釋放各種養(yǎng)料合成土壤腐殖質(zhì)，發(fā)展土壤膠體性能有的微生物可以固氮轉(zhuǎn)化礦物質(zhì)養(yǎng)料，使某些礦質(zhì)養(yǎng)料元素能被植物吸收利用吸收、分解、轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)污染物及重金屬污染物部分微生物可作為土壤污染程度的指示物3.土壤動(dòng)物遺體增加土壤有機(jī)質(zhì)生活過(guò)程中搬運(yùn)和消化別的動(dòng)物和植物有機(jī)體，使之拌和于土壤中，并分解其有機(jī)質(zhì)，引起土壤有機(jī)質(zhì)的深刻變化。鉆土動(dòng)物影響土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，令土壤的物理及化學(xué)作用活躍。（五）時(shí)間因素1.土壤的特性需要時(shí)間來(lái)發(fā)展2. 年幼的土壤，各土層層次的特征并不明顯。3. 土壤在穩(wěn)定的氣候環(huán)境下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)的發(fā)育，造成成熟的土壤剖面。時(shí)間影響其它成土因素的重要性。在土壤形成初期，母質(zhì)因素日最重要。但土壤形成后，其它因素的重要性日漸提高。

（六）人為因素對(duì)土壤形成和演變的影響人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤的影響極為深刻，它可通過(guò)改變某一成土因素或各因素之間的對(duì)比關(guān)系來(lái)控制土壤發(fā)育的方向。1.人類(lèi)活動(dòng)特別是農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)土壤的影響是有意識(shí)、有目的和定向的。2.人類(lèi)活動(dòng)的影響并非僅是在農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)土壤的直接影響，更重要的是影響土壤形成和發(fā)展的生態(tài)環(huán)境的改變，從而也改變了土壤和土被形成發(fā)育的方向。3.人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生的重要影響。4.人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤的影響具有兩重性。5.人類(lèi)活動(dòng)具有社會(huì)性。二、主要成土過(guò)程（一）有機(jī)質(zhì)聚積過(guò)程1、腐殖化過(guò)程(1)概念腐殖化過(guò)程（humification）——是一種生物成土過(guò)程。指進(jìn)入土壤的有機(jī)殘?bào)w轉(zhuǎn)化為腐殖物質(zhì)并在土壤表層積累的過(guò)程。(2)特點(diǎn)在土壤的表層形成一個(gè)色調(diào)偏暗的腐殖質(zhì)層（Ah）。腐殖化過(guò)程是礦質(zhì)土壤形成中的一個(gè)普遍過(guò)程。由于不同自然地理環(huán)境中的植被與氣候條件的差異，腐殖化的程度有強(qiáng)有弱，影響的深度有大有小。因此各地土壤的腐殖質(zhì)層的厚薄、顏色的深淺各有不同。一般來(lái)說(shuō)，冷濕的草原及草甸植被下土壤腐殖質(zhì)層發(fā)育最厚，腐殖質(zhì)含量最高，顏色最暗。（草氈和斑氈化過(guò)程）2.泥炭化過(guò)程（1)概念泥炭化過(guò)程（paludization）——是一種生物成土過(guò)程。是指有機(jī)質(zhì)主要以植物殘?bào)w形式在土體上部積聚的過(guò)程。(2)特點(diǎn)泥炭化過(guò)程主要發(fā)生在地下水水位很高或地表有積水的沼澤地帶。在積水環(huán)境下，大量濕生植物的殘?bào)w因缺乏氧氣而不能徹底分解或完全腐殖化，逐漸堆積形成泥炭層（H）。有時(shí)泥炭層中尚能保留植物體的組織原狀（二）鈣化過(guò)程(1)發(fā)生條件鈣化過(guò)程（calcification）是干旱與半干旱地區(qū)土壤中普遍存在的成土過(guò)程。以中緯度的草原和荒漠草原地帶最為典型。鈣化作用發(fā)生的條件是：1)水分——降水量與蒸發(fā)量接近相等或低于蒸發(fā)量。淋溶作用微弱。2)氣溫——溫度和降水有比較明顯的變化，降水集中時(shí)或有一定的淋溶作用，但干旱時(shí)期以毛管水上升為主。3)生物——由于下層土壤水分不足，難以支持深根性的森林植被生長(zhǎng)，植物以淺根性的草類(lèi)為主。4)母質(zhì)——母質(zhì)排水良好，土壤不受地下水位的影響（2）作用過(guò)程

1)環(huán)境——堿性。

2)淋溶——雖然由于水分不足使土壤的淋溶作用比較微弱，但在降水過(guò)程中仍然存在水分的向下運(yùn)動(dòng)。土壤中由于礦物風(fēng)化和有機(jī)質(zhì)分解而釋放的鹽基離子也必然隨水遷移。但不同種類(lèi)鹽基離子的活性有差異：一價(jià)離子如Na+、K+的溶解性最強(qiáng)，極易隨水遷移，大多隨水淋失，最終脫離土體。二價(jià)離子如Ca2+、Mg2+等，溶解性較弱，活動(dòng)性也差。

3)淀積——隨著下行水分的不斷減少，溶液濃度逐漸升高，二價(jià)離子便會(huì)在一定范圍內(nèi)形成固體鹽類(lèi)沉積下來(lái)，其中尤以（CaCO3）的沉積最為突出。有時(shí)也有石膏（CaSO4）的淀積。鈣積層（calcicborizon）——在干旱季節(jié)里，由于土壤表層蒸發(fā)強(qiáng)烈，雨季儲(chǔ)存于下層深處的毛管水便會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，上升到一定高度時(shí)水分蒸發(fā)，其中所含的Ca鹽也會(huì)析出沉淀。這樣就