地球科學基礎概論第三章大氣圈

1、地球科學基礎概論第三章 大 氣 圈大氣的地質作用保護大氣環(huán)境大氣圈的組成和結構第一節(jié) 大氣的組成和結構大氣圈 地球的最外大氣圈是由氣體和懸浮物組成的復雜的流體系統(tǒng)。它由于地球的引力作用，在地球周圍集聚的一個氣體圈層，又稱地球的大氣。 人類的活動主要在大氣圈底部的所謂下墊面上進行，所以大氣圈是地球系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，是人類生存環(huán)境的重要組成部分。第一節(jié) 大氣的組成和結構大氣圈一、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 地球大氣圈的總質量約6000萬億噸，只占地球總量的0.0001%左右，其組成極為復雜。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)，它們占干潔空氣總容積的、和，合計占干潔空氣總容積的，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、組成和結構大氣圈二、大氣的結構 大氣在垂直方向上的溫度、組成與物質也是不均勻的。根據(jù)大氣溫度垂直分布的特點，在結構上可將大氣圈分為對流層平流層中間層暖層逸散層五個氣層第一節(jié) 大氣的組成和結構 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、大氣的結構 對流層位于近地面，與人類活動最為密切。 對流層中空氣分布均勻，地面吸收了太陽輻射中的紅外線、可見光部分及波長大于300nm的紫外

4、線，并將其轉化為熱能，使之內部發(fā)生強烈對流。對流層內溫度隨高度向上遞減，降溫率千米。對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) 大氣的組成和結構1、對流層大氣圈二、大氣的結構 平流層內空氣表現(xiàn)為大尺度的平流運動。由于平流層中水汽含量很少，在對流層中經(jīng)常出現(xiàn)的氣象現(xiàn)象很少會發(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270290K。第一節(jié) 大氣的組成和結構2、平流層大氣圈二、大氣的結構 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，大氣在中層進行著強烈的化學反應。第一節(jié) 大氣的組成和結構3、中間層大氣圈二、大氣的結構 暖層大氣溫度隨高度迅速增加，在700千米處，溫度可達1500K。該層能量主要來自波長小于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) 大氣的組成和結構4、暖層大氣圈二、大氣的結構 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，同時地球引力場的束縛大大減弱，大氣質點不斷向星際空間逃逸。 但其邊界在哪里，尚不能定論，實際上外層是大氣圈向

6、星際空間的過渡。第一節(jié) 大氣的組成和結構5、逃逸層第三章 大 氣 圈大氣圈的組成和結構保護大氣環(huán)境大氣的地質作用第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈 大氣的水平運動產(chǎn)生風。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，風對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、風很盛行，對地表巖石的破壞作用影響極大。 風是一種機械動力，風的地質作用純屬機械性質的作用。 大氣的地質作用包括風化作用、風蝕作用、搬運作用、沉積作用等。第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈一、風化作用1、風化作用的概念 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化作用。風化作用按性質可劃分為物理風化作用、化學風化作用和生物風化作用。 風化作用的影響因素主要有溫度、水、空氣等。第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈一、風化作用2、物理風化作用 巖石只發(fā)生機械破碎而化學成分未改變的風化作用。 引起物理風化的主要因素有：溫度的變化、晶體生長的應力、重力作用、生物的生活活動，水、冰、風的破壞作用。第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈一、風化作用2、物理風化作用 物理風化的結果是使母巖崩解，形成各種碎屑物質。因此物理風化作用又稱機械風化作用、石爛。 溫度變化、冰劈作用、鹽巖結晶。 風的風化作用主要為機械性質的物理風化作用。第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈一、風

8、化作用3、化學風化作用 指巖石在氧、水和溶于水中的各種酸的作用下，遭受氧化、水解和溶濾等化學變化，使其分解并產(chǎn)生新礦物的作用。 化學風化作用包括多種類型的化學反應，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、化學溶解作用、去硅作用、以及SiO2、Ai2O3、Fe2O3的化合作用等。這些化學反應往往以復合交替的復雜形式進行，同時有相應的新礦物生成。 化學風化作用不僅使母巖發(fā)生破碎，而且使其礦物成分和化學成分發(fā)生本質的改變，并形成新礦物。第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈一、風化作用3、化學風化作用 風化作用最常見的是石灰?guī)r地區(qū)，其結果形成溶洞、喀斯特地形。第二節(jié) 大氣的地質作用大

9、氣圈一、風化作用4、生物風化作用 指巖石由于生物的生活活動引起的破壞作用。 生物對巖石的破壞方式，既有機械的，也有化學的，尤以后者更為重要。幾乎所有的化學風化作用都與生物作用有關，在許多情況下，巖石的風化作用是由生物活動開始的。生物分泌出的有機酸，促進了巖石的化學分解，而且生物還可以從中吸取某些元素并將其轉變成有機化合物。生物產(chǎn)生的大量O2、CO2等，同樣影響著風化作用的進程。 第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈一、風化作用4、生物風化作用 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) 大氣的地質作用大氣圈 風化作用的總趨勢是使被改造的母巖發(fā)生物理的和化學的變化，使母巖解體并產(chǎn)生在地表條件下穩(wěn)

10、定的、新的物質成分。風化產(chǎn)物按性質可分三類：碎屑物質、溶解物質和不溶殘余物質。 一、風化作用5、風化作用的產(chǎn)物 碎屑物質 是母巖機械破碎的產(chǎn)物，包括各種巖石碎屑和石英、云母、長石等礦物碎屑。 溶解物質 在化學風化過程中，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。它們在適當?shù)臈l件下形成化學沉淀物質。 不溶殘余物質 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) 大氣的地質作用一、風化作用5、風化作用的產(chǎn)物 大氣圈 地殼表

11、層的巖石經(jīng)過長期風化作用后，不穩(wěn)定組分有不同程度的分解，可溶性物質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成了一層不連續(xù)的薄殼，稱為風化殼。 在地質歷史時期形成的風化殼稱為古風化殼。 在風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。如我國華北地區(qū)在奧陶系古風化殼中殘積的“山西式鐵礦”和“G層鋁土礦”等。第二節(jié) 大氣的地質作用一、風化作用6、風化殼 大氣圈第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈二、風蝕作用1、剝蝕作用 指風以及河流、地下水、海(湖)、冰川中的水體在運動狀態(tài)下對地表或地下巖石產(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。 如特殊的風蝕地貌；河岸的巖石被流水沖刷導致河岸后退；石灰?guī)r被地下水溶解形成喀斯特地貌等。美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈二、風蝕作用2、風蝕作用 不同因素引起的剝蝕作用具有不同的特點。 風對地表的破壞是一種純機械侵蝕作用。稱為風蝕作用，包括吹蝕(吹揚)作用與磨蝕作用。 風蝕作用的總趨勢是使地面降低、直到地下水出露為止。美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈二、風蝕作用、吹蝕作用與磨蝕作用 風可以把地表松散的砂?；驂m土吹揚起來、離開原地，即所謂的吹蝕(吹揚)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蝕地貌，也即磨蝕作用。美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)美國西部風蝕地貌(劉煥杰攝，1989)風蝕地貌 青海烏蘭大煤溝第二節(jié) 大氣的地質作用風蝕凹槽風蝕凹槽風的剝蝕作用主要是機械作用包括吹揚作用和磨蝕作用內蒙烏?？ú计淦綔厦旱V第二節(jié) 大氣的地質作用大氣圈三、風的搬運作用 風化、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、冰川等介質搬運到沉積盆地中去。 風的搬運作用屬機

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