地球科學(xué)概論第二章 地球的外部圈層

1、地球科學(xué)概論第二章 地球的外部圈層第1頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 第一節(jié) 大氣圈 一、大氣的組成 二、大氣圈的結(jié)構(gòu) 三、大氣的熱狀況 四、大氣的運(yùn)動(dòng)第2頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 是因地球引力而聚集在地表周圍的氣體圈層。 大氣是人類和生物賴以生存必不可少的物質(zhì)條件， 也是使地表保持恒溫和水分的保護(hù)層， 同時(shí)也是促進(jìn)地表形態(tài)變化的重要?jiǎng)恿兔浇椤４髿馊?atmosphere)第3頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 一大氣的組成 大氣圈的總質(zhì)量約51018kg，其中絕大部分分布在大氣圈的下層。 自然狀態(tài)下的大氣

2、是多種氣體的混合物，主要由氮、氧、二氧化碳、水及一些微量惰性氣體組成。 就大氣的組成成分而言，可分為恒定組分、可變組分和不定組分3種。第4頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二大氣成分的分類及其特點(diǎn)（1）、恒定組分：氮、氧氬（2）、可變組分：二氧化碳、臭氧、水蒸汽（3）、不等組分：粉塵、硫氧化物、氮氧化物注意：主要是現(xiàn)階段的大氣組成，而且是低層大氣的組分（70km以下）。 高層大氣以氮、氧、氫等的原子、離子為主。第5頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二二、大氣圈的結(jié)構(gòu) 大氣圈的下界通常是指地表，但在地面以下的松散堆積物及某些巖石中也含有少量空氣，它們是

3、大氣圈的地下部分，其深度一般小于3km； 其上界并無(wú)明確的界限，一般認(rèn)為在20003000 km的高空向行星際塵埃的密度過(guò)渡。第6頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二大氣圈在垂直方向上的物理性質(zhì)有顯著的差異，根據(jù)溫度、成分、電荷等物理性質(zhì)，以及大氣的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，可將大氣圈自地面向上依次分為對(duì)流層、平流層、中間層、暖層及散逸層。第7頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖21 大氣的垂直分層第8頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第9頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二三、大氣的熱狀況 大氣的熱量分布狀況是產(chǎn)生各

4、種大氣現(xiàn)象和過(guò)程的根本原因。熾熱的太陽(yáng)以電磁波的形式源源不斷地向宇宙空間放射能量稱為太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)輻射的能量主要集中在波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光部分，所以人們把太陽(yáng)輻射稱為短波輻射。 太陽(yáng)輻射是地球表面最主要的能量來(lái)源。平流層中的臭氧能強(qiáng)烈地吸收波長(zhǎng)較短的紫外線；對(duì)流層中的水汽和二氧化碳等主要吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線；但能量最多的可見(jiàn)光卻很少被大氣吸收,能夠穿透大氣射到地面上來(lái)。大氣直接吸收的太陽(yáng)輻射能量是很少的(約為19%)。第10頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖22 太陽(yáng)輻射能隨波長(zhǎng)的分布第11頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖23 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻

5、射第12頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 當(dāng)太陽(yáng)輻射到達(dá)地面后，地面吸收了近一半(約為47%)的太陽(yáng)輻射能量，地面溫度增高，同時(shí)地面也以電磁波的形式向外輻熱量。地面輻射的能量主要集中在紅外線部分，屬于長(zhǎng)波輻射。地面輻射極易被對(duì)流層中的水汽和二氧化碳所吸收。據(jù)觀測(cè)，近地面的大氣能夠吸收地面輻射的75%95%?？梢?jiàn)低層大氣增溫的直接熱源是地面輻射。第13頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 氣溫是指大氣的溫度。在同一地點(diǎn)，由于地球的自轉(zhuǎn)使太陽(yáng)輻射強(qiáng)度發(fā)生晝夜更替，從而導(dǎo)致氣溫日變化。一天之中，最低氣溫出現(xiàn)在日出前后，直至午后2點(diǎn)左右達(dá)到最高,以后開(kāi)始

6、逐漸降低。同一地點(diǎn)的氣溫因地球公轉(zhuǎn)引起的季節(jié)變換而發(fā)生氣溫年變化。氣溫的年變化通常用多年來(lái)各月平均氣溫的變化來(lái)表示。就北半球來(lái)說(shuō)，大陸上最高月平均氣溫出現(xiàn)在7月(海洋上為8月)；大陸上最低氣溫出現(xiàn)在1月(海洋上為2月)。一年中最高月平均氣溫與最低月平均氣溫之差反映出一地在一年中氣溫變化的幅度，是劃分氣候類型的重要依據(jù)。第14頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二四、大氣的運(yùn)動(dòng) 大氣運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生及形式取決于氣壓的作用。一個(gè)地方的氣壓隨高度增加而降低，影響氣壓隨高度變化的原因主要是該地上空大氣柱的高度和密度。第15頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二在水平方

7、向上，由于氣溫差異也會(huì)引起該方向上的大氣密度的變化，并產(chǎn)生氣壓的水平變化。由于大氣在垂直或水平方向上存在氣壓差，從而產(chǎn)生了氣壓梯度力，氣壓梯度力可分為水平氣壓梯度力和垂直氣壓梯度力。真正造成大氣水平運(yùn)動(dòng)的力是水平梯度力。此外，運(yùn)動(dòng)的大氣還會(huì)受到地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力及摩擦力的作用。第16頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖24 地轉(zhuǎn)偏向力示意圖第17頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第18頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖25 地球上的氣壓帶和風(fēng)帶第19頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第20頁(yè)，

8、共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第21頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 第二節(jié) 水 圈 一、水圈的組成 二、水圈的循環(huán)第22頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 水圈(hydrosphere) 是指由地球表層水體所構(gòu)成的連續(xù)圈層。 水是一切生物生存必不可少的物質(zhì)條件， 對(duì)地球表層環(huán)境的形成和改造起到重要的作用。第23頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二水的基本特性（1）水分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第24頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二（2）水的特性水的三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化對(duì)地球環(huán)境的影響是非常重

9、要的。水分子具有締合現(xiàn)象：流動(dòng)性好、表面張力強(qiáng)、粘性但較弱。水具有很強(qiáng)的溶解能力水具有很高的熱容量水具有反常膨脹性第25頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第26頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二一、水圈的組成 自然界的水以氣態(tài)、 固態(tài)和液態(tài)三種形式存在于大氣圈、生物圈、海洋與大陸表層之中。 地球水體的總質(zhì)量1.51018t，體積約1.41018m3， 其中，海洋水約占 97.212，大陸表面水約占2.167，地下水為0.619，大氣水占0.001。第27頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二一、水圈的組成 如果設(shè)想將地球表面全

10、部削平，水圈的水體足以覆蓋整個(gè)地球達(dá)2700多m厚。 按天然水所處的環(huán)境不同可分為：海水、大氣水和陸地水3類。第28頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二陸地表面水地下水冰川大氣水海洋第29頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 （一） 海水（的運(yùn)動(dòng)）1、波浪是海水最基本的運(yùn)動(dòng)形式。當(dāng)風(fēng)刮過(guò)海面時(shí)，風(fēng)與海水面之間產(chǎn)生摩擦力，使海水產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)形成波浪。海水運(yùn)動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)基本上繞某個(gè)平衡位置作圓周運(yùn)動(dòng)，只是向前移動(dòng)很小的距離。第30頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二水質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)就形成波峰， 運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)就構(gòu)成波谷，

11、而波高就相當(dāng)于水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圓周的直徑。水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)圓周隨水深增加變得越來(lái)越小，當(dāng)水深達(dá)1/2波長(zhǎng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)圓周直徑僅為0.04波高，一般把此深度認(rèn)為是波浪作用的下限。地震、火山噴發(fā)可釋放出巨大的能量，使海水強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生洶涌的海浪，稱海嘯。第31頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第32頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第33頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第34頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第35頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第36頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月

12、20日，21點(diǎn)28分，星期二第37頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第38頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 2、潮汐 指全球性海水周期性漲落現(xiàn)象。 潮汐的引潮力主要是月球、太陽(yáng)對(duì)地球的引力和地球繞地月系質(zhì)心旋轉(zhuǎn)、繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的慣性離心力的合力，所以引潮力主要包括太陽(yáng)地球間和地球月球間的引潮力兩部分。太陽(yáng)由于距離地球太遠(yuǎn)，其引潮力僅為月球的46.6。 由潮汐引起的海面高度變化迫使海水作大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng)稱為潮流。 第39頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第40頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第41頁(yè)，共

13、80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二3、海流(洋流)是指大洋中沿一定方向有規(guī)律移動(dòng)的海水。洋流可分表層洋流和深層洋流。4、 濁流是海洋(或湖泊)中載有大量懸浮物質(zhì)的高密度水下重力流。第42頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖28 世界洋流略圖第43頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第44頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二（二）陸地水1、地面流水是指沿陸地表面流動(dòng)的水體，其水源主要有大氣降水、冰雪融水、地下水和湖泊等。地面流水根據(jù)水源補(bǔ)給特點(diǎn)可分為常年性流水(河流)和暫時(shí)性流水(片流、洪流)。 第45頁(yè)，共8

14、0頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 （1）暫時(shí)性流水是指補(bǔ)給水源不穩(wěn)定(時(shí)有、時(shí)無(wú))的地面流水，這種流水的水源一般都是大氣降水。暫時(shí)性流水包括片流和洪流。片流是指沿山體斜坡無(wú)固定水道的面狀流水，它發(fā)生在大氣降水剛降落到地面之后，其特點(diǎn)是水層薄、速度慢、呈網(wǎng)狀。洪流是指大氣降水后沿溝谷的水流，它是由片流匯集到溝谷形成的，其特點(diǎn)是流速快，有固定的水道。 第46頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二（2）河流是地表面具有固定河道的線狀常年性流水。河流有穩(wěn)定的補(bǔ)給水源，它的水源一般以地下水、冰雪融水為主。第47頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期

15、二圖29 水系和流域示意圖第48頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第49頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第50頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二2、地下水是埋藏在地表以下巖石和松散堆積物空隙中的水體。水源主要來(lái)自地面流水和大氣降水。 巖石中空隙的體積與巖石的總體積之比稱為空隙率?？障兜倪B通性越好越利于地下水的運(yùn)動(dòng)。第51頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二巖石或堆積物能透過(guò)地下水的能力稱巖石的透水性。由透水性較好的巖石組成的巖層稱為透水層；儲(chǔ)存有地下水的透水層稱含水層。相反，地下水不易透過(guò)的巖層稱不

16、透水層或隔水層。 第52頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 地下水的存在形式有吸著水、薄膜水、毛細(xì)水、重力水，前兩者吸附在巖石的表面，一般不運(yùn)動(dòng)。毛細(xì)水受表面張力作用逆重力方向運(yùn)動(dòng)。重力水在重力的影響下作垂直向下或水平運(yùn)動(dòng)。第53頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第54頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 地下水按運(yùn)動(dòng)特征和埋藏條件可分為包氣帶水、潛水、承壓水三種基本類型： 包氣帶水是指埋藏在包氣帶中的地下水。包氣帶意指巖石空隙未被地下水充滿的地帶。包氣帶中的地下水以吸著水、薄膜水、毛細(xì)水為主，而重力水較少。包氣帶水以垂直運(yùn)

17、動(dòng)為主。 第55頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 潛水是埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上、具有自由表面的重力水，也稱飽水帶水。其自由表面稱潛水面。潛水在重力的作用下一般從高處往低處流，以近水平方向流動(dòng)為主。 第56頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第57頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 承壓水是指埋藏在兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的透水層內(nèi)的重力水，故又稱層間水。承壓水受兩隔水層所限，位置低的水體受位置高的水體的靜壓力，這種壓力常稱水頭壓力。承壓水的運(yùn)動(dòng)一般為從補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)。第58頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21

18、點(diǎn)28分，星期二第59頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二3、湖泊是陸地上較大的集水洼地,全世界湖泊的總面積約27105km2，占陸地面積的1.8。湖泊的規(guī)模不等，所處位置的高低相差懸殊。湖水主要來(lái)自大氣降水、地面流水和地下水，其次是冰川融水和殘留海水。湖水通過(guò)蒸發(fā)、下滲和流泄等方式不斷消耗。一般將有出口流泄的湖稱泄水湖，無(wú)出口的稱不泄水湖。第60頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 據(jù)湖水中含鹽量的多少，可把湖泊分為含鹽量低于0.3的淡水湖、含鹽量為0.324.7的半咸水湖及含鹽量高于24.7的咸水湖。 潮濕氣候區(qū)的泄水湖通常為淡水湖，干旱氣候區(qū)的

19、不泄水湖則常為咸水湖。 湖水的運(yùn)動(dòng)方式有波浪、潮汐、湖流和濁流等。 第61頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 4、沼澤是陸地上潮濕積水、喜濕性植物大量生長(zhǎng)并有泥炭堆積的地方。沼澤主要分布在濕潤(rùn)氣候區(qū)，不論熱帶、溫帶和寒帶都可產(chǎn)生。世界上沼澤總面積達(dá)35105km2，占陸地面積的2.3。第62頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 （三）冰川冰川是指由積雪形成的、并能運(yùn)動(dòng)的冰體。它是陸地上以固體形式存在的水。冰川主要分布于地球兩極及高山地區(qū)，覆蓋陸地面積的10，集中了全球85的淡水。據(jù)估計(jì)，如果全球的冰川融化注入海洋，可使全世界海平面上升66 m。 氣

20、候寒冷是冰川形成的必要條件，另外要有豐富降雪量和合適冰雪堆積的場(chǎng)所。雪線是指終年積雪區(qū)的下部界限。第63頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第64頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第65頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖214 新雪轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｑ┖捅ū倪^(guò)程第66頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖215 山谷冰川（祁連山）第67頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第68頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 分布于陸地表面的冰川可分為大陸冰川和山岳冰川兩類。

21、 大陸冰川是分布在高緯度和極地地區(qū)的冰川，又稱冰盾或冰蓋，其特點(diǎn)是雪線位置低，分布面積大，冰層厚，流動(dòng)速度稍快，并由中間向四周流動(dòng)。 山岳冰川是分布于高山地帶的冰川，其特點(diǎn)是雪線位置高，規(guī)模小，冰層薄，受地形控制，呈線狀分布。第69頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第70頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二第71頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二（四）大氣水是指存在于大氣圈中的水，它以汽態(tài)的形式存在。據(jù)估算，大氣中水的總量約為 1.31013m3，而絕大多數(shù)分布于大氣圈的對(duì)流層中。常用濕度來(lái)表示大氣中的水含量。大氣的濕度可分

22、為相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度。第72頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二 所謂的相對(duì)濕度是指空氣實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)同溫度下飽和水汽壓的百分比， 而絕對(duì)濕度是指一定量空氣中的水汽質(zhì)量體積之比(g/m3)。 相對(duì)濕度會(huì)隨氣溫而變化，如果當(dāng)水汽壓不變時(shí)，氣溫升高，飽和水汽壓增大，相對(duì)濕度會(huì)減?。环粗?，則增大。所以在一天之內(nèi)，在清晨相對(duì)濕度最高，中午相對(duì)濕度最低。第73頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二二、水圈的循環(huán) 水的循環(huán)是自然水體運(yùn)動(dòng)的最基本特征，它還可分為大循環(huán)和小循環(huán)。海洋表層水體經(jīng)蒸發(fā)作用，一部分水進(jìn)入大氣圈，并運(yùn)動(dòng)到陸地的上空，當(dāng)氣溫降低時(shí)，水蒸汽又凝結(jié)成雨、雪降到陸地。降落到陸地上的水一部分進(jìn)入地下成為地下水，另一部分又蒸發(fā)回到大氣圈，其余部分則以地面流水的形式又回到海洋。這樣水就從海洋到陸地再回到海洋完成一個(gè)完整的水循環(huán)過(guò)程，這稱為水圈的大循環(huán)。水圈的小循環(huán)是指陸地內(nèi)部或海洋內(nèi)部的水循環(huán)，當(dāng)然水圈的小循環(huán)還可以進(jìn)一步劃分為更次一級(jí)的水循環(huán)。第74頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)28分，星期二圖216 自然界的水循環(huán)第75頁(yè)，共80頁(yè)，2022年，5月20