地球科学基础概论第三章大气圈

1、地球科学基础概论第三章 大 气 圈大气的地质作用保护大气环境大气圈的组成和结构第一节 大气的组成和结构大气圈 地球的最外大气圈是由气体和悬浮物组成的复杂的流体系统。它由于地球的引力作用，在地球周围集聚的一个气体圈层，又称地球的大气。 人类的活动主要在大气圈底部的所谓下垫面上进行，所以大气圈是地球系统的一个子系统，是人类生存环境的重要组成部分。第一节 大气的组成和结构大气圈一、大气的组成气体容积(%)分子量气体容积(%)分子量氮(N2)78.0928.016氖(Ne)0.001820.183氧(O2)20.9532.000氦(He)0.00054.003氩(Ar)0.9339.994氪(Kr)0

2、.000183.700二氧化碳(CO2)0.0344.000氢(H2)0.00052.016臭氧(O3)0.0000148.000氙(Xe)0.00008131.300 地球大气圈的总质量约6000万亿吨，只占地球总量的0.0001%左右，其组成极为复杂。自然状态下，大气由干燥清洁的空气、水蒸气和浮微粒三部分组成。90千米以下低层大气中，干洁空气的组成基本是不变的(见下表)。大 气 的 组 成大气圈一、大气的组成 地球大气圈主要成分是氮(N2)、氧(O2)和氩(Ar)，它们占干洁空气总容积的、和，合计占干洁空气总容积的，其它还有少量的二氧化碳、氢、氖、氪、氙、臭氧等，总和不超过。第一节 大气的

3、组成和结构大气圈二、大气的结构 大气在垂直方向上的温度、组成与物质也是不均匀的。根据大气温度垂直分布的特点，在结构上可将大气圈分为对流层平流层中间层暖层逸散层五个气层第一节 大气的组成和结构 大气圈是环绕地球最外层的气体圈层，它的密度随高度的增加而减小，越向上空气越稀薄，并逐渐转化为宇宙空间。大气上界的具体数字还难以确定，根据人造卫星所得的资料，在20003000千米的高空，还有稀薄的空气痕迹；在16000千米高空仍存在更稀薄的气体或基本粒子。 大气圈二、大气的结构 对流层位于近地面，与人类活动最为密切。 对流层中空气分布均匀，地面吸收了太阳辐射中的红外线、可见光部分及波长大于300nm的紫外

4、线，并将其转化为热能，使之内部发生强烈对流。对流层内温度随高度向上递减，降温率千米。对流层高度分布不均匀，赤道地区1618千米，两极仅812千米。第一节 大气的组成和结构1、对流层大气圈二、大气的结构 平流层内空气表现为大尺度的平流运动。由于平流层中水汽含量很少，在对流层中经常出现的气象现象很少会发生，尘埃含量很少，大气透明度很高。平流层中臭氧集中，太阳辐射光中紫外部分（290nm）几乎全部被吸收，因此温度较高。温度最初随高度缓慢递增，25千米以上，增温变快，到50千米处可达270290K。第一节 大气的组成和结构2、平流层大气圈二、大气的结构 中间层温度随高度而降低，到顶层温度降至190K左

5、右。本层高度为8090千米，大气在中层进行着强烈的化学反应。第一节 大气的组成和结构3、中间层大气圈二、大气的结构 暖层大气温度随高度迅速增加，在700千米处，温度可达1500K。该层能量主要来自波长小于175nm的紫外光，以及太阳的微粒辐射及宇宙空间的高能粒子。本层下部的带电层反射无线电短波，并可使之围绕地球折射若干次。第一节 大气的组成和结构4、暖层大气圈二、大气的结构 热层以上的大气层统称逃逸层或外层。外层大气部分处于电离状态，质子的含量大大超过中性氢原子的含量。由于大气高度稀薄，同时地球引力场的束缚大大减弱，大气质点不断向星际空间逃逸。 但其边界在哪里，尚不能定论，实际上外层是大气圈向

6、星际空间的过渡。第一节 大气的组成和结构5、逃逸层第三章 大 气 圈大气圈的组成和结构保护大气环境大气的地质作用第二节 大气的地质作用大气圈 大气的水平运动产生风。由于地表气温、气压不均衡，大气总是由高气压流向低气压。在多雨的潮湿地区，因地表植被繁茂，风对地表的岩石破坏作用不显著；在干旱半干旱地区，植被稀少、地表日温差大、风很盛行，对地表岩石的破坏作用影响极大。 风是一种机械动力，风的地质作用纯属机械性质的作用。 大气的地质作用包括风化作用、风蚀作用、搬运作用、沉积作用等。第二节 大气的地质作用大气圈一、风化作用1、风化作用的概念 地表和接近地表的岩石，在温度变化、水、空气及生物的作用和影响下

7、所发生的破坏作用称为风化作用。风化作用按性质可划分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。 风化作用的影响因素主要有温度、水、空气等。第二节 大气的地质作用大气圈一、风化作用2、物理风化作用 岩石只发生机械破碎而化学成分未改变的风化作用。 引起物理风化的主要因素有：温度的变化、晶体生长的应力、重力作用、生物的生活活动，水、冰、风的破坏作用。第二节 大气的地质作用大气圈一、风化作用2、物理风化作用 物理风化的结果是使母岩崩解，形成各种碎屑物质。因此物理风化作用又称机械风化作用、石烂。 温度变化、冰劈作用、盐岩结晶。 风的风化作用主要为机械性质的物理风化作用。第二节 大气的地质作用大气圈一、风

8、化作用3、化学风化作用 指岩石在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解并产生新矿物的作用。 化学风化作用包括多种类型的化学反应，其中主要有氧化作用、水解作用、水合作用、酸的作用、阳离子交换作用、化学溶解作用、去硅作用、以及SiO2、Ai2O3、Fe2O3的化合作用等。这些化学反应往往以复合交替的复杂形式进行，同时有相应的新矿物生成。 化学风化作用不仅使母岩发生破碎，而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变，并形成新矿物。第二节 大气的地质作用大气圈一、风化作用3、化学风化作用 风化作用最常见的是石灰岩地区，其结果形成溶洞、喀斯特地形。第二节 大气的地质作用大

9、气圈一、风化作用4、生物风化作用 指岩石由于生物的生活活动引起的破坏作用。 生物对岩石的破坏方式，既有机械的，也有化学的，尤以后者更为重要。几乎所有的化学风化作用都与生物作用有关，在许多情况下，岩石的风化作用是由生物活动开始的。生物分泌出的有机酸，促进了岩石的化学分解，而且生物还可以从中吸取某些元素并将其转变成有机化合物。生物产生的大量O2、CO2等，同样影响着风化作用的进程。 第二节 大气的地质作用大气圈一、风化作用4、生物风化作用 南京东郊湖山地区三叠系下青龙组石灰岩根劈现象第二节 大气的地质作用大气圈 风化作用的总趋势是使被改造的母岩发生物理的和化学的变化，使母岩解体并产生在地表条件下稳

10、定的、新的物质成分。风化产物按性质可分三类：碎屑物质、溶解物质和不溶残余物质。 一、风化作用5、风化作用的产物 碎屑物质 是母岩机械破碎的产物，包括各种岩石碎屑和石英、云母、长石等矿物碎屑。 溶解物质 在化学风化过程中，母岩中活泼性较大的金属元素(如K、Na、Ca、Mg等)分解出来溶于水，呈离子状态形成真溶液；而溶解度低的Al、Fe、Si等的氧化物和Fe、Al的氢氧化物则多形成胶体溶液。它们在适当的条件下形成化学沉淀物质。 不溶残余物质 是母岩在分解过程中新生成的矿物，主要是粘土矿物，其次是氧化硅矿物、氧化铝矿物和氧化铁矿物。第二节 大气的地质作用一、风化作用5、风化作用的产物 大气圈 地壳表

11、层的岩石经过长期风化作用后，不稳定组分有不同程度的分解，可溶性物质或多或少随水而流失，部分稳定组分则残留在原地形成残积物。在有生物活动的地区残积物表层发育成土壤。残积物和土壤在大陆地壳表层构成了一层不连续的薄壳，称为风化壳。 在地质历史时期形成的风化壳称为古风化壳。 在风化壳中一些难溶的元素，如Fe、Ni、Mn、Al等元素，可富集形成有益的矿床。如我国华北地区在奥陶系古风化壳中残积的“山西式铁矿”和“G层铝土矿”等。第二节 大气的地质作用一、风化作用6、风化壳 大气圈第二节 大气的地质作用大气圈二、风蚀作用1、剥蚀作用 指风以及河流、地下水、海(湖)、冰川中的水体在运动状态下对地表或地下岩石产

12、生的破坏，并将破坏形成的产物带走的作用过程，称为剥蚀作用。 如特殊的风蚀地貌；河岸的岩石被流水冲刷导致河岸后退；石灰岩被地下水溶解形成喀斯特地貌等。美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)第二节 大气的地质作用大气圈二、风蚀作用2、风蚀作用 不同因素引起的剥蚀作用具有不同的特点。 风对地表的破坏是一种纯机械侵蚀作用。称为风蚀作用，包括吹蚀(吹扬)作用与磨蚀作用。 风蚀作用的总趋势是使地面降低、直到地下水出露为止。美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)第二节 大气的地质作用大气圈二、风蚀作用、吹蚀作用与磨蚀作用 风可以把地表松散的砂粒或尘土吹扬起来、离开原地，即所谓的吹蚀(吹扬)作用；也可以夹带的

13、砂石磨蚀地表的岩石，从而不断地破坏岩石圈表层，在地表形成特殊的风蚀地貌，也即磨蚀作用。美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)美国西部风蚀地貌(刘焕杰摄，1989)风蚀地貌 青海乌兰大煤沟第二节 大气的地质作用风蚀凹槽风蚀凹槽风的剥蚀作用主要是机械作用包括吹扬作用和磨蚀作用内蒙乌海卡布其平沟煤矿第二节 大气的地质作用大气圈三、风的搬运作用 风化、剥蚀作用的产物除少部分残留于原地之外，大部分由水、风、冰川等介质搬运到沉积盆地中去。 风的搬运作用属机

14、械搬运作用，主要搬运风化产物中的碎屑物质。 风的搬运能力取决于风速的大小。 沙漠地区，物理风化强烈，不断产生大量碎屑物质，使得经过这里的风总能把砂和尘土带走；大块石头搬运不动，被留在原地，形成戈壁滩。第二节 大气的地质作用风蚀地貌戈壁 青海柴达木欧龙布鲁克第二节 大气的地质作用风蚀地貌戈壁 青海柴达木欧龙布鲁克第二节 大气的地质作用风蚀地貌荒漠 青海都兰香日德第二节 大气的地质作用大气圈四、风的沉积作用 风化、剥蚀产物在搬运过程中，因搬运介质的能量减弱或因物理化学条件的改变以及生物作用，可使被搬运物在适当的环境中堆积下来，称为沉积作用。 风的搬运物因风力减弱或受阻而堆积。第二节 大气的地质作用大气圈四、风的沉积作用 在干旱半干旱地区，较小的砂粒随着风力的强弱变化起落，跳跃式前进，形成顺风向移动的沙丘，移动的沙丘最终形成沙漠。第二节 大气的地质作用四