ch1大气的成分状态与结构

然而火山爆发所喷出的混合气体成分主要为水汽(85%)、二氧化碳(10%)、以及少量的氮气、硫和硫化物（二氧化硫和硫化氢）。特别值的注意的是自由氧基本上是不存在的，这些成分和现在地球大气的成分差别很大。2、大气的演化原始地球上无大气、无海洋；火山喷发频繁发生。火山喷发逐渐形成原始大气，主要由氢、氦、氖、硫、硫化物、水汽、CO2、氮组成，没有氧气。大量水汽致使长时间降雨的发生，据推测，降水持续了几千年，最终形成原始海洋，生命就在原始海洋中开始蕴育、缓慢形成。3、生命的光合作用使大气圈中出现了氧气

约20~30亿年前，原始植物开始通过光合作用释放少量的O2，随着O2的聚集和增加，导致高空大气形成O3层，从而过滤了部分太阳紫外辐射，这样使得大量植物从海洋深处逐渐向陆地推进，最后形成愈来愈多的O2→愈来愈少的辐射→接收更多的可见光→更加丰富的植物→释放更多的O2。

大约在4亿年前，伴随着地球生物的演化过程，才逐渐形成现在地球大气的状态。

火山喷发产生的氮，由于其化学惰性及其在水中的低溶解度，大部分留在大气中，成为现代大气的主要气体成分。

大气是由多种气体组成的混合气体，其中还包含着少量的水汽和其它杂质（悬浮颗粒物）。干洁空气：气象上通常称不含水汽和悬浮颗粒物的大气为干洁空气，简称干空气。二、现代大气的成分及其状态90km以上，氮稍有减少，氧稍有增多，氩和二氧化碳明显减少，其中氧分子和氮分子开始离解。

大气层中90km以下，除了臭氧和一些空气污染物以外，干洁空气的成分基本保持不变，可以将大气看作单一成分的气体来处理：平均分子量为28.966g/mol，标准状况下密度为1.293×10-3g/cm3。利用理想气体状态方程表示大气的状态：1）按大气成分在大气中的停留时间可分为：2）按浓度不同可分为：

浓度的时空变化不明显的气体成分。寿命在104~107a，主要包括N2、O2、惰性气体（Ar等）。定常成分主要气体浓度大于或接近于1%，包括N2、O2、Ar(氩)。短寿命（少于1年），如H2O，CO，NO，NO2，SO2，H2S和气溶胶等。快变成分可变成分寿命几年到几十年。如，CO2、O3、CH4，H2等。浓度远远小于1%，主要包括CO2、CH4、Ne(氖)、He(氦)、Kr(氪)、水汽、O3等。次要气体干洁空气的组成干洁空气中氮(78.08%)和氧(20.95%)占了总体积的99.03%，加上氩(0.93%)，三者共占99.96％，其他气体仅占0.04%。所以，氮氧氩是干洁空气的主要成分。干洁空气中大多数气体的临界温度低于自然状况下大气可能出现的最低温度，因此干洁空气中的所有成分都呈气体状态。CO2的临界温度虽然较高(31oC)，但它所对应的压力(7.53hPa)却大大超过其实际分压力。其它成分，如CO2、O3、CO、CH4、H2S、SOx

等称为次要成分。氮和氧是干洁空气中最主要的成分，但它们对天气变化的影响却较小；CO2、O3、CH4、氮氧化物(N2O、NO2)和硫化物(SO2、H2S)、以及水汽，它们的含量虽然很少，却是重要的气体成分，因为其含量和分布的变化，对天气与气候均会产生较大的影响。氮：存在方式：以气体形式（N2）存在于大气中，或以蛋白质的形式存在于有机体中。

作用：有机体的基本组成成分，也是合成氮肥的基本原料自然条件下,氮气只能通过闪电雷暴作用形成，通过降水过程被植物和土壤吸收利用。氧气（O2）：作用：

是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参与大气中的一些化学过程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。

二氧化碳（CO2）：来源：

生物的呼吸、化石燃料的燃烧、有机物质的燃烧和分解、海洋、矿泉、火山喷发等。时空变化：时间变化：

a)白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度分别小于黑夜、阴天、冬季。

b)工业革命前小于工业革命后。空间变化：水平：城市大于农村；垂直：

0～20km，含量最高；

20km以上，含量显著减少。作用：绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。温室效应模式图如果地球周围不被大气层包围的话，地球表面的等效温度大约是-19℃。但实际观测到的地球表面温度约为15℃，远高于辐射平衡温度，这主要是由于大气的存在使地球表面的平衡温度升高了。大气对太阳的短波辐射是透明的，而对地球表面的长波辐射不太透明，其性质如同温室的玻璃一样。所以，一般把大气的这种保温作用称为“温室效应”。把具有温室效应的气体统称为“温室气体”。大气中的主要温室气体不是大气的主要成分，而是水汽，CO2，CH4，N2O、CFCs（氟氯烃）。自然界温室气体的存在使地球保持适当的温度～平均约15℃，从而适于人类和生物生存。但当它们的浓度增加，使地球温度升高，则会改变气候及其它气象要素的基本状态，特别是降水。

在最近的一个多世纪以来，由于工业化的发展，化石燃料的燃烧量不断加大，大气中CO2

的含量逐年增加，虽然增加的CO2大约有一半被海水和植物吸收了，但还有一半滞留在大气中，因此，近百年以来温室效应越来越明显，尤其是近30年以来，气候变暖非常显著，这已是不争的事实～人人感同身受！温室气体浓度增加，使全球平均地表温度升高。更新世1.8millionto~10,000yearsago全新世Thelast~10,000years从1832年的0.0284%至2009年的0.0387%，大气中二氧化碳含量提高了36%，这一增长速度，比之历史上任何时候都高关于甲烷甲烷俗称沼气，与二氧化碳同属温室气体。在大气层中，甲烷所产生的温室效应是二氧化碳的20倍以上。如果你穿行在稻田中，你会发现稻田的水里一直冒着大量的泡泡，它们中大多数是甲烷。水稻是一种厌氧性的作物，水稻田会释放大量的甲烷，养牛同样会释放温室气体。据统计，全球温室气体排放量中，甲烷至少占20%，而甲烷的排放中，有一半来自稻米种植，另一半来自垃圾分解以及反刍类动物的肠胃涨气，例如牛打嗝、放屁。即：水稻种植和养牛是甲烷最大的排放源。2007年联合国粮农组织发表了一个长达400页的报告——《牲畜的巨大阴影：环境问题与选择》，指出全球10.5亿头牛排放的废气，是导致全球变暖的最大元凶。因为牛群的屁等排泄物会产出100多种污染气体，其中氨的排放量就占全球总量的2/3，而氨正是导致酸雨的原因。此外，牛屁中有大量甲烷，甲烷的排放量占全球总量1/3，其暖化地球的速度比二氧化碳快20倍。臭氧（O3）：时空变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在秋季。空间变化：水平：由赤道向两极增加。垂直：来源：太阳紫外线对氧气分子的辐射、分解，产生氧原子并与氧分子结合而形成。55以上，含量极少。20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加特别显著；从10km向上，逐渐增加；近地面，含量很少臭氧层阻挡了到达地面的紫外线，保护了地球生物免受过量紫外线的伤害。

O31％紫外线1％皮肤癌2－3％作用：对紫外线具有显著的吸收作用。对高层大气有明显的增温作用，影响大气温度垂直分布，对大气环流和气候产生重要影响。来源：

主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。水汽（H2O）：大气中的水汽含量、分布极不固定，随时间、地点等条件而不同，其所占体积在0～4％范围内变化不等。时间：夏季多于冬季空间：一般低纬多于高纬，低层多于高层。时空变化：作用：水汽含量虽然不多，但在大气中可以发生汽态、液态和固态三相转化，云、雾、雨、雪等天气现象，都是水汽相变的表现。所以水汽在天气气候变化中扮演了重要的角色。观测表明，在1.5～2km高度上，水汽含量仅及地面的1/2；在5km高度，只相当于地面的1/10，再往上更少。能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，显著影响大气和地表的温度。大气中的水汽含量全球有140万万亿吨的水海水(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%约28万亿吨水汽95%云雨5%悬浮颗粒物（固体杂质）：

大气中悬浮着的各种固体和液体微粒就是悬浮颗粒物(包括气溶胶粒子和大气污染物两部分)。

气溶胶粒子：定义：大气中沉降速率极小、尺度在10-4μm到102μm之间的固态和液态微粒。固体质粒的来源：

有机质数量较少，大多为植物花粉、微生物和细菌等；

无机质数量较多，主要来源于：尘粒、烟粒、海洋中浪花飞溅的盐粒，流星飞逝后留下的灰烬，火山尘埃等。作用：

吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的太阳辐射；

缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；降低大气透明度，影响大气能见度；充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。

大气中的污染物质：定义：由于人类活动或自然过程，使局部甚至全球范围的大气成分发生对生物界有害的变化。大气污染物主要有粉尘、烟尘、SOx、NOx、CO、CO2、H2S等。分布：空间上垂直：主要集中在3km以下的低层大气中；水平：城市多，农村少；陆地多，海洋少。时间上：冬季多，夏季少；清晨和夜间多，午后少。火山爆发、风吹扬沙和沙尘暴、雷击森林失火等。来源：

自然过程形成

人为过程造成工业和交通上煤炭、石油、天然气的使用，农业上化肥、农药的喷施，生活上制冷采暖的排放与泄漏等。二次污染物：分类：一次污染物：直接从污染源排出来的污染物。进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常成分发生化学反应，以及在太阳辐射的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽悬浮颗粒物生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害；对地面保温成云致雨的必要条件；对地面保温大气成分主要作用干洁空气O3N2O2CO2大气部分成分及其作用1.由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社会每年排放的CO2在过去三十年里增加了一倍，同时由于大量砍伐森林，减少了绿色植物吸收CO2的能力，这又导致大气中CO2的浓度在过去三十年里又多增长了12％。2.氟氯烃：人工合成化合物，主要用于制冷剂、泡沫塑料的发泡剂、火箭推进剂等，全球氟氯烃的年消费量已超过100万吨。大气成分的一些变化：

大气成分的这种变化，会产生什么影响？3.由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，排入空气中的硫、氮等氧化物不断增加。三、大气的重要性1、大气与人类生存环境大气是人类赖以生存的最重要的资源一个成年人每天呼吸约2万次，吸入10～15m3的空气，是每天所需食物的10倍。5分钟不呼吸就会死亡。大气污染对地球环境的影响由于人为和自然因素改变了大气的组成成分，致使人类生态系统出现不良反应，破坏了地球系统的平衡与协调，这就属于大气污染。由于大气污染引起的全球环境问题最为突出的有四个方面：(1)温室效应与全球气候变暖近100年来，温室气体CO2、CH4、N2O的增加，已使全球平均气温升高了0.6o～0.8o。气候变暖将会引起南北极海冰融化、海平面上升，对粮食生产、水资源、能源、运输、生态系统等产生影响。(2)臭氧层的破坏臭氧层的破坏是全球性的，南极平流层尤其明显。从1985年发现南极上空的臭氧层空洞，至今仍在扩大。上个世纪末，39oS～60oS臭氧减少了5～10%，19oS～19oN减少1.6～2.1%，40oN～64oN减少1.2～1.4%，我国境内华南地区减少3.1%，东北减少3.0%，华北和华东减少了1.7%。(3)酸雨通常将PH值低于5.6的降水称为酸雨。天然条件下的自然降水呈弱酸性，其PH值为5.6。酸雨的PH值每降低1，酸度增加10倍。北美、加拿大、西欧、北欧的酸雨PH值已达4.0～4.5，我国长江以南酸雨很普遍，西南地区最为严重，PH值低到3.32。酸雨是大气污染物(SO2、NOx)在远距离输送过程中经过化学转化和清除过程而形成的，是一个区域性、全球性的污染问题。酸雨对土壤、河流、湖泊的酸化，破坏生态系统；腐蚀建筑材料、金属、油漆；酸雨中的汞、镉等重金属经过水体、土壤、动植物，进入人体，构成威胁。(4)城市空气污染工业、汽车尾气排放的有害气体，如烟煤、石油氧化烟雾等气体中含有的碳氢化合物、苯化合物、氮氧化合物(NOx)，以及由这些一次污染物在阳光作用下发生化学反应，生成臭氧、醛、酮、酸等二次污染物，严重地威胁着人类的健康。“伦敦烟雾事件”就是一个典型案例！2、天气与气候天气和气候是大气变化发生的现象，也是地球系统中最活跃的自然地理要素。它实现了太阳、地球热量转换，热量平衡，水分循环，影响着地球生物分布、种类。正常情况下，天气和气候可以为我们带来阳光、温暖、雨露、凉爽，造福人类；但近30多年来，大气环境不断受到人类生产生活的影响，其产生的负面作用正在逐渐超出自然的调节能力（至少是人类的破坏速度超过了大自然调整的时间尺度），特别是全球气温持续增暖，使天气和气候不断发生异常变化，灾害频发，干旱洪涝、台风暴雨、高温热浪、风雹冰灾、低温冻害、以及泥石流、滑坡、风沙害、病虫害等次生灾害，都给人类社会带来了巨大的损失。

关爱我们的生存环境！让我们共同呵护人类赖以生存的地球、大气、水资源！北极冰盖加速消融原来空的海湾卫星照片揭示南极冰架冰架崩落卫星照片揭示南极冰架冰体充满海湾

在垂直方向上，大气的组成、性质、分布极不均匀，运动特点也不相同。§3.大气的垂直结构根据大气在垂直方向上温度、成分、密度、荷电等性质的不同，将大气的垂直结构分为5层。地球大气分为哪几层?在不同纬度，对流层高度是否一样?为什么?对流层和平流层的气温随高度如何变化?原因是什么?对流层和平流层中，大气运动的特点是什么?(1)对流层对流层是大气层的最低层，厚度最簿，并随纬度、季节而不同。厚度变化空间：随纬度增加厚度降低。低纬地区：平均厚度17～18km；中纬地区：平均为10～12km；高纬地区：平均为8～9km；时间：夏季的厚度大于冬季。特点：主要天气现象均发生在对流层。

温度随高度升高而降低。（平均每升高100m高度，气温下降0.65℃。）空气具有强烈的垂直对流运动和不规则的乱流运动。气象要素的水平分布不均匀。分层：对流层又可以细分为下层、中层、上层、对流层顶。下层（行星边界层或摩擦层）：0-2km摩擦作用、对流运动和乱流运动最强烈；在接近地面约30～50m高度以下的气层称为近地气层，是雾出现的主要区域。中层：2-6km

空气运动以对流为主；有中云和对流云出现，由云滴增大成雨滴的过程多在此层进行，因而是形成降水的重要气层。上层：6km至对流层顶

受地面影响很小，气温常在0℃以下，水汽含量少，各种云均由冰晶或过冷却水滴组成。在中、低纬度地带，常出现风速等于或大于30m·s-1