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1、地球的大气环境地球的大气环境大气的发展史大气的发展史 地球大气的形成与地球的演化过程密切相关，大致可分为3个阶段：一、大气形成的初始阶段一、大气形成的初始阶段 二、大气由还原性向氧化性转化二、大气由还原性向氧化性转化 三、现在的大气环境三、现在的大气环境一、大气形成的初始阶段一、大气形成的初始阶段 地球曾经是一个熔融的球体，外面包围着一层原始大气，其成分主要是H2、He，并含有N2、H2O和CO2等。以后地球逐渐冷却凝固，表面形成了地壳，而被吸附在地球内部的一些气体和液体通过火山活动的形式逸出地球表面。逸出的气体主要是H2，H2O和CO。一、大气形成的初始阶段一、大气形成的初始阶段 水汽遇冷凝
2、结成水，形成水圈。水汽遇冷凝结成水，形成水圈。CO和和CO2可还原成可还原成CH4。CO2+4H2CH4+2H2O CO+3H2CH4+H2O 另外，另外，N2也部分还原为也部分还原为NH3。此阶段的大气主要成分是此阶段的大气主要成分是CH4和和H2；次；次要成分是要成分是H2O、N2、NH3、Ar、H2S。一、大气形成的初始阶段一、大气形成的初始阶段 通过水的光化学分解：通过水的光化学分解：HO2+hvH2+1/2O2 大气中的大气中的O2逐渐积累。同时发生元素的逐渐积累。同时发生元素的分异过程和分壳过程。分异过程和分壳过程。大气圈处于还原性状态中。大气圈处于还原性状态中。二、大气由还原性向
3、氧化性转化二、大气由还原性向氧化性转化 由地球内部放出的H2O继续冷凝成水，H2不断消耗减少，还原性气体化合物如CH4、NH3开始氧化成CO2、N2。N2惰性大，就积累起来。CO2与地壳矿物反应而去除。如CaSiO3+CO2CaCO3+SiO2二、大气由还原性向氧化性转化二、大气由还原性向氧化性转化 这一阶段，生命有机体开始在水体中出现，简这一阶段，生命有机体开始在水体中出现，简单有机体在缺氧条件下利用单有机体在缺氧条件下利用CO2供给能量，制供给能量，制造出碳水化合物与蛋白质，同时开始了光合作造出碳水化合物与蛋白质，同时开始了光合作用，也就产生了用，也就产生了O2，但此时，但此时O2继续被地
4、面岩继续被地面岩石或水中沉积物俘获，所以石或水中沉积物俘获，所以O2仍不能积累。仍不能积累。但此时，大气的成分已经由还原性转化为氧化但此时，大气的成分已经由还原性转化为氧化性了。性了。第三阶段是大气圈现今面貌的形成阶段，也就是地球演化过程中的生命形成阶段。由于氧分子的存在，能吸收太阳辐射的高能光量子，发生下列反应：O2+h (240 nm)O+OO+O2+M O3+M三、现在的大气环境三、现在的大气环境 O3形成后可吸收大量的短波太阳辐射，这样比较形成后可吸收大量的短波太阳辐射，这样比较复杂的生命体可以在更广阔的范围内形成（水中、复杂的生命体可以在更广阔的范围内形成（水中、陆地）。陆地）。植物
5、的光合作用活跃使植物的光合作用活跃使CO2下降，下降，O2大量增加，大量增加，得到了积累。得到了积累。而从火山喷发出来的氮，部分进入地壳的硝酸盐而从火山喷发出来的氮，部分进入地壳的硝酸盐中，由于氮的化学惰性，并在水中不易溶解，所中，由于氮的化学惰性，并在水中不易溶解，所以大部分仍保留在大气中，因此氮的含量在大气以大部分仍保留在大气中，因此氮的含量在大气中就逐渐占了很大的比重。中就逐渐占了很大的比重。三、现在的大气环境三、现在的大气环境一、按气温垂直分布分层一、按气温垂直分布分层二、按大气化学组分垂直分布分层二、按大气化学组分垂直分布分层三、按大气电离状态的垂直分布分层三、按大气电离状态的垂直分
6、布分层大气的分层大气的分层n 按按温度垂直变化温度垂直变化分层分层:对流层对流层 对流层是大气圈的最底层，其下界是地面，上对流层是大气圈的最底层，其下界是地面，上界因纬度和季节而异。对流层的平均厚度在低界因纬度和季节而异。对流层的平均厚度在低纬度地区是纬度地区是17-18 km，中纬度是，中纬度是10-12 km，高，高纬度是纬度是8-9 km。气温随高度的增加而降低：每增高气温随高度的增加而降低：每增高100 m，气温降低，气温降低0.65；空气对流运动显著；空气对流运动显著；天气复杂多变，天气复杂多变，风云雨雪较常见。风云雨雪较常见。n 按按温度垂直变化温度垂直变化分层分层:平流层平流层
7、从对流层顶至从对流层顶至55 km高度左右为平流层。高度左右为平流层。气温随高度增加而升高；气温随高度增加而升高；空气基本无对流，水平运动占显著优势；空气基本无对流，水平运动占显著优势；空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气现象很少有天气现象。n 按按温度垂直变化温度垂直变化分层分层:中间层中间层 从平流层顶至从平流层顶至85 km高度左右为中间层。高度左右为中间层。特点：特点：气温随高度增加而迅速下降；气温随高度增加而迅速下降；有相当强烈的垂直对流运动；有相当强烈的垂直对流运动；水汽很少，几乎没有云的出现水汽很少，几乎没有云的出现。n 按按温度垂直
8、变化温度垂直变化分层分层:热层热层 从中间层顶至从中间层顶至800 km高度左右为热层。高度左右为热层。气温随高度增加而迅速升高；气温随高度增加而迅速升高；空气非常稀薄；空气非常稀薄；大部分空气分子被电离成为离子和自由大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层电子，又称电离层。散逸层：散逸层：热层以上的大气层；气温随高度的增热层以上的大气层；气温随高度的增高而升高。高而升高。外层对流层平流层中间层热层上冷下热上冷下热高空对流高空对流按化学成分分层 均质层（均匀层）均质层（均匀层）在在90 km以下的大气层中，大气中的主要成分的以下的大气层中，大气中的主要成分的组成比例几乎是不变的。组成
9、比例几乎是不变的。非均质层（非均匀层）非均质层（非均匀层）90 km以上的大气层中，由于氧和氮分子大量解以上的大气层中，由于氧和氮分子大量解离，使得大气的平均相对分子质量随高度的增加离，使得大气的平均相对分子质量随高度的增加而降低。而降低。可以分为非电离层、电离层和磁层。可以分为非电离层、电离层和磁层。地面到地面到60 km高度的大气层称非电离层；高度的大气层称非电离层；60500 km高度的大气层称电离层；高度的大气层称电离层；500 km以上的称磁层。以上的称磁层。按大气电离状态分层按大气电离状态分层一、太阳辐射一、太阳辐射二、大气组分对太阳辐射的吸收二、大气组分对太阳辐射的吸收三、地球的能量平衡三、地球的能量平衡四、大气的运动四、大气的运动大气的能量平衡大气的能量平衡