大气科学概论课件(第二：地球大气的成分及分布)

（如高寒冷地区的海洋是大气的汇，吸收大气中的CO2 ） 如高寒冷地区的海洋。 全球平均，是大气向海洋输送CO
深海的水流能把海水中的部分CO 从高纬流向低纬， 深海的水流能把海水中的部分CO2从高纬流向低纬， 部分CO 还变成碳酸盐矿物（贝壳）沉到大海。因此， 部分CO2还变成碳酸盐矿物（贝壳）沉到大海。因此， 是在地壳、大气层、海洋和生物圈之间循环的。 CO2是在地壳、大气层、海洋和生物圈之间循环的。
强紫外辐射有足够的能量使包括DNA在内的重要生 强紫外辐射有足够的能量使包括DNA在内的重要生 DNA 物分子分解，增高患皮肤癌、 物分子分解，增高患皮肤癌、白内障和免疫缺损症 的发生率，并能危害农作物和水生生态系统。 的发生率，并能危害农作物和水生生态系统。少量 的紫外线对地面上的生命有杀菌作用， 的紫外线对地面上的生命有杀菌作用，是人类生存 的保护伞。 的保护伞。
随着19世纪初工业的发展及世界人口的增长， 随着19世纪初工业的发展及世界人口的增长，全球 19世纪初工业的发展及世界人口的增长 大气中的CO 含量在逐年增加。 大气中的CO2含量在逐年增加。 2.1为过去一千年来 为过去一千年来CO 图2.1为过去一千年来CO2的含量变化曲线
3、作用： 、作用：
第二章 地球大气的成分及分布
地球大气是迄今为止以发现的天体 大气中惟一以氮、氧为主，水可以以气体、 惟一以氮 大气中惟一以氮、氧为主，水可以以气体、 液体、固体三态出现的大气。 液体、固体三态出现的大气。 地球大气的演变简述如下： 地球大气的演变简述如下： 地球在46亿年前形成， 地球在 亿年前形成，它形成时是没有大气 亿年前形成 地球大气的演变可分为原始大气 原始大气， 的。地球大气的演变可分为原始大气，次生大气 现代大气三个阶段 三个阶段。 和现代大气三个阶段。
1995.9.16联合国大会作出决定，把每年的9.16 9.16作为 1995.9.16联合国大会作出决定，把每年的9.16作为 联合国大会作出决定
国际保护臭氧层日。 国际保护臭氧层日。
臭氧的作用： 一、臭氧的作用： 臭氧层阻挡了强紫外辐射到达地面, 1、臭氧层阻挡了强紫外辐射到达地面, 保护了地面上的生命。 保护了地面上的生命。
2.1.2.1 按浓度分类： 按浓度分类： 主要成分： 主要成分： N2 、 O2、 Ar、CO2 、 微量成分： 微量成分： CH4等（1--20ppmv) 痕量成分： 痕量成分： O3 、 H2 、氮氧化合物 、
硫化物及氟氯化烃（<1ppmv)
（>300ppmv)
2.1.2.2 按平均停留时间分类： 按平均停留时间分类： 不变成分： （>1000年） 不变成分： 年
甲烷） 二、 CH4：（甲烷）
甲烷分子式CH 最简单的有机有机物。 甲烷分子式CH4，最简单的有机有机物。 甲烷是无色无味，极难溶于水的可燃性气体。 甲烷是无色无味，极难溶于水的可燃性气体。甲烷 在自然界分布很广，是天然气、沼气、 在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气及煤气 的主要成分之一。 的主要成分之一。 主要是由湖泊、 CH4主要是由湖泊、沼泽里的生物体腐败后被细菌 分解而成。大气中CH 80%来自地表生物源 来自地表生物源， 分解而成。大气中CH4的80%来自地表生物源，是在严 格无氧环境中产生的。 格无氧环境中产生的。
其中氟里昂-11（CFC３）、氟里昂-12（CF２C２）， 氟里昂-12（ 其中氟里昂-11（ 氟里昂 由于性质非常稳定无毒，被人们作为制冷剂、 由于性质非常稳定无毒，被人们作为制冷剂、喷雾发 射剂和发泡剂、电子元件清洗剂长期使用，在对流层 射剂和发泡剂、电子元件清洗剂长期使用， 中浓度逐年积累，能做长距离输送并向上进入平流层。 中浓度逐年积累，能做长距离输送并向上进入平流层。
下面介绍对气象影响较大的干洁大气
2.2.1 碳的化合物(CO 、CH 以及氟氯烃化合物） 以及氟氯烃化合物 氟氯烃化合物）
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一、CO2： 1、来源： 、来源：
人工源：地面燃烧、工业活动， 人工源：地面燃烧、工业活动，生物体的呼吸和 生物尸体腐化都排出CO 生物尸体腐化都排出CO2。 呼吸作用： 呼吸作用：[CH2O]n+nO2=nCO2+nH2O
不仅是温室气体， CH4不仅是温室气体，又是一种化学活性 气体， 气体，在大气中容易被氧化而产生一系列氢 氧化物和碳氢氧化合物。 氧化物和碳氢氧化合物。
的浓度近一两百年来有明显的增加 增加， CH4的浓度近一两百年来有明显的增加， 值得重视。 值得重视。
三、氟氯化碳化合物 氟氯化碳化合物由氯、 氟氯化碳化合物由氯、氟、碳原子组成， 碳原子组成， 表示。 以CFCS表示。
地球上的生命是何时才有的？ 地球上的生命是何时才有的？
☺原始和次生大气均没有O2。30亿年前O2很少，或只有 原始和次生大气均没有O 30亿年前 很少， 亿年前O 原始和次生大气均没有 由水汽光解作用产生极少量的氧气。 由水汽光解作用产生极少量的氧气。在无氧的条件下产 生的原始生命，既要躲避太阳辐射，又需光合作用， 生的原始生命，既要躲避太阳辐射，又需光合作用，因此 最初的生命是在10米下的海洋表面，一些厌氧生物产生O2。 最初的生命是在10米下的海洋表面，一些厌氧生物产生O 10米下的海洋表面 ☺６亿年前，大气O2浓度达到现在的1％，（生物史上第一 亿年前，大气O 浓度达到现在的1％，（生物史上第一 关键浓度），高空臭氧层增加，削弱了紫外线，生命到达水面。 ），高空臭氧层增加 关键浓度），高空臭氧层增加，削弱了紫外线，生命到达水面。 亿年前，大气浓度达到现在的十分之一，植物茂盛生长， ４亿年前，大气浓度达到现在的十分之一，植物茂盛生长，生 命由海洋到陆地, 更多。 命由海洋到陆地, O2更多。 ☺同时动植物的呼吸和死亡又会消耗O2产生CO2 ，这个演变过程 同时动植物的呼吸和死亡又会消耗O 产生CO 同时动植物的呼吸和死亡又会消耗 逐渐达到了一种平衡。 亿年前的3000ppm下降到280ppm 3000ppm下降到280ppm， 逐渐达到了一种平衡。CO2从３亿年前的3000ppm下降到280ppm， 生物也从海洋到陆地，从低级到高级不断发展繁衍下去。 生物也从海洋到陆地，从低级到高级不断发展繁衍下去。
微量成分和痕量成分一般也是寿命短的成分，它们至少有两个特点： 微量成分和痕量成分一般也是寿命短的成分，它们至少有两个特点： 有化学活性，多为温室气体。 有化学活性，多为温室气体。
由于大气中存在着空气的垂直运动、 由于大气中存在着空气的垂直运动、水平 运动、湍流运动和分子扩散，使不同高度、 运动、湍流运动和分子扩散，使不同高度、不 同地区的空气得以进行交换和混合， 同地区的空气得以进行交换和混合，因而从地面 开始向上直到90km处 空气主要成分（ 90km 开始向上直到90km处，空气主要成分（除水汽臭 氧和若干污染气体外）的比例基本上是不变的。 氧和若干污染气体外）的比例基本上是不变的。
(包括动植物的呼吸，但白天植物的光合作用可使CO2还原） 包括动植物的呼吸，但白天植物的光合作用可使CO 还原）
自然源： 分压大于大气CO 分压的海水 海水。 自然源：CO2分压大于大气CO2分压的海水。
（如热带和低纬地区的海洋是大气的源，放出CO2） 如热带和低纬地区的海洋是大气的源，放出CO
人工汇：植物的光合作用减少 人工汇：植物的光合作用减少CO2 光合作用： 光合作用：nCO2+nH2O=[CH2O]n+nO2 自然汇： 分压的海水 海水。 自然汇：CO2分压小于大气 CO2分压的海水。
2、 CO2的含量变化： 、 的含量变化： 大气中主要原因是由燃烧煤、石油、 大气中主要原因是由燃烧煤、石油、天然 主要原因是由燃烧煤 化学燃料等燃料引起； 气，化学燃料等燃料引起； 次要原因是火山爆发及碳酸盐矿物 是火山爆发及碳酸盐矿物、 次要原因是火山爆发及碳酸盐矿物、浅地层里 释放CO 原子武器试验把放射性碳带进大气等。 释放CO2 ，原子武器试验把放射性碳带进大气等。
原始大气： 46亿年前 亿年前） 原始大气：（46亿年前） 由于太阳风和地球升温的作用， 由于太阳风和地球升温的作用，原始大 气是一些轻物质： 气是一些轻物质：H2，He、CO… 、 次生大气： 45—20亿年前） 20亿年前 次生大气：（45 20亿年前） 由于地球逐渐冷却，造山运动、 由于地球逐渐冷却，造山运动、火山喷发和 从地幔中释放出地壳内原来吸附的气体形成次 从地幔中释放出地壳内原来吸附的气体形成次 生大气（ 生大气（CO2，CH4，NH3，H2O）… ） 现代大气： 亿年前） 现代大气：（6亿年前） 以N2、O2为主
2.1大气成分的组成和分类 大气成分的组成和分类
2.1.1 大气成分的组成： 大气成分的组成： 大气是由多种气体组成的混合气体， 大气是由多种气体组成的混合气体， 混合气体 包括N Ar、 包括N2、O2、Ar、 CO2、CH4、O3、H2… 水汽、大气气溶胶。 水汽、大气气溶胶。
2.1.2 大气成分的组成和分类
在平流层能光化学分解成Cl Cl, CFCS在平流层能光化学分解成Cl,起到破 坏臭氧层的作用，同时还是温室气体， 坏臭氧层的作用，同时还是温室气体，在地气 系统辐射收支中的作用不容忽视。 系统辐射收支中的作用不容忽视。 其中，氟氯烃化合物减少臭氧的反应： 其中，氟氯烃化合物减少臭氧的反应： 当CFCS在平流层被光化学分解成Cl， 在平流层被光化学分解成Cl， Cl Cl+O3→ ClO+O2 ClO+O→ Cl+O2 O3+O→２O2 ClO和 Cl未减少 只起催化作用。 未减少， ClO和 Cl未减少，只起催化作用。
N2 、 O 2 、 Ar 、 Ne、He 、 Kr 、 Xe等 、
可变成分： 十几年) 可变成分： （几—十几年 十几年
CO2 、H 2、CH4、N2O 、 CO 、 O3、NH3、NO2、 、 、 、 、 、 SO2、H2S…水汽、大气气溶胶 、 水汽
快变成分： 年 快变成分：（<1年）