第一章 地球大气的成分及分布
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
很小的一部分。
地球大气的演化 可分为原始大气、 次生大气(还原大 气)和现代大气(氧 化大气) 三个阶段。
（1）原始大气
• 原始大气以宇宙中最丰富的轻物质H2、He和CO 为主。
• 在太阳风和地球升温作用下, 原始大气逐渐向宇 宙空间膨胀并逃逸散失。
• 估计在45亿年前或晚些时候, 地球上是没有大气 的。
1.1.2 地球大气的演化
在太阳系形成过程中各个类地行星大气的形成遵循同样的规律, 可 推断出行星地球大气的主要化学成分。
估计地球形 成已有46亿 年的历史。
多种学说，一个共 识：大气是地球组 合系统中的一部分， 即由气圈、水圈、 岩石圈和生物圈组 成的地球系统是相 互联系的，物质是 可以互相转化的， 而且大气仅是其中
3)地球大气又是没有确定上界的
可以人为的规定大气上界
1)若以极光或流星辉迹出现的高度定义大 气上界，高度大约在地表面以上1000～ 1200km；
2)若按现代卫星运行轨道衰减的速率推测， 大气上界约在2500～3000km的高空。
本章首先简单介绍行星大气的状况，目的是为有利 于以全面的和发展的眼光探讨地球大气的现状和演 化。 考虑到人们对生存环境和全球气候变化的日益关注， 本章也简单介绍了地球大气微量成分的源、汇、浓 度变化及循环过程，其中重点是二氧化碳和臭氧。 本节中将分三部分来讨论地球大气，即：多种气体 成分组成的干空气、水（可处于气、固、液三态中 之一态）及悬浮的气溶胶粒子。
火星：
• 1）质量很小, 大气很稀薄，日夜温差高达100K。 • 2）主要大气成分是二氧化碳, 还有少量氮和氢。 • 3）火星一直是人类感兴趣的星球之一。1999年
3月，美国航空航天局的火星全球巡视计划在 寻找火星水方面取得重大进展，通过轨道相机 进行高分辨率成象探测，看到了干枯的河床和 两大片曾经是海的平坦低地，从而推测火星上 曾经有过大量的水。
除水星外的几大行星都被一层大气所包围.类地行星的大气是重元素， 类木行星的大气是轻物质。
在宇宙空间里, 物质世界的化学元素丰度随元素原子量的增加 而减少
太阳系各行星大气在形成初期以轻元素如氢、氦和碳等为主
在小行星带以内距太阳近的各个内行星上, 因太阳辐射强烈， 星球表面的高温及太阳风的作用使原始大气很快散失， 由行星 内部火山喷发及其它化学过程产生的第二代大气以二氧化碳为 主（地球是例外） 而距太阳远的各个外行星上温度极低, 原始大气消散缓慢, 所以行星 大气仍以氢、氦和甲烷等为主。
距金星地面三四十公里高空 密布着浓硫酸滴组成的浓云 雾。
金星
金星大气的温度是随高度下降 的：表面温度约达750K，在 0～60km高度内迅速降低到 300K；60km以上下降缓慢， 68km以上温度接近不变，达到 200K左右。 金星大气的运动激烈, 60多公 里高空的风速约达100m/s（地 球表面风速大于33 m/s已是台 风）, 且闪电和雷暴现象频繁。 太阳辐射强，温度高, 水和二 氧化碳只能以气态存在。 二 氧化碳有强烈的温室效应， 再加上浓密云层不能散热, 使 金星表面的温度越来越高， 最后平衡在750K左右, 并且没
洋和湖泊。
• 据估计, 若以过去一个世纪火山喷发的蒸汽率作为地球形成初期的平均 蒸汽率, 则现在地球上水圈的总质量是很小的, 它比由火山喷发进入大气 的总水汽量约小两个量级。究其原因, 可能是海洋深处水体的渗漏或水 汽被紫外辐射分解破坏而消失。
• 在大约30亿年前，CO2浓度是现在的10倍。 • CO2和水汽产生的温室效应，使地球表面温度逐渐升高而达到300C左右。 • 在此高温下，大量CO2气体又通过化学反应生成了碳酸盐累积在地壳中，
第一章 地球大气的成分及分布
1.1 行星大气和地球大气的演化 1.2 干洁大气 1.3 大气中的水汽 1.4 大气气溶胶
本章要求
大气的基本 组成
温室气体
大气湿度的 表示方法
气溶胶粒子 在大气过程
中的作用
大气水汽的重要性
1)大气好象是地球的一层薄壳，呈美丽的 浅蓝色而且透明。
2)大气质量的50％集中在离地面6km以下 的低空，而且99.9％ 是在离地面50km的 高度内，这个厚度还不到地球半径的百 分之一。
（2）次生大气（45～20亿年前）
• 地球逐渐冷却后，由造山运动、火山喷发和地幔中释放出地壳内原来吸 附的气体而形成
• 主要成分是CO2、CH4、NH3和H2O等。 • 火山喷发物中含有约85%的水汽, 10%的CO2以及少量的氮、硫或硫化物
(SO2、H2S)等。 • 因大气只能容纳少量水汽, 大部分水汽形成云雾和降水, 成为地表水海
降低了大气中的CO2含量。
（3）现代大气
• 现代地球大气以氮气和氧气为主。 • 1）太阳紫外辐射分解水汽，产生氧（约是现在大气中氧浓度的
千分之一 ） • 2）大约30亿年前,低级厌氧生命 的出现 • 3）大约到了6亿年前，大气中氧的浓度达到现在浓度的百分之
一；高空臭氧浓度有了明显增加，臭氧削弱了紫外辐射，使生 命能够到达水面，因此氧的这一浓度称为生物发展史上的第一 关键浓度。 • 4）水面植物的光合作用使大气中氧的含量增加较快 ，大约4亿 多年以前，大气中的氧达到现在浓度的十分之一，并在高空逐 渐形成了臭氧层。 • 5）地球大气中氮的浓度远大于计算的行星地球大气的氮的浓 度 ，尚无满意的解释
没有了大气和水的调 节作用, 水星的日夜 温差高达600K以上。
金星
其大小、质量和密度都和地 球接近。
金星的大气是地球大气的90 倍，浓密的大气层分布在 100公里高度以下，它能反 射掉太阳光的3/4, 所以金星 十分明亮。
大气主要成分是二氧化碳, 达97%, 低层可能达99%, 约 有3%的氮和少量水汽、一 氧化碳等。
1.1.1 行星大气
地 球水Biblioteka 类地火星行星
星
1）其质量、体积 都比较小
金 星
2）有固体表面
3）化学组成以重 物质为主
木 星
土 星
类木 行星
天 王 星
（1）没有固体表面
海 王 星
（2）化学组成以氢、氦、 氖及甲烷等轻物质为主。
类地行星的特点：
水星
离太阳最近、质量最 小。
水星上不存在大气， 也不存在水。
地球大气的演化 可分为原始大气、 次生大气(还原大 气)和现代大气(氧 化大气) 三个阶段。
（1）原始大气
• 原始大气以宇宙中最丰富的轻物质H2、He和CO 为主。
• 在太阳风和地球升温作用下, 原始大气逐渐向宇 宙空间膨胀并逃逸散失。
• 估计在45亿年前或晚些时候, 地球上是没有大气 的。
1.1.2 地球大气的演化
在太阳系形成过程中各个类地行星大气的形成遵循同样的规律, 可 推断出行星地球大气的主要化学成分。
估计地球形 成已有46亿 年的历史。
多种学说，一个共 识：大气是地球组 合系统中的一部分， 即由气圈、水圈、 岩石圈和生物圈组 成的地球系统是相 互联系的，物质是 可以互相转化的， 而且大气仅是其中
3)地球大气又是没有确定上界的
可以人为的规定大气上界
1)若以极光或流星辉迹出现的高度定义大 气上界，高度大约在地表面以上1000～ 1200km；
2)若按现代卫星运行轨道衰减的速率推测， 大气上界约在2500～3000km的高空。
本章首先简单介绍行星大气的状况，目的是为有利 于以全面的和发展的眼光探讨地球大气的现状和演 化。 考虑到人们对生存环境和全球气候变化的日益关注， 本章也简单介绍了地球大气微量成分的源、汇、浓 度变化及循环过程，其中重点是二氧化碳和臭氧。 本节中将分三部分来讨论地球大气，即：多种气体 成分组成的干空气、水（可处于气、固、液三态中 之一态）及悬浮的气溶胶粒子。
火星：
• 1）质量很小, 大气很稀薄，日夜温差高达100K。 • 2）主要大气成分是二氧化碳, 还有少量氮和氢。 • 3）火星一直是人类感兴趣的星球之一。1999年
3月，美国航空航天局的火星全球巡视计划在 寻找火星水方面取得重大进展，通过轨道相机 进行高分辨率成象探测，看到了干枯的河床和 两大片曾经是海的平坦低地，从而推测火星上 曾经有过大量的水。
除水星外的几大行星都被一层大气所包围.类地行星的大气是重元素， 类木行星的大气是轻物质。
在宇宙空间里, 物质世界的化学元素丰度随元素原子量的增加 而减少
太阳系各行星大气在形成初期以轻元素如氢、氦和碳等为主
在小行星带以内距太阳近的各个内行星上, 因太阳辐射强烈， 星球表面的高温及太阳风的作用使原始大气很快散失， 由行星 内部火山喷发及其它化学过程产生的第二代大气以二氧化碳为 主（地球是例外） 而距太阳远的各个外行星上温度极低, 原始大气消散缓慢, 所以行星 大气仍以氢、氦和甲烷等为主。
距金星地面三四十公里高空 密布着浓硫酸滴组成的浓云 雾。
金星
金星大气的温度是随高度下降 的：表面温度约达750K，在 0～60km高度内迅速降低到 300K；60km以上下降缓慢， 68km以上温度接近不变，达到 200K左右。 金星大气的运动激烈, 60多公 里高空的风速约达100m/s（地 球表面风速大于33 m/s已是台 风）, 且闪电和雷暴现象频繁。 太阳辐射强，温度高, 水和二 氧化碳只能以气态存在。 二 氧化碳有强烈的温室效应， 再加上浓密云层不能散热, 使 金星表面的温度越来越高， 最后平衡在750K左右, 并且没
洋和湖泊。
• 据估计, 若以过去一个世纪火山喷发的蒸汽率作为地球形成初期的平均 蒸汽率, 则现在地球上水圈的总质量是很小的, 它比由火山喷发进入大气 的总水汽量约小两个量级。究其原因, 可能是海洋深处水体的渗漏或水 汽被紫外辐射分解破坏而消失。
• 在大约30亿年前，CO2浓度是现在的10倍。 • CO2和水汽产生的温室效应，使地球表面温度逐渐升高而达到300C左右。 • 在此高温下，大量CO2气体又通过化学反应生成了碳酸盐累积在地壳中，
第一章 地球大气的成分及分布
1.1 行星大气和地球大气的演化 1.2 干洁大气 1.3 大气中的水汽 1.4 大气气溶胶
本章要求
大气的基本 组成
温室气体
大气湿度的 表示方法
气溶胶粒子 在大气过程
中的作用
大气水汽的重要性
1)大气好象是地球的一层薄壳，呈美丽的 浅蓝色而且透明。
2)大气质量的50％集中在离地面6km以下 的低空，而且99.9％ 是在离地面50km的 高度内，这个厚度还不到地球半径的百 分之一。
（2）次生大气（45～20亿年前）
• 地球逐渐冷却后，由造山运动、火山喷发和地幔中释放出地壳内原来吸 附的气体而形成
• 主要成分是CO2、CH4、NH3和H2O等。 • 火山喷发物中含有约85%的水汽, 10%的CO2以及少量的氮、硫或硫化物
(SO2、H2S)等。 • 因大气只能容纳少量水汽, 大部分水汽形成云雾和降水, 成为地表水海
降低了大气中的CO2含量。
（3）现代大气
• 现代地球大气以氮气和氧气为主。 • 1）太阳紫外辐射分解水汽，产生氧（约是现在大气中氧浓度的
千分之一 ） • 2）大约30亿年前,低级厌氧生命 的出现 • 3）大约到了6亿年前，大气中氧的浓度达到现在浓度的百分之
一；高空臭氧浓度有了明显增加，臭氧削弱了紫外辐射，使生 命能够到达水面，因此氧的这一浓度称为生物发展史上的第一 关键浓度。 • 4）水面植物的光合作用使大气中氧的含量增加较快 ，大约4亿 多年以前，大气中的氧达到现在浓度的十分之一，并在高空逐 渐形成了臭氧层。 • 5）地球大气中氮的浓度远大于计算的行星地球大气的氮的浓 度 ，尚无满意的解释
没有了大气和水的调 节作用, 水星的日夜 温差高达600K以上。
金星
其大小、质量和密度都和地 球接近。
金星的大气是地球大气的90 倍，浓密的大气层分布在 100公里高度以下，它能反 射掉太阳光的3/4, 所以金星 十分明亮。
大气主要成分是二氧化碳, 达97%, 低层可能达99%, 约 有3%的氮和少量水汽、一 氧化碳等。
1.1.1 行星大气
地 球水Biblioteka 类地火星行星
星
1）其质量、体积 都比较小
金 星
2）有固体表面
3）化学组成以重 物质为主
木 星
土 星
类木 行星
天 王 星
（1）没有固体表面
海 王 星
（2）化学组成以氢、氦、 氖及甲烷等轻物质为主。
类地行星的特点：
水星
离太阳最近、质量最 小。
水星上不存在大气， 也不存在水。