地球的外部圈层

1、第二部分 地球表层系统第四章第四章 地球的外部圈层地球的外部圈层 四大圈层: 大气圈, 水圈, 生物圈, 岩石圈外动力地质作用第一节第一节 大气圈大气圈一、大气的组成一、大气的组成氮气的循环氮气的循环氧气的循环氧气的循环水蒸气的作用水蒸气的作用:能量交换能量交换, 水的分配水的分配, 温室效应温室效应甲烷甲烷二氧化碳二氧化碳一氧化二氮一氧化二氮臭氧臭氧: 同温层中同温层中, 城市中城市中温室气体温室气体二、大气圈的结构二、大气圈的结构大气圈的分布：大气圈的分布：-3km+2000-3000km1. 对流层对流层 平均厚度平均厚度: 1113km特征特征: (1) 具大气降温率具大气降温率 (2

2、) 强烈的对流运动及复杂的气候现象强烈的对流运动及复杂的气候现象 (3) 气象要素的水平分布不均匀气象要素的水平分布不均匀 (4) 受人类影响大受人类影响大, 包括污染包括污染全球大气对流模式全球大气对流模式3. 平流层平流层（对流层（对流层35-55km）水平运动水平运动气层稳定，透明度高气层稳定，透明度高上部有臭氧层上部有臭氧层向上增温快向上增温快4. 中间层中间层（平流层（平流层85km）降温快，有垂直对流降温快，有垂直对流5. 暖层暖层即即电离层电离层（中间层（中间层800km）空气稀薄，氧、氦电离空气稀薄，氧、氦电离向上增温快向上增温快6. 散逸层散逸层（暖层（暖层2000-3000

3、km）空气极为稀薄，气体向外逃逸，空气极为稀薄，气体向外逃逸，向上增温向上增温三、大气的热力状况三、大气的热力状况1. 大气对太阳辐射的削弱作用大气对太阳辐射的削弱作用吸收、反射、散射吸收、反射、散射太阳辐射能：可见光：太阳辐射能：可见光：50% （=0.40.76m)紫外光紫外光: 7% （0.76m)大气的大气的选择性吸收选择性吸收: 臭氧对紫外光臭氧对紫外光水气、二氧化碳对红外光水气、二氧化碳对红外光可见光吸收少可见光吸收少云层、尘埃的反射云层、尘埃的反射空气分子对可见光中波长较短的蓝光、紫光的散射较强。空气分子对可见光中波长较短的蓝光、紫光的散射较强。 2. 大气的保温效应大气的保温效

4、应地面辐射地面辐射为长波辐射为长波辐射主要在红外线主要在红外线对流层中水气和二氧化碳对地面辐射的吸收对流层中水气和二氧化碳对地面辐射的吸收大气增温大气增温大气也向外辐射红外线大气也向外辐射红外线,小部分向太空小部分向太空,大部分向地面大部分向地面称为称为大气逆辐射大气逆辐射.大气的保温效应大气的保温效应: 大气对太阳短波辐射是透明体大气对太阳短波辐射是透明体,而对地面辐射而对地面辐射 是隔热层是隔热层,使大部分太阳辐射能保留在大气中使大部分太阳辐射能保留在大气中.3. 全球的热量平衡全球的热量平衡来自太阳的能量来自太阳的能量=返回大气中的能量返回大气中的能量大气对太阳辐射的削弱和对地面的保温效

5、应使地球表面大气对太阳辐射的削弱和对地面的保温效应使地球表面气温温和气温温和, 适合生物生活适合生物生活. 太阳辐射热能的传播与平衡4. 温室效应温室效应-大气通过对辐射的选择性吸收而防止地表热能大气通过对辐射的选择性吸收而防止地表热能 耗散的效应耗散的效应.-大气的存在使地表的辐射平衡温度升高大气的存在使地表的辐射平衡温度升高.影响温室效应的因子影响温室效应的因子: 水气水气, 二氧化碳二氧化碳, 云云, 以及甲烷以及甲烷, 氮氧化物氮氧化物,这些物质称这些物质称温室气体温室气体.近百年来工业化使温室气体增多近百年来工业化使温室气体增多, 引起全球气候变暖引起全球气候变暖.四、大气的运动四、

6、大气的运动大气运动的复杂性：水平、垂直，全球性的或小尺度的大气运动的复杂性：水平、垂直，全球性的或小尺度的1.大气运动的动力大气运动的动力-来自太阳辐射产生的气压差来自太阳辐射产生的气压差.空气温度差空气温度差密度差密度差热力环流热力环流2. 大气环流大气环流-大范围的大气运动状态大范围的大气运动状态,是不同尺度的天气系统发生、是不同尺度的天气系统发生、 发展和移动的背景。发展和移动的背景。1）低纬度的热带环流圈）低纬度的热带环流圈赤道低压带赤道低压带（赤道无风带）（赤道无风带）副热带高压带副热带高压带（静风带）（静风带）低纬信风带低纬信风带2）中纬度的中纬环流与高纬环流）中纬度的中纬环流与高

7、纬环流极地高压带极地高压带副极地低压带副极地低压带极地东风带极地东风带中纬西风带中纬西风带高纬的极地环流圈高纬的极地环流圈中纬环流圈中纬环流圈3. 厄尔尼诺现象和拉尼娜现象厄尔尼诺现象和拉尼娜现象厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象: 指数年一次的海水增温现象向西扩展，指数年一次的海水增温现象向西扩展，整个赤道东太平洋海面温度增高的现象。整个赤道东太平洋海面温度增高的现象。后果：全球大气环流异常、气候异常。后果：全球大气环流异常、气候异常。拉尼娜现象拉尼娜现象（反厄尔尼诺现象）：赤道太平洋东部和中部（反厄尔尼诺现象）：赤道太平洋东部和中部海水温度大范围持续异常变冷的现象。海水温度大范围持续异常变冷的现象。

8、可以是持续数年。可以是持续数年。指标：连续指标：连续6个月个月0.5第二节 水圈地球表层水体所构成的连续圈层一、水圈的组成以气态、固态、液态分布于大气圈、生物圈、海洋、以气态、固态、液态分布于大气圈、生物圈、海洋、大陆表层中。大陆表层中。主要分为：海洋水、陆地水、大气水主要分为：海洋水、陆地水、大气水水量和水的年龄水量和水的年龄二、水圈的循环二、水圈的循环水圈运动的主要动力：太阳辐射能和地球的重力能水圈运动的主要动力：太阳辐射能和地球的重力能蒸发、蒸腾、径流（地表、地下）、冰川运动、大气输运等。蒸发、蒸腾、径流（地表、地下）、冰川运动、大气输运等。三、水体污染与自净三、水体污染与自净水体水体：

9、地表水、地下水、海洋的总称。：地表水、地下水、海洋的总称。 在环境科学中，也包括水中的溶解物、悬浮物、水生生物、在环境科学中，也包括水中的溶解物、悬浮物、水生生物、 底泥，形成一个完整的生态系统。底泥，形成一个完整的生态系统。水体污染水体污染：指进入水体中的污染物质超过了水体的本底值或：指进入水体中的污染物质超过了水体的本底值或 水体的自净能力，而使水体失去或部分失去功能或用途。水体的自净能力，而使水体失去或部分失去功能或用途。1. 水质指标水质指标污染物：污染物：耗氧有机物，难降解有机物，植物营养物，无机悬浮物，耗氧有机物，难降解有机物，植物营养物，无机悬浮物，石油类，重金属，放射性污染物，

10、酸碱盐类，病原体，石油类，重金属，放射性污染物，酸碱盐类，病原体，热污染等。热污染等。指标指标：DO, BOD, COD, TOC, TN, TP, SS, 石油类，各种石油类，各种有毒物质，放射性，有毒物质，放射性， pH，细菌总数，水温等。，细菌总数，水温等。2. 水体自净水体自净 指受到污染的水体通过生物降解消耗或吸收了水体中的指受到污染的水体通过生物降解消耗或吸收了水体中的污染物污染物,使水体向净化的方向转变的过程使水体向净化的方向转变的过程.生物降解生物降解分分好氧生物降解好氧生物降解和和厌氧生物降解厌氧生物降解好氧微生物在上层，会消耗氧气。好氧微生物在上层，会消耗氧气。厌氧微生物在

11、下层，造成还原环境。厌氧微生物在下层，造成还原环境。3. 水体富营养化水体富营养化 氮、磷等植物营养物的浓度超过一定数值时引起湖泊氮、磷等植物营养物的浓度超过一定数值时引起湖泊生态系统的一种恶性循环。生态系统的一种恶性循环。 藻类大量生长，消耗氧气，其他生物大量死亡。是产生藻类大量生长，消耗氧气，其他生物大量死亡。是产生“赤潮赤潮”的原因。的原因。也与水循环慢有关。也与水循环慢有关。第三节 生物圈一、生物圈的概念地球表层由生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层地球表层由生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层。范围：地下范围：地下3km10km高空高空, 深海底深海底.主要在地表主要在地表200

12、m高空高空, 水面水面-200m水域水域.已发现的已发现的: 动物动物150104 ；植物；植物50 104 种。种。分类：界分类：界-门门-纲纲-目目-科科-属属-种种如：原核生物界，真菌生物界，植物界，动物界如：原核生物界，真菌生物界，植物界，动物界二、生物圈中的二、生物圈中的能量循环能量循环和和物质循环物质循环太阳能太阳能植物光合作用植物光合作用化学能化学能进入生态系统进入生态系统能量流动的单向性能量流动的单向性能量流动的逐级减少能量流动的逐级减少生物圈内部能量不断转换和流动，且进行物质循环，物质生物圈内部能量不断转换和流动，且进行物质循环，物质可以被重复利用。可以被重复利用。物质循环主

13、要有水、碳、氮、磷。物质循环主要有水、碳、氮、磷。1. 碳循环碳循环碳五种形式碳五种形式: (1)生物中的有机分子生物中的有机分子;(2)大气中的二氧化碳大气中的二氧化碳;(3)土壤中的有机质土壤中的有机质;(4)岩石圈中的化石燃料和沉积岩岩石圈中的化石燃料和沉积岩;(5)海洋中的溶解二氧化碳海洋中的溶解二氧化碳, 生物壳生物壳碳循环碳循环:大气中的二氧化碳大气中的二氧化碳碳水化合物碳水化合物生物体生物体代谢出代谢出二氧化碳二氧化碳. 大气中的二氧化碳大气中的二氧化碳20年完全更新一次年完全更新一次.人类干扰：燃料，植被破坏，火灾人类干扰：燃料，植被破坏，火灾2. 氮循环氮循环分子氮分子氮,

14、无机结合氮无机结合氮, 有机结合氮有机结合氮大多数植物只能利用无机氮大多数植物只能利用无机氮(氨盐氨盐,硝酸盐硝酸盐)合成氨基酸合成氨基酸-蛋白质蛋白质,动物利用植物合成的蛋白质动物利用植物合成的蛋白质,经分解为氨基酸后再合成蛋白质经分解为氨基酸后再合成蛋白质.动物代谢出氨氮，动植物残体经微生物分解为无机氮。动物代谢出氨氮，动植物残体经微生物分解为无机氮。人类活动的干扰：化肥，化石燃料，污水人类活动的干扰：化肥，化石燃料，污水第四节 风化作用与土壤一、风化作用 砂石、土壤从哪里来的？砂石、土壤从哪里来的？ 岩石永远是坚硬的吗？岩石永远是坚硬的吗？ 高山永远是高山吗？高山永远是高山吗？风化作用风

15、化作用-地表岩石在温度、大气、水、生物的作用下，地表岩石在温度、大气、水、生物的作用下，发生机械破碎或化学分解，在原地产生碎屑、新矿物的发生机械破碎或化学分解，在原地产生碎屑、新矿物的作用。作用。1. 风化作用的类型风化作用的类型按风化作用的方式分：按风化作用的方式分：1) 物理（机械）风化作用物理（机械）风化作用 phisical weathering地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学作用，地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学作用，也不形成新矿物的作用。也不形成新矿物的作用。产物：岩石碎屑、矿物碎屑产物：岩石碎屑、矿物碎屑按方式（机理）分：按方式（机理）分：a. 温差风化（热胀冷缩

16、）温差风化（热胀冷缩）岩石是热的不良导体岩石是热的不良导体-温差导致表层与内部之间的引张力温差导致表层与内部之间的引张力,产生裂缝产生裂缝;-各种矿物的膨胀系数不同各种矿物的膨胀系数不同;结果结果:层层剥落层层剥落,破裂破裂b. 2.冰劈作用冰劈作用 空隙中的水结冰膨胀撑裂岩石空隙中的水结冰膨胀撑裂岩石条件条件:有水有水,有裂隙有裂隙,反复冻融反复冻融. 主要在高寒地区主要在高寒地区.冰劈作用冰劈作用c. 盐类的结晶与潮解盐类的结晶与潮解岩石裂隙岩石裂隙孔隙中的盐分孔隙中的盐分-水分水分d. 卸载作用卸载作用上覆岩石剥去上覆岩石剥去,下伏岩石膨胀产生脆性裂隙和层裂现象下伏岩石膨胀产生脆性裂隙和

17、层裂现象;e. 生物活动生物活动 根劈作用、挖掘作用根劈作用、挖掘作用根劈作用根劈作用2）化学风化作用chemical weathering-地表岩石在地表岩石在H2O、O2、CO2和生物物质的作用下发生化和生物物质的作用下发生化学变化，并产生新矿物的作用。学变化，并产生新矿物的作用。-产物：新矿物（黏土、褐铁矿等）、矿物屑、离子和胶体产物：新矿物（黏土、褐铁矿等）、矿物屑、离子和胶体水、气体等。水、气体等。方式：方式：a. 溶解作用溶解作用 -含有含有O2,CO2等物质的水溶解矿物的作用等物质的水溶解矿物的作用. -矿物的溶解度从大到小矿物的溶解度从大到小: 石盐石盐,石膏石膏,方解石方解石

18、,橄榄石橄榄石,辉石辉石,角闪石角闪石滑石滑石,钾长石钾长石,黑云母黑云母,白云母白云母,石英石英 - 产物产物:离子离子,胶体胶体,难溶物质难溶物质 如如: CaCO3+H2O+CO2=Ca2+ + 2HCO3-b. 氧化作用氧化作用 -矿物中的元素与大气、水中的氧结合矿物中的元素与大气、水中的氧结合,矿物中的变价元素矿物中的变价元素从低价变成高价从低价变成高价:如如: 4FeS2 + 14O2+ 13H2O 2(Fe2O3 .3H2O) + 8H2SO4 (黄铁矿黄铁矿) (褐铁矿褐铁矿)如如: 4Fe3O4 +O2 + 18H2O 6(Fe2O3 .3H2O) (磁铁矿磁铁矿) (褐铁矿

19、褐铁矿)c. 水化作用水化作用-矿物吸收水加入到矿物晶格中矿物吸收水加入到矿物晶格中,形成含水的矿物形成含水的矿物.如如: CaSO4 + 2H2O CaSO4-2H2O(硬石膏硬石膏) (石膏石膏)d. 水解作用水解作用-矿物遇水离解成离子矿物遇水离解成离子,形成含形成含OH-的新矿物的新矿物.如如: 4K(AlSi3O8) + 6H2O Al4(Si4O10)(OH)8 + 8SiO2 + 4KOH (钾长石钾长石) (高岭石高岭石)当水解作用中有碳酸根参与时称为当水解作用中有碳酸根参与时称为碳酸化作用碳酸化作用-溶解于水中的碳酸与矿物中的金属离子结合成易溶的碳酸盐溶解于水中的碳酸与矿物中

20、的金属离子结合成易溶的碳酸盐而使矿物分解而使矿物分解.如如: 4K(AlSi3O8) + 4H2O+2CO2 Al4(Si4O10)(OH)8 + 8SiO2 + 2K2CO3 (钾长石钾长石) (高岭石高岭石)2. 风化作用的影响因素风化作用的影响因素影响岩石风化的因素：影响岩石风化的因素：1）气候条件）气候条件气温、降雨量及形式、植被等气温、降雨量及形式、植被等热带、亚热带温湿气候区化学风化作用强；热带、亚热带温湿气候区化学风化作用强；寒冷、干旱地区物理风化作用强；寒冷、干旱地区物理风化作用强；2）地形条件）地形条件高低、坡向、地势起伏高低、坡向、地势起伏地形高低影响到气候、植被类型；地形

21、高低影响到气候、植被类型；坡向影响气温、植被情况；坡向影响气温、植被情况；地势起伏影响地下水位、植被、风化物质的保留。地势起伏影响地下水位、植被、风化物质的保留。3）岩性）岩性三大岩类的差异三大岩类的差异: 沉积岩抗风化能力强，岩浆岩、变质岩弱；沉积岩抗风化能力强，岩浆岩、变质岩弱；岩浆岩中的酸性岩抗风化能力强；岩浆岩中的酸性岩抗风化能力强；低温形成的岩石、矿物抗风化能力强；低温形成的岩石、矿物抗风化能力强；结晶岩石中细粒岩石抗风化能力强；结晶岩石中细粒岩石抗风化能力强；含二价铁的、可溶性的矿物抗风化能力弱。含二价铁的、可溶性的矿物抗风化能力弱。矿物的抗风化能力 氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化

22、物 强强 硅酸盐硅酸盐 碳酸盐碳酸盐 硫化物硫化物 卤化物和硫酸盐卤化物和硫酸盐 弱弱常见矿物的抗风化能力 石英石英 强强 白云母白云母 长石长石 黑云母黑云母 角闪石角闪石 辉石辉石 橄榄石橄榄石 弱弱差异性风化现象差异性风化现象: 相邻岩石由于岩性不同造成风化相邻岩石由于岩性不同造成风化速度不同速度不同,形成凹凸的地貌形成凹凸的地貌.4）地质构造）地质构造岩石裂隙能促进风化作用的深入；岩石裂隙能促进风化作用的深入；球状风化作用球状风化作用：5）时间）时间风化作用虽然肉眼看不见，却是进行速度较快的地质作用。风化作用虽然肉眼看不见，却是进行速度较快的地质作用。3. 风化壳风化壳风化产物的类型风化产物的类型a碎屑物质：岩屑，矿物碎屑等残留原地；碎屑物质：岩屑，矿物碎屑等残留原地；b溶解物质：离子胶体，大部分随水搬运走；溶解物质：离子胶体，大部分随水搬运走；c难溶物质：难溶物质：Fe, Al等形成黏土、褐铁矿、铝土矿等新生等形成黏土、褐铁