chap11大气圈

1、第十一章 大气圈地球的蓝色外壳,本章主要内容：,大气圈的物质成分与分层 臭氧层与臭氧层“空洞” 大气环流 风与沙漠,第11章 大气圈地球的蓝色外壳,氧,氮,氩0.93%,二氧化碳0.03%,水蒸气 0.0-4.0%,微量,氦,甲烷,氪,氙,氢,臭氧,氖,大气圈的物质成分,1、大气圈的物质成分与分层,太阳辐射的30被反射回太空，仅20被大气直接吸收。大气热量的大部分来自地面的热辐射,主要根据温度特征进行划分,海拔高度（公里）,温度（）,1、大气圈的物质成分与分层,大气圈的分层,对流层,平流层,中间层,散逸层,暖层,臭氧浓度最高,电离层,对流层,占大气圈质量的 80% 含有大气圈几乎所有的水蒸气

2、大部分捕集热量的气体 (CO2, CH4, 等) 与上覆平流层很少有物质混合 (例外: 极端气候, 火山喷发) 各种天气现象主要产生于该层下部,平流层,含有大气圈质量的约 19 % 具高的臭氧（ O3）含量 对物质的全球再分布起着重要作用: 被抛入平流层的气体、液体和固体趋于在区域或全球范围内再分布,2、臭氧层与臭氧层“空洞”,海拔高度（公里）,臭氧浓度（ppm）,对流层,平流层,中间层,臭氧层“空洞”,O3 含量通常用道布森单位（ Dobson Units DU)表示: 100 DU 相当于标准状况下 (T=25, P=1 大气压)厚度为 1 mm 的一层纯臭氧 “空洞”：臭氧含量小于220

3、 DU (正常值为 350 DU) 在北极和南极均形成了“空洞”；南极的空洞更显著 在春季空洞更明显,2、臭氧层与臭氧层“空洞”,1950-2000年南极春季（10月份）臭氧浓度的变化 （Halley 站）,臭氧总量（道布森单位）,年份,南极上空的臭氧层空洞,臭氧层空洞：南极上空臭氧含量的变化,紫外线使氟利昂分子分解 释放出的氯原子使臭氧分子分解 一个氯原子与一个氧原子结合，留下一个氧分子 自由氧原子（高能的太阳紫外线辐射使氧分子分裂而形成）使氯氧键断开 释放出的氯原子使另一个臭氧分子分解,氟氯化碳（氟利昂）,氟利昂对臭氧的破坏,1个 氟利昂分子能破坏 10万个 氧分子！,臭氧层“空洞”产生的

4、原因:,带来的问题是什么?,平流层臭氧的损耗将导致地表紫外辐射的增强 过度暴露于紫外线会导致： 皮肤灼伤 皮肤癌 抑制免疫系统 人类患白内障的危险增加,蒙特利尔协议（1987） 在19892000年之间逐步停止氟氯化碳的生产 (这曾经是一个数十亿美元的产业) 2002得到188个国家的认可,对这一威胁的回应:,若蒙特利尔协议得以实现会怎样?,扭转过去对臭氧层的破坏 蒙特利尔协议科学评估委员会称至 2050年 臭氧层将会恢复到1980年以前的水平。 所有的协议签署国逐步停止使用能使臭氧消耗的化学剂。,起作用了吗?,氟氯化碳的生产已经停止 其它化学剂几乎已完全停止生产 臭氧层空洞还在那里 有些气体

5、能在大气层中存在超过 50年，所以问题并未完全解决,3、大气环流,赤道,南极,北极,不同纬度处得到的太阳辐射量不同,赤道及其附近阳光直射，单位面积地表得到的太阳辐射量较其它纬度处更多。 因此，赤道及其附近地表的空气受热更多。被加热的空气因体积膨胀、密度变小而上升 极地及其附近的空气因受热较少而较冷。较冷的空气因密度较大而下沉并沿地表流动。,3、大气环流,假若地球是静止不动的，则将分别在北半球和南半球各形成一个大的空气对流环（由赤道处上升的热空气在高空因温度降低而逐渐变冷后，将在继续上升的热空气推动下向两极流动，在两极处下沉至地表后，沿地表向赤道流动。）,北半球,南半球,赤道,向右偏转,向左偏转

6、,在赤道无偏转,北极,南极,由于地球自转产生自转偏向力（科里奥利力），使得沿地表流动的气流发生偏转： 在北半球向右偏转 在南半球向左偏转,在自转偏向力的影响下，结果形成三圈式大气环流：,极地东风运行至南北纬60o后向上升起，在空中流向极地后沉降,南北纬60o 至30o之间： 北半球地表为西风 南半球地表为西风,南北纬30o 至赤道之间： 北半球地表为东北 信风 南半球地表为东南 信风,亚热带高压带,亚热带高压带,赤 道低压带,西风,西风,东北信风,东南信风,暖空气上升,冷空气下沉,冷空气下沉,亚极地低压带,亚极地低压带,“沙漠”：,年降雨量 25cm，被风成沙大片覆盖 -沙漠占全球陆表面积的3

7、0以上！,4、风与沙漠,沙漠的分布,沙漠集中分布于三类地区（基本受气候控制）：,低纬度地区：亚热带高压带 中纬度地区的内陆干旱盆地 寒流经过的沿海地区（如南美的西海岸）,1）沙漠的分布与成因,全球沙漠的分布,低纬度沙漠的成因,由赤道上升的暖空气膨胀、冷却 在南、北纬30o再次沉降 沉降的空气受到其上空气的压缩而变热 被加热的沉降空气能够容纳更多的水蒸 气，从而造成地面水分蒸发 这部分水蒸气极少成为雨水降下,4、风与沙漠,1）沙漠的分布与成因,低纬度沙漠：北非、中东半岛、墨西哥西部、澳大利亚西部,4、风与沙漠,中纬度沙漠的成因,位于被山脉包围的大陆腹地，远离海洋，得到的海洋水 汽很少 “焚风效应

8、”盛行风带来的潮湿海洋空气因山脉的阻挡而被迫向上运动时，变冷并失去水分。这种冷空气在越过山脉后，被压缩而变热，导致地表水分大量蒸发、很少或没有降雨。,1）沙漠的分布与成因,塔克拉玛干沙漠,中纬度沙漠：中亚细亚、蒙古、我国西北地区、美国西部,塔克拉玛干沙漠,4、风与沙漠,与寒流有关的沙漠的成因,冷的洋流沿大陆西海岸流动时，使上覆空气冷却。这种冷的海洋空气流过大陆表面时被加热，导致海岸地区水分大量蒸发、极少降雨。,1）沙漠的分布与成因,与寒流有关的沙漠：地处热带的南美太平洋沿岸、非洲大西洋沿岸,不及湿热地区有效 以物理风化作用为主 但一些化学风化作用的确产生 粘土 薄的土壤层 氧化矿物,4、风与沙

9、漠,2）沙漠中的地质作用,风化作用,4、风与沙漠,2）沙漠中的地质作用,侵蚀作用,沙漠河流 大多为暂时性的 夏季雷阵雨期间雨水来不及渗入地下，大部分形成地表径流 缺乏植被意味着水很快进入河道 可形成闪洪/泥石流,沙漠中的大部分侵蚀作用是由流水完成的！,闪洪 雷阵雨 缺乏植被 地表沉积物不能将水很快吸入 汇集地表的大量雨水形成洪流 持续时间短 很容易侵蚀起大量沉积物而形成泥石流,4、风与沙漠,2）沙漠中的地质作用,风 沙漠环境中经常性的侵蚀营力 风的侵蚀作用分为： 吹蚀（吹扬） 磨蚀,4、风与沙漠,2）沙漠中的地质作用,与流水相比风是沙漠中相对次要的侵蚀营力,风的侵蚀作用: 吹蚀 风的迎面冲击力

10、和上举力将地面碎屑物质扬起或剥离原地 吹蚀形成风蚀洼地和戈壁滩,4、风与沙漠,2）沙漠中的地质作用,风蚀洼地的形成,风蚀洼地,风蚀前的地表,风蚀洼地,戈壁滩的形成,吹蚀,吹蚀,（无进一步吹蚀）,细小的碎屑颗粒被风带走，形成砾石覆盖的地表,戈壁滩,风的侵蚀作用: 磨蚀 被风吹扬起的碎屑物质，在沿地表运动时对地面岩石的碰撞和磨损 风速越大，风中携带的磨蚀“工具”（碎屑物）越多，磨蚀越强 距地面0.5-1.5m 的高度以内磨蚀作用最强 磨蚀形成风棱石等,4、风与沙漠,2）沙漠中的地质作用,风棱石 磨蚀作用形成的棱角明显、表面光滑的砾石。,盛行风,磨蚀面,侵蚀形迹: 沙漠地貌,沙漠发育各式各样的侵蚀形

11、迹. 其中绝大部分都与某种形式的物理风化作用有关.,例如: 雅丹 风蚀残丘 戈壁滩,风蚀垅槽（雅丹）,雅丹（Yardang） 伸长状的风蚀脊,风沿地面裂隙吹蚀而成,风蚀残丘,洪流冲刷地面 冲沟 风力使冲沟扩大 “风蚀谷” 风蚀谷 风蚀残丘,风蚀残丘,David Muench,戈壁滩,悬浮 跳跃 滑动 滚动,风运物的运动方式：,风的搬运作用,只有很小的颗粒 (20 m) 能够长时间保持悬浮,离地面的高度,相对风速,长期悬浮,短期悬浮,滑动/滚动,跳跃,搬运过程中的大量碰撞与摩擦使风成沙具有较高的 磨圆度并形成“毛玻璃状”表面,4、风与沙漠,2）沙漠中的地质作用,沉积作用,沙漠环境中的主要沉积物可归为三类: 风成沉积物 由风力作用搬运的沉积物 洪积物 闪洪形成的沉积物 (泥石流, 碎屑流,等) 蒸发盐类 蒸发作用形成的沉积物,两类: 1) 沙丘 丘状或脊状的松散沙堆积 常为不对称形态 迎风面缓，背风面（滑落面）陡,风成沉积物,2) 黄土 颗粒组成为粉沙和尘土 未风化、棱角状的石英、长石和其它矿物颗粒被碳酸钙弱胶结而成 在中国和美国有广泛沉积,滑落面,沙的供给有限,沙的供给较多,沙的供给中等,沙的供给充足；有些植被,多风向,锥形沙丘,纵向沙垅,新月形沙丘,横向沙垅,新月形沙丘链,锥形沙丘,纵向沙垅,纵向沙