第二章 地球的外部圈层

地球的外三圈魏刚锋长安大学地球科学与国土资源学院极光是来自太阳活动区的带电高能粒子[可达1万电子伏]流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的由于地磁场的作用，这些高能粒子转向极区，所以极光常见于高磁纬地区为什么如此绚丽多彩?高层大气是由多种气体组成的，不同元素的气体受轰后所发出的光的前面色不一样。例如氧被激后发出绿光红光，氮被激后发出紫色的光，氩激后发出蓝色的光，而极光就显得绚丽多彩，变幻无穷。本次课堂内容第二章地球的外部圈层大气圈大气的组成结构热状况和运动生物圈生物圈概念组成DNA与RNA人与生物圈水圈水圈的组成（分布类型）水圈的循环地球外部圈层的地质作用地球的外部圈层生物圈水圈大气圈概念地球的外部圈层生物圈水圈大气圈？？？第一节大气圈什么是大气圈?大气圈（atmosphere）是因地球引力而聚集在地表周围最外部的气体圈层大气的组成•恒定组分主要由氮（78.09%）、氧（20.94%）、氩（0.93%）等组成(99.96﹪)。•可变组分二氧化碳、臭氧和水蒸气，随季节、气象、和人类活动的影响而发生变化。•不定组分这部分物质在大气中含量变化非常大，如尘埃、硫化氢、煤烟、金属粉尘等。它们一是来源自然界，二是来自人类生产、生活活动。大气圈的结构划分依据：温度、成分、电荷等物理性质大气的运动特点自地面向上，依次分为：对流层、平流层、中间层、暖层及散逸层•对流层（troposphere)的主要特征是：①温度随高度增加而降低(大气降温率－平均升高1km，温度降低60C)；②空气具有强烈的对流运动，因而发生一系列天气现象，如风、雪、云、雨等；③气象要素水平分布不均匀，天气现象复杂；④受人类活动影响最显著，污染严重；⑤占大气圈总质量的70%—75%。•平流层(stratosphere)的主要特征是：①质量约占大气圈总质量的20%②气流以水平方向运动为主（最显著特征）③不存在对流层中各种天气现象④该层上部存在多层含臭氧的层，能吸收紫外线，因而是生物的保护伞⑤随高度增加温度升高•中间层（mesosphere）自平流层顶至85km高空的大气层，气温随高度增加而下降，故又称冷层，空气又出现对流。•暖层（thermosphere）从中间层顶到800km高空的大气层，温度随高度增加而上升，氧、氮被分解成电离状态，又称电离层。•散逸层（exosphere）位于800km以上至2000—3000km的高空，地球引力作用弱，气体质量不断扩散，亦称外逸层。大气的垂直分层对流层平流层对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见气温初稳后升热只因层中臭氧多水平流动天气好高空飞行很适合上冷下热高空对流电离层高层大气电离层能反射无线电波，对无线电通讯有重要作用大气的热状况•大气的受热过程太阳辐射＋地面辐射•气温的日变化、年变化和水平分气温——大气的温度日变化年变化水平分布大气的运动•大气运动的动力水平梯度力气压：单位面积上所承受的空气柱的重量在垂直或水平方向上存在气压差——气压梯度力地转偏向力（科里奥利力）由于地球自转和地球的球面效应所引起的，在北半球右偏，在南半球左偏。惯性离心力摩擦力•大气环流低纬环流赤道热，空气上升，高空冷凝降雨，赤道湿热多雨；高空空气向南北流动，在南北纬300与纬线平行，空气聚集，密度加大，形成副热带高压带。在地面，气流向赤道运动，形成东北、东南信风。中纬与高纬环流两极冷，大气收缩，地面形成极地高压带，在60°－30°形成低压带，生成极地东风带。副热带高压带－极地高压带形成偏西风，称中纬西风带。7个气压带和6个风带（图2.5)。台风和飓风台风和飓风都属于北半球的热带气旋，只不过是因为它们产生在不同的海域，被不同国家的人用了不同的称谓而已。在北半球，国际日期变更线以东到格林尼治子午线的海洋洋面上生成的气旋称之为飓风，而在国际日期变更线以西的海洋上生成的热带气旋称之为台风。一般来说，在大西洋上生成的热带气旋，被称作飓风，而把在太平洋上生成的热带气旋称作台风。飓风形成需要三个条件：温暖的水域；潮湿的大气；海洋洋面上的风能够将空气变成向内旋转流动。让风暴停下来!当飓风到达陆地上空时，其力量也会被削弱。有些人认为这是由于摩擦的原因，但这种想法是错误的。然而，研究发现，飓风在着陆时出现的很多奇怪现象都跟摩擦理论有关。陆地上的飓风力量遭到削弱，不仅是因为失去了热源，还因为失去了湿气的来源。第二节生物圈什么是生物圈？(biosphere)——指地球表层由生物及其生命活动地带所构成的连续圈层范围：－3km—＋10km生物圈生物的分类：按性状特征原核生物界——细菌蓝绿藻等真菌界——酵母菌、蘑菇、木耳等植物界动物界按生物与营养物之间的关系自养生物异养生物DNA与RNA•DNA生命是一种能自我复制、记载、累积和传递遗传信息的有机体，掌握这个生命系统运作的是细胞核中的脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic），即DNA。组成的大分子有三种：脱氧核糖（s）、磷酸盐（p）和碱基。沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。左一：威尔金斯左三：克里克左五：沃森DNA的空间结构图的上半部分是以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的照片。从图上可辨认出DNA是由两条链交缠在一起的螺旋结构图的下半部分是DNA的人工模型。DNA的结构模式图从图中可见DNA具有规则的双螺旋空间结构放大DNA的空间结构•RNA另一种对生命活动有重要意义的核糖核酸（Ribonucleicacid）即RNA。RNA与DNA的关键差别核糖取代了脱氧核糖；尿嘧啶（uracil）取代了胸腺嘧啶；RNA为单链结构而DNA为双链结构；RNA包括三种类型：信使核糖核酸mRNA核糖体核糖核酸rRNA转移核糖核酸tRNADNA和RNA的相互作用一个细胞就像一个工厂，DNA为总设计师，mRNA复制并带来图纸，rRNA是车间，tRNA是运输工具。在DNA统一指挥下，这个工厂按照图纸合成蛋白质，生命从而得到延续、发展。生物圈的能量循环和物质循环•能量循环：单向性逐级减少•物质循环——碳的循环•物质循环——氮的循环大气中的SO2分解者•物质循环——硫的循环火山爆发动植物遗体碎屑、排出物土壤或水体中的SO42-降水吸收生产者吸收燃烧消费者摄入石油等化石燃料燃烧生物圈的稳态——生物圈具有多层次的自我调节能力•大气中二氧化碳含量增加是，会使植物加强光合作用，增加对二氧化碳的吸收；•一种生物灭绝后，生物圈中起相同作用的其他生物就会取代它的位置；•某种植食性动物数量增加时，有关植物种群和天敌种群的数量也随之变化。人与生物圈生物圈Ⅱ号1991年，美国科学家进行了一个耗资巨大规模空前的“生物圈二号”实验。依照设计，这个封闭生态系统尽可能模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋。1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。数名科学家得出结论：在现有技术条件下，人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。实验向世人昭示了：迄今为止，地球仍是人类惟一的家园，人类应当努力保护它。一水圈的组成水圈（hydrosphere)指由地球表层水体所构成的连续圈层，以气态、固态和液态三种形式为主。海洋占97%，大陆表面水占2.15%，地下水占0.6%。据天然水所处的环境不同，分海水、陆地水和大气水三类。来自于：地球的内部；彗星的撞击；陨石的撞击。海水1、海水的基本性质：海水中的元素和盐类物质最主要的元素：氯、钠、镁、钙、硫、钾等。最主要的盐类：氯化钠、碳酸钙、硫酸镁等。盐度介于3‰—37‰之间：高于35‰的海洋称为咸化海，如红海（＞40‰），低于35‰的为淡化海，如波罗的海（＜10‰)。2、海水的运动波浪：海水作波状起伏的运动，水质点基本绕某个平衡位置作圆周运动，只是向前移动很小距离。潮汐：全球性的海水作周期性的涨落的现象。•太阳、月球对地球的引力与离心力的合力为引潮力。在地—月体系中，该合力在对月点和背月点最大，且方向垂直指向球面外空间，因而可使海面上升凸起，发生涨潮。在对月点、背月点方位为90°的地区，合力最小，形成落潮。•如果月球、太阳、地球处在一条直线上时，可出现特高潮和特低潮。•由于地球自转，地球上同一地点一天内可出现两次涨潮和落潮。•由潮汐引起海面高度变化迫使海水作大规模水平运动，称为潮流。这对海岸的剥蚀、搬运、沉积有重要作用。洋流(oceancurrent)：大洋中沿一定方向有规律移动的海水。海水温度深层洋流水平运动盐度差垂直运动信风表层洋流水平运动海水密度差寒流暖流浊流(turbiditycurrent)海洋或湖泊中载有大量悬浮物质的高密度水下重力流，多由地表、火山等因素引发，因而具有较大的剥蚀、搬运能力，常形成冲槽、冲沟、铸模等，沉积物具鲍马序列。陆地水1、地面流水暂时性流水•片流：刚下雨后，沿山体斜坡无固定水道的面状流水。•洪流：下雨后沿山谷或河道流动的暂时性线状流水。常年性流水•河流（river）：地球表面具有固定河道的线状常年性流水。水系和干流的概念：大大小小若干条河流组成的水流系统为水系。水系与水系之间以分水岭相隔，如长江、黄河水系。水系中最大、直接注入海洋或湖泊者为干流，如长江、黄河。注入干流者为支流，如渭河为黄河的一个重要支流。•层流：水质点平行运动。•紊流：水质点运动紊乱，无规律。•环流：水质点绕平行方向的轴作螺旋状规律运动。•涡流：水质点绕垂直方向的轴作螺旋状运动。2、地下水岩石中存在孔隙、裂隙和溶隙。包气带水：埋藏在包气带中的水。潜水：埋藏在地表之下第一个稳定隔水层以上，具有自由表面的重力水（饱水带水）。承压水：埋藏在两个稳定隔水层之间的透水层内的重力水（层间水）。3、湖泊、沼泽水湖泊：是陆地上的积水洼地。其水量为2.3×1014m3，占陆地水的0.61%。沼泽：地面湿润，喜湿性植物大量繁殖的地带。•世界上最大的湖泊是西亚的里海面积约43×104km2。第二大湖是北美的苏比利尔湖，面积8×104km2•世界上最深的湖泊是俄罗斯的贝加尔湖，水深1741m。•世界上最高的湖泊是我国西藏高原的纳木湖，海拔4718m。最低的是死海，海拔-395m。4、冰川发育在高纬度地区或高山上能运动的冰体。冰川的形成：雪花—雪粒——粒雪——冰川冰冰川的运动：慢。山岳冰川：发育在中、低纬度高山上的冰川。特点：规模小，运动慢，分布受地形影响。大陆冰川：发育在高纬度地区的冰川。特点：规模大，运动快，分布不受地形影响。大气水存在于大气圈对流层中的水，以气态形式存在。主要来自海水蒸发，由于污染可形成酸雨，可使地面具“温室效应”。二水圈的循环水循环：是指在一定的时间内，水作既无起点也无终点的永不停息的水体运动系统。水循环有：海洋与大陆间的循环；地表与地下间的循环生物体与周围空间的循环；水圈与大气圈间的循环水循环的动力：太阳能、重力三地球外部圈层的地质作用大气圈对地表的作用改造1、对陆地表面的作用河流三角洲地下水的溶蚀作用也称岩溶作用，是指地下水对可溶性岩石进行溶蚀，并形成各种地貌的过程。这种地貌称岩溶地貌，或喀斯特地貌。在地表发育的称地表岩溶地貌，地下的一般是溶洞。冰川对陆地表面的作用海水对海岸和海底的作用湖泊：沉积作用本次课堂小结大气的物质成分以氮、氧、氩为主，并具成层结构；对流层与平流层有重要差别。生命是一种能自我复制、记载、累积和传递遗传信息的有机体，掌握这个生命系统运作的是细胞核中的脱氧核糖核酸,即DNA。生物圈内有能量和物质的循环，生物圈具有自我修复能力，我们要保护人类赖以生存生物圈。地球水圈以