第二章

地球上的大氣

第一節(jié)

大氣的組成和垂直分層

2012年10月14日，奧地利”墜落人“鮑姆加特納在美國(guó)西南部乘坐太空艙升空。約3小時(shí)候，他上升至39km高空。隨后他從那里跳下，4分鐘后才打開(kāi)降落傘，成為第一個(gè)自由落體速度超音速的人。他配備的特制宇航服外表絕緣，密封的內(nèi)層中填充加壓氧氣；頭盔內(nèi)有液氧系統(tǒng)，護(hù)目鏡中有溫度調(diào)節(jié)器。39km高空與近地面的大氣有哪些不同？鮑姆加特納為什么要穿特制的宇航服？新課導(dǎo)入1.區(qū)域認(rèn)知：通過(guò)分析大氣垂直分層，認(rèn)識(shí)各層對(duì)地球環(huán)境的作用。2.綜合思維：結(jié)合圖文資料，歸納大氣成分變化對(duì)自然環(huán)境的影響。3.地理實(shí)踐力：繪制大氣垂直分層示意圖，標(biāo)注各層特征及意義。4.人地協(xié)調(diào)觀：通過(guò)討論大氣污染案例，說(shuō)明保護(hù)大氣環(huán)境的重要性。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.低層大氣組成及各成分的作用(如氮、氧、二氧化碳、臭氧)。2.大氣垂直分層特點(diǎn)及各層的主要性質(zhì)(對(duì)流層、平流層、高層大氣)。重點(diǎn)1.臭氧層的作用及平流層氣溫隨高度升高的原因。難點(diǎn)重難點(diǎn)導(dǎo)航1.大氣的組成2.大氣的垂直分層目錄大氣的組成如今的大氣成分是地球長(zhǎng)期演化的結(jié)果，在短時(shí)期內(nèi)不會(huì)有明顯的變化。低層大氣中除去水汽和雜質(zhì)以外的混合氣體稱(chēng)為干潔空氣。25千米以下的干潔空氣中，氮?dú)夂脱鯕夂险伎傮w積的99%。

低層大氣的組成一、大氣的組成與作用氮?dú)狻獦?gòu)成生命體的基本元素氧氣—維持生命活動(dòng)的基本物質(zhì)

1.大氣組成—干潔空氣大氣中二氧化碳和臭氧含量雖少，但對(duì)地球上的生命活動(dòng)和自然環(huán)境有著重要的作用二氧化碳—綠色植物進(jìn)行光合作用原料、吸收地面輻射的能力強(qiáng)，使氣溫升高臭氧—吸收紫外線，使大氣增溫；減少到達(dá)地面的紫外線，對(duì)生物具有保護(hù)作用。一、大氣的組成與作用1.大氣組成—水汽與雜質(zhì)大氣中水汽和雜質(zhì)含量很少，但卻在天氣變化中扮演著重要角色。水的相變，產(chǎn)生云、雨、霧、雪等一系列天氣現(xiàn)象，同時(shí)伴隨著熱量的吸收和釋放，直接影響地面和大氣的溫度。水有固、液、氣三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)有稱(chēng)為水的三相，在一定溫度和壓力條件下，水的存在狀態(tài)可以發(fā)生改變，稱(chēng)之為相變一、大氣的組成與作用1.大氣組成—水汽與雜質(zhì)大氣中的雜質(zhì)作為凝結(jié)核是成云致雨的必要條件。大氣中的水汽和雜質(zhì)含量，因時(shí)因地而異。一、大氣的組成與作用2.人類(lèi)活動(dòng)影響大氣人類(lèi)活動(dòng)排放的污染物進(jìn)入大氣，會(huì)影響大氣的成分和產(chǎn)生大氣污染，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)生存造成不利的影響。人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣、汽車(chē)排放的尾氣等會(huì)造成大氣污染。圖為北京優(yōu)良天氣和重污染天氣對(duì)比。在過(guò)去80萬(wàn)年的絕大多數(shù)時(shí)間里，大氣中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的變化相對(duì)平緩。然而，從1740年到2011年，短短不到300年的時(shí)間里，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)增加了40%多(圖2.4)。二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的增加，基本上都來(lái)自化石燃料的燃燒和土地利用的變化(主要是毀林)。化石燃料燃燒，會(huì)釋放二氧化碳；森林面積縮小，會(huì)減少森林對(duì)二氧化碳的吸收量。案例——大氣中二氧化碳含量的變化與人類(lèi)活動(dòng)大氣中氧氣含量對(duì)人體健康至關(guān)重要。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)娜毖醐h(huán)境利于激發(fā)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)潛力。但含氧量太低會(huì)危害人體健康甚至危及生命。我國(guó)已建成甘肅榆中、青海多巴、云南海埂、河北興隆、云南呈貢等國(guó)家級(jí)高原體育訓(xùn)練基地。1.在奧運(yùn)會(huì)等世界重大體育賽事中，來(lái)自非洲埃塞俄比亞、肯尼亞的中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員往往成績(jī)優(yōu)異。在非洲地形圖上，找出這兩個(gè)國(guó)家，歸納它們共同的地形特點(diǎn)。由此，你能推測(cè)這兩個(gè)國(guó)家中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員成績(jī)優(yōu)異的原因嗎？2.在中國(guó)地圖上找到右表所列的高原訓(xùn)練基地的位置。3.目前，世界公認(rèn)的平原運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行高原訓(xùn)練的最佳高度為海拔1800—2400米。表中所列的高原訓(xùn)練基地的海拔在這個(gè)范圍內(nèi)嗎？參照表2.2推測(cè)運(yùn)動(dòng)員在更高海拔訓(xùn)練反而達(dá)不到理想成績(jī)的原因?；顒?dòng)——了解大氣含氧量減少對(duì)人體產(chǎn)生的影響埃塞俄比亞肯尼亞1.在奧運(yùn)會(huì)等世界重大體育賽事中，來(lái)自非洲埃塞俄比亞、肯尼亞的中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員往往成績(jī)優(yōu)異。在非洲地形圖上，找出這兩個(gè)國(guó)家，歸納它們共同的地形特點(diǎn)。由此，你能推測(cè)這兩個(gè)國(guó)家中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員成績(jī)優(yōu)異的原因嗎？埃塞俄比亞高原，平均海拔2500到3000米東非高原，平均海拔1200米左右兩國(guó)地形均以高原為主，海拔高，大氣稀薄，大氣含氧量低，有利于激發(fā)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)潛力活動(dòng)——了解大氣含氧量減少對(duì)人體產(chǎn)生的影響14活動(dòng)——了解大氣含氧量減少對(duì)人體產(chǎn)生的影響2.在中國(guó)地圖上找到右表所列的高原訓(xùn)練基地的位置。榆中多巴海埂興隆呈貢15都在范圍內(nèi)。隨著海拔的升高，氧氣含量越來(lái)越低，在更高海拔地區(qū)訓(xùn)練，含氧量過(guò)低，超過(guò)了人體的最大耐受力，反而是運(yùn)動(dòng)員的整體表現(xiàn)下降活動(dòng)——了解大氣含氧量減少對(duì)人體產(chǎn)生的影響3.目前，世界公認(rèn)的平原運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行高原訓(xùn)練的最佳高度為海拔1800—2400米。表中所列的高原訓(xùn)練基地的海拔在這個(gè)范圍內(nèi)嗎？參照表2.2推測(cè)運(yùn)動(dòng)員在更高海拔訓(xùn)練反而達(dá)不到理想成績(jī)的原因。16大氣的垂直分層二、大氣的垂直分層地球大氣從地面向上可延伸到數(shù)千米高空，根據(jù)溫度、運(yùn)動(dòng)狀況和密度，大氣自下而上可以分為對(duì)流層、平流層和高層大氣。二、大氣的垂直分層1.對(duì)流層對(duì)流層是大氣圈的最底層，集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4和幾乎全部水汽、雜質(zhì)，大氣中的污染物也多集中在這一層。對(duì)流層的高度因緯度而異，在低緯度地區(qū)為17—18千米，在高緯度地區(qū)僅為8—9千米。對(duì)流層氣溫隨高度的升高而遞減，在對(duì)流層的頂部氣溫降至–60°C。二、大氣的垂直分層1.對(duì)流層對(duì)流層的大氣上部冷、下部熱，有利于大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。低緯度地區(qū)受熱多，對(duì)流旺盛，對(duì)流層所達(dá)高度就高。近地面的水汽和雜質(zhì)通過(guò)對(duì)流運(yùn)動(dòng)向上輸送，在上升過(guò)程中隨著氣溫降低，容易成云致雨。云、雨、霧、雪等天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層。人類(lèi)生活在對(duì)流層的底部。二、大氣的垂直分層2.平流層平流層范圍自對(duì)流層頂部至50—55千米高空。平流層氣溫隨高度升高而升高。該層大氣的下層氣溫隨高度變化很小，但是在30千米以上，氣溫隨高度增加而迅速上升。這是因?yàn)槠搅鲗又械某粞跷沾罅刻?yáng)紫外線，使大氣增溫。二、大氣的垂直分層2.平流層在22—27千米范圍內(nèi)，臭氧含量達(dá)到最大值，形成臭氧層。臭氧層使地球上的生命免受過(guò)多紫外線的傷害，被稱(chēng)為“地球生命的保護(hù)傘”。二、大氣的垂直分層2.平流層平流層的大氣上部熱、下部冷，不易形成對(duì)流，以平流運(yùn)動(dòng)為主。該層大氣中水汽和雜質(zhì)含量很少，無(wú)云雨現(xiàn)象，能見(jiàn)度好，適合航空飛行。鮑姆加特納從空中跳下的高度就在平流層范圍內(nèi)。那里氧氣稀薄、氣溫低，必須配備特制的宇航服。二、大氣的垂直分層2.平流層平流層的大氣上部熱、下部冷，不易形成對(duì)流，以平流運(yùn)動(dòng)為主水汽和雜質(zhì)含量很少，無(wú)云雨現(xiàn)象，天氣晴朗，能見(jiàn)度好高層大氣二、大氣的垂直分層3.高層大氣平流層以上的大氣統(tǒng)稱(chēng)高層大氣。自平流層頂部開(kāi)始，由于沒(méi)有吸收紫外線的臭氧，高層大氣自平流層頂部開(kāi)始?xì)鉁貢?huì)下降。隨后，由于大氣吸收了更短波長(zhǎng)的太陽(yáng)紫外線，溫度又持續(xù)上升。在300千米的高空，溫度可達(dá)1000℃以上二、大氣的垂直分層3.高層大氣在80-120km的高空，多數(shù)來(lái)自太空的流星體會(huì)燃燒，產(chǎn)生流星現(xiàn)象。在80-500km的高空，若干電離層能反射無(wú)線電波，對(duì)無(wú)線電通信有重要作用。二、大氣的垂直分層3.高層大氣高層大氣的空氣密度很小。在2000—3000千米的高空，大氣的密度已經(jīng)與星際空間的密度非常接近。這里的一些高速運(yùn)動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)經(jīng)常散逸到宇宙空間，這個(gè)高度可以看作是地球大氣的上界。20世紀(jì)80年代初，科學(xué)家觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，南極上空每年春季臭氧含量比之前有大幅度下降，并將這一現(xiàn)象稱(chēng)為“臭氧空洞”。“臭氧空洞”的出現(xiàn)，表明臭氧層被破壞，臭氧含量減少。為了保護(hù)臭氧層，國(guó)際社會(huì)于1985年締結(jié)了《保護(hù)臭氧層維也納公約》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《公約》），開(kāi)啟了全球攜手保護(hù)臭氧層的歷程。1987年9月16日，46個(gè)締約方在加拿大蒙特利爾達(dá)成了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《議定書(shū)》），限制生產(chǎn)和使用氯氟碳化物等消耗臭氧層的物質(zhì)。1995年，聯(lián)合國(guó)大會(huì)決定，每年的9月16日為“國(guó)際保護(hù)臭氧層日”。自學(xué)窗——全球合作

保護(hù)臭氧層《公約》和《議定書(shū)》得到了全世界絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的支持，成為聯(lián)合國(guó)數(shù)百個(gè)公約中參與度最高的公約?！豆s》及其《議定書(shū)》的有效實(shí)施，使得“臭氧空洞”開(kāi)始縮小，在全球范圍內(nèi)避免了數(shù)百萬(wàn)例可能由紫外線帶來(lái)的人類(lèi)疾病，如皮膚癌、白內(nèi)障等。另外，保護(hù)臭氧層還減緩了氣候變化的幅度。目前，人類(lèi)面臨的全球性環(huán)境問(wèn)題，如全球變暖、臭氧層破壞等，都需要國(guó)際合作才能解決。保護(hù)臭氧層的成功，成為全球合作成功解決這類(lèi)問(wèn)題的典范。自學(xué)窗——全球合作

保護(hù)臭氧層課堂小結(jié)小結(jié)課堂小練貝母云是指在高緯度地區(qū)20～30千米高空出現(xiàn)的一種色彩絢麗、薄而纖細(xì)的罕見(jiàn)云彩。其色彩排列如虹，因云中微小粒子衍射所形成。下圖為北歐芬蘭拉普蘭地區(qū)上空的貝母云。據(jù)此完成下面小題。1.貝母云通常位于大氣中的(

)A.對(duì)流層B.平流層C.軟流層D.高層大氣2.貝母云形成所需的特殊條件最可能是(

)A.強(qiáng)烈對(duì)流運(yùn)動(dòng)B.極地極晝現(xiàn)象C.大氣低溫環(huán)境D.水汽、雜質(zhì)多BC1.答案：B解析：對(duì)流層的平均高度約為12千米，最高在赤道地區(qū)可達(dá)17-18千米，貝母云出現(xiàn)在20-30千米高空，不在對(duì)流層，A錯(cuò)誤。平流層位于對(duì)流層之上，高度范圍大約從對(duì)流層頂部至50-55千米高空，20-30千米屬于平流層范圍，所以貝母云通常位于平流層，B正確。軟流層位于上地幔上部，深度在80-400千米左右，不屬于大氣分層，C錯(cuò)誤。高層大氣是指平流層以上的大氣，D錯(cuò)誤。故選B。2.答案：C解析：強(qiáng)烈對(duì)流運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在對(duì)流層，而貝母云位于平流層，平流層氣流以平流運(yùn)動(dòng)為主，A錯(cuò)誤。貝母云在高緯度地區(qū)出現(xiàn)，極晝現(xiàn)象與貝母云的形成沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，B錯(cuò)誤。高緯度地區(qū)平流層大氣溫度低，水汽易凝結(jié)成微小粒子，這些微小粒子在特定條件下發(fā)生衍射形成貝母云，所以大氣低溫環(huán)境是貝母云形成的特殊條件之一，C正確。平流層水汽、雜質(zhì)含量少，D錯(cuò)誤。故選C。解析根據(jù)大氣物理性質(zhì)的差異，把地球上的大氣分為對(duì)流層、平流層和高層大氣。下圖中甲、乙、丙為三個(gè)大氣分層的氣溫垂直變化圖。據(jù)此完成下面小題。3.圖示中甲、乙、丙所代表的三個(gè)大氣分層(

)A.甲是平流層B.乙是高層大氣C.丙是對(duì)流層D.甲是臭氧層4.圖示中的甲所代表的大氣分層(

)A.質(zhì)量占大氣圈質(zhì)量的1/4B.大氣以水平運(yùn)動(dòng)形式為主C.厚度有明顯的區(qū)域差異D.大氣垂直方向上熱交換少5.乙代表的大氣分層內(nèi)常見(jiàn)(

)A.連綿的云層B.濃綠的森林C.飛行的客機(jī)D.眾多的流星BCD3.答案：B解析：甲圖氣溫隨高度增加明顯下降，為對(duì)流層；乙圖氣溫隨高度增加先下降后上升，為高層大氣；丙圖氣溫隨高度增加而緩慢上升，為平流層。故選B。4.答案：C解析：結(jié)合上題分析，甲為地球大氣的對(duì)流層，對(duì)流層占地球大氣圈質(zhì)量的3/4，A錯(cuò)誤；對(duì)流層大氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著，B錯(cuò)誤；對(duì)流層厚度受地球表面不同區(qū)域熱量差異的影響，厚度空間變化和時(shí)間變化較為顯著，C正確；受下熱上冷大氣結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)流層對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著，大氣在垂直方向上熱交換較多，D錯(cuò)誤。故選C。5.答案：D解析：結(jié)合上題分析，乙圖表示的是地球的高層大氣，云層集中在大氣的對(duì)流層，森林也出現(xiàn)在地球大氣的對(duì)流層，A、B錯(cuò)誤；飛行的客機(jī)多出現(xiàn)在地球大氣的對(duì)流層或平流層，C錯(cuò)誤；流星現(xiàn)象在地球的高層大氣出現(xiàn)頻率較高，D正確。故選D。解析讀地球大氣垂直分層圖(部分),完成下面小題。6.①②③④四條曲線中,正確表示該大氣層氣溫垂直分布情況的是(

)A.①B.②C.③D.④7.影響該大氣層氣溫垂直變化的主要因素是(

)A.地面輻射B.CO2吸收地面輻射C.臭氧吸收紫外線D.人類(lèi)活動(dòng)8.有關(guān)圖示大氣層的敘述正確的是(

)A.有電離層,對(duì)無(wú)線電通信有重要作用B.天氣晴朗,對(duì)流旺盛,利于高空飛行C.上部冷下部熱,空氣以平流運(yùn)動(dòng)為主D.頂部與底部氣溫相差50℃左右ACD6.答案：A解析：平流層氣溫的垂直分布規(guī)律

從圖中高度范圍可知，該大氣層為平流層，隨高度的上升，溫度開(kāi)始變化不大，后隨高度上升，溫度迅速升高。7.答案：C解析：影響平流層氣溫垂直分布的因素

平流層大氣中含有大量臭氧，它能強(qiáng)烈吸收紫外線導(dǎo)致大氣升溫。8.答案：D解析：平流層的特征

平流層上熱下冷，空氣以平流運(yùn)動(dòng)為主，天氣晴朗，利