环境地学大气圈.ppt

第一节 地球大气的组成和结构 一、如何确定大气圈的存在 大气圈：是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。 大气圈存在的主要证据或现象:??? 1、蓝色的天空?? ?? ? ? 2、白云 如果形成散射的粒子的形状是球形的，而且并不比阳光的波长小，所有的波长都是平均地被散射的，这种散射称迈耶散射。因此，云是白色的。 4、流星 二、大气的物质组成 （一）古人的认识 列子：天是气的集聚体，天不会塌下，即杞人忧天。??? 宋应星：盈天地皆气也，两气相轧而成声者，风是也。物 之充气者，如其激水然，气与水，同一易动之物。??? 达.芬奇：已有了空气和真空的概念。??? 伽里略：证明空气与其他物质一样有质量。??? 拉瓦锡（1743－1794）：指出空气是氮和氧的混合物 （二）地球大气的物质组成 1.大气总的质量：5×1018kg 2.大气的密度：1.23×10-3g/cm3 （15℃，海平面） 3.大气的组成：按体积计（按质量计）氮，78.09％（75.51％）氧，20.94％（23.15％）氩，0.93%（1.28％）其他，0.04％（0.06％） 亚里斯多德的猜想和伽利略的设想 古希腊哲学家亚里斯多德曾经猜想：我们这个世界是由四个壳层组成的，而这四个壳层又分别由四种原质构成，它们是：土(实心球),水(海洋),空气(大气)和火(一个不可见的外层,在闪电的闪光中,它偶而成为可见的)。他说，这些壳层之外的宇宙是由神秘的、纯粹的第五种原质构成，他把它叫做“以太”。在这样一幅图象之中，是没有“真空”(即“无物”)的位置的：在土的尽头，水就开始出现；土和水的尽头，气开始出现；火开始于气的尽头；而在火的尽头，以太又紧接着开始出现，它一直延续到宇宙的终级。 伽利略的学生托里拆利(Evangelista Torricelli)和维瓦尼(Vincenzo Viviani)在1644年真的进行了这个实验。他们选用了汞(汞的密度是水的13.5倍)。他们在一根约一米长的玻璃管里灌满汞，把开口的一端塞住，侄过来立在盛汞的盘中，然后拿开塞子。这时汞开始从管子流到盘里，但当管内汞面降低到比盘内汞面只高760毫米时，汞就不再从管里流出，而一直保持这个高度了。第一个“气压计”就是这样做成的 是什么使汞柱保持一定的高度呢？维瓦尼提出，这是由于大气的重量向下压在盘中的液体上。这是一个具有革命性的思想，因为按照亚里斯多德的概念，空气是没有重量的，它只不过在土球的外面占有它自己固有的范围。但是现在人们开始明白，10米高的水柱或760毫米高的汞柱为大气的重量提供了一个量度，也就是说，这水柱或汞柱的重量就等于截面与之相同、高度为从海平面到大气顶部这样一个空气柱的重量。如果空气具有有限的重量，大气就一定会有有限的高度。这样，如果在大气层的各个高度上密度处处相同的话，大气层的高度就恰好是8公里左右。 由于空气受压时会收缩，所以在海平面上空气一定最稠密，而沿着指向大气层顶部的方向，随着高层空气重量的减小，空气变得愈来愈稀薄，法国数学家巴斯卡(Blaise Pascal)第一个证实了这个情况，1648年，他让他的姻兄弟帕瑞(Florin Perier)带着一个气压计登上一座高约1.5公里的山，并请他在登高时随时注意气压计中汞柱高度下降的情况 近代对高空大气的探索 理论计算表明，如果温度在整个高度上处处相同，那么，高度每增加公里，空气压强就将减小为原来的1/10。换句话说，在19公里的高空，空气所能支持的汞柱高度将从760毫米降低为76毫米；在38公里的高空，将降低为7.6毫米；而在57公里的高空，将降低为0.76毫米，等等。在170公里的高空，空气压强就会仅仅相当于0.000000076毫米汞柱。 实际上，所有这些数字都只是近似的，因为空气的温度是随高度而变化的。不过，这些数字确实能使图象变得清楚一些，而且我们可以看到，大气层并没有明确的边界，它只是逐渐稀薄下去，一直到变成几乎一无所有的宇宙空间。人们曾经探测到160公里高空处的陨星光迹，那里的大气压只有地球表面的几百分之一，而空气的密度却只有十亿分之一。但这一点点空气就足以使它们那一点点物质因摩擦而燃烧到白炽。由于受到外层空间高速粒子的轰击而发出冷辉光的气体所形成的极光棗北极光，则位于海平面以上800-1000公里的高空 。 直到十八世纪末期，人们所能接触的高层大气似乎还从未超过高山的山顶。1892年设计出了带有仪器、无人乘坐的气球，这些气球能够上升得更高，从过去从未探索过的高空气层带回那里大气的温度和压强的情报。 在离地只有几公里的空中，正象人们所预料的，温度逐渐下降。在11公里左右的高空,温度为-55℃.但是，再往上去情况就令人惊奇了。在这个高度以上温度并不降低，事实上它甚至还略