正文 第2章 大氣、氣候與人類(1 / 3)

地球的外衣——大氣

大氣是包圍地球的空氣總體。它是地球上一切生命賴以生存的重要物質條件之一。大氣不僅隨地球的轉動而運動,而且相對於地殼,又有自身複雜的運動。

大氣是以氧、氮為主的多成分混合氣體,地表附近密度最大。接近地表的幹燥空氣,標準狀況下每升重1.293克。大氣的密度和氣壓均隨高度的增加而減小。大氣總質量約5.3×10(上標18)千克,約占地球總質量的百萬分之一。大氣總質量的99.9%集中在48千米以下,約在距地表一個地球半徑以外的高空,逐漸向星際空間過渡。

由於地球表麵的性質不同(如海、陸、植被等),大氣的成分、物理性質和運動狀態都存在著地區性的差異。

大氣不僅提供人類賴以生存的氧氣,而且還是地球上生命的保護層。所以可以毫不誇張地說,如果沒有大氣,地球上也就沒有人類及其他各種生物了。大氣是人類生活必不可少的。有關的生理學實驗表明,人體能夠10天不吃食物、5天不喝水仍然存活。但是,人體能忍受缺乏大氣的時間卻僅僅隻有5分鍾。超過這個時間,人類生命就存在危險。

地球大氣是經曆了一係列複雜的演化過程,才形成了現在這種大氣組成、層次結構和物理屬性的.人們對大氣演化的認識至今並不完全。人們隻知道大氣的發展演化一直沒有停止過,大氣有著比大海更深、更廣的空間。

大氣圈分為五層

我們抬頭仰望,那湛藍的天穹就是緊緊裹著地球的大氣圈。科學研究的結果表明,大氣圈是地球最外麵的一個圈層。

大氣圈以地麵或海麵為下界,卻沒有明確的上界,這是因為空氣隨著高度的增高而變得愈來愈稀薄。整個大氣圈的厚度約為2000千米~3000千米,它的質量大約是6000萬噸。

大氣的組成非常複雜,氣象工作者們根據空氣密度與高度的關係,通常把它劃分為五層:對流層、平流層、中間層、熱成層(也稱作熱層)和外大氣層(也稱作外層)。

對流層位於大氣的最下一層,空氣在這裏經常發生垂直方向的對流,較熱的空氣向上升,而較冷的空氣往下降。對流層的厚度大約為8千米~18千米,它的高度變化與緯度存在密切的聯係,一般是熱帶地區對流層較厚而寒帶地區較薄。在對流層中,每升高1千米,氣溫降低6.5℃左右,所以在對流層的頂部,它的溫度接近或低於0℃。由於大氣中的水汽幾乎全部集中在對流層中,因此,我們常見到的刮風下雨現象都發生在對流層內。

平流層位於對流層的上麵,一直延伸到離地麵50千米~60千米的高空。空氣在這一層裏主要沿水平方向移動,移動時可達到很快的速度,平流層的名稱就由此而來。

平流層之上是中間層,中間層之上便是熱成層,熱成層的特點是溫度極高,約在900℃~1200℃。熱成層的上方即是外大氣層。

人類生活在大氣層的最底層,也就是對流層。它的厚度隨緯度的變化而變化,比如說中高緯度地區,我國多數地區都在中高緯度,對流層的厚度在10千米~12千米,低緯度地區比如說廣州、海南等地,對流層的厚度在17千米~18千米。對流層集中了人類需要的空氣的大部分成分,大氣質量的80%以上幾乎全部的水汽都在這一層。其主要成分有氮(含量約為78%)、氧(含量接近21%)、氬氣(接近1%)、二氧化碳(占0.003%),還有一些容積極其微小的次要成分。比如水汽、一氧化碳、二氧化硫、臭氧等。此外還有顆粒物,比如塵土、塵埃、鹽粒、水滴、冰晶等。

地球的“工藝師”——氣候

我們人類賴以生存的隻有一個星球,那就是地球。地球上豐富多彩的生物和人類高度的文明,使它成為當代人類所知道的最美麗的星球。當問到美麗的地球是誰塑造的?科學會告訴我們,這個最偉大的“工藝師”是氣候。

地球氣候一個最突出的特點是適於生物與人類生長。地球的氣候在大多數地區都有一個0℃~40℃的生長季節。在這一溫度範圍內,水成液態,並作為最好的媒介攜帶大量養分進入生物體各器官組織,又把它們的無用廢物帶出體外。這種完善的新陳代謝活動,隻有在地球氣候條件下才能進行。隻要看一看太陽係的其他行星的高達數百度的高溫和低到零下百多度的低溫,我們不能不歎服地球得天獨厚的氣候。

氣候是塑造地球的優秀“工藝師”。它不僅給生物界和人類準備了適宜生存與發展的氣候條件,而且還製造了肥沃的土壤。土壤是由兩個循環過程形成的。一個是地質大循環,另一個是生物小循環。可以說前一過程是造成坯胎,後一過程是精細加工。兩個循環中,氣候都起著“工藝師”的作用。

地球的陸地原來主要是由地下岩漿噴流到地麵後冷卻的岩石組成。岩石有兩個特點:一個特點在於它由各種膨脹係數不同的礦物質所組成;另一特點是岩石為熱的不良導體。利用岩石部分的不同物質和距表層深淺不同,受熱和冷卻時熱脹冷縮的程度有別,使岩石裂開,以致形成碎粒,在這方麵作用最大的是溫度的變化。在幹燥熱帶沙漠地表晝夜溫差可達40℃~60℃,高山與高原裸露的岩石晝夜溫差也可達40℃以上。當你在幹旱地區過夜,在夜深人靜與氣溫下降的時候就可以聽到岩石的爆裂,這種作用叫作風化。岩石經風化後,封閉在其內部的各種養料元素便釋放出來,成為土壤中養分及海水中各種鹽類的來源。