大气的组成和垂直分层

童凌燕 华东师大地理系

教学目标：

知识与技能：

1. 能说出大气的成分以及各成分的作用；

2. 理解大气圈对地球生命的保护作用,理解“防弹衣”、“遮阳伞”、“保温被”的作用机制，

能说出大气保温作用的过程； 3. 能说出大气的垂直分层有哪几层，理解对流层和平流层在热源的作用下所表现出的各个

性质； 过程与方法：

1. 举例分析大气的成分和作用；

2. 读大气垂直分层示意图，分析大气各层的特征； 3. 讨论为什么大气是地球生命的“防弹衣”、“遮阳伞”、“保温被”。 情感态度与价值观：

认识大气对地球生命的积极意义，建立保护大气的观念。 教学重点：

1、大气对地球生命的保护作用； 2、大气层对流层和平流层的特点。 教学难点：

1、大气对地球生命的“保温被”作用；

2、大气各层因热源和成分差异而表现出不同性质。 教学方法：

讲述法，提问法，分析法，多媒体辅助法

教学安排： 1课时

教学过程： 【导入一】：有没有人知道地球上存在多少物种？那你们知不知道是谁保护了我们？ 500万到一亿种,但是被人类发现的大概只有200万种左右。 【教师】：这个大气我们可以给它加一个定语“适宜生命生存的”大气。那么大气是从哪些方面表现出它的适宜生命生存的呢？我们从它的成分以及它对地球生命的保护作用两个方面来讲。 【导入二】：地球是太阳系中一颗特殊的行星，它的特殊之处在于这里有多姿多彩的生命存在。地球上为什么会有生命的存在？ 【学生可能回答】：因为地球上有大气，有液态水。 【教师】：对，因为地球上有大气存在，但是我们要加一个定语——适宜生命生存的大气，因为有些行星上也有大气，比如金星和火星，但它们的大气的成分都是二氧化碳,而且金星大气太厚,火星大气太薄,都不适宜生命的生存。而刚刚同学们说的液态水，水之所以能以液态的形式存在，也是地球大气的功劳。而它的非凡体现在它的成分和作用上，我们先来看大气的成分。

一、 大气的组成

1、 干洁空气的组成

【提问】：就你们所知大气的成分都有什么？ 【学生可能回答】：氧气，氮气，水汽（水蒸气）、二氧化碳、尘埃、杂质.......

【当学生出现水蒸气的答案时讲解水汽和水蒸气的区别】 【将学生的答案归类】

【教师】：包围在地球外部的气体总称为大气，它是由干洁空气，水汽和微小尘埃（如果学生答不出这两项可以用下雨下雪等常见天气现象予以引导）组成的混合物。 【干洁空气组成图】

你们刚刚所说的氧气、氮气、二氧化碳都是属于干洁空气的范畴。高纯度的氧气是会爆炸的，所以大自然完美的以1比4的比例稀释了这些氧气。除此之外还有1%的其他气体。这1%的气体包括0.93%的氩和0.036%的二氧化碳。二氧化碳仅仅只有0.036%而已，所以就体积来看大气中的二氧化碳的含量并不算多，但是就是这0.036%的二氧化碳支撑起了怎个生物链，因为二氧化碳它是植物进行光和作用必须的物质。而没有植物，地球上也就不会有动物的存在。

2、 水汽和尘埃

【思考】：大气中的水汽和尘埃来自哪里？ 先来水汽。 【学生可能回答】：略 【教师总结】：大气中的水汽主要来自于地表水分的蒸发，那么地表的性质，以及温度是否会影响大气中水汽的含量？

那么夏季和冬季大气中水汽的含量是否有差异？ 沙漠地区和森林地区水汽含量是否有差异？

所以大气中水分的含量是有时间和空间的差异的。 【思考】：大气中的尘埃来自哪里？ 【学生可能回答】：火山，沙漠，工厂废气 【教师总结】：所以尘埃主要来自于自然和人类活动。除此了尘埃外，大气中还存在着少量的晶体盐和固态和液态的化学物质。（有诗云：惊涛拍岸卷起千堆雪）晶体盐主要是由于海浪拍击海岸，扬起的浪花飞溅入空中并蒸发，细小的盐粒便留在了大气中。 【提问】：组成大气的各个成分各自在大自然中扮演着什么角色呢？他们各起什么作用？ 【学生回答】：略

干洁空气 O2 N2 CO2 水汽 尘埃

动植物呼吸，氧化剂 氮是蛋白质的主要组成部分 植物进行光合作用，保温 成云致雨 成云致雨，凝结核 【教师总结】：由大气构成的连续的圈层就是大气圈。构成大气的成分多样，而且不同地区由于地表的情况不同，各区域的大气的组成也不是完全固定的。整个大气圈的质量仅仅占地球质量的百万分之一，而且这些质量也不是均匀分布的。 【思考】：大气的密度在垂直高度上有什么变化吗？（想想如果我们去青藏高原旅游的话会出现什么生理反应？）为什么？ 【学生可能回答】：密度随着高度的增加而减小，原因是受地球引力的作用。【引导学生从大气是因何原因包围地球的来回答】

【展示：大气密度分布图】

【教师】：就像同学们说得，由于地球引力的影响，靠地球越近的物体受到地球的引力越大，所以越接近地表的地方聚集的大气越多，越远的地方大气越稀薄。实际上地球90%的大气都集中在15千米的高度以内，99.9%的大气分布在50千米的范围内。而到了2000千米以外的高度，大气就已经极其稀薄了，所以大气是没有明显的上界的。

二、 大气对地球生命的保护

【承转】：刚刚上课时我们就说了，地球上之所以有生命存在的原因是因为大气的存在，那么大气究竟为地球生命都做了哪些呢？ 【教师】：大气对地球的保护作用可以体现在三个方面用形象一点的语言来说叫做“防弹衣”、“遮阳伞”、“保温被”，这三个你们哪一个比较熟悉？。

1、防弹衣 【教师】：“防弹衣”在学习月球环境的时候我们就已经有过介绍了，谁能给大家解释一下防弹衣是如何起作用的？ 【学生可能回答】略 【教师】：如果没有大气的话，我们地球也会像月球表面一样坑坑洼洼。目前地球上最大的陨石坑是墨西哥希克苏鲁伯陨石坑， 这是由一颗直径为10千米的陨石撞击地球形成的，【相当于100兆吨的黄色炸药的爆炸力，撞击后陨石完全蒸发，】人们普遍认为是希克苏鲁伯撞击导致恐龙灭绝。 如果不是有大气的存在，就会有更多巨大的陨石撞击地球。我们地球就要每天生活在枪林弹雨之中，随时走上恐龙灭绝的道路。

2、遮阳伞 【教师】：遮阳伞作用是指大气中的水汽、尘埃和空气分子对太阳辐射进行反射（云层和较大的尘埃粒）、吸收和散射的作用，使得最终达到地表的太阳辐射大大削弱，使得白天地表的温度不至于太高，尤其是大气圈中的臭氧层能吸收大量的紫外线，保护地球生物免遭强烈的辐射。强烈的紫外线可以使蛋白质变性，失去活性，医院用紫外线进行消毒利用的就是这个性质。（大气对太阳辐射的吸收主要集中在紫外（臭氧）和红外区（二氧化碳和水汽），对可见光的吸收几乎为0，太阳辐射的总能量50%集中在可见光区，43%集中在红外区，7%集中在紫外光区。散射是改变太阳辐射的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播，因而经过散射，一部分太阳辐射就到不了地面。太阳辐射通过大气遇到空气分子，尘粒、云滴等质点时，都会发生散射。散射能力与波长的四次方成反比，所以波长越短散射越强，雨过天晴，天空呈青蓝色，是因为青蓝色的波长容易被大气散射的缘故。大气中的云层和较大的颗粒的尘埃能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去，其中云层的反射作用做显著，大家自己也会有这样的生活体验，

有云的时候很凉快，没有云的时候很暖和，就是因为云层反射了太阳光的缘故。） 不过，如今我们地球的遮阳伞已经变成一把破阳伞了。知道为什么吗？ 【学生可能回答】：略 【教师】：臭氧从地面到70千米的高空都有分布，其最大浓度在中纬度24千米的高空，向极地缓慢降低，最小浓度在极地17千米的高空。20世纪50年代末到70年代就发现臭氧浓度有减少的趋势。1985年英国南极考察队在南纬60°地区观测发现臭氧层空洞，自此，臭氧洞就逐年扩。如今在北极也开始出现臭氧洞了。但是对于是什么造成了臭氧层的空洞还没有完全的定论，虽然大部分科学家都认为是氟氯烃造成了臭氧层空洞，但对于氟氯烃是如何到达臭氧层的高度，而且为什么仅仅在两极出现臭氧洞都没有合理的解释。现在也有科学家提出时由于地磁场的偏转作用使得大量来自太阳的高能粒子在两极集中，破坏了那里的臭氧分子，才导致臭氧的浓度降低的。不过具体如何还有待进一步的探索。不过仅就个人看法，第二种说法有给人类开脱的嫌疑。

3、保温被 【教师】：保温被的作用，大家看书本上78页的大气保温作用示意图。太阳辐射经过大气层，一部分被反射回宇宙空间，一部分被大气吸收，剩下的太阳辐射到达地表使得地表升温。升温后的地表也以电磁波的形式向外辐射能量。来自太阳的辐射因为波长大多较短称为短波辐射，而地表的辐射主要是以红外辐射的方式，故称为长波辐射。大气中的水汽、尘埃和二氧化碳对长波辐射的吸收作用强烈，所以地面的长波辐射75%~90%被大气吸收，只有一小部分射向了宇宙空间。而大气吸收了来自太阳的短波辐射和来自地面的长波辐射，大气升温，也会以长波辐射的形式往外辐射能量。大气辐射一部分射向近地面一部分射向宇宙空间。射向地面的这部分大气辐射叫做大气逆辐射。就是这部分大气逆辐射使得地面保持一定的温度。就像是给地球盖上了一层厚厚的被子 【提问】：现在同学们想一想，既然是大气逆辐射使得地面能够保持一定的温度那么云层的厚度是否会影响大气逆辐射的强度？ 【学生可能回答】：略 【教师】：云实际上是水汽的集合，云量越多吸收的地面长波辐射越多，相应的大气逆辐射也就越强，保温作用也就越强。 【提问】：现在秋季到了，再过一阵子，我们早上起来的时候就可以看到地面上有霜，那么在什么样的夜晚会出现霜？是晴朗的夜晚，还是多云的夜晚。 【学生可能回答】：略 【教师】：晴朗的夜晚，云量和水汽稀少，大气逆辐射弱，大气保温作用弱，地面损失热量多，会出现霜冻。

三、 大气垂直分层

【承转】：刚刚说了臭氧层最大浓度在中纬度24千米的高空，向极地缓慢降低，最小浓度在极地17千米的高空。大气的质量大部分集中在距离地表15km的范围内，可见大气在垂直方向上是存在较大差异的。接下来我们就要具体来看看大气在垂直方向上的分布。 【教师】：有诗云“我与乘风归去，又恐琼楼玉宇高处不胜寒”为什么高处不胜寒呢？又有是云“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”这句诗有反应了什么自然想象呢？ 【学生可能回答】：略 【教师】：这两首诗都反映了同一个自然想象，那就是不同的海拔，温度不同。而大