大气的组成和垂直分层教案

大气的组成和垂直分层

★教学目的

1.了解大气的组成及其作用；认识人类活动对大气成分的影响；知道大气的结构，掌握

对流层和平流层大气的特点。

2.培养读图、阅读和概括能力；运用对比法分析地理问题的能力。

3.了解人类活动对大气环境的影响和作用，树立人类与环境相互协调、走可持续发展道

路的观念和意识。

★重点、难点

1.重点：大气主要成分的环境意义；对流层、平流层大气的特点；人类活动与各层大气

的关系

2.难点：大气垂直分层的依据；对流层、平流层大气的特点。

★教材内容分析

本章是讲述人类生存与发展的自然环境的重要组成部分，与第一章地球的宇宙环境相

比，它所揭示的"人与自然"的关系更为密切，阐明为人类提供的生存空间的条件更为广阔。

大气环境是人类三大环境，即大气、海洋和陆地环境之一，是海洋和陆地两环境的物质、能

量交换的动力和媒体。本节教材的涉前、涉后的知识较多，是整个单元的基础。如：臭氧对

紫外线的吸收，二氧化碳的保温作用，人类活动对大气的影响等等，对于这些内容要主要不

要讲得太细，要点到为止，考虑到以后的教学。

★教学方法

启发式；读图分析法；对比讨论法；资料分析法

★课时安排：

1.5课时

★教学过程

引入新课：地球是宇宙中既普通又特殊的一颗行星，特殊的是它拥有生命，正是因为有了大

气才使得生命的形成有了可能，从今天开始我们一起学习第二单元“大气环境”。

新课讲授：

[板书]第二单元 大气环境

读书第28页，思考：地球表面的大气有什么作用？

[板书]引言

围绕在地球周围的厚厚的大气，阻挡了来自宇宙和太阳的有害辐射，成为地球上生物生存不

可缺少的保护层；大气既提供了动植物维持生命活动所需要的各种气体，又对地球自然环境

产生深刻的影响。例如，地面上的水蒸发成水汽进入大气，大气中的水汽又凝结成雨、雪等

降落地面，使得地球上的水循环不止。又如，增温、降温、刮风、下雨等大气现象，在漫长

的地质年代里，不断地雕塑着地球表面的形态。如果地球上没有大气，也就没有生物界，没

有人类及其赖以生存和发展的自然环境。大气是地球自然环境最活跃的组成部分。过渡：下

面，我们先了解一下大气的组成和结构。

[板书]第一节 大气的组成和垂直分层

一、大气的组成及其作用

大家想一想，在我们周围的大气中，除了纯净的空气，还有些什么物质？

读表2-1，"干洁空气的主要成分"，回答下列问题：

1． 干洁空气的主要成分是什么？各有什么作用？

氧是人类和一切生物维持生命活动所必需的物质；氮是地球上生物体的基本成分。大气中的

微量成分二氧化碳和臭氧，含量虽少，但对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。二

氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，并对地面起保温作用。臭氧能大量吸收太阳紫

外线，保护地球上的生物免受过多紫外线的伤害，被誉为“地球生命的保护伞”；而穿透大

气射到地面上的少量紫外线，又对人们起到杀菌治病作用。

2．除了氮和氧，干洁空气中还有哪些气体呢？各有何作用？

思考：空气中的水汽和固体杂质又有什么作用？

是天气变化的重要角色。水汽的相变（气态、液态、固态三者的互相转变），产生了云、

雨、雾、雪等一系列天气现象，并伴随着热量的吸收和释放，直接影响地面和大气的温度。

固体杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件。大气中水汽和固体杂质的含量因时因地而异。

氮――生物体的基本成分

氧―－维持生命活动 二氧化碳――对地面起保温作用 臭氧――地球生命的保护伞

固体杂质和水汽――成云致雨的必要条件

然而，大气的组成不是固定不变的，人类活动造成的大气污染，使大气的成分发生了越

来越明显的变化。

资料：

（1）由于煤、石油等矿物燃料的使用越来越多，人类社会每年排放的二氧化碳总量在过去

三十年里增加了一倍，再加上大量砍伐森林，减少了绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳的

能力，大气中二氧化碳的浓度在过去三十年里增长了12％。

（2）氯氟烃是一种人工合成的化合物，主要用于制冷剂、火箭推进剂等，到80年代中期为

止，全球氯氟烃的年消费量已达到100万吨。

提问：大气组成的这种变化，会产生什么影响？

小结：

1．如果二氧化碳继续增加，地球持续不断变暖，对人类生存将产生严重影响。它将使

极地冰雪融化、海平面上升，世界上许多的桑田将变成沧海。

2．氯氟烃给人类带来的危害是正在损害大气的臭氧层，导致全世界皮肤癌发病率上升

和全球气温增高。

由于人类活动造成的危害是全球性的，目前，已引起了国际社会的高度重视，纷纷采取

措施，保护全球的大气环境。

二、大气的垂直分层

思考：非洲最高的山峰乞力马扎罗山，地处赤道附近，山顶却终年积雪，这是为什么？

气温随海拔高度的增加而递减，乞力马扎罗山海拔高（接近6000米），因此，山顶气温很低，

终年积雪。

大气的质量虽然只相当于地球质量的百万分之一，却分布在地球外围 2000～3000千米

的大气层中，在这厚厚的大气层中，气温随高度的增加是不是一直递减呢？

读图2-1"大气的垂直分层"图，并阅读课文，思考以下问题：

1.地球大气共分哪几层？

2.在不同纬度，对流层高度是否一样？为什么？

3.对流层和平流层的气温如何随高度而变化？原因是什么？

4.对流层和平流层中，大气运动的特点是什么？

5.对流层和平流层大气与人类有何关系？

6.为什么说平流层是人类生存环境的天然屏障？

每组找代表讲述一个问题。

教师小结：

1．地球大气自下至上可分为对流层、平流层和高层大气。

2．不同纬度，对流层高度不一样。

这是因为：低纬地区，地面受热多，对流活动旺盛，因此，对流层的高度高；而高纬地区，

地面受热较少，对流活动较弱，所以，对流层的高度低；中纬地区则适中。

3．对流层气温随高度升高递减；平流层气温随高度升高递增。

这是因为两层的热源有所不同。对流层大气的热量绝大部分直接来自地面，因此，离地面越

高的大气，受热越少，气温越低，气温垂直递减率为0.6℃／100米；而平流层大气中，由

于含有臭氧，能大量吸收太阳紫外线，使气温随高度增加而迅速上升。

4．在对流层中，由于空气上冷下暖，使得热的地方气温高，空气密度小，容易产生空

气的上升运动，冷的地方因有空气流向热的地方，从而产生下沉运动，这样就形成了大气的

对流运动，所以，对流层是以对流运动为主；而平流层上热下冷，大气稳定，不易形成对流，

因此以水平运动为主。

5．由于对流层大气最靠近地面，几乎集中了全部的水汽和杂质，在大气对流过程中，

容易形成云、雨、雪等天气现象，因此，对流层天气现象复杂多变，与人类的关系最为密切；

而平流层以水平运动为主，且水汽和杂质极少，故云、雨现象近于绝迹，天气晴朗，有利于

高空飞行。

6．地球外80――500千米的大气层，有若干电离层。电离层大气处于高度电离状态，

它们就像一面反射无线电波的镜子，使电波在地面和电离层之间多次反射，从而实现了远距

离无线电通信。

列表归纳：

★总结：人们是这样比喻地球上的大气的：（1）大气是地球生命的保护伞；（2）大气是地球

的空调器；（3）大气是地球生命呼吸所需氧气的源泉；（4）大气是风云变幻的大舞台。可见，

大气对自然环境和人类有着重要的影响；大气的垂直分层则是地球大气的主要特征，其中，

对流层是与人类关系最为密切的层次；目前，由于人类活动造成的大气污染对大气的成分影

响越来越明显，已经引起了国际社会的广泛重视。

★布置作业

1．地图册p45。2．《课程基础训练》p12 ★板书设计

第二单元 大气环境

引言：大气的重要作用

第一节 大气的组成和结构

一、大气的组成及其作用：

二、大气的垂直分层

★参考资料：

地球大气的由来

人类赖以生存的大气，是围绕着整个地球的一个巨大的气体圈层，称为大气圈。大气在没有污染的情况下是透明、无色、无味、无臭的。这层大气由许多种气体组成，其中所包含的氧气对于人类的生存最为重要。这层大气处在不停的运动这中，我们所感到的风就是空气运动的表征。这层空气可以传递声波，帮助人类进行语言交流。这层大气的存在，还可以阻止有害于人类健康的辐射线进入人类居住的环境，保护人类的正常生活和世代繁衍。……这层大气对于人类和社会的进步是太重要了。

大气还以它变幻莫测的魅力吸引着人们。很早以前，人们就对这令人扑朔迷离的大气世界，产生了极大的兴趣。特别对于它的“身世”是最关心的了。大气是怎样诞生的？原始大气是什么样子？是否与今天的大气一样？……这一系列的问题，一直争论至今。人们都承认，地球大气是伴随着地球的形成过程，经过了亿万年的不断“吐故纳新”，才演变成今天的这个样子。但它是怎样演变的呢？一般认为，地球大气的演变过程可以分为三个阶。

原始大气阶段

大约在50亿年前，大气伴随着地球的诞生就神秘地“出世”了。也就是拉普拉斯所说的星云开始凝聚时，地球周围就已经包围了大量的气体了。原始大气的主要成分是氢和氦。当地球形成以后，由于地球内部放射性物质的衰变，进而引起能量的转换。这种转换对于地球大气的维持和消亡都是有作用的，再加上太阳风的强烈作用和地球刚形成时的引力较小，使得原始大气很快就消失掉了。

次生大气阶段

地球生成以后，由于温度的下降，地球表面发生冷凝现象，而地球内部的高温又促使火山频繁活动，火山爆发时所形成的挥发气体，就逐渐代替了原始大气，而成为次生大气。次生大气的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氢和氨等一些分子量比较重的气体。这些气体和地球的固体物质之间，互相吸引，互相依存。气体没有被地球偌大的离心力所抛弃，而成为大气的第二次生命棗次生大气。

今日大气阶段

随着太阳辐射向地球表面的纵深发展，光波比较短的紫外线强烈的光合作用，使地球上的次生大气中生成了氧，而且氧的数量不断地增加。有了氧，就为地球上生命的出现提供了极为有利的“温床”。经过几十亿万年的分解、同化和演变，生命终于在地球这个襁褓中诞生了。原始的单细胞生命，在大气所纺织成的“摇蓝”中，不断地演变、进化，终于发展成了今天主宰世界文明的高级人类。今天的大气也在这个过程中，获得了如此一个“美满的家庭”。

今天的大气虽然是由多种气体组成的混合物，但主要成分是氮，其次是氧，另外还有一些其它的气体，但数量则极其微小的。今天的大气之所以形成这种情况，是由于地球长期演化的结果。

关于今天的大气成分为什么是这样？它们是怎样长期演化来的，目前主要有两种看法。一种看法认为今天的大气就是从地球原始大气演化而来的。另一种看法则认为，原始大气已经不存在了，现在的大气是由于地球内部火山活动所喷发出的物质演化成的。为了分析说明这个问题，我们可以和地球的左邻右舍(金星和火星)进行一下对比。根据探测资料，金星的大气成分主要是碳酸气，它的下部主要是二氧化碳，另外还有少量的氧、氮、碳、氖、氦、水汽，上部有原子状态的氧。火星的大气成分主要是二氧化碳，另外还有些氨(NH)、氢、氧、水汽等物质。那么是不是以前的大气也是这样的呢？作为一个问题可以这样考虑。

假如地球原始大气也是以碳酸气为主的话，那么为什么和今天以氮和氧为主的成分不一样？假如地球大气主要是火山喷发出来的，根据现在火山喷发的资料来看，火山喷发物质中主要是水汽，占81％，二氧化碳占10％，另外还有氮、硫等等，但没有游离状态的氧。由此，可见，无论是从原始大气来看，还是从火山喷发气体中的这些成分都很少。而且大气中自从有了自由氧，才可能有臭氧的形成。有了氧，原始大气中的一氧化碳，经过氧化成为二氧化碳，甲烷经氧化成为水汽和二氧化碳，氨经氧化成为水汽和氮，因而二氧化碳才占优势。 二氧化碳在初始大气中占的分量很大，但是由于光合作用的发展，碳大量的被用来构成生物体，另外一部分碳溶解于海洋，成为海洋生物发展的一种物质。当大气中的二氧化碳较多时，溶解到海水体中的二氧化碳就相对增多。现在有一种看法认为，由于化石燃料的燃烧，二氧化碳的浓度在增大。但在二氧化碳浓度增大的同时，自然界生态平衡的结果也不可能使二氧化碳的浓度过分地增大，一定有一部分要溶解到水体中去。

再一个成分就是氮。现在大气中的主要成分是氮，但从原始大气中或火山喷发气中来看，氮的成分是很少的，只有百分之几。而现在氮的增多，主要有两个原因，一是氮的化学性质很不活跃，不太容易同其他物质化合，多呈游离状态存在；另一方面，氮在水中的溶解度很低，氮的溶解度仅相当于二氧化碳的七分之一，所以它大多以游离状态存在于大气中，由于二氧化碳的减少，初始水汽又大部分变成液态水，成为今天的水圈，相对来说，氮和氧的比例就增多了，所以今天氮有这么多，是和氮本身的特性有关的。当然，氮也进行着循环，一些根瘤菌可以吸收氮，使得一部分氮参加到生物循环里去，这些物质在腐烂分解后，又放出游离的氮；也有一小部分氮进入到地壳的硝酸盐中。氮虽参加循环，但大部分呈游离状态存在，相对来说，它的数量在增多，以致成为大气的主要成分。由此我们可以得出两点结论：第一，现在的大气成分是地球长期演化的结果，是和水圈、生物圈、岩石圈进行充分的物质循环的结果。可以说，这几个圈层是相互联系，互相渗透的一个整体。第二，现在的大气成分还在不断的进行着循环过程之中，而且这个过程基本是平衡的，稳定的，在短时期内不是会有明显变化的。

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

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，事实上它甚至还略有升高。

上述工具帮助人类认识地球大气的成分和结构。