二、地理系统的大气要素

　　大气圈是围绕着地球呈圈层结构，由气体混合体空气、液态微滴和固态颗粒组成的，具有特定性质和运动形态及某种规定边界的分布空间。它在整个地理系统中的位置、分布和作用，早已为广大读者所熟知，并且也被阐述得相当清楚。按照我们对于地理系统的规定，只有大气圈中近地面约100米以下那个层次才是系统的组成部分，其余的为系统的“环境”。

　　大气圈中所包括的物质质量，与它所占据的庞大空间相比较，显得十分微小。若以大气的相对质量为1，则出现如下的数字：

　　位于地表以上的低层大气，是由多种气体分子混合组成的。如果暂且抛开固体微粒和水蒸汽，其成分分别为：

　　以上的这些成分，由于气体所进行的湍流运动和平流运动，可以达到充分的混合。根据测定，直到地面以上高度为100公里的地方，空气的分子量仍然维持不变，稳定地保持着28.966的数值。由此再向上，由于原子氧所占比例的增加，才逐渐改变了空气的分子量。大气的组成成分，随着距离地表高度的变化，也发生变化。

　　在此，着重阐述一下大气中O2的变化状况。这不仅仅是由于O2在大气中所占的比重较大（第二位），更是由于O2是生命过程中不可缺少的成分。而且O2的数量变化，通常可以反映能量的消耗状况，以及自然过程的速率状况。因此在地理学中，有必要对氧气数量的变化，进行某种数学上的描述：

　　dM/dt=A-B (5.18)

　　式中dM/dt为大气中氧含量随着时间t的变化；而A与B分别为氧的产生速率和消耗速率。在不同的地质年代中，O2的产生速率是不一样的，即A的数值是变化的。一般说来，该数值可望由沉积岩石中有机碳的资料计算出来。同时，为了估计O2的消耗速率B，也可通过矿物质的氧化资料获得。根据大量的纪录，我们知道O2的消耗速率B的数值也不是一个常数，而是取决于当时大气中所存在O2的数量。当大气中尚未出现O2的年代，该速率（B）当然只能为零，而后随着大气中O2含量的增加而不断地增长。于是可以认定下式成立：

　　B=αM (5.19)

　　在此，α为比例系数。当t=0时，M=M0，则

　　M-（A/α）=[M0-（A/α）]e-at (5.20)

　　有关O2的作用意义，以下几点是需要明确认识的：

　　其一，陆地动物较海洋动物消耗更多的能量。这是由于海水中重力的影响被水的浮力抵消一部分的缘故。而飞行的动物要比陆地上行走的动物，消耗较多的能量。由此可以解释，海洋中存在着全球体重最大的动物，而陆地上仅仅只具有次大的动物；飞行的动物，其体重总是相对比较小的等。这种解释，又都可从能量的消耗（或对应地说是氧气的消耗），找到其真正的原因。同时，大型动物在相同的条件下，要比小型动物消耗更多的氧气；重心较高的动物又总是比重心较低的动物消耗更多的氧气。

　　其二，带有热调节功能（如恒温型）的动物，总是比冷血动物（变温型）消耗更多的氧气，这是由于前者的代谢水平高于后者。

　　其三，一般说来，随着动物身体大小的增加，也增加了向内部器官提供O2的困难，因而每单位体重的代谢水平，随着体重的增加而趋于减少，这尤其对于大型动物更为真确。

　　在大气的诸成分中，我们特别关注对于氧气的认识。这对于有机界和人类，对于环境质量的认识与评价，乃至对于无机界的进化等，都具重要意义。

　　接着，我们要讨论大气的分层。大气圈的层次，是以温度垂直分布的模式为其特征的。从地球表面向上，依次为对流层、平流层、中间层、热成层、外逸层等。而对于地理系统的研究来说，除注意在系统边界范围之内大气成分的综合效应外，习惯地还要将其向上扩大到对流层、平流层，以作为地理系统的外环境对待。
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