第十一章  地球的环境

地球上一切生物的生存和发展都离不开空间和物质基础，简单来说这种空间和物质所构成的一个系统就是环境（environment）。因此，环境既有空间的概念，也有物质组成的概念。在现代环境科学中，把环境定义为以某个事物为中心的周围的一切事物。显然，环境的存在是以一个中心事物为对象的，它不仅随中心事物性质的改变而改变，也会随中心事物的消失而消失。因此，中心事物与周围事物这一对矛盾的统一体，就构成了环境。

我们通常说的环境，是以人类为中心事物的。因为研究环境的目的在于如何使人类与周围事物协调发展，为人类提供一个更美好的生存空间。因此，一般把人类环境定义为以人为中心事物的周围一切生物和非生物的、经济基础和上层建筑的综合体。人类环境（human  environment）通常可划分为人类的自然环境（简称自然环境）和人类的社会环境（简称社会环境）。其中，自然环境是指人类在地球上赖以生存和发展的必要的物质基础，是人类周围各种自然因素的总和，如阳光、空气、土地、能源等等。

自然环境是人类生存和发展的决定性因素，人类的一切生命活动和生产活动都离不开自然环境。地球给人类所提供的自然环境（简称地球的环境）正是当代地球科学所研究的重要内容之一，它直接关系到人类社会未来的可持续发展问题。地球的环境是一个很复杂的系统，它包括大气环境、水环境、生态环境、地质环境和地理环境等。人类所生存的地表是这些环境相互影响、相互作用和相互制约形成的一个综合体。

第一节  地球的大气环境

一、大气圈的主要作用

地球的外部被一层厚厚（几千公里）的大气包裹着，就像人穿上一件外衣一样。它不仅保护着地球，尤其是地球上的生物，而且为地球表层生命提供生存所必需的O2及其他气体，同时在为地球表层创造一个温、湿适宜的环境中起着重要作用。

（一）阻挡紫外线

入射到地球上的辐射来自太阳和宇宙中的其他星体，其中以太阳辐射量最多，而来自宇宙其他星体的辐射量只相当于太阳辐射量的亿分之一。太阳辐射的能量主要集中在可见光（波长0.4～0.76μm），但也有少量的紫外线（波长小于0.4μm）和红外线（波长大于0.76μm）。若人体或一些动植物过多地受紫外线照射是有害的。

当太阳辐射穿过大气圈时，大气中的一些物质对太阳辐射的不同波长会产生选择性吸收。可见光部分被吸收的很少，而紫外线和红外线则被大量地吸收，且主要发生在暖层和平流层。当太阳辐射穿过暖层时，波长小于0.175μm的紫外线被该层氧原子吸收，因此氧也呈高度电离的状态。而余下部分的紫外线（波长为0.175～0.4μm），在穿过平流层时，又被该层的臭氧吸收掉99％以上。所以，真正达到地表的紫外线是很少的。正由于暖层和平流层对太阳辐射紫外线的大量吸收，才使地球上的动物和人类能生活在这把保护“伞”之下。

（二）保温作用

大气圈不仅阻挡了大量来自太阳和宇宙中的紫外线，同时还起到保温作用。正由于大气圈的存在，才使地面的平均温度为14℃。起保温作用的气体通常称温室气体，主要有二氧化碳（CO2）、水汽（H2O）和甲烷（CH4）。这些气体对太阳辐射的吸收不同于氧气和臭氧。二氧化碳仅对红外区波长为4.3μm附近的辐射吸收较强。水汽虽然在可见光和红外区都有吸收带，但吸收最强的是在红外区（波长0.93～2.85μm）。这些波段的辐射在太阳辐射中占得很少，而主要是可见光。因此，在太阳辐射穿过大气圈时，被这些气体吸收的辐射是很少的。

到达地面的太阳辐射，有一部分被地面的物体所吸收。这些吸收太阳辐射的物体，又依据物体的温度不断发出辐射，这种辐射属长波辐射。大气中的水汽、二氧化碳等气体对来自地面的长波辐射吸收率很高（75％～95％），这样就把一部分的太阳能残留在低层大气中。由于大气本身也存在辐射，会把热量不断向高空传递，只要大气中这些温室气体的含量变化不大时，大气吸收的辐射能量与大气本身放出的辐射能量基本保持平衡。因此，也就保持地面的平均温度变化很小或基本不变了。

（三）调节能量分配和改造地面性质

大气时刻处在运动之中，大气运动的根本性原因是大气吸收太阳辐射和地面辐射量多少造成的。大气吸收辐射能越多，气压就越低，那么位于高压区的气体就向低压区运动。由于地球是一个球体，太阳辐射量随纬度有规则地变化。因此，在大气的环流下，把热量从低纬度运送到高纬度地区，不断调节着能量的分配。而来自高纬度地区的气体，对低纬度地区又起到降温的作用。

运动的大气对大气中的一些物质（尤其污染物）有扩散的作用，是使城市污染空气稀释和扩散，降低大气污染的重要途径之一。接近地面的运动大气，对地表的形态及地面性质有着重要的改造作用。大气吹蚀地表，形成各种风成地貌。在南、北纬30°左右的位置上，由于受到吹向赤道的干热空气的影响，在这个带上形成干燥少雨的沙漠景观。
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