第三章 第四纪大气圈与气候基本特征

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显生宙大气中CO 显生宙大气中CO2含量的变化与火山活动关系 密切。新生代以来，随着火山活动的减弱， 密切。新生代以来，随着火山活动的减弱，CO2含 量降低，可见火山活动放出的CO 是大气CO 量降低，可见火山活动放出的CO2是大气CO2的重 要来源。图中火山活动强度以火山岩数量V表示。 要来源。图中火山活动强度以火山岩数量V表示。
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近千年来大气CO 近千年来大气CO2浓度 变化
2．CO2变化的原因 大气圈形成以来，CO2由原始大气圈的主要成分(占91％)下降 由原始大气圈的主要成分( 91％ 大气圈形成以来， 到现在的微量组分(0.035 到现在的微量组分(0.035％)，其演化过程主要受制于自然因素， (0.035％ 其演化过程主要受制于自然因素 主要受制于自然因素， 近百年来CO 的增长趋势则是人为因素和自然因素叠加的结果。 人为因素和自然因素叠加的结果 而近百年来CO2的增长趋势则是人为因素和自然因素叠加的结果。
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一、现代大气圈的组成
2、现代大气圈的组成 地球大气由多种气体混合组成。低层（85km以下）大气的气体 地球大气由多种气体混合组成。低层（85km以下）大气的气体 多种气体混合组成 以下 成份可分为两类： 成份可分为两类： 一类为常定成分 主要包括氮 一类为常定成分，主要包括氮、氧、氩，以及微量的惰性气 常定成分， 体等，它们在大气成份中保持固定的比例； 在大气成份中保持固定的比例； 体等，它们在大气成份中保持固定的比例 第二类为可变成份 第二类为可变成份，其比例随时间、地点而变，其中水汽的 可变成份， 比例随时间、地点而变，其中水汽 水汽的 变化幅度最大，二氧化碳和臭氧所占比例最小，但对气候影 变化幅度最大，二氧化碳和臭氧所占比例最小， 所占比例最小 响较大。 响较大。
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第四纪期间CH 的变化主要由冰岩芯测得。Vostok冰芯揭示出 第四纪期间CH4的变化主要由冰岩芯测得。Vostok冰芯揭示出CH4的变化 冰芯揭示出CH 同CO2的变化及温度变化是平行的。从倒数第二次冰期到工业革命前，大气中 的变化及温度变化是平行的。从倒数第二次冰期到工业革命前， 体积分数较少， 工业革命之后CH 体积分数有较大的提高。 CH4体积分数较少，而工业革命之后CH4体积分数有较大的提高。 17
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(三)气溶胶 气溶胶由分散在气体介质中的、大小在10 cm之间的固 气溶胶由分散在气体介质中的、大小在10-7-10-5cm之间的固 体粒子所组成。 体粒子所组成。 1.气溶胶中固体粒子的来源 1.气溶胶中固体粒子的来源 大气中气溶胶粒子有自然来源和人为来源两方面的供给。 大气中气溶胶粒子有自然来源和人为来源两方面的供给。 自然来源和人为来源两方面的供给 自然来源主要包括宇宙尘、火山喷发带来的火山灰、 自然来源主要包括宇宙尘、火山喷发带来的火山灰、风力吹扬 主要包括宇宙尘 的粉尘和海水飞溅起来的各种盐类； 的粉尘和海水飞溅起来的各种盐类； 人为来源主要有工厂排放的烟尘、森林燃烧带来的烟尘等。 人为来源主要有工厂排放的烟尘、森林燃烧带来的烟尘等。 主要有工厂排放的烟尘 第四纪期间，大气气溶胶粒子几乎全部为自然来源， 在第四纪期间，大气气溶胶粒子几乎全部为自然来源，工业革命 以后，人为来源增加。 以后，人为来源增加。
Since the Industrial Revolution, circa 1900, the burning of fossil fuels has caused a dramatic increase of CO2 in the atmosphere, reaching levels unprecedented in the last 400 thousand years. This increase has been implicated as a primary cause of global
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warming
二、第四纪大气圈组成的变化
（一）二氧化碳 1.CO2起源与演化 地球形成之初并无大气圈、水圈和生物圈。 地球形成之初并无大气圈、水圈和生物圈。 伴随火山活动释放出来的水汽冷凝形成原始的海洋， 伴随火山活动释放出来的水汽冷凝形成原始的海洋，而放出的 释放出来的水汽冷凝形成原始的海洋 气体则形成以CO2为主的原始大气圈，当时大气圈中CO2的体 气体则形成以CO 为主的原始大气圈，当时大气圈中CO 积含量约为91％ 积含量约为91％。 91 随着蓝绿藻的繁衍，海洋中出现碳酸盐沉积和有机碳沉积。 蓝绿藻的繁衍 碳酸盐沉积和有机碳沉积 随着蓝绿藻的繁衍，海洋中出现碳酸盐沉积和有机碳沉积。元 古代和显生宙时期，碳酸盐和有机碳的大规模发展， 古代和显生宙时期，碳酸盐和有机碳的大规模发展，导致了大 气中CO2的逐步减少。 气中CO整个地球的大气，质量约5300 覆盖整个地球的大气，质量约5300 万亿吨，相当于地球总质量的0.86%。 0.86%。 万亿吨，相当于地球总质量的0.86% 几乎全部的气体集中在离地面 几乎全部的气体集中在离地面100km 全部的气体集中在离地面100km 的高度范围内，其中75％的大气又集 75％ 的高度范围内，其中75 中在地面至10km高度的对流层范围内。 中在地面至10km高度的对流层范围内。 10km高度的对流层范围内 根据大气分布特征， 对流层之上还 根据大气分布特征，在对流层之上还 可分为平流层 中间层、热成层等 可分为平流层、中间层、热成层等。 平流层、
（二）微量气体 2.臭氧 3)和氟氯 臭氧(O 和氟 和氟氯 臭氧 碳 臭氧层是指大 臭氧层是指大 气层的平流层 气层的平流层 中臭氧浓度相 对较高的部分， 对较高的部分， 主要作用是吸 主要作用是吸 收短波紫外 线。
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大气中的臭氧主要取决于太阳辐射和氟氯烃的排放， 大气中的臭氧主要取决于太阳辐射和氟氯烃的排放，前者有利 主要取决于太阳辐射和氟氯烃的排放 于臭氧的增加和臭氧层厚度的加大， 于臭氧的增加和臭氧层厚度的加大，而氟氯烃则对臭氧层起破坏作 用。氟氯烃是工业合成气体，主要是用作致冷的各类氟里昂。氟氯 氟氯烃是工业合成气体，主要是用作致冷的各类氟里昂。 用作致冷的各类氟里昂 烃浓度的急剧增长，造成臭氧层的破坏，形成臭氧空洞。 烃浓度的急剧增长，造成臭氧层的破坏，形成臭氧空洞。 由于沉积地层和冰岩芯中很难找到O 的踪迹，因此， 由于沉积地层和冰岩芯中很难找到O3的踪迹，因此，目前尚无 法了解第四纪期间大气中臭氧的情况。 法了解第四纪期间大气中臭氧的情况。
第五章
第四纪大气圈与气候基本特征
第一节 第四纪大气圈的组成 第二节 第四纪大气环流 第三节 第四纪气候基本特征
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第一节 第四纪大气圈的组成
一、现代大气圈的组成 二、第四纪大气圈组成的变化 三、大气组成变化对全球气候变化的影响
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一、现代大气圈的组成
1、现代大气圈的简单介绍 大气圈（atmosphere） 地球最外部的一个圈层。 大气圈（atmosphere）是地球最外部的一个圈层。 大气的作用：是人类和生物赖以生存必不可少的物质条件，是使 物质条件， 大气的作用：是人类和生物赖以生存必不可少的物质条件 地表保持恒温和水分的保护层 是促进地表形态变化的重要动力和 地表保持恒温和水分的保护层，是促进地表形态变化的重要动力和 保护层， 媒介。 媒介。
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Vostok冰岩芯的 Vostok冰岩芯的 冰岩芯 CO2记录了 40× aBP以来 40×104aBP以来 的变化。 CO2的变化。揭示 出CO2变化曲线与 温度变化完全同步， 温度变化完全同步， 高时， 即CO2高时，温度 低时， 高， CO2低时，温 度亦低。 度亦低。
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Vostok冰芯 Vostok冰芯
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一、现代大气圈的组成
2、现代大气圈的组成 干洁空气是指大气中除去水汽、 干洁空气是指大气中除去水汽、液体和固体微粒以外的整个混合 是指大气中除去水汽 气体，简称干空气。主要成分是氮 二氧化碳等 气体，简称干空气。主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，其容 积含量占全部干洁空气的99.99 以上。 积含量占全部干洁空气的99.99％以上。 99.99％ 大气中存在着空气运动和分子扩散作用，使不同高度、 大气中存在着空气运动和分子扩散作用，使不同高度、不同地区 空气运动和分子扩散作用 的空气得以进行交换和混合。从地面向上至80～100km高度处， 80～ 高度处 的空气得以进行交换和混合。 地面向上至80 100km高度 干洁空气的各种成分的比例基本上是不发生变化的 干洁空气的各种成分的比例基本上是不发生变化的。 各种成分的比例基本上是不发生变化的。
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自然因素：火山活动、生物生命活动、有机物的燃烧和海洋自然因素：火山活动、生物生命活动、有机物的燃烧和海洋大气之间的CO 交换等。海洋既从大气中吸收CO 大气之间的CO2交换等。海洋既从大气中吸收CO2，又向大气 中放出CO 中放出CO2，是CO2的贮存器和调节器。海洋-大气之间CO2的 的贮存器和调节器。海洋-大气之间CO 转移，决定于大气中CO2分压强和海水中CO2分压强之差，CO2 转移，决定于大气中CO 分压强和海水中CO 分压强之差， 总是向分压强低的一方转移，以期达到新的平衡。 总是向分压强低的一方转移，以期达到新的平衡。 人为因素:主要是化石燃料的消耗 随着工业化的进程， 人为因素:主要是化石燃料的消耗。随着工业化的进程，人们 化石燃料的消耗。 对化石燃料的需求愈来愈大，大量化石燃料的燃烧势必给大气 对化石燃料的需求愈来愈大， 圈提供数目可观的CO 圈提供数目可观的CO2。
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一、现代大气圈的组成
大气的物质组成
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二、第四纪大气圈组成的变化
第四纪大气圈的组成与现代基本相同， 二氧化碳、臭氧、 第四纪大气圈的组成与现代基本相同，但二氧化碳、臭氧、甲烷 及尘埃等 及尘埃等，在18世纪工业革命以来变化十分显著。 18世纪工业革命以来变化十分显著 世纪工业革命以来变化十分显著。
沃斯托克站，又称东方站（俄语： 沃斯托克站，又称东方站（俄语： Станция Восток；英语：Vostok ；英语： Station）是俄罗斯（前身苏联）的一 ）是俄罗斯（前身苏联） 个科学考察站， 个科学考察站，位于澳洲南极洲领地 （Australian Antarctic Territory， ， AAT）东南极冰盖（Antarctic Ice ）东南极冰盖（ Sheet）中心，南磁极（South ）中心，南磁极（ Geomagnetic Pole）附近。 ）附近。