2.1 大气的组成和垂直分层（第1课时）-【争鸣学堂】2024-2025学年高一地理上学期同步课件（人教版2019必修第一册）

【导入导学】 【情景材料】 2012年10月14日，奥地利“坠落人”菲利克斯·鲍姆加特纳，在美国新墨西哥地区乘坐太空舱升空。约3小时后，他上升至39千米高空。随后从那里跳下，4分钟后才打开降落伞，成为第一个自由落体速度超音速的人。他配备的特制宇航服，外表绝缘，密封的内层中填充加压氧气；头盔内有液氧系统，护目镜中装有温度调节器。 “奥地利“坠落人”——菲利克斯·鲍姆加特纳 (1)39千米高空的大气与地面有哪些不同？ (2)他为什么需要配备特制宇航服？ 【问题】 第二章 地球上的大气 第一节 大气的组成和垂直分层 2 【课标要求】 1.运用图表等资料,说明大气的组成及其与生产、生活的联系。 2.运用图表等资料,说明大气的垂直分层及其与生产、生活的联系。 【教学目标和要求】 运用图表等资料,说明大气的组成和垂直分层,及其与生产和生活的联系。 【主题探究】——大气的组成 ▲‖武仙座流星雨 当地时间2024年3月19日，世界气象组织在日内瓦发布了《2023年全球气候状况》报告。根据这份报告，2023年全球温室气体浓度、地表温度、海洋热量和酸化程度、海平面上升幅度、南极海冰面积和冰川消融面积等多项气候变化指标，均创下新的纪录。报告称，2023年是有记录以来最暖一年，全球近地表平均温度比工业化前水平高出约1.45 ℃。2015年通过的《巴黎协定》，设定了将全球气温控制在比工业化前水平高出2 ℃、努力控制在1.5 ℃内的目标。地球升温幅度距离1.5 ℃这个关键阈值，已经近在咫尺。 据此探究下列问题： (1)全球变暖主要与哪种大气成分增多有关？ (2)臭氧有哪些作用？ (3)针对上述大气环境问题，可采取哪些有效措施？ 【主题探究】——大气的组成 当地时间2024年3月19日，世界气象组织在日内瓦发布了《2023年全球气候状况》报告。根据这份报告，2023年全球温室气体浓度、地表温度、海洋热量和酸化程度、海平面上升幅度、南极海冰面积和冰川消融面积等多项气候变化指标，均创下新的纪录。报告称，2023年是有记录以来最暖一年，全球近地表平均温度比工业化前水平高出约1.45 ℃。2015年通过的《巴黎协定》，设定了将全球气温控制在比工业化前水平高出2 ℃、努力控制在1.5 ℃内的目标。地球升温幅度距离1.5 ℃这个关键阈值，已经近在咫尺。 据此探究下列问题： (1)全球变暖主要与哪种大气成分增多有关？ (2)臭氧有哪些作用？ (3)针对上述大气环境问题，可采取哪些有效措施？ 二氧化碳。 臭氧能够吸收太阳光中的紫外线，保护地球生命。 ①减少化石能源的使用，发展清洁能源，减少二氧化碳排放； ②保护森林； ③研究新型制冷设备，控制氟氯烃的排放等，保护臭氧层。 一、大气的组成 1.低层大气三种成分： 由干洁空气、水汽和固体杂质组成。 如今的大气成分是地球长期演化的结果,在短时期内不会有明显的变化。 【课堂拓展】——地球早期大气成分 地球形成于约46亿年以前。在漫长的地球环境演变过程中，地球大气的组成成分发一、早期大气成分生了很大的变化。早期地球大气的主要组成成分是氢气(H2)和气(He)，也包括甲烷(CH4)和氨气(NH3)，称为“一次大气”。一次大气逐渐从地球表面逃逸到太空。地球演化过程中，通过火山喷发、板块运动等过程，大气成分不断循环和更新。火山喷发释放出大量的水汽和CO2,，还有少量的氮气(N2)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)和甲烷(CH4)。大气中有了大量的水汽后，凝结成云，然后通过降水逐渐形成湖泊、河流和海洋。随后，大量的CO2溶于海水。经过复杂的化学和生物过程，大量的大气CO2被封存在碳酸钙沉积岩中。随着大气中水汽的凝结和大气CO2浓度的降低，大气逐渐充满了化学活性较弱的N2。 大气层中大量氧气(02)的出现是地球系统演化的重要事件。太阳射线通过光解作用将水汽分解为H2,和O2。这个过程造成大气中02浓度增加，但是速度非常缓慢。大气中02的增加促进地球上植被的生长。同时，植被生长通过光合作用利用CO2和H2O，生成02；:约 24亿～ 22亿年前，大气中的02开始不断累积。24亿年前，大气中02的浓度只有现在的 0.01%; 到19亿年前至少增长到现在的1% ～ 3%。大约在距今几亿年前，大气02浓度达到现在的水平。氧气增加的同时，臭氧层也开始形成。臭氧层的形成，使地球生物免受过量紫外线辐射的危害。 一、大气的组成 2.大气组成成分及作用： (1)干洁空气：25千米以下的干洁空气中,氮气和氧气合占总体积的99％。 ①氧是人类和其他生物维持生命活动所必需的物质; ②氮是地球上生物体的基本元素。 常温下，氮的化学性质不活泼，不能直接被植物利用，只能通过豆科植物根瘤菌，部分固定于土壤中。丰富的氧是动植物赖以生存、繁衍的必要条件。除了游离存在的氧气外，氧还以硅酸盐、氧化物、水等化合物性质存在，在高空还有臭氧及氧原子。氧分子在波长小于0.24微米的辐射作用下分解，大气中臭氧层的形成就和氧分子的分解作用有关。 ▲‖豆科植物根瘤菌 一、大气的组成 2.大气组成成分及作用： (2)二氧化碳：主要来自火山喷发、动植物的呼吸以及有机物的燃烧、腐败等。在人口稠密的工业区，二氧化碳含量明显增高，可占空气体积的0.07%-0.65%。二氧化碳能强烈吸收地表长波辐射，使地表辐射的热量不易散失到太空中，从而改变大气热平衡，导致地面和低层大气温度上升，产生温室效应。 CO2保温作用： 二氧化碳被称为“‌保温气体”，是因为它能够强烈吸收地面放出的‌红外线长波辐射，使‌大气增温，并且大气逆辐射可以将部分能量归还给地面，对地面起到保温作用‌。这种保温作用类似于‌温室效应，即大气中的二氧化碳等温室气体吸收地面长波辐射，使大气和地表温度升高。 ①绿色植物进行光合作用的基本原料； ②吸收长波辐射(红外线长波辐射)→大气升温,同时释放热能→热量射向地面→保温作用。 【课堂拓展】——全球对流层中层的二氧化碳(ppm)分布图 表现为非均匀分布，具有明显的空间异质性，且这种分布受到人为排放、自然因素等多种因素的影响。 全球对流层中层的二氧化碳分布规律： 一、大气的组成 2.大气组成成分及作用： (3)臭氧: 化学分子式为O3，气味类似鱼腥味，浓度过高时类似于氯气的气味。 ①臭氧能吸收太阳光中的紫外线，使大气增温； ②减少到达地面的紫外线，对生物具有保护作用。 臭氧： 臭氧主要分布在10-40千米的高度，极大值出现在22-27千米附近，形成臭氧层。O3在大气中的比例很小，但具有强烈吸收太阳紫外辐射的能力。臭氧有几个吸收带，最强的吸收带在波长0.22-0.32微米的紫外区。在红外区，还有4.7微米、9.6微米和14.1微米三条吸收光谱。 臭氧强烈吸收太阳紫外线，对大气有增温作用，并在高空形成一个暖区。大量紫外线在高空被臭氧吸收，使地面上的生物免受伤害。 穿透大气层到达地表的少量紫外线，对人类和大部分生物是有益的。 一、大气的组成 2.大气组成成分及作用： (4)水汽:大气中的水汽和杂质含量很少,却在天气变化中扮演重要角色。 水的相变,产生云、雨、雾、雪等一系列天气现象,同时伴随着热量的吸收和释放,直接影响地面和大气的温度。 谚语:下雪不冷，化雪冷。 意思是因为雪在凝结时要释放热量，所以人感觉不太冷； 融雪时要吸收空气中的热量,所以人感到特别冷。 一、大气的组成 2.大气组成成分及作用： (4)水汽:主要来源于水面蒸发和植物蒸腾，特别是海洋蒸发。水汽在大气中是一种可变气体。 含量不仅随时间和地点变化，而且与大气环流、海陆分布密切相关。 一般来说，地面大气中的水汽含量随纬度增加而减少;离海洋越远水汽含量越少; 内陆沙漠上空，水汽含量接近零; 在温暖的海洋或热带丛林上空，水汽含量高达3%—4%。通常水汽含量主要集中在距地面3千米范围内。 地面到高空，每升高1.5-2千米，水汽含量减少1/2，到5千米高度上，含量减少到地面的1/10。8-10千米以上，水汽就非常少了。大气中水汽是唯一能发生相变的大气成分。 水汽能强烈吸收和放出长波辐射能;在相变过程中还能释放和吸收热量。因此，水汽在天气变化、大气能量转换过程及大气与地面的能量交换中起着重要作用。 一、大气的组成 2.大气组成成分及作用： (4)杂质: ①大气中的杂质作为凝结核,是成云致雨的必要条件。 ②大气中的水汽和杂质含量,因时因地而异。③杂质→削弱太阳光→降低大气能见度。 成云致雨的必要条件： 包括水汽、固体尘埃物质和上升运动。 ‌①水汽‌：水汽是成云致雨的基础，没有足够的水汽，就无法形成云和雨。水汽的来源包括海洋、湖泊、河流等。 ‌②固体尘埃物质‌：固体尘埃物质可以作为凝结核，帮助水汽凝结成云滴，进而形成雨滴。这些凝结核通常是由空气中的微小颗粒物组成。 ‌③上升运动‌：空气的上升运动是带动水汽上升并冷却凝结的关键。上升运动可以将水汽带到高空，通过冷却过程形成云和雨。 (1)水汽时空分布: 一般夏季大于冬季,低纬度地区大于高纬度地区,海洋多于陆地; (2)杂质时空分布: 陆上比海上多,城市比乡村多,早晨和夜间比午后多(午后大气对流运动显著,杂质较少),冬季比夏季多。 【思维整合】——大气组成及其作用 大气组成 主要作用 干洁空气 主要成分 N2 生物体的基本元素 O2 维持生命活动的必需物质 微量成分 CO2 绿色植物光合作用的基本原料； 吸收地面辐射的能力强，使气温升高，对地面具有保温作用 O3 吸收紫外线，使大气增温； 使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害 水汽 成云致雨的必要条件，对地面具有保温作用 杂质 作为凝结核，成云致雨的必要条件 一、大气的组成 3.人类活动对大气组成的影响： 人类活动排放的污染物进入大气,会影响大气的成分和含量,产生大气污染(图2.3大气污染现象举例),对生态系统和人类生存造成不利影响。 一、大气的组成 3.人类活动对大气组成的影响： (1)发展工业、燃烧化石燃料、汽车尾气排放等都会造成大气污染。 一、大气的组成 3.人类活动对大气组成的影响： (2)人类过多地使用氯氟烃类化学物质(用CFCs表示)是臭氧层被破坏的主要原因 南极臭氧层空洞 第1行：太阳紫外线破坏氟利昂分子（CCl3F），释放出氯原子（Cl）。 第2行：氯原子遇到臭氧分子（O3），臭氧分子分裂。其中，一个氧原子与一个氯原子结合（ClO），剩下的两个氧原子组成氧气分子（O2）。 第3行：一个自由氧原子（O）破坏氧原子和氯原子的组合，两个氧原子重新组合成一个氧气分子。释放出来的氯原子又会破坏另一个臭氧分子。这就形成了连锁反应。 氯原子破坏臭氧进而破坏臭氧层，导致更多的太阳紫外线到达地面。太阳紫外线再破坏氟利昂分子…… 【课堂拓展】——臭氧层破坏及应对措施 (1)原因: ①自然:太阳活动 影响解释，认为当太阳活动峰年（即太阳活动强烈的时期）前后，宇宙射线明显增强，促使双电子氮化物（如NO2）与O3发生化学反应，使得奇电子氮化物（如NO3）增加，O3转换为O2，从而破坏了臭氧层； ②人为:人类向大气中大量排放消耗臭氧的物质(如氯氟烃)。 (2)后果: ①影响人类的健康。 过量的紫外线会破坏人的免疫系统,使人的自身免疫系统出现问题,患呼吸道传染性疾病的人数大量增加;过量的紫外线会增加皮肤癌的发病率。 ②影响农作物的产量和质量。 ③影响水域生态系统,会直接引起整个食物链的破坏。 (3)措施: ①减少消耗臭氧层有害气体的排放,如冰箱制冷剂氟利昂的排放(改用无氟制冷剂); ②寻找新的替代品,加大对替代品的研制力度。 【案例分析】——大气中二氧化碳含量的变化与人类活动 在过去80万年的绝大多数时间里，大气中二氧化碳体积分数的变化相对平缓。然而，从1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多(图2.4)。二氧化碳体积分数的增加，基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化(主要是毁林)。化石燃料燃烧，会释放二氧化碳;森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量。 1.1740-2010年全球二氧化碳体积分数变化有何特点？ 2.产生变化的原因是什么？ 3.大气中二氧化碳含量的变化会带来哪些危害？ 【课堂拓展】——大气中二氧化碳含量的变化与人类活动 1750年以来的地球大气中的二氧化碳浓度变化曲线及年排放量曲线。 【课堂拓展】——大气中二氧化碳含量的变化与人类活动 全球对流层中二氧化碳浓度(ppm)的分布和变化。 【案例分析】——大气中二氧化碳含量的变化与人类活动 在过去80万年的绝大多数时间里，大气中二氧化碳体积分数的变化相对平缓。然而，从1740年到2011年，短短不到300年的时间里，二氧化碳体积分数增加了40%多(图2.4)。二氧化碳体积分数的增加，基本上都来自化石燃料的燃烧和土地利用的变化(主要是毁林)。化石燃料燃烧，会释放二氧化碳;森林面积缩小，会减少森林对二氧化碳的吸收量。 1.1740-2010年全球二氧化碳体积分数变化有何特点？ 2.产生变化的原因是什么？ 1740-2010年全球二氧化碳体积分数： ‌呈现上升趋势，增加速度加快。 3.大气中二氧化碳含量的变化会带来哪些危害？ ①化石燃料燃烧（释放大量CO2） ②土地利用的变化。 （毁林，减少森林对CO2的吸收量） 335ppm 390ppm 大气中CO2含量的增加对地球的气候、生态系统以及人类健康都带来了严重的危害。 一、大气的组成 3.人类活动对大气组成的影响： (3)对地球气候的影响：全球气候变暖 CO 2 气温 增多 升高 温室效应 大量燃烧化石（煤炭、石油）燃料 过度砍伐森林 全球气候变暖 【思维整合】——人类活动对大气组成的影响 【活动】——了解大气含氧量减少对人体产生的影响 大气中氧气含量对人体健康至关重要。科学研究发现，适当的缺氧环境有利于激发运动员的运动潜力。但含氧量太低会危害人体健康甚至危及生命。我国已建成甘肃榆中、青海多巴、云南海埂、河北兴隆、云南呈贡等国家级高原体育训练基地。目前，世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。表2.1 我国部分高原训练基地的地理坐标 地点 榆中 多巴 海埂 兴隆 呈贡 海拔/m 1996 2366 1888 2118 1906 经度 104°02′E 101°31′E 102°41′E 117°22′E 102°48′E 纬度 35°52′N 36°40′N 25°01′N 40°36′N 24°53′N 1.在奥运会等世界重大体育赛事中,来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。在非洲地形图上,找出这两个国家,归纳它们共同的地形特点。由此,你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗? 2.在中国地图(地图册或教学挂图)上找到表2.1所列的高原训练基地的位置。 3.目前,世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。表2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗?参照表2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。表2.2不同海拔与海平面的含氧量比 海拔/m 0 1000 2000 3000 4000 含氧量比/% 100 89 78 70 61 【活动】——了解大气含氧量减少对人体产生的影响 1.在奥运会等世界重大体育赛事中,来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异。在非洲地形图上,找出这两个国家,归纳它们共同的地形特点。由此,你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗? 埃塞俄比亚和肯尼亚的地形都以高原(东非高原)为主，海拔约为2 000米。 海拔较高，空气中氧气含量较少，有利于激发运动员的运动潜力，在海拔较低的地区进行长跑比赛，优势明显。 【活动】——了解大气含氧量减少对人体产生的影响 2.在中国地图（地图册或教学挂图）上找到表2.1所列的高原训练基地的位置。 甘肃榆中 青海多巴 云南海埂 河北兴隆 云南呈贡 【活动】——了解大气含氧量减少对人体产生的影响 3.目前,世界公认的平原运动员进行高原训练的最佳高度为海拔1800-2400米。表2.1中所列的高原训练基地的海拔在这个范围内吗?参照表2.2推测运动员在更高海拔训练反而达不到理想成绩的原因。表2.2不同海拔与海平面的含氧量比 五个训练基地的海拔均在1 800～2 400米范围内。 海拔过高，空气中氧气含量过少，会形成缺氧环境，不利于运动员身体健康，也不能取得理想的成绩。 海拔/m 0 1000 2000 3000 4000 含氧量比/% 100 89 78 70 61 (2)“其他气体”含量虽少，但其中的________和________对地球上的生命活动和自然环境有着重要作用。被称为“地球生命保护伞”的主要成分分布在__________层。 【素养提升】——大气组成与人类活动 读干洁空气组成示意图，回答下列问题。 (1)图中A、B表示的大气成分是：A______________，B________。其中B的重要作用是 。 (3)人类活动的影响，使得大气的成分和含量发生变化。由于燃烧矿物燃料，使得干洁空气中的________含量增多；由于________工业的发展，释放到大气中的 增加，破坏了臭氧层，使到达地面的________增加，危害人体健康。 氮气　 氧气　 CO2　　 O3　　 平流　 制冷　 紫外线　 氟氯烃　 人类和其他生物维持生命活动的必需物质 CO2　　 ▲‖地球大气：台风 ▲‖2024年9月16日“贝碧嘉”登陆上海浦东，成为1949年以来登陆上海最强台风。 本节课结束，谢谢！ $$