奇观1---
冰岛石怪

  奇观2---犀牛地貌

  奇观3---悬崖上的颅骨

  奇观4---望海石

  奇观5---峰顶面像

  奇观6---地狱之门


专题2------大气圈对地球生命的保护

教学目标
知识与技能:举例说明大气圈对地球生命的保护作用;说明对流层大气的特点并解释其成因,简要概括平流层、中间层、暖层等其他大气层次的特点,说明其与人类活动的关系。解释臭氧洞的形成及其危害。

过程与方法:通过与水星、月球、金星等其他天体的对比,分析地球大气对于生命存在的重要意义;通过阅读“地面接收的太阳辐射”及“地球表面的热量平衡示意”等图片,归纳大气对保持地面热量和缓和地面昼夜温差所起的作用。

情感、态度和价值观:通过学习臭氧洞的形成原因,反思人类在利用自然资源的过程中给自然环境所造成的负面影响。

教学重点
大气对地球生命的保护作用;对流层大气的特点。

教学难点
大气对太阳辐射的削弱(“遮阳伞”
)和大气的保温作用(“保温被”

教学过程

通过前面的学习,我们对地球所处的宇宙环境有了较为深入的认识,从今天起,我们把目光从深邃的宇宙转向我们的身边,来具体研究一下我们身处的自然环境。因为同宇宙环境相比,地球表面的自然环境与我们的关系更为密切,对我们的生产和生活的影响也更加直接。


我们所生存的地球,根据物质组成和分异的规律,可以分成若干圈层,不同的圈层构成一个同心圆结构。大气圈、水圈、生物圈和岩石圈(地壳和地幔的上部)相互联系、相互作用,构成了我们所生活的自然环境。

我们首先要学习的是大气圈。大气看不到,摸不着,我们如何来感知大气的存在呢?

(学生回答)

天气的变化是大气存在的明证。有时晴空万里,有时乌云密布;有时和风丽日,有时狂风暴雨;更不用说七彩的虹霓,绚丽的极光,奇异的海市蜃楼,这些都是大气的杰作。

除此之外,大气圈就像是在地球之外撑起了一把巨大的保护伞,细心地呵护着地球上的生命。你能说出我们在哪些方面受到了大气圈的保护吗?

(出示水星、月球、爱神小行星的照片,观察它们与地球表面相比有什么共同特点,思考原因是什么)

大气圈可以阻挡绝大多数撞向地球的外太空小天体,使他们在大气当中就燃烧殆尽,少量能够穿越大气到达地面的陨石,其破坏力也已经大大减弱。大气圈的这种保护地球免遭外来天体撞击的作用,被形象地称为“地球的防弹衣”。

(出示水星、月球和地球上最高温度和最低温度的数据,思考为什么地球上的温差要远小于其他二者)

水星和月球等天体,由于没有大气,白天直接接受太阳辐射,星体表面温度会上升得很高;而在地球上,太阳辐射在经过厚厚的大气层的时候,就被大量地削弱了。 从下图可以看到,加入到达地球大气上界的太阳辐射为100的话,那么能够被地球表面所吸收的只有47,还不到一半。大部分太阳辐射被大气所吸收、反射和散射,这称为大气对太阳辐射的削弱作用。

大气对太阳辐射的反射主要是通过大块的云来实现的。所以云量的多少决定了反射作用的强弱。白天如果是多云或阴天的话,地面气温就要稍低一些,这正是因为云反射了大部分的太阳辐射的缘故。

大气对太阳辐射的散射主要是通过大气当中的微小尘埃来实现的。太阳辐射中波长最短的蓝光最容易被散射,因此晴朗的天空总是呈现蔚蓝色;相反,波长最长的红光最不易被散射。

思考下列问题:

为什么早晨和傍晚的太阳看起来是红彤彤的?

为什么交通信号灯要用红色来作为警示颜色?

大气对太阳辐射的吸收也具有选择性。臭氧和氧原子能够强烈吸收波长很短的紫外线,对于大部分可见光来说,却吸收很弱,也可以说大气对于太阳辐射中的可见光是“透明的”。

由此可见,大气能够阻挡一部分照向地球的太阳辐射,使得地球表面在白天的气温不会升得太高。那么晚上的情况又如何呢?

从下面的“大气对地面的保温作用示意图”中可以看出,在夜间,大气吸收了绝大部分地面辐射,只有极少量的地面辐射能够穿越大气,散逸到外太空。大气吸收了地面辐射以后,又以大气逆辐射的形式将大部分热量归还给地球,使得地球表面温度在夜间也不会下降得很低,从而起到了对地面的保温作用。与此形成鲜明对比的是,像水星、月球等没有大气的天体,在夜间时,白天所吸收的热量迅速辐射到外部太空,表面温度自然会下降得很低。

大气对地面辐射的吸收,主要是通过大气中的水汽和二氧化碳来实现的。水汽和二氧化碳对于太阳短波辐射的吸收很微弱,几乎是“透明”的,但是对于地面长波辐射却有着强烈的吸收能力,同时他们也可以向外辐射热量,因此被称为温室气体。

思考下列问题:

为什么霜冻多出现在晴朗的天气?

在过去的农村,人们为了防止严寒天气对庄稼的伤害,往往采用焚烧稻草、秸秆的办法,增加空气中的烟尘含量,这样做有什么道理?

通过以上学习我们了解到,大气不仅是地球的“防弹衣”, 还是地球的“遮阳伞”和“保温被”,大气的存在,使地球表面的温度变化被控制在一定的范围之内,而这一范围又恰好是液态水能够存在的范围,这是生命能够维持的基本条件之一。不仅如此,合适的大气质量和压力也是水能够保持液态的重要条件。在大气浓度不足,气压很低的星球上,即使存在液态水,也会迅速变成蒸汽而散逸。例如,科学探测表明,火星上曾经有过大量的液态水,但现在却找不到任何液态水的踪迹。

地球大气从地球表面向上可以一直延伸到几千千米的高空,根据人造卫星探测资料的推算,在距地面2000-3000千米的高空,地球大气的密度非常接近于星际空间的气体密度,因此,20003000千米的高度,可以近似看作地球大气的上界。

不同高度的大气,其物质密度和组成都是不一样的,物理性质也有明显的区别,世界气象组织根据不同高度大气的成分、温度、密度等的不同,将整个大气圈分成5个层次,自下而上依次是对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。

  

读“气温垂直分布图”,看对流层大气的气温随高度是怎样变化的。

生:随高度增加而降低。

师:你能举生活中的事例来印证这一点吗?

生:登山队员要准备防寒服,山地植被的垂直差异等等。

师:对流层大气气温的这种分布状况,说明对流层大气的热量主要是来自于太阳还是地面?

生:地面。

师:对流层大气下部热,上部冷,会导致大气的什么运动?

生:下部热空气要向上升,上部冷空气要向下沉。

师:这种运动形式我们称为对流,这就是近地面大气称为对流层的原因。对流运动能到达多高,对流层的厚度就有多大。那么不同纬度、不同季节的对流层,厚度是一样的吗?

生:讨论,回答。

师:对流层的厚度因纬度和季节的不同而不同。赤道地区的对流层可达17-18千米,中纬度地区可达10-12千米,两极地区只有8-9千米。这主要是由地面的热量状况决定的。

师:对流层处于大气圈的最底部,它的气体密度理应是所有层次中最大的。事实上,由于地球引力的作用,对流层集中了全部大气质量的3/4,气体成分以氮和氧为主。此外,对流层还集中了几乎全部的水汽和固体杂质。谁能说一说,大气中的氮和氧各自有什么作用?

生:氮元素是蛋白质的主要成分,是生命的基础;氧是动物呼吸的必要成分。

师:水汽和固体杂质在大气中的含量只占到很小的比例,但他们的作用也是不可忽视的,大家能否说一下,水汽和固体杂质的作用究竟是什么呢?

生:没有水汽,便不能形成雨、雪、雾、霜等现象。

师:那么固体杂质起到了什么作用呢?

师:大家有没有注意到,在一个盛有热水的水杯中,由水汽凝结而成的水滴总是出现在哪里呢?

生:杯壁和杯盖上。

师:这说明,水气的凝结不但要有温度的条件,而且还必须要有一个附着的物体,大气当中的少量固体杂质恰好就提供了水汽凝结所需要的附着物,我们称之为凝结核,只有存在这样的凝结核,水气才能够在适当的温度条件下凝结为水滴,并进而成为云,成为雨。

师:对流层当中既有旺盛的大气对流运动,就必然使热量在上下层空气之间进行频繁的传输,这就导致了一个地方的气温总是在变化之中,再加上水汽和固体杂质的成云致雨,就使得对流层当中的天气现象复杂多变,这是对流层很突出的一个特点。也正是由于这一特点,我们的生活才显得更加丰富多彩。

(第一课时完)

(第二课时)

导入:在上一节课,我们学习了大气圈的垂直分层情况,并重点学习了对流层的特点,下面我们来做一个简要的复习,回忆一下对流层大气的主要特点是什么?

(复习过程略)

师:在对流层以上,紧接着是大气的平流层,大家看“气温的垂直分布图”,在平流层中,气温随高度是怎样变化的?

生:随高度增加而上升。

师:这说明了什么问题呢?平流层大气的热量还是直接来自于地面辐射吗?

生:不是。

师:为什么呢?

生:因为如果平流层大气的热量来自于地面辐射的话,那么平流层气温的分布也应该是自下而上逐渐降低的。

师:很好。既然已经排除了平流层大气的热量是来自于地面辐射的这种可能,那么就只剩下一种可能,即平流层大气的热量是来自于太阳辐射。回忆一下我们上节课学过的内容,平流层当中的什么物质吸收了太阳辐射中的那一部分能量,从而使平流层的气温自下而上逐渐升高的呢?

生:臭氧层吸收太阳辐射中的紫外线。

师:正确。在平流层大气中,距离地面20~30千米高处,有一个富含臭氧的薄层,我们就称之为臭氧层,臭氧层的作用就是大量吸收太阳辐射中的紫外线。那么紫外线究竟是一种什么物质呢,它对于我们有什么影响呢?同学们可以谈一谈你所了解的情况。

生:讨论(略)

师: 同学们说得不错,总之,臭氧层的存在使得地面生物免遭过强紫外线的伤害,而透过臭氧层照射到地面的少量紫外线则是有益的,所以臭氧层可以当之无愧地称得上是地球生命的保护伞。但是同学们也一定听说过,这把保护伞现在已经破损了,在局部地区出现了——

生:臭氧洞。

师:对。从上世纪80年代开始,科学家发现,每年8月中下旬南极臭氧含量开始减少,9月下旬减少速度明显加快,并开始出现臭氧洞。一般在10月上旬前后臭氧洞达到最深,面积达到最大。然后慢慢恢复增加,一般11月底或12月初迅速恢复到正常数值。观测数据还表明,从上世纪80年代到本世纪初,臭氧洞的面积和深度有逐渐增大的趋势。例如,19981013日《科技日报》报道,据美国两颗卫星探测,1998919日南极臭氧洞面积达到了创纪录的2720万平方公里,比1996年最大时又扩大了130万平方公里,已比整个北美洲面积还大。在南美洲,臭氧洞的边缘已经向北扩展到南纬40°左右。而在200093日,南极上空的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里,超出中国面积两倍以上,相当于美国领土面积的3倍。

师:臭氧洞的直接危害就是使得到达地面的太阳紫外线辐射强度增大,从而导致种种严重的后果。那么臭氧洞究竟是怎么产生的呢?

师:臭氧洞的产生,除了太阳活动等自然因素外,人类向大气中排放过多的氯化物,特别是氟利昂,是最主要的原因。氟利昂是一种致冷剂,广泛应用于冰箱、空调、冷藏库等,此外,大型飞机所排放的尾气中也含有氟利昂。氟利昂能大量消耗臭氧,是产生臭氧洞的罪魁祸首。

师:人类已经认识到臭氧洞的危害和根源,并且已经开始采取行动来修复臭氧洞,请同学们阅读课文当中的专栏“补天”。

师:从平流层顶部向上到80-85千米高度是中间层,请同学们阅读大气垂直分层示意图,说出平流层大气的气温随高度是如何分布的。

生:随高度增加而降低。

:为什么会出现这种情况呢?

生:中间层大气中没有能够直接吸收太阳辐射的成分,下部的平流层是这层大气的主要热源,因此中间层大气下部温度高,上部温度低。

师:同学们说得很好。中间层大气的这种气温分布状况,决定了中间层大气的运动会呈现出什么特点呢?

生:垂直对流。

师:所以中间层又被称为“高空对流层”。请同学们思考,在这个高空对流层中,会不会有云雨等天气变化呢?

生:不会,因为几乎全部的水汽和固体杂质都集中在对流层,中间层大气虽然有对流运动,但是没有水汽,就无法形成云雨等天气变化。

师:从中间层再向上,直到800千米的高空,大气温度又是随高度增加而急剧上升,到这一层大气的顶部温度可达1000℃,所以这层大气称为热层。之所以如此是因为该层大气中的氧原子可以直接吸收太阳紫外线。由于高温,热层中的大气成分基本上以离子态存在,形成电离层。电离层可以反射无线电波,使地球上的远距离通讯成为可能。

师:热层再向上,是更为稀薄的地球外围大气,由于距离地球非常遥远,因此受到的地球引力也非常小。这层大气的温度仍然很高,大气质点运动速度很快,有可能脱离地球引力的束缚,逃逸到外太空,因此称为散逸层。

总结:在这一专题里面我们学习了大气对地球的保护作用,以及大气的垂直分层情况,其中大气对地球保护的三个方面(遮阳伞、防弹衣、保温被),和对流层及平流层的特点是重点内容,请同学们认真加以掌握。


 


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编辑:杨晓峰 电子邮件:yxfsjez@163.com