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第二章　大氣的成分

第二章　大氣的成分. 本章學習重點 2 － 1 大氣的形成與演化 2 － 2 今日大氣的成分 2 － 3 空氣污染. 回總目錄. 本章學習重點. 大氣的形成與演化 (1) 大氣的形成：逸散與累積。 (2) 大氣的演化：溫度、水與生物的影響。 今日大氣的成分 (1) 主要成分：氮、氧。 (2) 微量氣體：水氣、二氧化碳、甲烷、臭氧  等。 (3) 氣懸粒子：海鹽粒子、煤煙、塵埃、花粉  等。 空氣污染 (1) 局部空氣污染：霾害、酸雨。 (2) 背景大氣污染：溫室氣體增加、臭氧洞。. 2 － 1 大氣的形成與演化.

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第二章　大氣的成分

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  1. 第二章　大氣的成分 本章學習重點 2－1 大氣的形成與演化 2－2 今日大氣的成分 2－3 空氣污染 回總目錄

  2. 本章學習重點 • 大氣的形成與演化 • (1)大氣的形成：逸散與累積。 • (2)大氣的演化：溫度、水與生物的影響。 • 今日大氣的成分 • (1)主要成分：氮、氧。 • (2)微量氣體：水氣、二氧化碳、甲烷、臭氧等。 • (3)氣懸粒子：海鹽粒子、煤煙、塵埃、花粉等。 • 空氣污染 • (1)局部空氣污染：霾害、酸雨。 • (2)背景大氣污染：溫室氣體增加、臭氧洞。

  3. 2－1 大氣的形成與演化 • 地球形成時的大氣大部分都逸散了 • (1)地球形成過程中無法凝結的氣體，主 要是氫、氦、甲烷和氨。 • (2)由於行星形成初期表面溫度相當高， 加上太陽風（由太陽表面發出的帶電 粒子）的影響，這些質量輕的氣體很 容易逃離行星表面，只有少量留存下 來。 下一頁

  4. 大氣的形成與演化 • 原始大氣 • 大氣的演化 • 臭氧層誕生

  5. 原始大氣 • 火山活動釋放氣體形成原始大氣 • (1)地球形成初期溫度很高，火山活動旺盛， 原先存留在岩石內的易揮發物質便以氣體 型態逸出，形成地球的原始大氣。 • (2)一般認為原始大氣成分應該和目前火山活 動釋出的氣體成分相似。 • 根據火山釋出氣體的分析資料，推測原始大氣應該含有相當多的水氣和二氧化碳。

  6. 大氣的演化 • 因為有水而不同 • (1)原始大氣中的水氣大多凝結成雲並形成降雨， 大海於是誕生。 • (2)大海形成後，溶解大量二氧化碳並形成碳酸根， 碳酸根又和海水中的陽離子結合成碳酸鹽類沉 澱（如石灰岩）。 • 生物改造大氣 • (1)三十多億年前地球上出現能行光合作用的原始 生物，氧氣於是形成。 • (2)氧氣含量增加也造成嗜氧新物種的出現，綠色 植物更能有效製造氧氣，使得大氣中的氧氣更 多了。

  7. 臭氧層誕生 • 氧氣累積造成大氣中臭氧量的增加 • (1)臭氧層出現，對致命的紫外線產生屏障作 用，使得生物能夠脫離對海洋的依賴而在 陸地上生存與演化。 • (2)生物族群大量繁衍，大氣中氧氣濃度達到 高峰，二氧化碳的含量也更少了。 • 隨著植物的大量繁衍，氧氣和臭氧的濃度逐漸升高，約在石炭紀達到接近目前的濃度。 見圖示

  8. 圖2－1 資料來源：Graedel，T.E.，and Paul J. Grutzen著，陳正平譯，1997：變色的天空—大氣與氣候變遷的故事，遠哲科學教育基金會，p. 67，Fig. 4.30。

  9. 2－2 今日大氣的成分 • 主要成分：氮、氧、氬 • (1)氮、氬既重又穩定，難溶於水。 • (2)氧氣主要由生物所製造。 • 水氣、二氧化碳、臭氧等微量氣體和氣懸粒子，含量雖少卻對天氣和氣候變化有重要的影響。 見圖示

  10. 圖2－2

  11. 小百科：臭氧的形成與消滅 • 臭氧的形成與消滅都會吸收紫外線，並藉著碰撞而將能量轉移給其它分子，以致加熱了大氣。 見圖示

  12. 臭氧的形成與消滅圖示 • 形成 2.消滅 （原子立體圖）

  13. 微量氣體對天氣與氣候的影響 • 水氣、二氧化碳、甲烷可以吸收地表的紅外線輻射，是地球大氣中最主要的溫室氣體。 • 臭氧的形成與消滅過程都會吸收紫外線並且加熱大氣，造成臭氧層附近氣溫較高，同時也保護地表活動的生物免於紫外線傷害。 • 氮氧化物由生物活動、閃電和光化作用產生，人類發電和交通活動也是來源之一；氮氧化物會影響臭氧的形成與消滅，這些人為化合物也是活躍的空氣污染物。

  14. 氣懸粒子 • 大氣中懸浮著許多粒子，包括氣懸粒子和雲中的水滴、冰晶。 • 氣懸粒子包括海鹽粒子、塵埃、花粉、孢子、煤煙、酸性微粒等。 • 氣懸粒子會造成酸雨、散射陽光，並且影響雲霧的形成，對自然生態、地球輻射能量的收支平衡及天氣變化都有影響。 見圖示

  15. 圖2－3 資料來源：陳正平攝。

  16. 2－3 空氣污染 • 大氣成分在近數億年內才逐漸趨向一個穩定狀態，然而隕石撞擊和火山爆發等偶發事件仍會造成大氣成分的變動。 • 人類學會用火之後就已經開始污染空氣，但真正顯著的破壞始於18世紀中葉的工業革命。 • 近年來許多國家為了開拓農地，大規模砍伐或燃燒森林，不但削弱大自然自我清潔能力，燃燒森林所產生的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等氣體以及氣懸粒子，也使得空氣污染更嚴重。 見圖示 下一頁

  17. 圖2－4 資料來源：Graedel，T.E.，and Paul J. Grutzen著，陳正平譯，1997：變色的天空—大氣與氣候變遷的故事，遠哲科學教育基金會，p. 101，Fig. 5.8。

  18. 空氣污染 • 局部空氣污染 • 霾 • 酸雨 • 污染物的傳送 • 全球大氣污染 溫室氣體增加 臭氧洞 臭氧洞問題解決之道 五光十色的大氣

  19. 局部空氣污染 • 空氣污染物主要包括一氧化碳、二氧化硫、揮發性有機化合物、氮氧化合物、臭氧和氣懸粒子，主要來源是汽機車和工廠排放的廢氣。 • (1)臺灣地區空氣品質不良的最嚴重污染物是 氣懸粒子和臭氧。 • (2)環保署依據儀器所測量各種指標污染物的 濃度，建立了空氣污染指標（簡稱PSI）， 以作為污染物對健康影響的參考。 見圖示

  20. 小百科　圖一 見圖示 資料來源：http://gaia.org.tw/air/asthma/q2.htm

  21. 圖2－5

  22. 霾 • 當空氣中懸浮粒子含量高時，會散射陽光而影響能見度，此種現象稱為「霾」。 • 1997～1998年印尼發生森林大火，造成嚴重霾害，連馬來西亞、新加坡和泰國等鄰近地區都受波及，造成居民健康受損，觀光事業也因此停擺。 見圖示

  23. 圖2－6

  24. 酸雨 • 大氣中原本就存在著一些酸性氣體，例如二氧化碳和二氧化硫，因此自然界的雨水通常也略帶酸性，平均pH值約在5左右；一旦空氣污染物中的酸性物質使雨水的pH值低於5，便稱為酸雨。 • 酸雨除了會腐蝕建築物與石雕之外，最大的壞處就是使土壤酸化。土壤酸化會造成礦物質大量流失，除了影響植物成長，鋁離子還會對水中生物有毒害，造成水質污染。 見圖示

  25. 圖2－7 資料來源：改繪自Graedel，T.E.，and Paul J. Grutzen著，陳正平譯，1997：變色的天空—大氣與氣候變遷的故事，遠哲科學教育基金會，p. 53，Fig. 3.12。 見圖示

  26. 圖2－8 資料來源：Graedel，T.E.，and Paul J. Grutzen著，陳正平譯，1997：變色的天空—大氣與氣候變遷的故事，遠哲科學教育基金會，p. 56，Fig. 3.15。

  27. 污染物的傳送 • 颱風或雨天的空氣比晴天清新，主要是大風有利污染物的擴散，降雨則會把污染物沖洗到地面。 • 許多工廠或發電廠將煙囪建得很高，雖然使工廠附近地區的污染物較不易累積，卻也使污染物被傳送到更遠的地方。

  28. 全球大氣污染 • 全球大氣污染（背景大氣污染）代表污染量已經超過地球的自我調節能力，使得大氣成分發生改變。 • 目前最主要的兩個課題 • (1)溫室氣體增加。 • (2)臭氧洞：平流層中的臭氧濃度降低。

  29. 溫室氣體增加 • 溫室氣體主要是水氣、二氧化碳、甲烷和氟氯碳化物（CFCs），其中二氧化碳和甲烷的濃度已經證實正在增加。 • 由夏威夷群島上的測站資料顯示：二氧化碳濃度除了因為植物的光合作用與呼吸作用而呈季節性波動外，還因為人類大量使用化石燃料和砍伐森林等活動的影響，呈現了一個長期增加的趨勢。 見圖示

  30. 圖2－9 資料來源：資料取自冒納羅亞測站網站資料中心：http://mloserv.mlo.hawaii.gov/datacent.htm

  31. 臭氧洞 • 1980年代，科學家發現南極上方平流層的臭氧濃度正快速耗減，此種現象被稱為「臭氧洞」。 • (1)臭氧洞主要發生在極區的初春，尤其南 極最為嚴重。 • (2)衛星資料顯示，臭氧減少的範圍面積愈 來愈廣、濃度也逐年降低。 • 臭氧減少不但影響人類，對其他生物也有很大的影響，特別是位居食物鏈最基層的浮游生物對微量的紫外線十分敏感，一旦它們數量減少，就會影響生態平衡。 見圖示

  32. 圖2－10 資料來源：NASA網站：http://jwocky.gsfc.nasa.gov/multi/monoct.gif'

  33. 臭氧洞問題解決之道 • 造成臭氧減少的禍首：氟氯碳化物。 • 為了解決臭氧洞問題，各國在1987年簽訂了「蒙特婁議定書」，其後又經過兩次嚴格的修正，規範各國逐漸減少終至完全禁用氟氯碳化物。 • 目前對流層中氟氯碳化物的濃度已經逐漸穩定下來，但由於對流層與平流層間物質交換速率緩慢，氟氯碳化物在平流層內的濃度大約在2010年會達到最高峰，而後才會緩慢下降。 見圖示

  34. 圖2－11 資料來源：資料取自冒納羅亞測站網站資詢中心：http://mloserv.mlo.hawaii.gov/mloinfo/program.htm。

  35. 五光十色的大氣 • 大氣的許多成分能造成陽光的散射、折射、反射或繞射現象，使得光線改變行進方向，或將不同的色彩分離，讓大氣充滿奇異的亮光和繽紛的色彩。 • 天空和雲彩的顏色 • 霓與虹 • 暈與華

  36. 小百科　圖二 資料來源：http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/mars/lunarbases/ndxpage1.html

  37. 小百科　圖三 資料來源：改繪自Schaefer, V.J.，and J. A. Day，1981：A Field Guide to the Atmosphere。Houghton Mifflin，p. 321。 見圖示

  38. 小百科　圖四 資料來源：http://www.cs.princeton.edu/~rywang/berkeley/magic small/rainbows.html

  39. 小百科　圖五 資料來源：林博雄攝。

  40. 物質科學地球科學篇(下)總目錄 第一章　氣象學與人類文明 第二章　大氣的成分 第三章　大氣的能量 第四章　潮溼的大氣 第五章　大氣的運動 第六章　氣團與鋒面 第七章　熱帶氣象與颱風 第八章　氣象學的應用

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