地球上的生物圈
生物圈与人类关系密切。人类生存在生物圈内,其生存与发展和生物圈状况的好坏有着直接的联系。那么到底什么是生物圈呢?生物圈是地球表面的大气圈、岩石土壤圈和水圈的接触地带,它们之间相互作用,相互渗透,形成了生命孕育、发生和发展的环境,在三圈相邻的区域内集中生活了地球上绝大多数的生物。可以这么说,在地球环境内,凡是有生命存在的大环境就可以叫做“生物圈”。
大气圈
大气圈是生物圈中至关重要的第一大圈层,它覆盖在整个地球表面,无色、无味,由多种气体组成,主要成分是氮和氧。大气层可以保护地球生物免受太阳紫外线的过多伤害,也可避免一些宇宙射线的危害,还有一项重要的功能在于可以防止地表温度剧烈变化并且防止水分过多损失。
大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层等5层。这是根据大气的温度、密度等物理性质在圈层垂直方向上的不同所划分的。
对流层是最贴近地面的一层,它的范围是从地面到10千米高空,由于这一层大气的热量来源主要是地面,因此,高度越高,气温越低,空气内上低下高的温度状况使这里的空气对流运动显著。这一层对天气变化影响显著,易成云致雨,夏季的暴雨天气就是在这一层形成的。
平流层分布在从对流层顶到50千米高空的范围,这一层空气稀薄,尘埃和水汽很少。由于平流层的上部是臭氧层,可以吸收太阳光中的紫外线,使这层的空气温度上部高下部低,这样的温度结构造成气流多以水平运动为主,故这一层宜于高空飞行。
中间层指从平流层顶到85千米高空的范围,由于这一层的热量来源主要是平流层顶部臭氧层吸收的太阳热量,所以这里的气温与高度成反比,这造成了强烈的对流运动。
热层是从中间层顶到800千米高空的大片范围,大气稀薄是这一层的显著特点。由于是大气圈的外层,接受太阳辐射比较直接,大气温度迅速升高到达1000℃以上。这一层又叫电离层,因为这一层大气中的氧和氮的分子受太阳紫外线和宇宙射线的作用,发生电离分裂,变成大量的自由电子和离子。
散逸层指暖层顶以上的大气,这一层也叫外层。这里的大气密度与海平面大气密度相比相差巨大,只有它的几百亿分之一,变得更加稀薄。地球大气向星际空间过渡的层次就是这一层。
随着科技的发展,当人类把人造卫星送上天后发现:在320~1000千米的大气层,由于其主要由氦组成而应叫氦层。而且人们在它上面还发现一个氢层,其实就是一个质子层,它可向外延伸到64000千米的高空。
岩石土壤圈
岩石土壤圈是与人类生活关系最密切的圈层,是它支撑起了地球。人类就生活在地球的表层——地壳上。地壳主要由各种岩石组成,是地球的外套。各种化学元素化合形成矿物,矿物组成岩石。
据地质学家的研究,有90多种化学元素自然存在于地壳中,其中氧、硅、铝、铁、钾、钙、钠、镁8种元素分布最广,在整个地壳重量中占97.1%,其中的氧和硅更是地壳组成的基本元素。
根据地震波传播的速度和地壳化学组成的差异不同,将地壳分成2层。上层含硅、铝较多,叫硅铝层,主要由花岗岩类组成,比重较小;下层硅、铝成分相对减少,镁、铁成分增多,叫硅镁层,主要由玄武岩类组成,由于组成元素不同,这一层的比重较大。在大洋地壳中,硅铝层很薄,甚至缺失,硅镁层却普遍存在。海洋地壳主要由玄武岩构成,而大陆地壳除了有些地区地表有由于地质作用造成的很薄的变质岩、沉积岩外,主要是由上层的花岗岩和下层的玄武岩构成。
大气层结构示意图
大气圈从内到外分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。这主要是根据大气的密度、温度等物理性质划分的。
地壳除了各种组成它的岩石外,还附着土壤。
土壤与植物的关系是最直接的,它是陆生植物生存的基础。有了它,粮食作物、草原、森林和多种其他植物才能获得它们需要的矿物元素、有机肥料和水分等。而植物又是整个地球生态系统中食物链上的最基层,这个环节如果出了问题后果可想而知,由此我们可以看出土壤的重要作用。
沉积岩形成示意图
沉积岩是地壳上的主要岩石之一,是坚硬的地壳外表的组成成分之一。
那么,土壤是怎样形成的呢?首先,暴露于地表的岩石受太阳光热的作用,与空气、水等长期接触,就被风化,成为疏松的成土母质。这种母质由于从岩石脱胎而来,因而含有矿物质养分,也具有蓄水性,这都是土壤形成的基础。这种成土母质中慢慢开始寄存了一些微生物和低等生物,有机物质在成土母质中逐渐积累,这是高等植物可以生长的前提。高等植物死后,被埋在土下形成腐殖质,这些都是微生物的作用。腐殖质胶体能够吸收钙离子使土粒团聚,这是腐殖质胶体在发挥聚合作用。年深日久,成土母质就发育成具有一定肥力的土壤层,这个过程与气候条件密不可分。
水圈
地球上的水圈,包括海洋水、江河水、湖泊水、冰川固体水、陆地岩层和土壤下的地下水,还包括大气中的水汽等。总之,地球上不管以何种形态存在的水都属于水圈的范围。
地球上的水在陆地、天空和海洋间不停息地循环着。水的循环又分为小循环和大循环。
水的小循环是指:水汽从海洋蒸发之后,大部分又回到海洋;水汽从陆地蒸发后,大部分又落回到陆地。
那水的大循环呢?我们都知道大气水的主要来源是江洋大海。海洋水蒸发成的水汽,有一部分在气流的作用下被带到大陆上空,陆地上的降水就是这些水汽在适当的天气条件下形成的。降落在陆地上的水,一部分下渗变成地下水,一部分形成地表径流,一部分重新蒸发变为水汽回到大气中,水又回到了海洋。这就是水的大循环。
水循环对于整个生物圈有很重要的作用,它使大气降水,地下水、地表水、土壤水之间能够相互转化,同时对天气和气候的变化也有影响。这一过程,通过降水、地表径流、入渗、地下径流、蒸发和植物蒸腾等各个环节,紧密联系了水圈、大气层、岩石土壤圈和生物圈,使它们之间能够进行能量交换。同时,物质迁移也是水循环的一个结果,因为水在运动中会夹带泥沙和溶解物质,每到一处它都会沉积物质、侵蚀岩石,使地球的面貌有所改变。
在大气、岩石土壤和水圈之间,能量交换和物质循环无时无刻不在进行着,这使生物圈保持了稳定和平衡。人类活动必须遵循自然规律,如果擅自破坏了生物圈的平衡,就会受到大自然的惩罚,酿成恶果。