（一）大气圈
从土层（包含地底非常深层的岩层裂缝中的气体）到16000km 高处都存在气体或基本粒子，总质量达5×10¹⁵t，占地球总质量的0.00009％。主要成分氮占 78％；氧占21％；其他是二氧化碳、水蒸气、稀有气体、尘埃等，占1％。地球的表层为形成大气圈，它是与地球的产生和演变分不开的。地球在其产生和演变的过程中，一直要分异出一些较轻的物质，轻的物质上升，日积月累形成大气圈。我国古代也有：“混沌初开，乾坤始奠，轻清者上升为天，重浊者下沉为地。” 实际上这就是讲的物质分异作用。上升的气体为何不会从地球的表层跑到宇宙中，其主要原因是地球的引力把大气物质给拉住了，形成一个同心状的大气圈。物体脱离地球的临界速度是11.2km/s，虽然气体物质很轻，其运动速度也很快，如氧原子的运动速度是0.5km/s，氢分子的运动速度是2km/s，但这种速度并不能使气体物质脱离地球的引力场。只有一部分氢和氦，在宇宙射线作用下可以被激发，产生很高的速度而跑掉一些。所以，大气圈中氧和其他气体的成分就相对增加了。
在太阳系中的其他星体，如月球、水星、火星等，则不同于地球的情况。月球的表面引力只有地球引力的1/6，物质脱离月球的速度为2.38km/s。所以月球上分异出的气体物质，容易脱离月球，使月球不可能形成大气圈。水星离我们地球最近，其表面引力是地球的1/3，脱离速度是4.2km/s，气体比较容易跑掉，所以水星上都没有形成大气圈。火星表面的引力与水星的引力相似，但火星的表面温度较低，气体分子热运动的速度相对较慢，所以火星的四周还可以保存一部分大气物质，但比起地球来，气体是非常稀薄的。木星、天王星和海王星的引力与质量都比地球大很多，因此在这些星体上都存在大气圈。但它们的成分却与地球上的大不一样。由于这些行星的引力大，连氢、氦这些轻气体分子都能被吸引，所以这些星体上的气体不适合各种生物的生存与发展。金星的质量与引力都和地球相似，也存在有大气圈，但金星上没有植物进行光合作用，所以二氧化碳的含量很大。这样的条件都不适合生物的发展与生存。
地球大气圈成分是随着时间而变化的。当初大气中的二氧化碳可能达到百分之几十，大约在 3 亿年前，由于植物大规模繁盛，才演化成接近现今的大气成分，目前大气中的二氧化碳只有万分之4.6。大约在1亿年前，大气的温度才接近现今的温度。从地史发展来看，二氧化碳多少是影响地表温度的一个重要因素。若二氧化碳增多，地球的温度将会提高。根据有关资料，自工业革命以来，二氧化碳的成分已增加13％，因此人们推测地球的大气温度将会越来越高。
大气圈是地球的重要组成部分，并有重要的作用：
1.大气可以提供地球上生物生活所必需的碳、氢、氧、氮等元素。
2.
大气可以保护生物的生长，使其避免受到宇宙射线的伤害。
3.
防止地球表面温度发生剧烈的变化和水分的流失，倘若没有大气圈，地球上将不会存在水分。
4.
一切天气的变化，如风、雨、雪、雹等都发生在大气圈中。
6.大气与人类的生存和发展密切相关。大气容易遭受污染，大气环境的质量直接关系着人类健康。（二）水圈
水圈主要是呈液态及一部分呈固态出现的。它包括海洋、河流、湖泊、冰川、地下水等，形成一个连续而不规则的圈层。水圈的质量为1.41×10¹⁸t，占地球总质量0.024％，比大气圈的质量大很多，但与其他圈层相比，还是非常小。其中海水占97.2％，陆地水（包括河流、湖泊、冰川、地下水）只占2.8％；而在陆地水中冰川占水圈总质量的2.2％，所以其他陆地水所占比例是很微小的。此外，水分在大气中有一部分；在生物体内有一部分，生物体的3/4是由水组成的；在地下的岩石与土壤中也有一部分。由此可见，水圈是独立存在的，但也是和其他圈层相互渗透的。
地球上有水，这看似是很平常的现象，与其他星体相比，则显得特殊。如，月球、水星、金星上没有水。金星的表面温度较高，水都变成蒸汽逃逸了。火星上的水并不比地球少，但火星上的水几乎都是以冰的形式存在的。火星以外的行星表面温度更低，难以存在液态水，如土星光环，据查明是由冰块组成的。
大气圈中存在的水分只占水圈总量的十万分之一，但它的重要意义不能以百分数来衡量。因为大气中的水分时常凝结为雨、雪降落，又时常从地面和海面得到补充。实际上，大气中的水汽是水循环的中转站。这一中转站对人类生存关系极大。每年大约有4.46×10¹⁴t的水分经过蒸发进入大气圈，同时也有相同数量的大气水分经过凝结又降落到地面，其中大约有1/5降落在陆地上。
地球上的原生水，是地球物质分异的产物。目前火山喷发常有大量水汽从地下喷出便是证明。如 1976 年阿拉斯加的奥古斯丁火山喷发，一次喷出水汽即达5×10⁸kg。当然，地球上的水圈是逐渐演化而成的。
水圈是地球圈层结构的重要组成部分，对地球的发展和人类生存有很重要的作用：
1.水圈是生命起源地，没有水也就没有生命。
4.
水是最重要的物质资源与能源资源，水资源的多少和水质好坏直接关系着社会经济发展与人类生存。
（三）生物圈
指地球表层有生物存在并受生命活动影响的圈层。目前世界上已知的动物、植物大约有250 万种，其中动物占200万种左右，植物大约占34万种左右，微生物大约有3.7万种。整个生物圈的质量并不大，仅仅是大气圈质量的1/300，但它起到的作用却是很大的。生物圈具有相当的厚度。绿色植物的分布极限大约是海拔6200m左右，根据资料，在33000m 高空还发现有孢子及细菌。总的来讲，生物圈包括大气圈的下层、岩石圈的上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。但是其核心部分为地表以上100m，水下100m，也就是说大气与地面、大气与水面的交界部位是生物最活跃的区域，其厚度约为200m左右，因为在这个范围内具备适合生物生存的温度、水分和阳光等最优条件。
生物圈是在地球演化过程中形成的一个特殊圈层，大约在 30 亿年以前，地球上才开始有了最原始的生命记录。大约从 6 亿年前进入生命演化的飞跃阶段。地球上自从出现生物，便对地球的发展起着重要的特殊作用。由于生物的生长、活动和死亡，使生物与大气、水、岩石、土壤之间，进行着多种形式的物质和能量的交换、转化和循环，从而不断改变着周围的环境。如植物在光合作用过程中，不断从大气中吸收CO₂，在反应中释放O₂，改变着大气的成分，同时将碳固定下来，并把它们的一部分埋藏在地壳中，形成大量的地壳能源。据估计，每年大约有1.5×10¹⁰t的碳，从大气转入树木之中，煤炭就是地质时代树木被埋入地下形成的。目前，每年大约形成含碳量达3×10⁸t的泥炭。此外，空气中的 CO₂溶解到水中形成 HCO₃⁻，与Ca结合形成 CaCO₃，一部分为生物所吸收变为硬体（外壳、骨骼等），沉积而成为石灰岩。同时，生物也参与了土壤的发育。可以说，没有生物也就没有今天的地球面貌，没有生物，也就不可能提供如此丰富多样的生物资源。
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