2011年第二講全球環(huán)境變化

1、全球環(huán)境變化 2011年9月課件郵箱：郵箱密碼：global 1太平洋島國(guó)吐瓦魯 可能因氣候變暖被淹沒(méi)2 第二講 地球各圈層及其特征課件郵箱：郵箱密碼：global （我們的地球）3我們的地球地球各圈層及其特征地球是一個(gè)半徑有6370多公里近似的橢球體。地球環(huán)境表現(xiàn)出“圈”層結(jié)構(gòu)，包括巖石圈、生物圈、水圈、冰凍圈和生物圈。 4一、 巖石圈，土壤圈地球物理學(xué)研究表明，固體地球內(nèi)部存在兩個(gè)間斷面。第一個(gè)間斷面位于地表以下平均33公里處，稱為莫霍面；第二個(gè)斷裂面在地表以下2900公里的深度上，稱古登堡間斷面。這兩個(gè)間斷面把地球內(nèi)部劃分成了三個(gè)主要的同心層：地殼、地幔和地核。5地殼、地幔和地核地殼厚約

2、30km地幔厚約2840km 地核厚約3500km6地震波波速測(cè)定莫霍面古登堡面地震波波速在一定深度發(fā)生突然變化的面叫做不連續(xù)面。地球內(nèi)部有兩個(gè)明顯的不連續(xù)的面，一個(gè)在地下平均33千米處（指大陸部分，大洋在地下平均6千米處），在這個(gè)不連續(xù)面下，縱波和橫波的傳播速度都明顯增加，這個(gè)面叫莫霍面；另一個(gè)在地下2900千米深處，在這里縱波的傳播速度突然下降，橫波則完全消失，這個(gè)面叫做古登堡面。根據(jù)這兩個(gè)不連續(xù)面，地球內(nèi)部可劃分為地殼、地幔和地核三個(gè)圈層。789地幔分為上下兩層,地幔的溫度約1200-4000。上地幔處于33-980公里，厚900多公里，一般認(rèn)為是巖漿作用的主要發(fā)展源地。上地幔上部60-

3、250公里深度范圍內(nèi)存在一個(gè)地震波低速帶，可能是由于大量放射性元素集中，蛻變使熱能聚集，從而產(chǎn)生高溫異常，超過(guò)了物質(zhì)在該深度的熔點(diǎn)，使物質(zhì)處于熔融狀態(tài)，成為巖漿的源地，該層也稱為軟流層。這與地球表層的許多活動(dòng)有密切的關(guān)系，例如，使地幔對(duì)流，造成海底擴(kuò)張、火山與地震的發(fā)生、礦藏的形成等等。地面以下980-2900公里稱為下地幔。下地幔的構(gòu)成物質(zhì)除硅酸鹽外，主要是金屬氧化物與硫化物，特別是鐵、鎳成分顯著增加，平均密度為5.6克/厘米3。 10地殼運(yùn)動(dòng) 地殼運(yùn)動(dòng) 是由于地球內(nèi)部原因引起的組成地球物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。它可以引起巖石圈的演變，促使大陸、洋底的增生和消亡；并形成海溝和山脈；同時(shí)還導(dǎo)致發(fā)生地震、

4、火山爆發(fā)等。 11地殼運(yùn)動(dòng)按運(yùn)動(dòng)方向可分為水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)。水平運(yùn)動(dòng)指組成地殼的巖層，沿平行于地球表面方向的運(yùn)動(dòng)。也稱造山運(yùn)動(dòng)或褶皺運(yùn)動(dòng)。該種運(yùn)動(dòng)常?？梢孕纬删薮蟮鸟薨櫳较?，以及巨形凹陷、島弧、海溝等。垂直運(yùn)動(dòng)，又稱升降運(yùn)動(dòng)、造陸運(yùn)動(dòng)，它使巖層表現(xiàn)為隆起和相鄰區(qū)的下降，可形成高原、斷塊山及拗陷、盆地和平原，還可引起海侵和海退，使海陸變遷。 12地殼運(yùn)動(dòng)斷層崖 13地殼運(yùn)動(dòng)褶皺構(gòu)造 背斜和向斜 14大陸漂移學(xué)說(shuō)海底擴(kuò)張說(shuō)板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)1910年，德國(guó)氣象學(xué)家A-魏格納提出了大陸漂移學(xué)說(shuō)。到本世紀(jì)六十年代（1961-1962），赫斯和迪茨提出海底擴(kuò)張說(shuō)15印度板塊古陸16板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō) 60年代后期

5、，在海底擴(kuò)張說(shuō)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的又一種學(xué)說(shuō)。 認(rèn)為地球巖石圈不是整體一塊，可分為六大板塊：亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊、南極洲板塊。 板塊內(nèi)部是比較穩(wěn)定的區(qū)域，板塊邊界是構(gòu)造活動(dòng)地帶，板塊相互碰撞形成山脈、海溝和島弧等。 17 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)18火山、地震、地?zé)岚鍓K與板塊之間的接觸帶是火山、地震、地?zé)岬幕顒?dòng)地帶。 192021地殼的演化史22土壤圈巖石圈是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)土壤正是以巖石圈表面物理分化而成的疏松層為母質(zhì)，通過(guò)水和有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)變化以及土壤母質(zhì)的生物作用，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間積累而形成的。土壤中含有種類繁多的各類微生物和無(wú)脊椎動(dòng)物，所以土壤是有機(jī)界和無(wú)機(jī)界相互聯(lián)系、

6、相互作用的產(chǎn)物，是具有獨(dú)特的組分、結(jié)構(gòu)和功能的開放性物質(zhì)系統(tǒng)。 2324土壤的兩個(gè)重要特性一是具有肥力，能為植物、微生物及土壤動(dòng)物提供生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)和生活場(chǎng)所；二是能夠同化和代謝外界輸入的物質(zhì)，即土壤中的生物能夠?qū)斎氲奈镔|(zhì)進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，所以人們又常將其作為自然凈化系統(tǒng)（如污水的土地處理系統(tǒng)）。 25土壤 在巖石圈最上部很薄的一層它在自然環(huán)境中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化方面起重要作用在自然界生物圈、水圈和大氣圈中的特殊位置，土壤是巖石圈中對(duì)人類、動(dòng)植物以及其他生命形式最有意義的部分。土壤在全球環(huán)境變化中扮演重要角色26世界地帶性土壤分布圖2728二、生物圈，人類圈 生物圈是對(duì)地球上所有動(dòng)物、植物和微

7、生物等生物有機(jī)體及其能夠活動(dòng)的空間區(qū)域的總稱。生物圈占據(jù)了包括大氣圈對(duì)流層的下部，幾乎整個(gè)水圈以及巖石圈表層的薄層范圍，但生物集中分布和活動(dòng)的空間多在地表上、下100m的范圍內(nèi)。 迄今為止，在茫茫宇宙的探索中，人們尚未發(fā)現(xiàn)其他存在生命的星球 29據(jù)科學(xué)家們估計(jì)，地球上的生物種類約有1300-1400萬(wàn)種，現(xiàn)已登記在冊(cè)并得到科學(xué)描述的有100多萬(wàn)種動(dòng)物，30多萬(wàn)種植物，10多萬(wàn)種微生物。 生物圈不僅向人類提供許多生活的必需品，而且還為人類生存環(huán)境提供著許多重要的直接或間接服務(wù)。 （衣食住行）30種群、群落、植被、農(nóng)業(yè)植被占據(jù)著一定環(huán)境空間的同一種生物的個(gè)體集群叫做種群。種群的增長(zhǎng)是指種群個(gè)體數(shù)目

8、的增加。群落是種群的集合體。一個(gè)地區(qū)全部植物群落的總體，叫做該地區(qū)的植被。植被是生物圈中的最重要部分。全球的植被經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的演變和進(jìn)化過(guò)程，人類文明開始后，農(nóng)業(yè)植被的種植范圍越來(lái)越擴(kuò)大，成為全球植被的主要組成之一。 31植被與其他各圈的聯(lián)系通過(guò)植被的生長(zhǎng)過(guò)程，土壤（包括較深層次的土壤）、植被與大氣更加緊密地連接在一起，進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換和傳遞。植物在生長(zhǎng)中把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，并吸收大氣中的二氧化碳，固定在植物體內(nèi)。植物是人類和動(dòng)物生存的主要食物供給者和能量供給者。植物的生長(zhǎng)過(guò)程伴隨著通過(guò)植物體進(jìn)行的水的蒸騰和微量氣體的排放。植被的分布和生長(zhǎng)對(duì)陸地表面的太陽(yáng)輻射反射率和地表粗糙度等產(chǎn)生極大影

9、響 植被在全球環(huán)境變化中扮演重要角色32草原和荒漠分布范圍向我國(guó)西部和高海拔地區(qū)擴(kuò)展溫帶森林草原熱帶季風(fēng)雨林亞熱帶常綠闊葉林暖溫帶常綠落葉闊葉林暖溫帶落葉闊葉林溫帶針葉闊葉混交林寒溫帶針葉林溫帶草原溫帶荒漠高原森林和草原高原草原高原荒漠40008000年前現(xiàn)代33Plankton-浮游生物。該詞來(lái)自希臘文, 意為漂泊流浪。浮游生物包括浮游植物(Phytoplankton)和浮游動(dòng)物(Zooplankton)兩大類。 浮游植物種類較為簡(jiǎn)單，大多是單細(xì)胞植物，其中硅藻最多,還有甲藻、綠藻、藍(lán)藻、金藻等。 浮游動(dòng)物如原生動(dòng)物、腔腸動(dòng)物(各類水母)、輪蟲動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、腹足類軟體動(dòng)物、毛顎動(dòng)物、低等脊

10、索動(dòng)物，以及各類動(dòng)物的浮性卵和浮游幼體等34海洋浮游生物、特別是海洋浮游植物在海水中溶解著大量的二氧化碳?xì)怏w，通過(guò)海洋浮游植物的光合作用，把海水中溶解的一部分二氧化碳固定在浮游植物體內(nèi)。浮游生物也是其他海洋生物的主要食物來(lái)源。海洋浮游生物和其他海洋生物的死亡可以形成含碳物質(zhì)（如碳酸鈣）的沉積，如熱帶海洋中的珊瑚 浮游生物在全球環(huán)境變化中扮演重要角色3536貝殼的形成機(jī)理 碳在貝殼與身體之間有一層叫做“外套膜”的薄層，當(dāng)身體生長(zhǎng)時(shí)外套膜能持續(xù)地分泌出碳酸鈣，并不斷地沉積在殼質(zhì)上，日積月累慢慢地結(jié)晶成具有保護(hù)作用的堅(jiān)硬外殼。 貝殼表面上的紋路是對(duì)生長(zhǎng)環(huán) 境及速度的真實(shí)記錄，是貝類 的年輪標(biāo)志。37

11、生態(tài)系統(tǒng)的組成部分1、非生物部分：能源、氣候（光、溫、降水），土壤、空氣、CO2、O2、N2、無(wú)機(jī)鹽、腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、碳水化合物。2、生物部分：（1）生產(chǎn)者：綠色植物、光合細(xì)菌、化能細(xì)菌；（2）消費(fèi)者：食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物、雜食動(dòng)物、腐食消費(fèi)者；（3）分解者：微生物（細(xì)菌、真菌） 38人類圈人類圈是以人為自然實(shí)體的自然圈層。人類圈與其他地球圈層具有強(qiáng)相互作用。與天文因素對(duì)全球系統(tǒng)的單向影響不同，人類圈與其他地球圈層之間的作用是雙向的。 39目前，人類的力量已強(qiáng)大到可與地質(zhì)力量相比人類每年約消耗500億噸礦產(chǎn)資源，已超過(guò)在大洋中脊每年新生成的巖石圈物質(zhì)的數(shù)量（約300億噸），更比河流每年搬運(yùn)的物質(zhì)

12、數(shù)量（約165億噸）多。人類的力量不僅表現(xiàn)在量上，而且還表現(xiàn)在質(zhì)上，它每年創(chuàng)造（有意識(shí)或沒(méi)意識(shí)）大量新的化學(xué)物質(zhì)，參與并不斷改變?nèi)蛳到y(tǒng)的物質(zhì)過(guò)程。40在人類同其他地球圈層的強(qiáng)相互作用中，一方面，人類圈的環(huán)境容量在擴(kuò)大另一方面，自然資源的大量消耗和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，正嚴(yán)重威脅人類的生存和發(fā)展。41人類圈的較低水平主要表現(xiàn)在：（1）人口數(shù)量劇增。（2）健康不佳和文化水平低的人口所占比重大。（3）掠奪式的地球觀在很大程度上支配著人們的行動(dòng)。（4）決策常有重大失誤（造成的損失甚至比自然災(zāi)害還大）。（5）高消費(fèi)資源和高消費(fèi)的經(jīng)濟(jì)模式等。在過(guò)去幾十年，人類圈的較低水平迅速膨脹在全球系統(tǒng)變化中占主導(dǎo)地位

13、。42三、水圈 水圈是地球表層水體的總稱。這些水以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)分布于地表、地下和大氣中，以海洋、湖泊、沼澤、河流、冰川、積雪、大氣水（如云、水汽等）和地下水等形式存在。 43水水圈中水的總體積約為13.86億立方公里。海洋是全球最大的水體，總面積約3.6億平方公里，約占地表總面積的71%，總?cè)莘e約占水圈總水量的97%。淡水僅占總水量的2.6%，而且其中的87%分布在南北兩極的冰蓋、高山冰川和永凍地帶的冰雪中。人類能夠利用的淡水是江河湖泊以及地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26%。 44地球上水體的類型與儲(chǔ)量45地球上淡水的構(gòu)成46水循環(huán)過(guò)程47水循環(huán)的運(yùn)動(dòng)方式 蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降水

14、、徑流、入滲 48我國(guó)降水空間分布規(guī)律由東南向西北減少49水在循環(huán)中不斷進(jìn)行著自然更新 如果一個(gè)獨(dú)立的、水量固定的水體與外界進(jìn)行水的交換，就稱該水體在進(jìn)行水的更新。如果交換得到的水量與這個(gè)水體的水量相等，就認(rèn)為這個(gè)水體的水被更新了一次50水的更新時(shí)間據(jù)估計(jì)，大氣中的全部水量9天即可更新一次，河流約需10-20天，土壤水約需280天，淡水湖約需1-100年，地下水約需300年。鹽湖和內(nèi)陸海水的更新，因其規(guī)模不同而有較大的差別，時(shí)間約10-1000年，高山冰川約需數(shù)十年至數(shù)百年，極地冰蓋則需16000年，只有海洋中的水全部更新時(shí)間最長(zhǎng)，要37000年。更新時(shí)間越長(zhǎng)，越不能受到污染。因?yàn)槟鞘菫?zāi)難性的

15、。51地球系統(tǒng)的生物圈和巖石圈的土壤層中也含有少量的水。這兩部分的水一般不作為水圈的組成部分，但它們對(duì)于動(dòng)植物的生存和各種生物過(guò)程的進(jìn)行是至關(guān)重要的。 52水圈處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中。通過(guò)水的循環(huán)過(guò)程，水圈中的各部分互相交換，不斷更新。水圈在調(diào)節(jié)地球的熱量和氣候中發(fā)揮重要作用，并參與地表的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化。風(fēng)吹動(dòng)著海洋表面，海洋與大氣之間存在著水熱交換，受這些因素及其他因素的驅(qū)動(dòng)，海洋在隨地球旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在各種規(guī)模上進(jìn)行著水平流動(dòng)和垂直流動(dòng)，形成海洋環(huán)流。這些驅(qū)動(dòng)因素還進(jìn)一步?jīng)Q定著海洋的垂直結(jié)構(gòu)。海洋環(huán)流對(duì)海洋的熱儲(chǔ)存和熱傳輸意義重大。 53洋流54世界漁場(chǎng)分布55北大西洋暖流千島寒流洋流與氣候5

16、6海洋對(duì)氣候和地球環(huán)境產(chǎn)生影響海洋儲(chǔ)存著大量的能量和化學(xué)物質(zhì)，是驅(qū)動(dòng)地球環(huán)境其他部分的重要驅(qū)動(dòng)源之一。海氣相互作用的主要過(guò)程包括了水、熱和各種化學(xué)物質(zhì)的交換。其次，這種影響還通過(guò)河流以及在海岸帶進(jìn)行的海水與陸地水之間的交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。5758正常時(shí)期的海氣理論模型59厄爾尼諾 東太平洋海溫異常升高以及與此有關(guān)的氣候異?，F(xiàn)象60厄爾尼諾時(shí)期的海氣理論模型61你猜得到嗎？拉尼娜時(shí)期的海氣理論模型62厄爾尼諾現(xiàn)象是大約每隔27年出現(xiàn)一次。至1997年的20年來(lái)厄爾尼諾現(xiàn)象分別在7677年、8283年、8687年、9193年和9495年出現(xiàn)過(guò)5次。 63四、冰凍圈 冰和雪是水的固態(tài)形式。與液態(tài)和氣態(tài)的水相

17、比，冰和雪是相對(duì)穩(wěn)定的。把冰雪部分從水圈中提出來(lái)，并與凍土一起，單獨(dú)列為冰凍圈。冰凍圈包括了五個(gè)組成部分：海冰、大陸冰原、季節(jié)性雪蓋、永凍土和高山冰川。 64冰主要分布在南極冰蓋，北極海冰和大陸冰川（格陵蘭島、青藏高原等）。冰凍圈的覆蓋范圍是可以改變的，冰凍圈平均覆蓋世界海洋的7%，多年冰覆蓋了陸地表面的11%。水的冰點(diǎn)恰好位于地球上通常的最低溫度和最高溫度之間大約一半的地方，因此，冰凍圈的分布范圍對(duì)地球表面溫度的變化極為敏感。656667冰、雪和凍土有多年性（或常年性）和季節(jié)性的區(qū)別。季節(jié)性的冰、雪和凍土的季節(jié)影響和年際影響是顯著的。但在更長(zhǎng)時(shí)間尺度上，多年性的冰、雪和凍土的作用更大。在十年

18、到百年的時(shí)間尺度上，多年性的冰、雪和凍土的分布變化比較小，從而可以產(chǎn)生比較固定的影響過(guò)程和影響趨勢(shì)。 68冰凍圈的重要性一方面在于它具有對(duì)太陽(yáng)輻射的比較穩(wěn)定的高反射率，影響地球系統(tǒng)的能量收支，在一定程度上控制著大氣環(huán)流和海洋環(huán)流的進(jìn)行另一方面，冰凍圈具有地球上近80%的淡水資源，約占地球各種形式總水量的2%。 69乞里馬扎羅山脈（坦桑尼亞）1970年2000年70雪線在上升天山烏魯木齊河源1號(hào)冰川7119621994斷開天山烏魯木齊河源1號(hào)冰川72冰期、間冰期在幾億年的地球氣候史中，溫暖期與寒冷期是交替出現(xiàn)的。冰川大規(guī)模增長(zhǎng)，冰雪覆蓋全球大面積地表面，氣候顯著變冷的時(shí)期，稱冰期。在兩個(gè)冰期之間

19、，冰川大規(guī)模消退，冰雪量減少，氣候顯著變暖的時(shí)期，稱間冰期。由于地球上區(qū)域氣候變化的差異性，使冰川作用的開始與消退，冰期與間冰期的次數(shù)不完全一樣，但各地區(qū)較長(zhǎng)的寒冷期與溫暖期的變化大致是同期的。73冰期冰期時(shí)，冰川擴(kuò)張，大量水體聚集于陸地，使海面下降，大陸面積擴(kuò)大，海岸線變遷，海陸輪廓發(fā)生變化，全球大氣環(huán)流形式發(fā)生改變，對(duì)動(dòng)植物、土壤、地質(zhì)地貌的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。 74五、大氣圈 地球被大氣包裹著。由于地心引力的作用，90%的大氣質(zhì)量聚集在離地表15公里高度以下的大氣層內(nèi)，99.9%在48公里以內(nèi)。一般把1200公里高度看作是大氣的上界。 75地球大氣的組成以氮、氧和氬三種氣體為主，其中

20、氮占有78.08%，氧20.95%，氬0.93%。其他氣體含量甚微，但非常重要，稱為微量氣體，包括二氧化碳（0.0332%）、氪(0.00011%)、氖(0.00018%)、氦(0.000525%)、甲烷(0.00015%)、氫(0.00005%)，還有一氧化碳、氙、臭氧、氡、二氧化硫等。 大氣中的微量氣體是全球變化研究的重點(diǎn)之一76溫室氣體一些微量氣體與產(chǎn)生溫室效應(yīng)的過(guò)程有關(guān)，稱為溫室氣體，如二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化二氮等，還有人類制造出的氯氟烴等氣體。大氣中的水汽因地點(diǎn)和溫度等因素發(fā)生變化，一般占大氣體積的0%-3%。水汽也是甚為重要的溫室氣體。 77與7879大氣氣溶膠（顆粒物）大氣

21、中還懸浮著水滴、冰晶、塵埃、孢子、花粉等液態(tài)、固態(tài)的微粒。除水滴和冰晶外，其他一切固態(tài)和液態(tài)的懸浮物質(zhì)都稱為氣溶膠，平均直徑是10-410微米。大氣氣溶膠主要有兩個(gè)來(lái)源。一個(gè)是灰塵、海鹽粒子等直接進(jìn)入大氣，以及火山活動(dòng)、森林火災(zāi)和人類活動(dòng)等產(chǎn)生的塵埃；另一個(gè)是大氣中的氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)變化產(chǎn)生，如二氧化硫轉(zhuǎn)變成硫酸鹽，氮氧化物轉(zhuǎn)變成硝酸。80地球大氣按照溫度隨高度的變化，由地表向上，依次分為對(duì)流層（0-10km）平流層（10-50km）中間層熱層逃逸層 81對(duì)流層對(duì)流層緊鄰地表，大氣稠密，中緯度地區(qū)平均高度約為10-12公里。對(duì)流層溫度隨高度的增加而降低，平均每升高1公里氣溫約降低6.5，至對(duì)流層頂溫度降到極小值。對(duì)流層中的對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著，是熱量垂直輸送的主要控制因子，各種天氣現(xiàn)象（如云和降水）主要發(fā)生在這一層。 82平流層從對(duì)流層頂以上到大約50km左右高度為平流層平流層中2030公里間的臭氧濃度達(dá)到最大（臭氧層）由于臭氧對(duì)太陽(yáng)輻射吸收加熱的結(jié)果，平流層中氣溫隨高度升高而