1、全球变化与环境变迁,全球变暖所引发的气候变迁以及极端天气事件越来越频繁,危害也,越来越大,全球由于气候变迁所导致的灾难损失, 已经超过了全球GDP每年的增长,这一年我们白干了！,“以古论今”（the past is the key to the present and the future）：根据过去环境变化的规律来解释现代，预测未来。“将今论古”（the present is the key to the past）：根据现代环境过程所遵从的基本原理、基本关系等重建过去的环境。,怎么办？,怎么做？,教材：,张兰生,方修琦,任国玉. 全球变化. 北京:高等教育出版社,2000,参考书：,黄春长
2、著. 环境变迁. 北京:科学出版社,1998,刘东生等著. 黄土与环境. 北京:科学出版社,1985. 周昆叔等主编. 环境考古研究(第二、三、四辑). E.布赖特恩著.气候过程和气候变化.北京:科学出版社,2004. 夏建新,李天宏,王英等. 全球环境变迁. 北京:中央民族大学出版社,2006. 杨达源,姜彤. 全球变化与区域响应. 北京:化学工业出版社,2005. 贾与,李建全. 全球环境变化. 武汉:湖北教育出版社,1998. ,参考书：,本课程内容：,第一章 地球系统与全球变化 第二章 全球变化的主要过程与驱动力 第三章 全球变化研究的主要途径 第四章 全球自然环境的形成与演化 第五章
3、 新生代衰落与第四纪全球变化 第六章 全新世及近2000年的全球变化 第七章 未来全球变化及其影响,第一章 地球系统与全球变化,本章内容：,第1节 地球系统 第2节 全球变化与全球变化研究 第3节 全球变化研究的历史、现状和趋势,第1节 地球系统,地球：,唯一有生物圈的星球； 唯一有充裕氧气和液态水的星球； 唯一经板块构造过程不断更新地表结构，使生命所必需的营养物质反复循环的星球。 离太阳恰到好处的距离，具有最适宜生物的地表温度。,1、地球的组成,从地心到大气层的最外层，可分为地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、人类圈等。,在地球45亿年的演化历史过程中，各圈层在地球上出现的时间有先有后
4、，每一个圈层本身都有各自的特点和运动、演化规律，构成一个复杂的子系统。 地球的各个组成圈层是相互联系的，每一个圈层在接受其他圈层影响的同时，也对其他圈层产生作用，各个圈层之间以一定方式相互作用组成更为复杂的子系统。地球系统是这些相互作用着的复杂的子系统的集合，而不是单个组成部分的堆积。,2、地球系统的划分,最简便的划分是分为：,地圈,生物圈,地球系统,地圈,是各种地球物理状态的整体综合，包括岩石圈（岩石）、表土层（土壤）、水圈（液态水和冰）以及大气圈。,地圈,决定着地球表层水分和能量的交换和分布，形成全球的气候；,物理气候系统（以大气圈和水圈为主体）：,决定着地壳的生消及其运动，形成地球的海陆
5、分布格局与各种地貌形态,固体地球系统（以岩石圈为主体）：,或称为全球生态系统：包括地球上全部生物和生命支持系统，它的空间范围从地表向上和向下一直延伸到任何形式的生命自然存在的地方。全球生态系统包括地球上多种多样的生态群落与生态系统。,生物圈,物理气候系统、固体地球系统、全球生态系统这三个彼此关联的循环系统将它们有机地联系在一起，成为一个整体。,物理气候系统,固体地球系统,全球生态系统,地球系统,调控水循环,调控生物地球化学循环,调控固体地球物质循环,人类圈,人类作为生命有机体，其活动范围限制在生物圈范围内，但人类具有主动地开发利用自然资源的能力，并藉此构建了性质独特的人类生态系统。人类生态系统
6、是一个构建在固体地球系统、物理气候系统和自然生态系统之上，并作为水循环、生物地球化学循环和地球岩石圈循环过程的一个中间环节的系统，是地球系统的一个重要组成部分。,3、地球系统中物质和能量的转换与交换,通过一系列过程来实现的。这些过程按其性质可以分为物理过程、化学过程和生物过程三种类型。,地球系统中的物理过程、化学过程和生物过程是有机地联系的整体。,物理过程：,大气与海洋的环流运动，以及与此相联系的热量输送、水循环过程、地壳的垂直升降与水平推移过程等。,化学过程：,岩石矿物的溶解、大洋中的碳酸盐沉积、大气中氧气的生成与消耗等。,生物过程：,动植物的生长、繁殖过程，生物之间的捕食与被捕食过程等与生
7、命活动相联系的过程等。,4、地球系统过程的尺度,不同的地球系统过程具有不同的时间尺度和空间尺度。,指一个过程或一种现象发生的空间规模。按空间规模的大小可分为局地尺度、区域尺度和全球尺度等。,时间尺度：,空间尺度：,指一个过程或一种现象所持续的时间长度，通常用10n年表示。,不同时空尺度的过程之间存在着复杂的相互作用。,发生在各地球子系统内部和子系统之间的各种能量和物质输送过程跨越了很宽的时间尺度而发生在全球范围内，并在地球表层系统中留下深刻的烙印。,表现出周期性（或者准周期性）特征。 周期性气化有不同的时间尺度和幅度。 气候变化过程是多尺度、多幅度变化复合的表现。,以渐变性质的气候变化来看时间
8、尺度，这种尺度的气候变化有以下特点：,1）时间尺度：,（1）10万年周期气候变化，气温变化幅度10左右。,即冰期与间冰期气候变化旋回。 证据来自于深海沉积物中有孔虫化石氧同位素的分析，表明过去70万年里有大约7个冰期-间冰期旋回。 黄土地层剖面上显著的黄土与古土壤层交替变化，证明了这种变化规律的存在。,是指地球上气候显著变冷的时期。高纬度地区的冰盖扩张，向中纬度推进，高山地区的山岳冰川向低地伸展，引起海平面降低、气候和土壤生物带向赤道方向迁移。 在各个大陆以夏季风降水为主的地区，冰期时气候寒冷干燥，植被退化，某些内陆干旱地区沙漠扩张，黄土堆积，湖面收缩下降。在以冬季风降水为主的内陆干旱地区气候
9、则寒冷湿润，湖面上升扩张。,冰期（glacial epoch) ：,是指两次冰期之间的温暖时期。冰川退缩，海平面回升，气候和生物带向两极方向迁移。 以夏季风降水为主的地区间冰期时气候温暖湿润，湖面扩张，生物繁荣，内陆干旱地区流沙固定，黄土地表会有土壤发育。以冬季风降水为主的内陆干旱区的气候温暖干燥，湖泊收缩或者干涸，沙漠扩张。,间冰期（interglacial epoch)：,（2）2万年周期的气候变化，气温的变化幅度在5左右。,叠加在冰期-间冰期旋回之中，因而可以称为冰阶(在间冰期里)和间冰阶(在冰期里)。 研究得最多的是未次冰期极盛期到冰后期最为剧烈的气候变化过程，如冰川活动、深海沉积物氧
10、同位素、海面与湖面变化、黄土和古土壤、动植物群变化等，这些结果都是相互联系、相互印证的。,冰阶和间冰阶：,冰阶（stadial）：是指间冰期的寒冷阶段。 间冰阶（interstadial）：是指冰期中的相对温暖阶段。,冰阶和间冰阶为叠加于冰期和间冰期之中的次一级气候波动。,冰后期：全新世是第四纪最后一次冰期结束至今的 这一段时间，因而又被称之为冰后期，也称之为全新世。,（3）千年尺度的气候变化，气温的变化幅度约23。,对10000年来气候变化的而言，这种尺度和幅度的变化广泛存在。 在全新世，北半球大部分地区都表现为开始的升温期，中间的温暖期(80005000a B.P.)和后来的降温期。 中高
11、纬度气温、降水量变化幅度会大一些，而低纬地带的变化幅度会很小。,（4）百年尺度气候变化，气温的变化幅度约11.5 。,对于人类社会影响相当严重。如 “小冰期”(Little Ice age)。 在树木年轮记录中极为明显，也有大量历史文献记录。 西风带向南扩展，将更多的极地空气输送到中纬度地带，北大西洋水温降低。山地冰川普遍扩张。我国南北方普遍降温，南方冬季冰雪频繁。,小冰期 ：15501900 A.D.，全世界出现了持续大约350年的寒冷气候，当时旱涝灾害频繁，高山地区冰川推进，被称为“小冰期”。,（5）十年尺度气候变化，气温变化幅度约0.30.5。,变化幅度虽小，频率却较高，气候的不稳定性对
12、于人类社会和经济活动有直接的影响。 上世纪前半期持续升温，19301950年是最暖期。19601970年则相对较为寒冷干旱，在非洲风沙活动盛行，土地荒漠化，干旱缺水，引起严重的社会问题。原苏联和北欧、北美都曾出现过严冬，严重影响了粮食产量。,2）空间尺度：,全球变化的任何过程，都不可能脱离区域分异规律而独立存在。许多全球变化的过程及引起这些变化的主导出素，随着区域等级的变化有很大的不同，在不同等级的区域会表现出不同的规律性。,（1）较小区域环境变迁的特殊性规律,等级较高的大区域的环境变化规律，因剔除许多局地因素的影响，表现共性特征。 低等级小区域的变化，局地因素凸现，具有特殊性，如冷暖干湿的不
13、同配置。,北半球在19201950年是一个温暖期，关中盆地里的西安也是一个相对温暖期，气温比多年平均值(13.3)高出0.51.0，但它却是一个干旱期。1928和1932年的年降水量仅有240280mm，还不及多年平均降水量(580mm)的一半。 19501975年在北半球是一个寒冷期，西安也是如此，气温低于多年平均气温0.30.5左右，但是在许多年份降水量却比多年平均值高出100120mm，成为一个相对湿润期或雨涝期。,北半球气候与西安气候比较,18501900年在太白山是一个寒冷期，但是在黄陵却是一个明显湿润期或多雨期；相反，19001950年在太白山是一个突出的温暖期，在黄陵却表现为旱期
14、。其中后一阶段晚期的气候特点与西安的气候记录结果相同。,太白山与黄陵气候比较,（2）同一环境变化过程在区域上的时差现象,全球变化在区域上有时间延迟或时差现象，因为任何非灾变性环境化，都有一个发生发展的时间过程，因此，在人为划定的时限具有区域局限性，没有准确界定一个跨区域的大规模环境变化的完整过程。,加拿大西部晚冰期以来松属出现时代由南向北推移过程,加拿大松属时差现象,5、地球系统的驱动力,（1）是地球外部由太阳和其他外力所组成的，它所驱动的循环过程发生在臭氧层以下、岩石圈之上，它支持着发生在地球表面的各种过程的正常进行。 （2）是地球内部的“发动机”，主要由放射性和内部深处的原生热所驱动，由地球内力驱动的过程发生在岩石圈、水圈、大气圈内，它驱动着地球板块的运动，决定着地球海洋和陆地的分布。两类过程相互作用，在地球表层产生复杂的循环过程。,地球系统主要受两台“发动机”驱动：,人类在其发展进化的进程中，为了自身的生存和发展，逐步用由人类所驯化的植物与动物组成的生态系统以及几乎全部由人类自己构建的城市系统来替代自然生态系统，使人类生态系统逐渐成为地球环境中不可忽视的组成部分，由此成为影响地球系统状态、引起全球变化的一个重要因素。,
