1、2019/7/30,1,环境科学,第1篇 地球环境主讲：张嘉超 15973190653,2019/7/30,2,第1章 地球环境,主要内容 3.1地球环境的基本特征 3.2地球的圈层结构 3.3人类与各圈层的关系,2019/7/30,3,地球环境,地球环境及其组成环境科学所研究的是人类所赖以生存的地球环境，地球上的其他生物和非生物物质视为环境要素，与人类息息相关。,2019/7/30,4,地球环境,人类环境包括自然环境和社会环境两部分自然环境包括人类赖以生存的环境要素，例如空气、阳光、水、土壤、矿物、岩石和生物等，以及由这些要素构成的各圈层，如大气圈、水圈、土壤圈、生物圈和岩石圈。社会环境是指
2、人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度像适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念和机构等。,2019/7/30,5,地球环境,地球环境的独特性地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球环境丰富多样，适合生物的生存与繁衍。近年来科学研究的进展，一些科学家提出了地球的独特性在于它是一个靠生命来捕获、转移和储存太阳辐射能，靠生命活动来驱动地球表层的物质元素循环，靠生命过程来调控并保持其远离天体物理学的开放系统。这就是说不是地球上的“优越”的环境条件创造了生命，而是生命创造了今天地球的环境。这种观点被称为盖娅（Gaia）假说或盖娅理论。地球表层物质和能量的循
3、环、转换是靠生命活动实现的。,2019/7/30,6,地球各圈层的发育大约46亿年前，是一个还原性的大气圈，主要由H2、CH4、NH3和水蒸气等组成。大约在 38亿年以前，地球上出现了水，产生了河流、湖泊和海洋，为地球生命的出现创造了最基本的条件。大约 20亿年前，出现了细菌和蓝藻等生物，从而开始了一种新的生命过程光合作用，大气圈首次出现O2 。,地球环境的圈层结构,2019/7/30,7,地球环境的圈层构造,地球各圈层的发育到距今大约16亿年以前，一个含氧的大气圈终于形成。12亿年前出现最早的真核细胞。5亿年前出海洋无脊椎物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊蕨的植物开始登陆
4、。哺乳类动物出现在2亿年前。今天，大约有500万至5000万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内的生物圈。,2019/7/30,8,物种进化谱图,2019/7/30,9,地球生命起源于外星系？,最近，美国航空航天局马歇尔飞行中心宇宙生物学家Richard B. Hoover博士通过对地球仅存的9枚“CI1碳基球粒陨石”进行研究发现陨石中竟然有微生物的化石痕迹。,2019/7/30,10,通过无菌条件下切碎陨石，进行电子扫描显微镜和扫描隧道显微镜检查切面，发现了与地球类似生物的微生物化石痕迹。,地球生命起源于外星系？,2019/7/30,11,人类与地球各圈层的关系,人类与大气圈 大
5、气圈的总质量估计为5.21015 t，还不到地球的质量 （5.9741021 t）的百万分之一。大气质量在垂直方向上分布极不均匀，在地心引力作用下，大气质量主要集中在大气圈的下部，其中50集中在距地表5 km 以下， 75在10 km 以下，90在30 km 以下。按照其分子组成，大气可分为两个大的层次：均质层和非均质层（或称同质层和非同质层）。,2019/7/30,12,根据大气的物理和化学性质，大气圈又可以分为光化层和离子层，这两层大致以平流层顶为界。,人类与大气圈,2019/7/30,13,人类与大气圈,目前世界普遍采用的大气圈分层方法是1962 年世界气象组织（WMO）执行委员会正式通
6、过的国际大地测量和地球物理联合会（IUGG）建议的分层系统。即根据大气温度垂直变化特征，将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。,2019/7/30,14,对流层位于大气圈的最下层 ，平均厚度为12 km，是大气圈中最活跃的一层，存在强烈的垂直对流作用和水平运动。 对流层中水汽和尘埃含量较高，雷电、雨雪云雾霜雹等天气现象与过程都发生在这一层，对人类影响也很大。 通常所指大气污染就是对此层而言，尤其是在12 km 高度范围内，因地形、生物等影响，空气运动更是复杂多变。 对流层的另一重要性质是大气温度随高度升高而降低，平均每上升100米，气温约降低0.65。,人类与大气圈,人类与大气圈,
7、平流层 平流层亦称同温层，是从对流层顶到约50千米高度的大气层。其下部有一明显的稳定层，温度基本上不随高度而变化，近似等温状态。 稳定层以上，温度随高度上升而增高，这主要是由于地表辐射影响的减少和氧及臭氧对太阳紫外辐射强烈的吸收加热，使大气温度上升，这种温度结构抑制了大气的垂直运动，大气以水平运动为主。 由于水汽和尘埃含量少，平流层没有云雨等天气现象。在大约50 km 的高度上气温达到最高值，这就是平流层顶。,2019/7/30,17,南极臭氧层30年变化,人类与大气圈,中间层 平流层以上，到离地球表面80 km。温度随高度而下降，中间层顶部是地球大气层温度最低的地方。中间层的温度如此之低，是
8、因为本层的氧分子，氮分子等本可吸收的阳光短波波段，己在更高的气层中被吸收了，因而气温低。 空气水平运动、重直运动速度都很大，特别是垂直混合十分强烈。 虽然水汽浓度极底，但由于对流运动的发展，在某些条件下能出现夜光云，在约60 km 高度，大气分子开始电离。因此，6080 km 高度是均质层向非均质层的过渡层。,人类与大气圈,热成层 热成层位于中间层以上，又称增热层或电离层，温度随高度的增加而增高，热层大气由直接吸收太阳辐射而获得能量，到约1000 km 高度时，白天温度可达10001750 K。该层空气在各种射线的作用下大都发生电离，成为原子、离子和自由电子，电离层因此而得。 逸散层 逸散层位
9、于热成层以上，也称为大气层，是大气圈的最外层，大约延伸至800 km 的高度。空气极为稀薄该层，地心引力极小大气质点之间鲜有碰撞。有些运动速度较快的质点完全摆脱地球引力而逸入宇宙空间。,地球大气的精细平衡,主要成分 地球大气的主要成分是氮和氧，这种组成在太阳系大行星中非常特殊。,2019/7/30,21,再见，冥王星,冥王星，1930年1月由克莱德汤博根据美国天文学家洛韦尔的计算发现并命名。与太阳平均距离59亿千米，直径2300千米，比月球还要小，公转周期约248年。 冥王星刚被发现之时，它的体积被认为有地球的数倍之大。很快，冥王星也作为太阳系第九大行星被写入教科书。但是随着时间的推移和天文观
10、测仪器的不断升级，人们越来越发现当时的估计是一个重大“失误”，因为它的体积要远远小于当初的估计。 在2006年08月24日国际天文学联合会大会上，以237票对157票通过决议将冥王星视为是太阳系的“矮行星”，不再被视为行星。,地球大气的精细平衡,主要成分 地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。 大气圈各组分之间保持着精细的平衡，这是地球环境亿万年来发育的结果。保持这种平衡乃是维护生物圈所必须，破坏这种平衡就是破坏生命的基础。然而，人类社会实现工业化以来，规模和强度日益加大的人类活动正在破坏这种平衡，这是人类面临的重大环境
11、问题之一。,2019/7/30,23,人类与水圈,水圈 海洋和陆地上的液态水和固态水构成一个大体连续的圈层覆盖在地球表面，称为水圈。 它包括江河湖海中一切淡水、咸水、土壤水、浅层和深层地下水以及南北两极冰帽和各大陆高山冰川中的冰，还包括大气圈中的水蒸气和水滴。 大气中的水是全球水循环中的一个重要环节。,2019/7/30,24,人类与水圈,水的自然性质与意义 无色透明。允许太阳光中的可见光和波长较长的紫外线部分可以透过，使光合作用所需的光能能够到达水面以下的一定深度，而对生物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。 极好的溶剂。为生命过程中营养物和废弃物的传输提供了最基本的媒介。水的介电常数在所有的液
12、体中是最高的，大多数离子化合物能够在其中溶解并发生最大程度的电离，这对营养物质的吸收和生物体内各类生化反应的进行具有重要意义。 比热是所有的液体和固体中最大的。地球上的海洋、湖泊、河流等水体，白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温度变化，使地表温度长期保持在一个相对恒定的范围内。,人类与水圈,水的自然性质与意义 水在4密度最大。这一特性在控制水体温度分布和垂直循环中起着重要作用。在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向水底沉降，与下部水层更换，这种循环过程使得溶解在水中的氧及其他营养物得以在整个水域分布均匀，当水体趋于一种稳定状态，水底温度是 4，在这一层中水
13、生物可以幸存。 冰轻于水。为冰的密度比水小，只有0.92 g/3，可以浮在水面上。这一特性对水下生物具有十分重要的意义。否则，气温降低时水面结成的冰会沉入水底，从而导致整个水体完全冻结，给水下生物带来灭顶之灾。,2019/7/30,26,人类与水圈,地球的水量分布地球上海洋占全球面积的71，含盐的海洋水占全部水资源的97.5，人类难以直接利用；2.5的淡水中，又有68.7是以冰川和冰帽的形式存在于南北极和高山面积的地区，亦难以被人类直接利用。,人类与水圈,人类活动对水圈的影响 兴建大型水库与堤坝。 20世纪科学技术的发展，使人类有可能修建库容以亿立方米计的大型水库，迄今全世界水库的总库容已达2
14、000 3，成为一种稳定可靠的水源。水库也常常产生一些不良的生态效应，甚至触发地震。,三峡大坝,2019/7/30,28,人类与水圈,人类活动对水圈的影响 大量开采地下水。地下水的过度开采造成了严重的环境问题。最明显和最严重的问题是地下水位大幅度下降乃至地下含水层的枯竭。此外，过度抽取地下水的另一环境效应是地面沉陷。,华北某地沉降的农田,人类与水圈,人类活动对水圈的影响 小河流渠道化。所谓渠道化（channelization ）就是为了防洪的目的把整条小河流或某一河段取直、加宽、挖深。渠道化的最大利益就是有利于排水防洪，使两岸农田和城镇，免遭洪水威胁。渠道化改变了河流的物理特性，并有可能对水生
15、生态系统带来灾难性影响。 湖泊泯灭。人为影响之一是土壤侵蚀使入湖泥沙增加；其二是湖内营养物质增加（富营养化）使藻类与水草丛生；其三是围湖造田使湖泊面积缩小以至消亡；其四是大量引水和入流河流改向使人流水量急剧减少。湖泊面积缩减、水量减少往往导致湖水矿化度增加，使水质变劣。,2019/7/30,30,洞庭湖之殇：中国第二大淡水湖；由于20世纪5070年代认为的围湖造田及泥沙沉积和入湖水量降低，常年仅维持不足1000平方公里，不足初的4360平方公里的1/4。,人类与土壤圈,土壤圈 土壤是地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。 各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几
16、厘米至几米不等。在炎热湿润的热带、亚热带地区，有些土壤的厚度可能达几十米。,O层：有机残落物层；A层：淋溶层；B层：沉积层；C层：母质层；最下面基岩。,人类与土壤圈,土壤圈 土壤圈是与大气圈、水圈同样重要的第三大环境要素。 土壤和岩石共同构成了大地，但土壤和岩石是有区别的。土壤由岩石演化而来，并覆盖在岩石的表面，土壤与岩石最大的不同在于它具有肥力，即提供和调节水、气、热和营养元素的能力，为植物的生长提供了必要的条件。,人类与土壤圈,人类活动影响土壤圈 荒漠化。 水土流失。 盐渍化。 水涝。 土壤污染。,2019/7/30,34,2019/7/30,35,中国水土流失的分布,黄土高原典型水土流失
17、图,长江上游水土流失,2019/7/30,36,辽宁锦州小凌河东盐渍化土壤,土壤盐渍化，是指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。 我国的盐渍土面积约为l.0x108ha 。沿渤海、黄海的沙质和基岩裂隙海岸地带，发生海水入侵，在有咸水分布的地区出现咸水边界向淡水区移动。1992年辽宁省海水入侵面积达434km2，秦皇岛市达55.4km2。在广西省北海市的海城区和涠州岛都曾由于长期超采地下水引起海水入侵，造成水质恶化。,2019/7/30,37,嫩江县被洪水淹没的农田和村庄。,2019/7/30,38,2019/7/30,39,土壤重金属污染导致大米
18、重金属超标,人类与岩石圈,岩石圈 岩石圈是人类生存环境中最下面的一个圈层，又是地球内部各圈层的最外层，这里我们将岩石圈看作地球圈层的最外部分地壳 岩石圈对人类的发展也具有重要的价值，向人类提供了丰富的化石燃料和矿物原料，储量巨大。 传统原料与燃料行将耗竭。如何迅速实现向新材料与新能源的转变，已经成关系到人类未来生存与发展的要务。,2019/7/30,41,人类与生物圈,生物圈 1875年 奥地利地质学家休斯(ESuess 18311914)提出了生物圈的概念。1920年 前苏联地球化学家韦尔纳茨基(B. B 18631945)明确给出了生物圈的定义 。 生物圈是指地球上有生命的部分，即地球上所
19、有的生物，包括人类及其生存环境的总体。,人类与生物圈,生物圈 它包括地球上一切生命有机体（植物、动物和微生物）及其赖以生存和发展的环境（空气、水、岩石、土壤等）。 生物圈是地球上最大的生态系统。物质、能量和信息的交换与循环。,2019/7/30,43,生物圈的特征 整体性生物圈是由生物与非生物环境组成的具有一定结构和功能的统一整体，是高度复杂而有序的系统，而不是松散无序的集合体；任何一个地方的生命现象都不是孤立的，都跟生物圈的其余部分存在着历史的和现实的联系。,人类与生物圈,2019/7/30,44,生物圈的特征 生物多样性 生物多样性就是一个区域内生命形态的丰富程度，它包括遗传（基因）多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。生物多样性是生命在其形成和发展过程中跟多种环境要素相作用的结果，也是生态系统进化的结果。,人类与生物圈,2019/7/30,45,致 谢,
