北大人类生存发展与环境保护课件02地球环境基本特征

第二章地球环境基本特征‰地球的起源及其环境的独特性‰地球的圈层结构大气圈，水圈，土壤圈，岩石圈,生物圈。‰地球上的人口与资源第一部分：人类的生存环境概要一地球的起源及其环境的独特性„在茫茫宇宙中，地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。2003年1月6日北京晚报报道银河系外围可能镶嵌着一个由数十亿颗恒星组成的巨大的环太阳系的产生过程超新星爆炸导致星云的形成原子聚集在一起形成旋转的稠密气体云中心形成太阳周边泠却形成九大行星。选自“Theblueplanet”p31大约50亿年前太阳金星地球水星火星木星天王星冥王星土星海王星太阳系的八大行星太阳系各星球的性质一览表星44975900164.9247.7811.642.0617.20.003495006000海王冥王287084.0151.2814.451800天王142729.5180.6995.2120000土星77811.86161.3317.8142800木星2281.8823.930.1086787火星1501.0015.521.00012756地球1080.6205.20.81512104金星580.2405.440.0554880水星距太阳距离(百万公里)公转一圈（年）月亮数密度g/cm3质量Earth=1直径(km)行Venus(金星)大气的质量大约是地球的90倍大气层有96.5%的二氧化碳，3.5%的氮，在较高的高度，发现有由硫酸组成的云雾。金星上可能存在微生物一天长于一年，太阳从西边出来95%的CO2~0.03%的水蒸气大气密度=1/150•地球平均温度-63度.火星平均温度梯度夜间非常冷,达-140度“机遇号”火星探测器显示远古海洋的信息。平原上的“蓝莓果”是有水环境才能形成的赤铁矿。在火星岩石中发现了硫酸盐－只有液体水存在下才能产生的物质美国宇航局艾姆斯研究中心马里诺娃博士2005年提出了“温暖化”火星方案：在火星表面建超强温室气体－全氟丙烷(C3F8),3ppm即可。Jupiter(木星)无陆地表面，由氢气和氦气组成地球上的人们一直在探索着外星生命的存在，但是在浩瀚的宇宙当中，至今仍一无所获。2004年7月“卡西尼”号土星探测器发回的照片。Earth(地球)简单的地球进化史500万-5000万种生物，缤纷世界现在人类出现。200-300万年哺乳动物出现。2海洋无脊椎动物，植物从海洋登上大陆。5含氧大气圈形成，大气变为氧化性，O3层逐渐形成，孕育高等生命。16产生生命，细菌，兰藻出现，光合作用，出现氧气。20产生了水，温度降低，江河湖海出现，孕育生命。38地球延生，炎热的大火球，原始大气形成。46主要生成物年代（亿年）二.地球的圈层结构„大气圈„水圈„土壤圈„岩石圈„生物圈大气的总质量约为6000万亿吨，∼地球质量的百万分之一，垂直方向上质量分布极不均匀，在地球引力作用下，大气的质量主要集中在大气圈的下部，50%集中在距地表5km以下，75%在10km以下，90%在30km以下。大气圈大气的组成恒定组分：可变组分：不定组分：纯净空气：包括氮(N2)，氧(O2)和氩(Ar)三种常量气体和微量稀有气体。占空气总体积的99.97%。为空气中的二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)。CO2含量为0.02∼0.04%，水蒸气的含量在4%以下。包括固态、液态物质和气体，如尘埃、硫化氢、氮氧化物、氯氟烃等。恒定和可变组分组成的空气。正常(干燥)空气的组成0.01~0.02臭氧(O3)4%水蒸汽(H2O)0.02二氧化氮(NO2)5.2氦(He)0.08氙(Xe)18氖(Ne)0.5氢(H2)315二氧化碳(CO2)0.5一氧化氮(NO)9,300氩(Ar)1.0氪(Kr)20.94%氧(O2)1.0~1.2甲烷(CH4)78.09%氮(N2)浓度(ppmv)气体浓度(ppmv)气体大气层分类：非均质层：均质层之上，按气体成分又可分四个层次氮层(90-200km)，原子氧层200-1000km)，氦层(1100-3200km),氢层(3200-9600km)，均质层和非均质层‰均质层：地表—90km的大气层，组分的比例大体稳定。风和湍流运动导致均质性。大气层分类-按温度垂直变化分类1962年世界气象组织执委会正式通过的国际大地测量和地球物理联合会(IUGG)建议的分层系统，逸散层热成层中间层平流层对流层地球大气温度梯度对流层逸散层热成层中间层平流层对流层„位于大气圈的最下层，平均厚度为12公里。„大气温度随高度增加而下降(-6.5oc/km)。„大气圈中最活跃的一层，有强烈的垂直对流运动和水平运动。„对流层中水汽和尘埃含量较高，雷、电、雨、雪、云雾、霜等天气现象与过程都发生在这一层，对人类影响也最大。„通常所指的大气污染就是对此层而言。尤其是在1-2km的高度范围内，因地形，生物等影响，空气运动更是复杂而多变。Cumuluscongestus(积云)风起云涌对流层的电闪雷鸣电闪雷鸣平流层（同温层）对流层顶-50km‰30∼35km以下有一明显的稳定层，温度基本不随高度变化，稳定层以上,温度随高度增加而上升。‰大气以水平运动为主。空气稀薄，很少风，云雨，雪。‰在高约15∼35km范围内，有厚约20km的一层臭氧层，因臭氧吸收短波紫外线，使平流层温度升高。这一层所含物质少得多，大气组成一样，两个例外：水气是对流层1/1000，O3浓度是对流层的1000倍。中间层„从平流层顶则约80km高度，空气更为稀薄。„温度随高度增加而下降，到中间层顶到达最低值，是大气圈中最冷的一层。„有大气垂直对流运动。„在约60km高度，大气分子开始电离。热成层„从80km~约800km称为热成层，又称增温层或电离层。„温度随高度增加急剧上升，到约1000公里高度时，白天温度可达1000-1750oC。„该层空气分子在各种射线作用下大都发生电离，成为原子，离子和自由电子，故称电离层。逸散层„逃逸层大部分分子发生电离，„该层空气极为稀薄，外大气层。„由于空气受地心引力极小，气体及微粒可以从这层飞出地球引力场进入太空。„逸散层是地球大气的最外层，„逃逸层的温度随高度增加而略有增加。地球大气的特殊性„地球大气的主要成分是氮和氧，这种组成在太阳系八大行星中非常特殊。„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。„人类社会实现工业化以来，人类活动正在破坏这种平衡，这是人类面临的重大环境问题之一。水圈水圈(Hydrosphere)„海洋和陆地上的液态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、水滴和生物水。全世界的总水量约有14x108km3。„因此地球堪称是一个水量丰富的“水球”水圈„水是一种神奇的物质，地球之所以能够成为一颗智慧星球，水是一个关键因素。各种生命起源的假说都少不了水这一要素。„地球表面的70%以上覆盖着水，大多数生物体内水的含量也达2/3以上。„在自然界的植物体内，水分含量更高，有些甚至高达95%。这一切都允分表明地球上生命的产生和进化都离不开水。地球上水量分布‰海洋占全球面积的71%，‰海洋水占全部水资源的97.3%，‰淡水仅占2.7%，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地区，也难以被人类直利用。人类可直接利用：全部淡水资源的∼1%！水的特性„水是无色透明的，它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紫外线则被阻挡在外。„水是一种极好的溶剂，为生命过程中营养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体中最高，使得大多数离子化合物能够在其中溶解，发生最大程度的电离。水的特性ƒ高比热，高蒸发热的特性，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，„冰轻于水。冰的密度比水小，只有0.92g/cm3，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。„水在4oC时的密度最大，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。水循环土壤圈„土壤是地球陆地上能供值物生长与繁殖的疏松表层。除了江河湖海等水体和两极冰盖与高山冰川覆盖的地区以外，几乎都有土壤存在。„土壤是与大气圈，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。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条件。地球半径约为6400km，而地表土壤的厚度仅为几十厘米，正是这薄薄的一层土壤，才使得地球上有了广阔的森林，农田和草场，人类得以从中获得宝贵的生产和生活资源。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。地球内部又可分成几个圈层，从地心向外，分别是固态内核，液态外核，地幔和地壳。岩石圈可看作是地壳的同义语，包括地球最外层的岩石，风化壳，其平均厚度为33-35km。岩石圈对人类的发展具有重要的价值，向人类提供了丰富的化石燃料和有矿物原料；承载着海、陆生万物。生物圈•生物圈（Biosphere），生物圈是指地球上有生命的部分，即地球上所有的生物，包括人类及其生存环境的总体。•副生物圈（parabiosphere）在生机勃勃的生物圈外，如在很多的地方（海拔9000m以上）或地球上干旱（沙漠）高寒（-190℃）、酷热（140℃）的地区仍能找到细菌或孢子，由这些生物组成了副生物圈。•生态学（ecologic）：研究生物与周围环境的科学生态系统（ecosystem）ƒ是在一定空间内由生物成分和非生物成份组成的一个生态学功能单位。自然界中生态系统大小不一，多种多样，从人类的角度理解，生态系统包括人类本身和人类的生命支持系统，即人类的自然环境。除此之外，还有许多人工生态系统，如农田、果园、等等。ƒ具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能；具有自我调节的能力；是一个动态系统。2.生态系统的结构生物部分：生产者，消费者，分解者非生物部分：无机物，有机物，气候生物部分生产者：指能进行光合作用将太阳能转变为化学能、将无机物转化为有机物的各种绿色植物、蓝绿藻和某些细菌，又称为自养生物。消费者：指直接或间接利用生产者所制造的有机物质为食物和能量来源的生物，主要指动物，也包括某些寄生的菌类等以其他生物为食的各种动物（植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等）。可分一级消费，二级、三级消费等。分解者（还原者）：是具有分解有机物能力的微生物也包括某些以有机碎屑为食的动物，如白蚁、蚯蚓等。池塘生态系统生产者到一级消费者：浮游生物、虾、贝类一级消费者到二级消费者：浮游动物、小鱼、肉虫、海鸥、水鸟二级消费者到高级消费者：水鸟、海鸥、老鹰所有生产者到消费者最后到分解者草原生态系统生产者到一级消费者：各种小昆虫、微生物一级消费者到二级消费者：北美大草原狗、蝗虫、分叉虚角羚羊二级消费者到高级消费者：狼、大的禽鸟、老鹰所有生产者消费者到分解者非生物环境部分非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质、能量及其生活场所是除了生物以外的所有环境要素的总合，包括：阳光、空气、水、土壤、无机矿物质有机化合物等等。总之，以营养为纽带，把生物与非生物紧密地联系起来。3.食物链和食物网•西汉时期，文人刘向在他写的《说苑》中有一段脍炙人口的描述：“园中有树，树上有蝉，蝉高居悲鸣饮露，而不知螳螂在其后也；螳螂委身曲腹，欲取蝉，而不知黄雀在其旁也；黄雀延颈欲啄螳螂，而不知弹丸在其下也。”•这条古代谚语揭示了生物物种之间普遍存在的“吃与被吃”的营养关系，这种营养关系就是食物链。食物链•食物链：各种生物之间存在着取食与被取食的关系称为食物链，通过这种关系，能量在生态系统内传递。可分为捕食生物链、碎屑生物链等。青草→昆虫→小鸟→鹰青草→野兔→狐狸稀泥→虾米→小鱼→大鱼→人食物链本质上是一个能