2自然灾害和地球系统

1灾害学概论防灾科技学院综合减灾研究所李平[e-mail]2树立正确的学习方法学而不思则罔，思而不学则殆温故而知新，可以为师矣。引自：孔子《论语》(为正篇）处理好学习、温习和思考的关系3树立正确的学习方法爱因斯坦说：“提问题比解决问题更重要”。4本讲主要内容第一章自然灾害和地球系统新闻中的自然灾害我们生活的星球-地球系统•活动的地球•地球的能量过程•脆弱的地球系统•灾害分类•自然灾害的特点5活动的地球DynamicEarth地球的内部——巨大的热机地球的表面运动——板块构造地球内部的运动——地磁场及其变化6地球的内部——巨大的热机地球内部的温度分布地球内部地许多放射性元素不断产生大量的热量，使得地球的中心的温度达4500度之高，在地下2900km附近，温度也有3700度。7地球内部热量传至地面方式：通过热传导过程通过热对流过程用锅烧开水一样，冷水被加热从锅底向上运动，到达水面后，散发热量变冷再沉到锅底，这种由锅底向上到水面，再由水面回到锅底的运动就是对流。地球内部发生的事情和烧开水是十分相似的：地球最外层（大约100km厚）是冷的，它下面的地幔是热的，在地幔中发生着热对流。8放射性元素→大量的热量→热对流现代地震层析成象：在太平洋中部下面的核幔边界处,高温低速的物质上升,环太平洋区域则是低温下沉区，清楚地显示了地球内部的热对流。9地球的表面运动——板块构造首先让我们来了解一个学说——大陆漂移学说107大洲在2亿4千万年前，还是一个完整的大陆。地球在不断的变化和运动11人工复原的过去不同时期的地球上各板块的相对位置，5幅图的时间分别为：2.25亿年前（二叠纪）;2亿年前（三叠纪）;1.35亿年前（侏罗纪）;6500万年前（白垩纪）;现在。板块构造提供了地球表面的运动图象，从地球表面运动的角度提供了活动的地球的证据。12地球表面岩石圈板块漂浮在软流圈上可以发生运动。地球的表面运动——板块构造岩石圈地球最外层是一层坚硬的岩石外壳，叫做岩石圈。岩石圈破碎成为7个大的部分，它们叫做岩石圈板块。软流圈岩石圈下面是软流圈，软流圈也是由岩石组成的，但由于地下的温度非常高，软流圈有1%到2%的岩石发生了熔化，部分熔融的软流圈强度较低，可发生塑性变形。岩石圈板块漂浮在软流圈上可以发生运动。13地球岩石圈主要分成了7个大板块：非洲板块、欧亚板块、印度-澳洲板块、太平洋板块、南极洲板块、北美板块和南美板块。图上还给出了一些较小的板块。三种不同的板块边界在图中用不同的线条表示。左下方的插图表示兰绿色的板块在红色软流圈上飘浮的情况。14板块边界类型两个板块沿着边界发生相对运动。按照运动的方式，可以把板块边界分成三类。15•第一种是发散边界，又称生长边界，是两个相互分离的板块之间的边界。地表特征主要为大洋中脊轴部或洋隆。巨型大陆裂谷带，使统一的岩石圈板块开裂、散开，也属于离散型板块边界，如最著名的东非裂谷。16太平洋的大洋中脊是板块的发散边界，其两侧的板块不断分离，地下的岩浆从发散边界上升并冷凝，不断地形成新的海底，并向两侧扩张。离洋中脊的距离越远，海底生成的年代就越老。图中的红点表示了太平洋海底岩石的生成年代，最老的海底岩石年龄为200Ma（单位Ma表示百万年，是地质学常用的年龄单位）。17第二种是汇聚边界，又称消亡边界，是两个相互汇聚、消亡的板块之间的边界。地表特征为海沟、年轻造山带。可进一步分为2类：（1）俯冲边界。厚度小、密度大、位置低的大洋岩石圈板块俯冲到厚度大、密度小、位置高的大陆板块之下。（2）碰撞边界。大洋板块俯冲殆尽，两侧大陆板块由于厚度很大，不可能一个俯冲到另一个之下，最终发生碰撞称为碰撞边界。主要表现为年轻的造山带，如欧亚板块南缘的阿尔卑斯—喜马拉雅带是典型的板块碰撞带实例。18第三种是转换型边界，在此边界，两侧板块做平行于边界的走滑运动，岩石圈既不增生也不消亡。地表特征表现为转换断层，这类边界的代表是加利福尼亚的圣安德烈斯断层，它是北美板块和太平洋板块的一段边界。19地幔对流驱动板块运动。地幔对流是板块运动的主要驱动力,构造运动的基本能量来自于地球内部，它们以对流的方式传递。地幔内的高温物质上升到岩石圈底部，并开始水平运动、冷却下沉及再加热上升，形成一个周而复始的物质循环。20边界类型两侧的板块地貌特征地质事件示例发散边界海洋-海洋陆地-陆地大洋中脊裂谷海底扩张浅源地震岩浆溢出火山裂开成深谷地震岩浆上涌火山大西洋、太平洋的大洋中脊东非裂谷汇聚边界海洋-海洋海洋-大陆大陆-大陆岛弧和海沟山脉和海沟造山带俯冲，深地震岩浆上涌火山，变形俯冲，深地震岩浆上涌火山，变形深地震岩石变形西阿留申群岛亚洲东部日本海沟喜玛拉雅山转换边界海洋-海洋大陆-大陆错断洋中脊形变小的山脉沿断层变形地震地震岩石变形太平洋洋中脊美国圣安德列斯断层板块边界的类型、特征和示例21世界地震震中分布图以太平洋为例，沿太平洋和各个大陆的边界，集中了世界上大多数的地震和火山，这个边界的大陆一侧，是造山带，形成了许多沿海岸的山脉，边界的大洋一侧，则形成了深深的海沟，横跨边界，地形变化非常激烈，这样的多地震、多火山的大陆和海洋的边界带经常也是板块之间的边界。22活动的地球的最新证据：美国科学家用水下机器人ABE发现，沿着大西洋洋中脊的热液喷口，不断形成了硫化物矿床，随着热液的喷出，硫化物矿床象树林一样在不断的长大。这种今天不断形成的新矿床，是地球今天还在活动的证据。23（陶春辉，19航次汇报）2007年3月，中国科学家在西南印度洋中脊用ABE拍摄到了新发现的海底热液活动区的详细照片,确定了3组热液喷口位置，并且用电视抓斗取得了硫化物和生物样品（中国大洋协会提供）。24地球内部的运动-地磁场及其变化25运动的电荷（电流）产生磁场—电磁感应原理地磁场来源的发电机学说，认为是地球内部的导电物质在运动时产生稳恒的电流，由这电流产生地球磁场。这种导电物质的运动主要发生在地核。26地磁场来源的地磁发电机示意图：在地球内部的高温状态下，由铁组成的固态内核，在由铁、硫的元素组成的液态外核中旋转，组成了一台巨大的发电机，产生了地球的磁场。发电机的细节目前还不十分清楚，但有一点十分明确，地球磁场是地球内部的相对运动产生的，没有内部的相对运动，就不会有地球磁场。地球深处（地核）固态内核和液态外核差速（相对）运动地磁场27现在的磁场78万年前的磁场这种地磁场的反转，在地质历史上发生过许多次，它反映了地磁发电机的运动是一种不稳定的运动。28地球金星土星木星海王星冥王星水星火星月球磁场有无有有有无有无无星球有没有自己的磁场，从宇宙演化的角度，标志着星球的演化程度。磁场是星球的脉搏。脉搏停止，从演化角度来说，星球就接近死亡了。太阳系中一些星球的磁场情况29地球活动的能量来源301.能量的基本概念能量是反映物体做功能力的物理量1J（焦耳）=1N(牛顿)*1m(米）1W（瓦特）=1J/1s(秒）物体具有的能量主要有动能和势能两种。热是改变物体温度的能力，热功当量是4.186J=1cal31地球系统主要能量来源（1）地球内部由增生作用和放射性元素衰变所留下的原始能量，称为地球内部的能量；（2）来自地球外部-主要来自太阳的能量。还有一些其他的能量，如重力能量和来自太空的小行星的撞击等。地球内部的热提供了地震和火山的能量，来自太阳的能量导致了飓风灾害的产生，而重力是产生泥石流和滑坡灾害的主要原因。322.来自地球内部的能量用热流q来表示地球内部在单位时间内、单位面积上向地球外部传播的热流量（单位：毫瓦/平方米），它是地热场最重要的表征。q=-k（△T/△h）33地热流测量24000个测点34洋中脊的热流很高，向外逐渐减少到与大陆相当海洋平均热流是80毫瓦/米2，大陆平均热流是62毫瓦/米2，全球平均热流是74毫瓦/米235地热资源按温度可分为高温、中温和低温三类。高温地热：温度大于150℃的地热，以蒸汽形式存在。中温地热：90℃—150℃的地热以水和蒸汽的混合物等形式存在；低温地热：温度大于25℃、小于90℃的地热以温水（25℃—40℃）、温热水（40℃—60℃）、热水（60℃—90℃）等形式存在。高温地热一般存在于地质活动性强的全球板块的边界，即火山、地震、岩浆侵入多发地区；中低温地热田广泛分布在板块的内部。36光波的波长覆盖的波长谱很宽：波长从无线电（几百米）、微波（几毫米）、红外线（几微米）、可见光、紫外线、X射线和Gamma射线。太阳向地球辐射能量，其中能量的43%是以可见光的频段（0.0004cm紫光至0.0007cm红光）辐射到地球表面的，49%的能量以红外线辐射到地面,起到加热作用,大约7%的能量是紫外辐射.3.来自太阳的能量37太阳是一颗庞大炽热的气质球体，直径约140万千米，占太阳系质量的99％以上。地球距离太阳约1.5亿千米，地球大约每秒钟从太阳接受到40万亿卡的能量，相当于700万吨煤产生的能量。38全球平均太阳辐射吸收量，赤道较多，向两极逐渐减少。全球全年平均约为236瓦特/平方米39太阳辐射能量在赤道附近最大，由大气和水等输送到远离赤道的地方40太阳辐射到地球的短波能量（100%），等于地球反射（短波）能量（30%）和地球向外辐射长波能量（70%）之和，这就是地球上太阳辐射的能量平衡关系。41地球表面的能量平衡关系。引自Hubert,M.K.,TheenergyresourcesoftheEarth,ScientificAmerica,,225,61-70,1971.）42向地球的辐射和由地球向外辐射的能量流(单位:1012焦耳/秒)太阳辐射173,4101.7*10e17J/s直接反射52,000直接转化为热81,000蒸发水40,000海洋和大气中水的传输370光合作用30地球内部向外的热流32.3热传导的热流32火山和温泉0.3潮汐能量3三峡电站0.018太阳辐射的功率相当于多少个三峡电站？432006年5月20日我国海拔最高规模最大的太阳能辅助供电系统建成并在青藏铁路投入运行。海拔超过４６００米,９座太阳能供电站总容量为１２２．４千瓦.目前，全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特（Buerstadt），面积为四万平方米，每年的发电量为450万千瓦。44脆弱的地球系统WeakSystem454647Majoreruption:05/18/1980Earth’sinternalenergyfuelsvolcanism481992年5月19日埃特纳火山喷出的熔岩流熔岩流49来自太阳的能量导致了飓风灾害的产生。图为2005年让中国造成巨大损失的“海棠”台风。50海面大范围的热气为飓风的形成提供了能量(几颗原子弹)51ExternalenergyfromtheSunpowersfloods522006年4月17日，中国北方地区出现大范围的浮尘天气。这是自2003年以来，中国北方地区出现最大范围的强浮尘天气。53Thepullofgravitybringsdownmountainwalls54灾害的含义灾害是指那些由于自然的、人为的或人为与自然综合的原因，对人类生存和社会发展造成损害的各种现象。成因：自然的、人为的或人为与自然的综合作用后果：对人类生存和社会发展造成损害研究：孕育、发生、发展的过程和规律预测、预防和治理的技术方法分类：自然灾害和人为灾害两大类55灾害的分类自然灾害是自然界中物质变化和运动而造成的灾害。例如：地震，火山，海啸，崩塌，滑坡，泥石流，洪涝，干旱，低温冰雪，沙尘暴，病虫害，天体撞击等。人为灾害是由于人的过错或某些丧失理性的行为而造成的灾害。例如：人为的火灾，爆炸，海难，空难，车祸，污染，恐怖袭击，战争等。56第一讲地质灾害1自然灾害地质灾害：地震，火山爆发，崩塌，滑坡，泥石流，地面沉降等。气象灾害：暴雨，洪涝，热带气旋，冰雹，雷电，台风，龙卷风，干旱，酷热，低温，雪灾，霜冻等。生物灾害：病虫害，森林火灾，沙尘暴，急性传染病等。天文灾害：天体撞击，太阳活动异常等。57自然灾害--地震582006年印尼默拉皮火山1980