2自然灾害和地球系统

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•活动的地球地壳大洋深处地磁场液体圈•地球的能量过程地球内部太阳重力量级•脆弱的地球系统•灾害分类活动的地球DynamicEarth1.地球表面-岩石圈板块漂浮在软流圈上。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。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。放射性元素→大量的热量→热对流地球内部发生的事情=烧开水现代地震层析成象：在太平洋中部下面的核幔边界处,高温低速的地幔焰上升,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。地幔对流驱动板块运动威尔逊旋回-应用板块构造成功地解释了大洋生成过程的例子A-热的岩石圈的上拱使得地壳破裂，由张应力产生的巨大下降断块；B-进一步上拱，一个长轴状的线性裂谷形成；C-大陆地壳减薄，一个长轴状的线性洋盆出现，其特征是具有典型增生边界的大洋中脊的存在；D-大洋发育成熟，已经有大洋中脊和大洋盆地的分异，但仍以洋壳增生为主，未出现俯冲消减作用。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）。China’sfirstglobalexpeditionin2005EPRMARSWIRCIRKnownhydrothermalventsitesWatercolumnplumeobservations2.大洋深处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）。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。3.地球的脉搏-地磁场运动的电荷（电流）产生磁场—电磁感应原理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有无无无磁场是星球的脉搏。脉搏停止，从演化角度来说，星球就接近死亡了。现在的磁场78万年前的磁场找不着北了地磁场反转时间表地球经常性找不着北……古地磁学液体圈的运动-洋流地球的能量过程CycleofPower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=1cal1.能量的基本概念地球内部-巨大的热机2.由放射性元素衰变所产生的内部能量地热流测量记住：74mW/m-2地面温度为零度200度温度5km5km边长立方体岩石密度：2.5岩石比热：0.7KJ/Kg/每度4。3*10E19J世界最大电站三峡电站总装机容量为一千八百二十万千瓦三峡电站一年发电量约为1.8*10E(3+4+3)*(365*24*3600)=5.8*10E17J取出立方体冷却释放能量=三峡70年发电量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。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200瓦特/平方米2006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。地球表面的能量平衡关系。引自Hubert,M.K.,TheenergyresourcesoftheEarth,ScientificAmerica,,225,61-70,1971.）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黑体辐射我们周围的物体都在不断的辐射电磁波，物体在室温时热辐射电磁波的波长比较长，不能引起我们的视觉，但是温度如果在500度以上，它就能辐射可见光了。除了热辐射外，物体表面还会反射外界射来得电磁波。黑色物体几乎吸收了全部的光线.我们把完全不能反射电磁波的物体,称做为绝对黑体，简称黑体。绝对黑体的热辐射的规律比较简单:温度越高，辐射的电磁波的波长越短。它是多数物体热辐射规律的一种简化和近似。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。在温室中，短波的阳光能透过花房周围的玻璃，室内的长波辐射却逃不出去。大气也具有这种特性，我们称之为温室效应。大气中二氧化碳含量的增加减弱了地面向太空的长波辐射，使大气温度升高。温室效应4.重力能量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太阳辐射的功率和多少个三峡电站相等？太阳能量脆弱的地球系统WeakSystemMajoreruption:05/18/1980Earth’sinternalenergyfuelsvolcanism1992年5月19日埃特纳火山喷出的熔岩流熔岩流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。海面大范围的热气为飓风的形成提供了能量(几颗原子弹)ExternalenergyfromtheSunpowershurricanesExternalenergyfromtheSunpowersfloodsExternalenergyfromtheSunstoredinsideplantsandcanbereleasedbyfire2006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。Thepullofgravitybringsdownmountainwalls灾害分类Classification人类活动和地质过程的不同尺度。地质过程包含很宽的时间尺度：从几秒完成的地震到几千万年的造山运动。灾害分类在温室中，短波的阳光能透过花房周围的玻璃，室内的长波辐射却逃不出去。大气也具有这种特性，我们称之为温室效应。大气中二氧化碳含量的增加减弱了地面向太空的长波辐射，使大气温度升高。灾害分类灾害分类酸雨全球变化地含义比气候变化要宽，它包括人类活动引起地许多环境变化，这许多变化是相互作用的（ReidandMiller，TheScientificBasisforConservingBiodiversity，Ecology75，1861-1876，1994。）但是地球的生态系统是很脆弱的。我们把废物倒进供给我们大量地下水、能源和矿产资源的同一沉积盆地中。通过我们的社会和工农业活动，我们正在改变大气圈的成分，从而对气候及陆地和海洋生态系统构成了潜在的严重影响。人口正伸展到世界上不太适于居位的地方，从而增加了人类遭受自然灾害袭击的可能性，并加重了维持生命的生物和地质系统的负担。全球变化石笋：古环境演化记录的新载体灾害分类“自然灾害学概论”主要介绍快速变化引起的灾害海啸地震洪水火山滑坡和泥石流台风\沙尘暴灾害分类与灾共存科学减灾善待地球共创和谐地球变化超出了人类的预期,灾害就发生了。灾害成为人类生活的一部分,人类应有灾害意识，作好与灾共存的准备。人类虽然不能消除全部自然灾害,但是利用科学技术可以最大限度减轻灾害。它为科学技术的发展提供了机遇,为就业提供了新的机会。人类活动成为了影响地球系统的重要因素。善待地球,才能使人类与大自然和谐相处,使人类社会不断可持续发展。