第2讲地球环境的基本特征

台风云系太平洋上的漩涡云人类到底还能承受多少？第二讲地球环境的基本特征LithosphereAtmosphereHydrosphereBiosphereEcosphereorEarthSystem第一节大气圈（Atmosphere）空气是地球自然物质组成中昀轻的物质，它包围着固体地球，成为地球昀外面的一个圈层，称为大气圈。大气圈没有明显的上界，在赤道上方高42000千米和两极上方高28000千米的高空仍有大气存在的痕迹。2-1大气圈(Atmosphere)大气圈的垂直分层2-1大气圈（Atmosphere）大气圈的结构•按温度垂直变化的特点•按特殊的大气化学成分分层——臭氧层对流层平流层中间层暖层散逸层2-1大气圈（Atmosphere）对流层气温随高度的升高而递减空气对流运动显著天气现象复杂多变下层（摩擦层或大气边界层）——大气污染物中层（自由大气层）——天气过程上层与人类关系昀密切2-1大气圈(Atmosphere)平流层•同温层：在平流层下层，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定；•臭氧层：温度随高度升高而升高。平流层中空气没有对流运动，平流运动占显著优势，空气比下层稀薄得多且干燥，水汽、尘埃的含量甚微，大气透明度好，很难出现云、雨等天气现象。臭氧是氧的同素异形体，有特殊臭味的蓝色气体臭氧吸收对短波紫外线，防止其到达地球臭氧是城市光化学烟雾的一种组分，有毒害作用南极洲极为罕见的珠母云因臭氧层空洞被破坏2000年9月6日，南极上空的臭氧层空洞南极臭氧洞成因科学假设与太阳活动周期有关的自然现象火山活动的影响当地天气动力学过程的影响人为活动的影响—如氯化物的排放进入大气平流层层拯救臭氧层氯氟烃类、有机溴化合物、氧化亚氮及亚音速飞机排放分氮氧化物、甲烷、水汽和二氧化碳等。氯氟烃类物质，由于性质稳定、不易燃烧、易于储存、价格便宜而被广泛用作致冷剂、喷雾剂、发泡剂及清洗剂等。到80年初，每年排放100多万吨，欧美日等占90%以上。化学稳定，寿命长，不易在对流层分解，扩散入臭氧层，受到短波紫外线的辐射，分解出氯原子自由基，消耗臭氧。哈龙溴化物(消防灭火剂，薰土剂，干洗衣服)释放溴原子对臭氧破坏力是氯原子30-60倍，也是臭氧损耗的“罪魁祸首”。氯原子自由基作为催化剂与臭氧反应，就象一辆辆“运”臭氧的车子，不断地来回搬运臭氧，臭氧在不断减少，而氯原子却不见消耗。一个氯原子自由基能够消耗十万个臭氧分子。微量的含氯化合物进入平流层，都会造成臭氧层的巨大损耗P.Crutzen，M.Molina和Sh.Rowland发现了臭氧层耗损机制，1995年获得诺贝尔化学奖美研究观测结果显示今年该区域臭氧空洞在面积和厚度上将创下历史纪录•2006年10月20日，美国宇航局卫星图片显示，代表臭氧空洞的蓝色区域日益扩大，已达创纪录的1060万平方英里。•7月到10月，南极上空臭氧总量急剧下降69%•10月8日，只有85多布森(Dobson)单位，此前7月水平维持在正常的300多布森单位。•地面8到13英里，臭氧量只有1.2单位，3个月前是125单位。•“这一数据显示，该区域的臭氧几乎已经完全消耗殆尽。“•上世纪80年代，每年9月份下旬开始，南极上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层中心地带近90％臭氧被破坏，南极上空形成一个直径上千公里的“臭氧空洞”。•科学家预计，到2065年臭氧层会缓慢恢复。2-1大气圈（Atmosphere）中间层强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降，又称为高空对流层或上对流层。2-1大气圈（Atmosphere）暖层•气体温度随高度增加而迅速上升；•具有较高密度的带电粒子，故称为电离层。2-1大气圈（Atmosphere）散逸层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同。温度随高度增加而略有增加。2-1大气圈（Atmosphere）大气的组成•干洁空气表3.1近地表干燥空气的主要组分组分体积比（ppm）组分体积比（ppm）氮（N2）780,900甲烷（CH4）1.2氧（O2）209,500氪（Kr）1.1氩（Ar）9,340氢（H2）0.5二氧化碳（CO2）330氙（Xe）0.08氖（Ne）18臭氧（O3）0.01~0.04氦（He）5.2__(注：1ppm=百万分之一)99.97%2-1大气圈（Atmosphere）大气的组成•水汽大气中的水汽主要来自地球上的水面和其他潮湿物体表面的蒸发，以及植物的蒸腾作用。大气中水汽所占的体积比的变化范围在0~4%之间，并随高度的增加而减少。•固体杂质和大气污染物烟粒、尘埃、盐粒；灰尘煤烟、水泥、金属粉尘、SO2、CO等有害气体。2-1大气圈（Atmosphere）地球的辐射平衡•太阳辐射——紫外区、可见光区和红外区。•辐射平衡：长波辐射•气温逆温产生的主要原因(1)辐射(2)平流(3)空气下沉温室效应2-1大气圈（Atmosphere）地球的大气环流低压低气压（低压）——水平气压梯度自外围指向中心，气流由外围向中心辐合。高气压（高压）——水平气压梯度自中心指向外围，气流自中心向外辐散。风向决定污染物扩散的方向，风速决定污染物扩散和稀释的快慢和程度。第二节水圈（Hydrosphere）水圈一般是指地球上被冰雪、液态水和水汽所占据而构成的壳层。水圈的上限可视为对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。2-2水圈（Hydrosphere）水圈及其构成在水圈中，水的大部分是以液态和固态的形式在地面上聚集在一起的，构成各种水体。通常情况下，一个水体就是一个完整的生态系统，此时我们也称其为水环境。2-2水圈（Hydrosphere）水圈及其构成表3.2地球上各种水的储量（单位：千米3）最好的估计己发表的估计数量范围滞留时间海洋1.35×1091.32～1.37×1092500年大气1300010500～155008天河流17001020～212016天湖泊10000030000～17700017年陆内海10500085400～125000土壤含水量7000016500～1500001年地地下水8.2×1067～330×1061400年冰川和冰帽27.5×10616.5～48.02×106山地冰川1600年极地冰帽9700年生物水1100600～50000几小时水的故事2-2水圈（Hydrosphere）水圈及其构成可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%世界水日2-2水圈（Hydrosphere）水循环与水量平衡2-2水圈（Hydrosphere）多年平均的大洋水量平衡方程为：蒸发量=降水量+径流量；多年平均的陆地水量平衡方程是：降水量=径流量+蒸发量。水循环与水量平衡蒸发、降水和径流是水循环过程的三个昀主要环节，这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。雨水未来的希望2-2水圈（Hydrosphere）基本概念海水盐度：单位质量海水中含溶解物质的质量称为海水盐度。世界大洋的平均盐度为3.5%。水系：水系是干流和许多支流组成的水流系统。在一个水系中，一般以长度或水量昀大的河流作为干流，汇入干流的河流称一级支流，注入一级支流的河流称二级支流，依此类推。流域：流域是河流的集水区域，即由分水线所包围的区域。分隔两个相临流域的山岭或河间高地叫分水岭。分水岭上昀高点的连线叫分水线，是流域的边界线。分水线所包围的面积称为流域面积或集水面。2-2水圈（Hydrosphere）基本概念水位：是指河流某处的水面高程。它以一定的零点作为起算的标准，该标准称为基面。我国目前统一采用青岛基面。湖水的透明度：是指湖水能使光线透过的程度，用能见深度表示。能见深度即相对透明度，是指以30cm直径的白色圆盘沉到目力不能见时的深度。它就有明显的时间变化规律。水色：是指垂直方向上位于透明度一半深处，白色圆盘上所显现的湖水颜色。2-2水圈（Hydrosphere）基本概念富营养化：是指水体在外界条件的影响下，由于营养盐类不断积聚，引起水体内部物理、化学性状不断改变，水生生态系统发生相应的演替，并由生物生产力低的状态逐步向生物生产力高的状态过渡的现象。发展到一定阶段，表现为浮游藻类的异常增殖，形成“赤潮”。影响富营养化的主要因子有：•营养因子：N、P的含量•环境因子富营养化水华母亲水窖2-2水圈（Hydrosphere）基本概念地下水：埋藏在土壤、岩石孔隙中各种不同形式的水统称为地下水。地下水的补给：大气降水、地表水的渗入、大气中水汽和岩石孔隙中水汽的凝结、人工补给注意：•灌水过多，会造成土壤次生盐渍化等不良后果；•大规模开采地下水，引起地下水位的大幅度下降，引起地面沉降或海水倒灌，致使水质变坏。地下水开采的影响臭氧层空洞水循环第三节土壤圈特征：1.提供植物生长所需的营养条件和环境条件2.内部有生物栖息土壤圈：岩石圈昀外面一层的疏松部分，具有肥力特征，能生长绿色植物。2-3土圈Whatissoilmadeof?•MineralMatter(90-95％)•OrganicMatter(1-10％)•Air•Water土壤是矿物质、有机质和活的有机体及水分和空气等的混合体。2-3土圈土壤矿物质(MineralMatter)原生矿物是各种岩石受不同程度物理风化的碎屑物，其未改变原有的化学组成和结晶构造。种类包括：硅酸岩和铝酸盐类、氧化物类、硫化物和磷酸盐类，及某些特别稳定的矿物（石英、石膏、方解石等）次生矿物主要是由原生矿物经风化而重新形成的新矿物，其化学组成与结构已发生了变化。种类包括：各种简单盐类，次生氧化物和铝硅酸盐类矿物等2-3土圈土壤矿物质(MineralMatter)伊利石高岭石埃洛石2-3土圈土壤有机质(OrganicMatter)土壤中含碳的有机物，来源于植物、动物、微生物残体、分泌物、排泄物，是各种形态存在的有机化合物，可以分为普通有机物和腐殖质。带有负电荷，较强的吸收与缓冲性能，含有多种能解离的官能团2-3土圈土壤有机质(OrganicMatter)土壤有机质含量与土壤肥力水平密切相关有机质是植物营养的主要来源之一促进植物生长发育改善土壤的物理性质促进微生物和土壤动物的活动提高土壤的保肥性和缓冲性有机质具有活化磷的作用2-3土圈土壤有机质(OrganicMatter)昀肥沃的培养土蚯蚓粪2-3土圈蚯蚓粪(Vermicompost)在人类未来到地球之前，蚯蚓已耕耘了地球亿万年生物学家达尔文曾说“除了蚯蚓粪粒之外没有沃土”自然界的各种有机废弃物经发酵后，在蚯蚓消化系统蛋白酶、脂防酶、纤维酶和淀粉酶的作用下，迅速分解，转化成为自身或易于其他生物利用的营养物质，经排泄后成为蚯蚓粪蚯蚓粪能全面地满足植物生长的各种需求和营养成分，对植物有难以置信的神奇肥效：1、养分全面；2、富含有机质，减少化肥用量，从根本解决土壤板结问题；3、提高作物抗病防病能力，保护土地生态环境；4、富含腐植酸，调节土壤酸碱度，提高土壤的供肥力；5、抗旱保肥，促根壮苗2-3土圈土壤溶液与酸碱度土壤溶液是土壤水分及其所含的气体、溶解物质和悬浮物质的总称。土壤的酸碱度是指土壤溶液中存在的H+和OH-浓度，通常用pH表示。土壤具有一定的抵抗土壤溶液中H+和OH-浓度改变的能力，称为土壤的缓冲性能。2-3土圈Whatisthefunctionofsoil?•Plantmedium•Recyclingsystemfornutrients•Animalhome•Engineeringmedium•Systemforwatersupplyandpurification2-3土圈SoilFormationFactorsTherearefivemainfactorsthatinfluencesoilformationprocesses.1)TypeofParentMaterial(母质)2)Climate(气候)3)Topography(地形)4)BioticComponents(生物)5)Time(时间)2-3土圈土壤剖面(SoilProfile)•SoilProfile-Aseriesof