生态环境组成及各圈层PPT课件

1、2021-11-161第第2 2章章 自然保护基础自然保护基础p自然生态环境自然生态环境p生态系统学生态系统学第1页/共34页2021-11-162 生态学中的生态学中的“生态生态”含义是指生物与其生存环境的关系。我国含义是指生物与其生存环境的关系。我国环境保护法环境保护法将环境分为生活环境和生态环境两部分。将环境分为生活环境和生态环境两部分。 自然生态环境的组成及结构自然生态环境的组成及结构第2页/共34页2021-11-163 生态环境主要包括自然生态环境、农业环境、城市生态环境。生态环境主要包括自然生态环境、农业环境、城市生态环境。 自然生态环境是基础，是主要部分；农业环境是半人工生态环

2、境，自然生态环境是基础，是主要部分；农业环境是半人工生态环境，是在自然环境的基础上经人工改造发展起来的；城市生态环境则主要是在自然环境的基础上经人工改造发展起来的；城市生态环境则主要是人类建设的产物。是人类建设的产物。 生态保护工作最主要是自然生态环境保护，其次是农业环境和城生态保护工作最主要是自然生态环境保护，其次是农业环境和城市生态环境的保护。市生态环境的保护。自然生态环境的组成及结构自然生态环境的组成及结构第3页/共34页2021-11-164 地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。 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近年来科学

3、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的开放系统。这就是说不是地球上的“优越优越”的环境条件创造了生命，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（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）假说或盖娅理论。或盖娅理论。 地球表层物质和能量的循环、转换是靠生命活动实现的

4、。地球表层物质和能量的循环、转换是靠生命活动实现的。自然生态环境的组成及结构自然生态环境的组成及结构第4页/共34页2021-11-165 地球各圈层的发育地球各圈层的发育 大约大约46亿年前，是一个还原性的大气圈，主要由亿年前，是一个还原性的大气圈，主要由H2、CH4、NH3和水蒸气等组成。和水蒸气等组成。 大约在大约在 38亿年以前，地球上出现了水，产生了河流、湖泊和海洋，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。为地球生命的出现创造了最基本的条件。 大约大约 20亿年前，出现了细菌和蓝藻等生物，从而开始了一种新的亿年前，出现了细菌和蓝藻等生物，

5、从而开始了一种新的生命过程生命过程光合作用，大气圈首次出现光合作用，大气圈首次出现O2 。自然生态环境的组成及结构自然生态环境的组成及结构第5页/共34页2021-11-166 地球各圈层的发育地球各圈层的发育 到距今大约到距今大约16亿年以前，一个含氧的大气圈终于形成。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。亿年前出现最早的真核细胞。 5亿年前出海洋无脊椎物，亿年前出海洋无脊椎物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做口地带，一种叫做顶囊蕨顶囊蕨的植物开始登陆。的植物开始登陆。 哺乳类动物出现在哺乳类动物出现在2亿年前亿年前。今天，大

6、约有。今天，大约有500万至万至5000万万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。生物圈。第6页/共34页2021-11-167最近，美国航空航天局马歇尔飞行中心宇宙生物学家最近，美国航空航天局马歇尔飞行中心宇宙生物学家Richard B. Hoover博士通过对地球博士通过对地球仅存的仅存的9枚枚“CI1碳基球粒陨石碳基球粒陨石”进行研究发现陨石中竟然有进行研究发现陨石中竟然有微生物的化石痕迹微生物的化石痕迹。第7页/共34页2021-11-168通过通过无菌条件下切碎陨石无菌条件下切碎陨石，进行电子扫描显微镜和扫描隧道显

7、微镜检查切面，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。发现了与地球类似生物的微生物化石痕迹。第8页/共34页2021-11-169物种进化谱图物种进化谱图第9页/共34页2021-11-1610 人类与大气圈人类与大气圈n大气圈的总质量估计为大气圈的总质量估计为5.21015 t，还不到地球的质量，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）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，其中气圈的下部，其中50集中

8、在距地表集中在距地表5 km 以下，以下， 75在在10 km 以下，以下，90在在30 km 以下。以下。n按照其分子组成，大气可分为两个大的层次：按照其分子组成，大气可分为两个大的层次：均质层均质层和和非非均质层均质层（或称同质层和非同质层）。（或称同质层和非同质层）。第10页/共34页2021-11-1611 根据大气的物理和化学性质，大气圈又可以分为光化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。层和离子层，这两层大致以平流层顶为界。 大气均质层（从地表至均质层（从地表至90 km高度的大气）密度随高度增加而减小高度的大气）密度随高度增加而减小

9、非均质层（均质层以上）非均质层（均质层以上） 氮层（距地表氮层（距地表90200 km） 原子氧层（距地表原子氧层（距地表2001000 km ） 氦层（距地表氦层（距地表11003200 km ） 氢层（距地表氢层（距地表32009600 km ）第11页/共34页2021-11-1612n目前世界普遍采用的大气圈分层方法是目前世界普遍采用的大气圈分层方法是1962 年世界气象组织年世界气象组织（WMO）执行委员会正式通过的国际大地测量和地球物理）执行委员会正式通过的国际大地测量和地球物理联合会（联合会（IUGG）建议的分层系统。）建议的分层系统。n即根据大气温度垂直变化特征，将大气分为即根

10、据大气温度垂直变化特征，将大气分为对流层对流层、平流层平流层、中间层中间层、热成层热成层和和逸散层逸散层。第12页/共34页 对流层对流层 位于大气圈的最下层位于大气圈的最下层 ，平均厚度为，平均厚度为12 km，是大气圈中最活，是大气圈中最活跃的一层，存在强烈的跃的一层，存在强烈的垂直对流作用垂直对流作用和和水平运动水平运动。 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。现象与过程都发生在这一层，对人类影响也很大。 通常所指通常所指大气污染大气污染就是对此层而言，尤其是在就是对此层而言，尤

11、其是在12 km 高度高度范围内，因地形、生物等影响，空气运动更是复杂多变。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，平均每上升每上升100米，气温约降低米，气温约降低0.65。第13页/共34页o 平流层平流层n平流层亦称同温层，是从对流层顶到约平流层亦称同温层，是从对流层顶到约50千米高度的大气层。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，近似等温状态等温状态。n稳定层以上，温度随高度上升而增高，这主要

12、是由于地表辐射稳定层以上，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影响的减少和氧及臭氧氧及臭氧对太阳紫外辐射强烈的吸收加热，使大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。平运动为主。n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。的高度上气温达到最高值，这就是平流层顶。第14页/共34页2021-11-1615南南极极臭臭氧氧层层30年年变变化化第15页/共

13、34页o 中间层中间层n平流层以上，到离地球表面平流层以上，到离地球表面80 km。温度随高度而下降，中间层。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，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，是因为本层的氧分子，氮分子等本可吸收的阳光短波波段，己是因为本层的氧分子，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。在更高的气层中被吸收了，因而气温低。n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。烈。n虽然水汽浓度极底，但由于对流运动的发展，在某些条件下能虽然

14、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出现夜光云夜光云，在约，在约60 km 高度，大气分子开始电离。因此，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。高度是均质层向非均质层的过渡层。第16页/共34页o 热成层热成层n热成层位于中间层以上，又称增热层或热成层位于中间层以上，又称增热层或电离层电离层，温度随高度的，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，白天温度可达高度时，白天温度可达10001750 K。该层空气在各种。该层空气在各种射线的

15、作用下大都发生电离，成为原子、离子和自由电子，电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。离层因此而得。o逸散层逸散层n逸散层位于热成层以上，也称为大气层，是大气圈的最外层，逸散层位于热成层以上，也称为大气层，是大气圈的最外层，大约延伸至大约延伸至800 km 的高度。空气极为稀薄该层，地心引力极小的高度。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。球引力而逸入宇宙空间。第17页/共34页o 主要成分主要成分n地球大气的主要成分是氮和氧，这种组成在地球大

16、气的主要成分是氮和氧，这种组成在太阳系大行星太阳系大行星中非中非常特殊。常特殊。大气组成成分大气组成成分稳定组分稳定组分 （ 氮、氧、氩氦、氪、甲烷、氢、氙等）氮、氧、氩氦、氪、甲烷、氢、氙等） 不稳定组分不稳定组分 （二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水（二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水 汽等）汽等）固态和液态杂质固态和液态杂质 （火山、地震、岩石风化、森林火灾（火山、地震、岩石风化、森林火灾 和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等 ）第18页/共34页2021-11-1619冥王星，1930年1月由克莱德克莱德汤博汤博根据美国天文学家洛韦尔的计算发现并命名。与

17、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“矮行星矮行星”，不再被视为行星。第19页/共34页o 主要成分主要成分n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地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分

18、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。衡。n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，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问题之一。面临的重大环境问题之一

19、。第20页/共34页2021-11-1621o 水圈水圈n海洋和陆地上的海洋和陆地上的液态水液态水和和固态水固态水构成一个大体连续的圈层覆盖构成一个大体连续的圈层覆盖在地球表面，称为水圈。在地球表面，称为水圈。n它包括江河湖海中一切淡水、咸水、土壤水、浅层和深层地下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。中的水蒸气和水滴。n大气中的水是全球水循环中的一个重要环节。大气中的水是全球水循环中的一个重要环节。第21页/共34页2021-11-1622o 水的自然

20、性质与意义n无色透明。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。，而对生物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。n极好的溶剂。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体中是最高的，大多数离本的媒介。水的介电常数在所有的液体中是最高的，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，这对营养物子化合物能够在其

21、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。质的吸收和生物体内各类生化反应的进行具有重要意义。n比热是所有的液体和固体中最大的。比热是所有的液体和固体中最大的。地球上的海洋、湖泊、河地球上的海洋、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。在一个相对恒定的范围内。第22页/共34页o 水的自然性质与意义n水在水在4密度最大。密度最大。这一特性在控制水

22、体温度分布和垂直循环中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，水底温度是定状态，水底温度是 4，在这一层中水生物可以幸存。，在这一层中水生物可以幸存。n冰轻于水。冰轻于水。为冰的密度比水小，只有为冰的密度比水小，只有0.92 g/3，可以浮在水面，可以浮在水面上。这一特

23、性对水下生物具有十分重要的意义。否则，气温降上。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，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。给水下生物带来灭顶之灾。第23页/共34页2021-11-1624o 地球的水量分布 地球上海洋占全球面积的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，含盐的海洋水占全部水资源的97.5，人类难以直接利用；人类难以直接利用；2.5的淡水中，又有的淡水中，又有68.7是以是以冰川和冰帽冰川和冰帽的形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。式

24、存在于南北极和高山面积的地区，亦难以被人类直接利用。第24页/共34页o 人类活动对水圈的影响n兴建大型水库与堤坝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已达2000 3，成为一种稳定可靠的水源。水库也常常产生一，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，甚至触发些不良的生态效应，甚至触发地震地震。三峡大坝三峡大坝第25页/共34页o 土壤圈n土壤是地球陆地上能供植物生长土壤是地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。与

25、繁殖的疏松表层。n各种土壤在地球表面形成一个断各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几厘米至几米不等上，其厚度由几厘米至几米不等。在炎热湿润的热带、亚热带地。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区，有些土壤的厚度可能达几十米。米。O层：层：有机残落物层；有机残落物层；A层：层：淋溶层；淋溶层；B层：层：沉积层；沉积层；C层：层：母质层；最下面母质层；最下面基岩。基岩。第26页/共34页o 土壤圈土壤圈n土壤圈是与大气圈、水圈同样重要的第三大环境要素。土壤圈是与大气圈、水圈同样重要的第三大环境要素。n土壤和岩石共同构成了

26、大地，但土壤和岩石是有区别的。土壤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同在于它具有肥力具有肥力，即提供和调节水、气、热和营养元素的能，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。力，为植物的生长提供了必要的条件。o人类活动影响土壤圈人类活动影响土壤圈n荒漠化。荒漠化。n水土流失。水土流失。n盐渍化。盐渍化。n水涝。水涝。n土壤污染。土壤污染。第27页/共34页o 岩石圈n岩石圈是人类生存环境中最下面岩石圈是人类生存环境中最下面的一个圈层

27、，又是地球内部各圈的一个圈层，又是地球内部各圈层的最外层，这里我们将岩石圈层的最外层，这里我们将岩石圈看作地球圈层的最外部分看作地球圈层的最外部分地壳地壳n岩石圈对人类的发展也具有重要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的价值，向人类提供了丰富的化化石燃料和矿物原料石燃料和矿物原料，储量巨大。，储量巨大。n传统原料与燃料行将耗竭。如何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变，已经成关系到人类未来生存与发展的要务。与发展的要务。第28页/共34页2021-11-1629o 生物圈n1875年年 奥地利地质学家奥地利地质学家休斯休斯(ESuess 18311914)提出提出了生物圈的概念。了生物圈的概念。n 1920年年 前苏联地球化学