地球科学系统作业复习题

1、第一章1. a.什么是“人为排放的温室气体？”人为产生的温室气体是二氧化碳，这些CO2主要源于化石燃料的燃烧和森林的砍伐。b.列举三种在大气中含量正在增加的人为排放的温室气体。CO2、CH4、N2O2. 地球系统有哪四个基本组成部分？大气圈、水圈、生物圈和固体地球3. 解释全球变暖和温室效应有什么区别。温室效应是一个无可置疑、真实存在的自然过程，它起到了加热地球和其他行星表面的作用，使得行星的温度高于没有大气存在时的温度。而全球变暖是由于工业和农业活动的共同作用导致的地球表面温度的升高。这些活动释放出的气态物质加强了原本就存在的温室效应。 4. a.从1800年到现在，地球大气的CO2浓度上升

2、了多少？大气中的CO2浓度在近两个世纪以来上升了将近40%。b.我们是如何得知的？ 我们是从极地冰中气泡的化学组成（冰芯数据）所推测出来的当时气体中的CO2浓度。c.二氧化碳浓度上升的最主要的原因是什么？ 二氧化碳浓度上升的最主要的原因是因为人类的活动，比如化石燃料的燃烧、森林的砍伐等。5. 氟氯烃是如何影响环境的？请说出两种途径。 造成比较大的温室效应、产生臭氧洞是太阳辐射的紫外线增加。6. a.地球表面温度的直接测量可以追溯到多久以前？ 可以追溯到大约两个世纪以前。b.温度的长期变化趋势为什么难以准确确定？ 因为历史时期的温度数据有很多不足的地方，比如测量时有序观测方法和其他因素所造成的系

3、统误差。第二个问题是数据资料在全球的分布不均匀，某些地方的数据无论是在时间还是空间尺度上都比其他地方要全面。7. 20世纪的煤炭燃烧对气候造成了哪些相反的影响？20世纪的煤炭燃烧造成了1940-1970年的降温，是由于煤炭燃烧释放的SO2形成了气溶胶颗粒物，对太阳光的反射引起了降温。8. 为什么平流层臭氧对人类十分重要？ 平流层是地球表面上海拔10-15千米的一层大气，地球上大部分臭氧都分布在那里。平流层臭氧对于地球上的生物十分重要，因为它吸收了大部分来自太阳的有害紫外线。紫外辐射会造成皮肤癌等影响人嘞健康的问题，同时对其它生物有机体也有不利的影响。9. 热带雨林的砍伐造成了哪两个全球环境问题

4、？物种灭绝、全球变暖。10. 如何利用氢同位素来推测基地的温度记录？ 氘，元素符号为D，是氢的一种同位素，它的原子核中有一个质子和一个中子。氘原子可用作温度的指标：D值高（负值小）表示南极大陆和周围极地海洋的温度较高。11. 过去的地球表面温度a. 是如何由Vostok冰芯确定的？根据冰中的氘含量估算的。b. 与大气CO2浓度有什么关系大气CO2浓度与地表温度的变化趋势是一致的。12. 为什么铱可以用来指示外来星体的撞击？铱在元素周期表中与铂同族，由于大多存在于地心的熔岩中，该族元素在地壳石中十分稀少。这些元素往往来自于小行星或彗星的残骸，以小颗粒的形式降落到地面上。13. a.在过去46亿年

5、中太阳光度是如何变化的？太阳在46亿年前形成时，它的光度比现在低约30%。太阳光度开始时增加很慢，随着氦核的积累而不断加速。b.造成这种变化的根本原因是什么？太阳通过核聚变产生能量，随着氦核的增加，太阳的核心收缩并存在轻微的加热。温上升增加了核心的压力，并阻止其进一步搜索，太阳由此可保持自身稳定。随着核心温度的升高，核聚变的反应速率也加快了。结果太阳核心释放出更多的能量，而核心释放能量的增加与太阳表面的能量释放增加达到平衡。太阳表面释放的能量越多，太阳就越亮。14. 什么事Gaia假说？假说中地球上的生命扮演了怎样重要的角色？Gaia假说认为，地球本身是一个具有自我调节功能的系统，而其中生物圈

6、扮演了至关重要的角色。第二章1. 若使扰动成分A减少，导致成分B减少。这两个成分之间的耦合是正的还是负的？正耦合。2. 什么是反馈循环？成分之间的两个耦合形成了一个“往返”，即反馈循环。反馈是一个变化对变化影响的自我延续机制。3. 为什么负反馈循环往往削弱扰动的影响？因为负反馈可以调节其他因素引起的变化。比如电热毯的案例中，由于体温升高使你不舒适，通过调低电热毯的温度，使得体温降低，这样就减少了扰动的影响。4. 强迫和扰动的区别是什么？ 对系统的短期干扰是扰动；对系统更持续的干扰称为强迫。5. 所有的平衡状态都是稳定的吗？为什么？ 不是，因为处于稳定的平衡状态的物体,可能会受到某种外界微小的作

7、用, 使得物体产生偏离平衡状态的情况，这就叫做“不稳定平衡”。6. 什么是反照率？它是如何影响气候的？ 地表反射率称作地表的反照率。反照率越高，地表的反射性越强；反照率的越低，吸收的阳光越多。反照率越高，地表温度越低。7. 雏菊世界的雏菊是怎样调节这个假想星球上的温度的？雏菊的颜色都是纯白色的，浅色的表面反射性较强，雏菊数量越多，从他们白色花瓣上被反射的阳光就越多，被吸收的阳光就越少，从而使地表温度越低。第三章1. 电磁波的波长与频率之间的关系是怎样的？ =c2. 光子的概念是什么？ 电磁辐射的单个粒子或脉冲常被称为光子。3. 哪个物理定律描述的是下面的规律：当观察者远离太阳时，太阳光强度发生

8、变化？ 平方反比定律。4. 给出两个应用于黑体辐射的物理定律的名称。这两个定律描述的是黑体发出辐射的什么性质？ Wien定律：是指由黑体发出的辐射通量在波长为max时达到最大，这个与黑体max的绝对温度成反比。 Stefan-Boltzmann定律：是指由黑体发出的能量通量是与黑体绝对温度四次方有关的，单位面积上所有的能量通量是与黑体辐射曲线下的面积成正比的。5. 地球反照率的主要影响因子是什么？ 地球大气和地球表面。6. 地球大气中含量最多的三种气体是什么？氮气、氧气、氩气7. 列出地球大气的四个层次。他们是如何定义的？ 对流层：从地表一直向上延伸到10-15km； 平流层：地表上10-15

9、km到50km处； 中间层：50km-90km； 热层：90km以上。8. 给出热能传输的三种机制的名称。哪两种在全球能量收支中最为重要？辐射、对流和传导。9. 指出气体吸收红外辐射的两个物理过程，并对每个过程举例。 一种是通过改变分子旋转的速率；另一种方式是通过改变震动的振幅。10. 为什么O2和N2不是温室气体？因为O2和N2对红外的吸收较弱，对温室效应没有明显贡献。11. 描述气候受高云和低云影响的不同方式。低而且浓厚的云层，如层云，对入射太阳辐射的影响主要是反射作用，所以通常会使地表降温。高而且稀薄的云层，如卷云，对温室效应的贡献超过了对行星反照率的贡献，因此能够使地表降温。12. 指

10、出地球气候系统中的两种正反馈循环。为什么尽管存在这些破坏平衡的正反馈过程，地球气候系统仍然保持稳定？ 因为地球系统包含了一个非常强的负反馈作用，但因为他太过于基本而常常被忽视。这个负反馈循环可在短时间尺度内稳定地球的气候，它就是地表温度与出射红外辐射通量之间的关系。第四章1. 全球循环系统地功能是什么？全球循环系统的作用是保持这个星球热量和化学的平衡。所有的地球循环系统都以一定的方式来维持地球的温度与稳定。2. 为什么太阳辐射能的分布随纬度而变化？ 当太阳光到达地球时，他们几乎是平行光，然而由于地球是个球体，当这些光线到达地球大气层的顶部，相等量的太阳光在极地伸展分布到较大的面积上，而在赤道却

11、十分不到较小的面积上。所以高纬度地区每平方米的表面接收到相应较少的太阳辐射能，因此接收的太阳辐射能是从赤道向两极减少的。3. a.画图表示入射太阳能和出射红外辐射随纬度的变化。b.标明能量盈余和不足的地区。C.解释为什么这个分布对于大气环流是十分重要的。 纬度间的能量梯度使得大气的温度和密度产生差异，这种差异导致了大气的环流：将热空气输送到极地，将极地冷空气输送到赤道。4. 解释为什么气团受热形成上升运动。热气团的密度较低，所以气团受热会形成上升运动。5. 画图叙述Hadley环流。为什么Haley环流会随着季节变化？ 6. 什么是Coeiolis效应？它是怎样参与决定全球风的分布格局的？ C

12、oeiolis效应是地表运动的流体表观上有一种偏离它原本直线运动路径的趋势的概念。7. 解释一下为什么地球一年经历不同的季节。地球上哪里的季节变化最大？哪里最小？解释原因。 每年有六个月的时间，北半球面对太阳而南半球背离太阳，另外六个月的时间北半球背离太阳，南半球面对太阳。面对太阳的半球比背离太阳的半球接受更多的太阳辐射能，所以会产生不用的季节。当太阳直射在头顶上，加热是最强的。23.5S-23.5N变化最大，赤道变化最小。8. 对比湍流热传送和传导在调节陆地表面和海洋表面热反应中的不同作用。 海洋表面可以迅速地通过湍流混合方式将热量向下传输，通过对流将热量向上传递到大气中。由于陆地与海洋热力

13、性质的差异，陆地和海洋能量传递不同，陆地表面可通过对流将热量迅速地传递到大气中，但它通过热传导向下传输热量的速度较慢。9. 用地图简要解释驱动东南亚季风的大气过程。10. 什么是潜热？解释为什么潜热对能量的再分配非常重要。 潜热，相变潜热的简称，指物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。因为水在地球系统中可以以三相存在，可以很容易从一种状态转变到另外一种状态，可以再地球系统所有成分中很容易的进行循环，在这个过程中都伴随着能量的转移。11. a.饱和蒸汽压是什么意思？当凝结速度与蒸发的速度相等时也就是跑出的气体和跑进的气体的分子数目相等时气体处于平衡状态。此时，水的蒸汽压称

14、为饱和蒸汽压。b.画图表示饱和蒸汽压与蒸汽压和温度的关系。 c.解释为什么图上的信息对于理解大气环流和降雨之间的关系十分有用。 因为降雨和大气环流就与水蒸气的运动有着十分紧密的关系。12. 描述三个引起空气上升运动并在形成降雨中比较重要的过程。1. 不同密度的气团混合，发生抬升2. 因为对流形成的抬升3. 气团遇到山地阻挡形成的抬升。 空气上升、水蒸气变冷凝结成小水滴、形成降水第五章1. 表面风场对海洋环流有什么影响？风在海洋表面的运动会产生表面摩擦。摩擦的结果之一就是吹风的时候，风会拖拽海洋表面和它一起运动，这就形成了海洋表面的凤海流。2. 为什么洋流的方向与风向并不是严格地在同一方向上？C

15、oriolis效应对海洋环流的影响跟它对风的作用一样，因此在北半球谁偏向风向路径的右侧（在南半球则偏向左侧）。3. 什么是Ekman螺旋？解释为什么会发生Ekman传输。 由于风和水面的摩擦，使得空气的一部分动能转移到了水的最上层。当这层水移动式，就会带动下一层水的运动，如此一直向下层延伸。当每一层运动时，又会受到Coriolis效应的影响。所以在北半球，一旦一层水开始运动，它就会偏转向其上层水运动方向的右侧（对表层水而言，就是在风向地右侧），而在南半球，则偏向左侧。在海洋表面下越深，每一层相对于还表面向右或者向左偏转的角度就越大，这样就产生了著名的螺旋效应Kman螺旋。4. 什么是上升流？上

16、升流发生在什么地方？当海洋表面发生幅散时，下层水上涌取代表层的水。下层水的温度低于表层水。温度较低的水上升取代幅散区表面温度较高的水，这个过程升为上升流。5. 地转流是什么意思？漩涡中心的海平面仅比其边缘高出50cm左右，但是作用于这一对水体上的重力会产生一个从中心沿梯度向外推的力（即压力梯度力）。然而，当水流动时，它就会在Coriolis效应的作用下偏转，直到这一影响与沿坡度作用的压力梯度力达到平衡。这两种方向相反的力的作用结果就是谁在北半球向右运动，而在南半球向左运动。在这种情况中，产生的这种在北半球围绕涡旋呈顺时针方向流动的水流被称为地转流。6. 解释东、西边界流的不同特点。西边界流的流

17、路较窄、流速较快；东边界流水流较分散，分布面积大得多，而且流速明显减弱。7. 在ENSO事件中，热带太平洋地区大气和海洋环流有什么反应，请解释。对流层重要的东西方向环流在赤道太平洋上是非常盛行的，它叠加在南北方向的Hadley环流之上。赤道太平洋西部是全球海洋表面温度最高的地方，该地区包括澳大利亚和印度尼西亚，是大气对流非常强烈的地区。向东的气流穿过太平洋，然后在南美的西海岸下沉，在地表以东风的形式完成环流。这个环流与另一个较小的，由南美和非洲上方的对流所驱动的环流是相联系的，在对流区出现的降水量大，在下沉地区干燥。太平洋表面的持续性东风会产生向西的洋流，从而导致谁在太平洋西部堆积。这就使暖水

18、积聚在西太平洋。水在西部堆积，导致从西向东海洋表面向下倾斜，谁的这种从东向西运动是西部温暖的表层水厚度增加，而东部表层水变薄。东部较薄的表层水使得下面温度较低、富含营养的水可以上涌，这就促进科生产力的提高和鱼类数量的增加。8. 海洋中的盐是从何而来的？随时间推移，海洋是不是变得越来越咸？如果不是，请说明原因。海水中的盐分通常是地壳岩石分解或者风化的结果。当岩石被物理或者化学过程改变的时候，就会发生风化。当水流经过或者穿过岩石时，他就会把那些可溶解的物质带走。不会越来越咸，因为还有许多过程可以去除海水中的盐分：1) 从浅海中蒸发海水。剩下的盐浓度增加并且作为蒸发盐沉积物从溶液中沉淀下来。2) 生

19、物过程。比如一些海洋微生物去除海水中的钙或硅，并且用来形成他们的壳。3) 海水与海底新形成的火山岩之间发生的化学反应。4) 海洋飞沫的形成。9. 给出温盐环流的定义。驱动深层海洋环流的过程是什么？深海环流依赖于温度和盐度，所以这一环流就被称为温盐环流。在深海中，密度的水平变化很小，然而垂直变化却要大一些。但是密度最大的水在底层，因此结构是非常稳定的。所以，通过深海的的水运动相对缓慢，但是经过上千年上百年这个作用是不容忽视的。10. 解释密度跃层、盐度跃层和温度跃层之间的差异。在表面层和深层海洋之间的过渡区厚度大概有1千米的量级，随水的深度增加，密度增加很快。密度的这种急剧增加成为密度跃层。在某

20、些区域，这个密度梯度是由盐度的变化来控制的，随深度增加盐度也迅速增加。在这种情况下，盐度梯度特指为盐度跃层。在其他大部分地区，温度变化主导着密度梯度，随深度增加温度迅速减小，这种过度也因此被称为温度跃层。11. 什么是底层水？它是在哪里形成的？是怎样形成的？底层水只在极地海洋的部分地区和沿着海冰的边缘形成，是海洋中产生的密度最大的水。高纬度地区高密度水的的产生是大洋深层环流的开始。这个高密度的水可以通过偶几个过程产生。举例来说，蒸发和降水的巨大差异以及海冰的形成都可以造成温度降低和盐度增大。12. 温盐输送带的意思是什么？温盐输送带是地球系统的一个重要特征。其主要体现在以下方面：首先，对于海洋

21、中营养物质的再循环起到一个主导的作用；另外，对于地球的气候也具有重要的影响作用。存在于海洋中的很多生命形式都可以在近表面层找到，他们要么是利用阳光进行光合作用的浮游植物，或者是依靠浮游植物生存的动物。13. 解释在改变全球温度分布方面海洋所起的作用。海洋环流对去阿牛温度有很强的影响，温暖表层水向极地的输送，取代了形成于海冰边缘的底层水，这是一个生育太阳能向极地传输的机制。还想提供了几乎和大气等量地向极地输送热量，在低纬度传输的热量比大气传输的多，而在中高纬度，大气输送占主要地位。海洋代表了一个巨大的热量储存库：在一些地方吸收大气中的热量，在另一些地方向大气释放热量。第六章1. 积雪是如何影响它

22、上方的气温的？由于积雪的反照率比较高，这就意味着能在没有积雪的情况下使地表升温的太阳辐射在有积雪时都被反射了回去，因此区域的温度较低2. 积雪是如何影响土壤温度的？虽然积雪使气温降低，但对于它覆盖下的地表，它的影响恰恰相反。新雪是聚到一起的六角形冰晶，晶体之间有大量的空气间隙。空气无法轻易穿透积雪，因此雪的热传导效率不是很高。因此，积雪使地面的热量损失减少。3. 冰晶是怎样形成的？在有冰晶和过冷却水滴共存的云中，由于冰面的饱和水汽压比过冷却水面的饱和水汽压小，当空气中的实有水汽压介于两者之间，即大于冰面饱和水汽压而又小于水面饱和水汽压时，过冷却水滴会因蒸发而减小，水分子不断由水滴向冰晶上转移，

23、冰晶则因凝华而增大。4. 什么是永久冻土？永久冻土是指永久结冰的土壤，只简单地以温度来定义（换句话说，实际上并不一定有冰）。如果土壤保持0以下的温度达到两年以上，就可视为永久冻土。5. 为什么永久冻土融化可能对未来的气候变化非常重要？永久冻土融化引起的最大问题是向大气中排放的温室气体可能会增加。地表附近的永久冻土融化会产生湖泊和具有厌氧（低氧）条件的水涝土壤，由此形成的环境中，使产甲烷生物能够大量繁殖。近年来大气中甲烷浓度的增长速度已经趋缓或停止，然而，融化的冻土可能会改变这种前景。6. 解释雪是怎样变成冰川冰的？如果积雪到夏天仍然没有融化并随着时间开始积累，雪的厚度会增加，但也会经理各种转化

24、。积雪的温度梯度和冰晶大小、形态的差异可能引起蒸汽压的局部差异，进而导致一些晶体升华并沉积在其他晶体表面。这样会使晶体变圆、压紧，密度增加。而积雪厚度增加产生的压力会使积雪进一步压紧。冰晶相互接触并通过热压的过程彼此结合，从而融合在一起。随着积雪逐渐压实和冰晶的融合，密度增加，病例之间的空气体积减少雪转化为冰川冰。7. 解释冰川是怎样移动的。冰虽然硬但易碎，受到压力时就会破碎。然而，在较高的压力条件下，在冰川深处缓慢施加的压力会导致冰像塑料一样变形，越往深处，这种压力越大，导致冰开始流动。8. 解释冰川和海洋冰在积累冰的方式上有何不同？冬天雪降落在冰川上，夏天又会融化一些。如果温度足够冷，雪在

25、夏天也不会融化，它会随着时间堆积在冰川的积累区并变成冰。海洋表面的温度降到冰点以下时（一般海洋盐度下的冰点是-1.8）就会形成海冰。随着海水向冰层底部冻结形成新冰，海冰的厚度逐渐增加。9. 洋流对海冰的分布起到什么作用？北大西洋暖流和黑潮海流的暖水阻止大洋东部的冰缘继续向南延伸；而东格林兰洋流、拉布拉多洋流和亲潮洋流则带来冷水，促使大西洋西部增加的冰层向南延伸。10. 海冰影响气候的两种主要方式是什么？温度的变化引起海冰覆盖和表面反照率的变化，这又会进一步影响温度。这是一个正反馈：温度升高海冰覆盖减少反照率降低温度升高。另一种海冰反馈在全年都很重要：温度升高导致海冰覆盖减少，使得从海洋向大气的

26、热通量增加，进而使得温度升高。第七章1. 20世纪20年代，当大陆漂移理论首次提出时，科学界为什么没有立即接受这种理论？英国科学家Harold Jeffreys爵士在1925年的计算结果表明，该理论所要求的大陆穿过刚性海床的假设是不可能实现的。其他科学家由于Wegener不能提出驱使这一运动的物理机制而持怀疑态度。事实上，Wegener自己的许多计算结果和提出的机制本身也是错误的和不可靠的。 直到人们对固体地球的结构和运转有了进一步理解之后，Wegener的大陆漂移说才被接受。2. 什么是“Moho”面？过渡带中最浅的一个是地壳地幔边界，最早是由克罗地亚地震学家发现的，为了纪念这个科学家这个边

27、界成为Moho面，我们将地震波急剧增长的区域定义为Moho面。3. 地球内部结构的两种分层方法（其中一种用来区分地壳、地幔以及地核，另外一种用来区分岩石圈和岩流圈）的理论基础是什么？用来区分地壳、地幔和地核是根据地震波的传播速度；区分岩石圈和岩流圈的理论基础是地震学和岩石学。4. 请比较P波和S波。P波，又叫纵波，产生于地球内部物质的挤压，物质随着波的传递、交替挤压、伸展。S波又叫次级波或横波，传播时振动方向和传播方向垂直。5. 为什么地震集中分布在板块边缘？构造活动时板块移动的结果。各板块之间一直存在着相对运动，其平均速度约为每年数厘米。在板块之间的摩擦力的作用下，在板块的边界及表面附近会轮

28、流出现稳定期及活跃期。在一段稳定期过后，累积的能量会突然释放，使某些板块上升到其他版块的上方，从而导致地震的发生，所以地震集中分布在板块边缘。6. 地球内部的热源有哪些？ 放射性衰变 地球形成时期残留下来的热量7. 什么是地磁极性？在海底扩张理论的形成过程中，地磁极性起到了什么作用？ 磁的极性为南北极的地理方向，。海底的磁场呈条带状分布，条带基本上与大洋中脊平行，条带反映了交替变化的磁极带。磁极条带的转让胡总分布现象是由于海底扩张造成的，新的海底形成时，其磁极方向和当时的地磁场方向一致。对着火山不断喷出新的熔岩，这些海底物质被推向大洋中脊轴的两侧。由于每一次磁场反转都会在海底产生一个磁性条带，

29、因此在大洋中脊上正在形成的海底物质与前一个磁性周期内在同一个大洋中脊上形成的、后来移动到大洋中脊轴两侧的旧海底物质之间表现出不同的极性。8. 板块边界分为哪三种类型？分别有什么样的地表特征？板块边界分为：离散型、聚合性和转换型三种类型。在离散型板块边界区域，岩石圈在外力作用下发生分离，在陆地上，离散型板块边界表现为断裂即裂缝。 聚合性板块边界是指两个板块被挤压在一起的区域。 当两个板块的相对运动方向与边界方向平行时，既不会生成岩石圈，也不会使岩石圈受到破坏。在这种情况下，两个板块会在断层处错开，形成边界的断层被称为转换短程。9. 什么是侵蚀？ 风化产物被搬运到盆地沉积的过程被称为侵蚀。10.

30、如何使用波射性来确定岩石年龄？岩石中同时含有放射性同位素及其衰变产物，并且我们知道该物质在形成时含有的放射性同位素确切含量，和该放射性同位素的半衰期，那么就可以计算岩石的年龄。11. 板块运动的驱动因素有哪些？最重要的驱动力是板块间的相互作用。大洋中脊地势较高的区域作用于海洋板块其他部分的重力推力（脊推力），冷却过程中海洋岩石圈不断增加的密度，在这种力的作用下，板块的另一端被拉到俯冲带（板片拉力），阻止海洋板块弯曲成为俯冲带的弹性阻力（弯曲阻力），俯冲板片与上方的岩石圈之间的摩擦力（摩擦力），海洋版块冷却、密度变大后产生的下浮力（负浮力）。12. 关于板块分裂及再聚合的Wilson周期的产生原

31、因，有什么样的假设？大陆聚合形成超大陆、经过一段时间后超大陆会分散开并移动到各处，然后再聚合。这种板块聚散的周期性变化过程被称为Wilson周期。根据古地理重建的结果，可以推测超大陆聚合及分裂的周期大约为5亿年。另一方面，我们也可以根据板块移动达到地球周长一半的距离所需要的时间来推算Wilson周期。板块移动的速度一般为4cm/年，而地球周长的一半为20000千米。这样，假设两个大陆相互远离对方移动，则在约5亿年后两个大陆又会在地球的另一侧相遇。因此，考虑到盘古大陆形成于3亿年前，则可以认为下一个超级大陆将会在2亿年后形成。届时，太平洋将闭合并被其他周边的俯冲带所吞没。第八章1.下面这些碳库中

32、，哪个停留时间最长：植物、海洋、沉积石灰岩？沉积石灰岩2.下面这些过程中，哪些包括有机碳循环：方解石类骨骼沉淀、海洋-大气之间的碳交换、海底溶解、风化时的氧化作用？ 海洋大气间的碳交换、海底溶解3.描述什么是生物泵。 浅水区的光合作用、有机质的下沉和深水区的分解作用，这几个方面的综合效果是使CO2和营养物质从水体表面向海洋深处运输。4.为什么说，板块构造对维持海洋-大气碳库中丰富的碳含量非常重要？ 无机碳化合物参与化学风化和碳酸盐沉淀，之后通过掩埋被去除。之后，地壳板块通过变质岩变化形式及火山爆发重新向大气释放CO2。地幔产生的CO2接着通过大洋中脊和聚合边界释放到海气系统中。所以板块构造对维

33、持海洋-大气碳库中丰富的碳含量非常重要。5.石灰岩（碳酸盐）风化不会导致大气中二氧化碳的净减少，为什么？ 无机碳在沉积物和沉积岩中的主要存在形式是石灰岩。石灰岩的主要成分是碳酸钙，主要以方解石的形式存在。地壳岩石大致有两种矿物组成：碳酸盐及硅酸盐。 碳酸盐的风化：CaCO3 + H2CO3 Ca2+ + 2HCO3- 这个过程是消耗CO2的过程。硅酸盐变质和火山爆发释放的CO2基本和硅酸盐风化中消耗的CO2平衡。 海洋最终会接受陆地表面化学和物理风化、侵蚀后的产物土壤颗粒和溶解物质。产生碳酸盐的海洋生物从海水中吸收Ca2+ 和HCO3-，之后以贝壳和骨骼的形式积累沉淀CaCO3。碳酸钙生产者造

34、成了海洋碳化学性质的巨大改变，通过以贝壳和骨骼的形式沉积碳酸钙，升高了H2CO3的浓度，形成了海洋与大期间的CO2梯度，从而促进CO2从海洋向大气的扩散过程，所以不会导致大气中二氧化碳的净减少。第九章1.生命具有哪些特征使其在全球尺度上对环境产生着影响？ 生命以指数形式增长，生命需要能量，生命产生废物，生命是多种多样的。2.根据生物体的新陈代谢方式可将它们分为哪两种基本类型？ 自养生物、异养生物。3.请描述自养作用的两种机制。你估计这两种机制分别能在地球的什么地方占主导地位？ 自养作用的两种机制分别为：光合作用，化学合成作用。光合作用在地球表面大多部分占主导地位，化学合成作用主要在植物的根系，

35、地下部分占主导地位。4.请描述异养作用的三种机制。你估计这三种机制分别能在地球的什么地方占主导地位？ 异养作用的三种机制分别为：需氧呼吸，厌氧呼吸，发酵。需氧呼吸主要在生物的呼吸作用，吸收氧气呼出二氧化碳；厌氧呼吸和发酵主要发生在微生物部分。5.为什么食物网能够比食物链更好的描述生态系统中传递的能量（食物）流？ 由于一种生物可能以若干种其他类型的生物为食，或者可能是若干种不同生物的食物，食物链常常互相连接成为食物网。尽管这些食物网具有潜在的复杂性，整体结构是非常简单的，每个食物网包括一系列的捕食级别，叫做营养级。除了生产者，每个营养级别上的生物都从低一级别摄取食物，生物利用这些有机物进行生长和

36、产生能量。 由于食物网可以很好的显示出营养级，所以可以更好的描述生态系统中的能量传递。6.共生关系与生物之间的其他相互作用有何不同？ 互利关系最根本的例子是共生，在共生关系中，具有紧密联系的两个物种通过共同生活各自获得利益。7.描述一个典型的生态系统受到干扰后的演替序列。占先机物种的哪些特点使其能够迅速占领一个干扰后的区域？ 水域漂浮植物沉水植物阶段挺水植物阶段湿生草本植物阶段木本植物阶段野火或森林砍伐：会促进并发作用，如土壤侵蚀、营养物质损失、微气候变化、物种开始生长繁殖。占先机的物种的生长速度快、繁殖迅速、对环境耐受力强的特点可以使其能够迅速占领一个干扰后的区域。8.在度量生态系统多样性时

37、，Simpson多样性指数与简单计数物种数量法相比具有哪些优点？ Simpson多样性指数比简单计数物种数量法更加复杂，并且强调了异质性的重要性。Simpson多样性指数量测取自同一群落的两个个体属于不同物种的概率。当物种的数量很大时、组成异质性较强时，Simpson多样性指数的最大值接近1.0.9“相互作用的多样性”具有什么含义？ 就算对多样性的再精细的度量，都无法解释生态系统的一个特点：反馈的多样性。多样性指数会随着生物圈及生物圈与环境之间的耦合数目的增加而升高。需要合并入系统多样性指数的最终属性是系统地现在多样性，当前个体数量并不多的物种在干扰后可能占据主导地位。这样就保证了地球系统的某

38、些重要功能延续下去，而不被打断或改变。第十章1. 太阳系的年龄有多大？这个年龄是如何确定的？太阳系的年龄为46亿年；是根据陨石的年龄测量出来的。2. 如果没有比41亿年更古老的岩石保存下来，地球的年龄如何确定？地球的年龄可以通过检验含铅矿物的岩石中铅同位素的比率而间接推断得到。铅矿石中同位素的组成与其来源岩浆的相同。因为地球的地幔含铀也含铅，在地幔中206Pb和207Pb的丰度随着时间而增加，像地幔产生岩浆一样。如果我们画出来自不用年代岩石的铅同位素比率，然后对所得到的的曲线用数学方法进行分析，我们就能看出45-46亿年前，地球的地幔应该与陨石具有相同的206Pb和207Pb比率。这样反过来表

39、明了地球与太阳系的其他部分形成于相同时间，即大约45.5亿年以前。3. 木星和月球是如何影响地球的可居住性的？木星通过干扰小行星从小行星带入地球交叉轨道和阻碍大多数彗星到达太阳系内部的方式，影响地球表面状况。第一个影响使地球成为一个危险的居住地，而第二个影响往往使地球更安全。月球引力会引起海洋潮汐，并且也会引起气候变化，它通过平衡地球的倾斜度而对气候产生影响。地球的倾斜度引起了季节从中纬度到高纬度的正常进程，如果没有月球，地球的倾斜度会变得更大，偶尔可以达到85°这会导致地球气候发生严重的混乱，因为地球表面的季节性循环将会极大。4. 大气和海洋是怎样产生的？何时产生的？在原始大气中存

40、在哪些气体？小行星不断地引发地球表面发生爆炸，释放大量水和其他挥发性化合物，直接进入大气，这种现象被称为碰撞放气过程。碰撞释放的能量，加上碰撞释放气体的温室效应，很可能使地球表面处于炙热状态，以致所有水分都以水蒸气的形式存在。另一种情况下，碰撞可能引发地球上的海洋多次周期性的凝结，再蒸发。任何直径大于450km的外来物都有足够的能量能使今天的海洋政法，任何一种情况下，都使行星在自身形成的同时，就开始形成大气和海洋。产在38亿年前发生的。原始大气中存在N2、CO2、CH4、H2。5. 生命可能起源于何种类型的环境？Oparin-Haldane假说认为，生命的产生由具有强还原性原始大气中的化学反应

41、开始，并在早起海洋中完成。强还原性大气市含氢气体丰富的大气，Oparin和Haldane提出，能量来源（如阳光和闪电）引起气体之间相互发生反应，从而形成有机化合物，我们称此过程为化学进化。Miller-Urey实验证明了这一点。6. 在进化中，为什么RNA被认为出现于DNA之前？因为RNA自身可能是储存基因信息的分子。RNA不如DNA稳定，但它基本上能够携带同样的信息，而且因为RNA能够自我复制，所以它即使没有酶的帮助也能够再生，所以RNA被认为出现于DNA之前。7. 生命进化树是怎样构建的？ 所有生物都含有核糖体和核糖体RNA，这使该分子在做对比时非常有用。制造蛋白质同时是一种极其古老而进化

42、缓慢的新陈代谢能力。将核糖体RNA排序提供了一种可更深入地追溯进化史的方法。将为核糖体RNA编码的DNA分子的部分进行排序的结果。生物体核糖体RNA排序结果，可用来绘制一棵“树”。8. 当代生物被分为哪三个领域？细菌域，古菌域和真核生物域9. 为什么靠近生命树基部的生物都是超喜温的？给出两个可能的原因。一些生物学家认为，是由于DNA中的鸟嘌呤胞嘧啶（G-C）键在高温下比腺嘌呤胸腺嘌呤（A-T）键稍微稳定的一种表现。所以超喜温生物中的DNA已进化成富含G-C，因此这些生物聚集在一起，表面上看起来是“古老的”。地球大撞击时期：其中一些撞击可能大得足以蒸发海洋的表层水并使陆地表面形成不毛之地。第十一

43、章1. 产甲烷菌属于哪一个生物域？为什么它们被认为在进化方面是古老的？答：产甲烷菌属于古菌域。来自核糖体RNA的证据，再结合我们队早期环境的知识，说明产甲烷菌是最早的生物之一。产甲烷菌一旦进化，它们就会把氢气转化成甲烷，因此它们被认为在进化方面是古老的。2. 原核生物和真核生物之间有什么不同？在化石记录中，哪个先出现的？答：原核生物是缺少细胞核的单细胞生物，普遍具有固氮能力，真核生物大多数不能固氮；原核生物和真核生物比，原核生物细胞结构跟简单，对紫外线辐射具有更强扥抵抗力。3. 哪类生物具备有异形细胞？它们的用处有哪些？答：某些线状的蓝藻菌具备有异形细胞，其用处是用于固氮，并保护固氮酶。4.

44、哪种生物首先生产了氧气？答：最初的光合生物是蓝藻菌，其首先产生了氧气。5. 什么类型的地质证据用来研究大气中氧气的上升？答：（1）一类有关氧气上升的地质证据是条带状铁建造的出现。（2）岩屑状的沥青铀矿和黄铁矿。（3）古土壤和红层（微红含沙和淤泥的沉积物）。6.植物和藻类是如何取得光合作用能力的？答：植物和藻类通过内共生的方式来获得产氧能力：一些真核生物吸收或吞噬原核的蓝藻菌，但并没有杀死它，这两种生物通过互惠方式共同生活，真核生物的寄主细胞为蓝藻菌提供所需营养，而蓝藻菌为寄主提供氧气。这些氧气被寄主细胞用来产生能量。6. 臭氧层何时变厚到足够提供有效的防御紫外线的屏障？答：一旦臭氧柱厚度超过大

45、约100DU，大多数有害的紫外线辐射就会被吸收，当氧气含量仅为0.01PAL时，臭氧柱厚度就达到这个值，而早在19亿年以前大气中的氧气浓度就超过了0.15PAL，因此早在19亿年前有效的紫外线屏障就已经形成了。7. 关于大气中氧气的上升，碳的同位素告诉了我们什么？答：碳的两种同位素12C和13C，在光合作用过程中，植物吸收这两种同位素的二氧化碳，但较轻的同位素12C反应较快，因此生成的有机物中缺乏13C。碳同位素能够用来估算氧气的生产速率，光合作用产生的有机碳在地下的掩埋才最终导致氧气的净生产，被埋的有机碳具有交清的同位素，也就是说它缺失13C，因此保留在大气中的碳和海洋里溶解态的碳酸氢根和碳

46、酸根离子中的碳是较重的同位素。有机碳掩埋的速率越快，碳酸盐就越重。有机碳的大量掩埋，因此产生了大量的氧气。8. 关于大气中氧气的水平，木炭的化石记录告诉了我们什么？答：木炭是由有机质不完全燃烧产生的，自泥盆纪晚期其，沉积岩中保留了或多或少连续的木炭记录，深林火灾在这一时期是时燃时灭的，所以我们得出结论，在最近的3.6亿年，大气中氧气的含量从未低于体积比13%。9. 大气中的氧气含量是如何维持它现在的水平的？答：（1）深层海洋中蕴藏了相对较高的溶解氧，因为深海中的水来自高纬度地区的温度很低的海洋表面，而氧气的溶解度随温度的较低而升高，因此寒冷的高纬度表层海水含有的氧气比低纬度表层海水溶解的氧气多

47、。作为全球温盐环流一部分的表层冷海水，当其下沉时，高浓度的氧气就传递到深海。然而，如果大气中的氧气浓度降低，那么在深层海洋中的氧气浓度将显著下降；如果大气中氧气浓度低于现在的水平，那么缺氧的海盆范围就会扩大。从原则上讲，氧气含量低的深层海水能够允许更多的有机碳掩埋与深海海底，这反过来又会提供一个负反馈，能够稳定大气中的氧气。（2）海洋沉积物的C:P比率。氧含量较低的深层海水课促使形成C:P比率较高的沉积物，而这样的沉积物反过来，在磷的掩埋速率一定的条件下是有机碳被掩埋的量较多。在河流三角洲掩埋的陆地有机质也能对沉积物的C:P比率造成影响，是森林对周围大气中氧气的水平有一定的控制作用。第十二章1

48、. 为什么太阳会随时间变得越来越亮？是因为氢聚变为氦引起密度变化的直接结果。2. 黯淡太阳问题是如何由碳酸盐-硅酸盐的循环解决的？碳酸盐-硅酸盐循环包括很强的负反馈，可影响在长时间尺度上的CO2浓度，如果太阳光度低，导致地表降温，那么低温下硅酸盐的风化速度也会减小，从而使CO2的吸收也减少，从火山释放的CO2开始在大气中积累，知道全球硅酸盐风化需要的CO2和火山爆发释放的CO2平衡，如果地球表面曾完全被冰雪覆盖，硅酸盐风化就会完全停止，火山爆发的CO2开始在大气中积累，一直到CO2温室作用足以使地表的冰融化。3. 为什么太古代时期CH4是一种很重要的温室气体？在23亿年前大气中的O2含量还很低

49、时，可能CH4含量也相对较高。一旦生命开始演化，大气中CH4的来源就大大增加，产甲烷菌可能是最早的生物之一，这些细菌会把大气中的H2转化为CH4。由于太古时期没有CO2，为使地表不结冰，主要是CH4在起作用，是当时主要的温室气体。4. 是什么引发了24亿年前的休伦冰期？因为在太古代后期、元古代前期甲烷确实是大气中很重要的温室气体，大约24亿年前大气中氧气的上升会除去空气中的大部分甲烷，从而使地球气候进入暂时的深度冰冻期。5. 是什么类型的地质证据可以用来确定过去的冰期？产生于冰川的地质沉积物：冰碛岩是由大石头、小石头。沙粒和泥土混在一起构成的岩石，它们是由在冰川与地面岩石挤压时产生的碎屑形成的

50、。也被称为冰碛石。冰川擦痕：与冰碛岩相关的一种现象是、有事岩石上带有长长的、平行的擦痕。漂石：出现在本该均匀分布的洋低沉积物中错位的大块石头。6. 在整个地球历史中，总共出现了多少个独立的冰期？研究长期冰川记录的地质学家总结出，地球气候历史经历了六次大冰期。7. 什么类型的地质证据支持前寒武纪晚期的雪球地球模型？大气中氧气的上升，海洋沉积物产生的甲烷的通量可能会下降，使甲烷温室效应减弱，气候变冷。8. 如何利用碳同位素来推测过去大气中CO2的浓度？光合生物吸收12C比吸收13C快。当生物生存环境中CO2含量充分是，这种光合选择的现象表现的更明显。因此，在高浓度CO2环境下，光合作用产生的有机质

51、有较低的13C/12C比率。9. 陆地植物的存在是如何影响大气中CO2浓度的？植物微生物会使土壤中CO2分压增加，还会释放可加快岩石溶解的有机酸，从而加速风化。维管植物都有发达的茎或干。他们可以吧土壤中的水、养分运输到叶子；这些植物一般也有发达的根系。用来吸收水和养分并且支撑植物。因此，可以认为遍布的维管植物可以降低大气中CO2的含量。10. 什么机制可以用来解释中生代的温暖气候？赤道-极地的温度梯度是如何减小的？因为当时的CO2浓度比较高，当时的海底扩张速率比后来的要快，海底扩张越快，碳酸盐沉积物的潜没就越快，因此，碳酸盐变质作用产生CO2的速率也越快。同样，大洋中脊本身释放的CO2也越多。

52、由于快速海底扩张和极地冰盖的消失，那时的海平面会较高，这就意味着当时陆地面积较小，即硅酸盐风化的区域较小。11. 气候为什么在过去4000万年变冷了？大约4000万年前，印度大陆和亚洲大陆发生碰撞，这个碰撞过程到今天还在继续。碰撞产生了一个巨大的山系（喜马拉雅山脉）和一大片被抬升的地形青藏高原，喜马拉雅山脉提供了新的、易侵蚀的地面，加剧了硅酸盐的风化。与此同时，被抬升的青藏高原促使季节性降雨的发生，降水也恰恰提供了喜马拉雅山脉表面风化所需要的水分。这些因素结合在一起会加快地球表面很大一块区域的风化速率，因此，大气中的CO2浓度会降到如今相对较低的水平，导致气候变冷。第十三章1. 古生物学家是怎

53、样根据不完整的化石记录来恢复地质历史时期生物多样性变化的？古生物学家采用的将样品偏差最小化的一个方法是将其化石数据归类到分类学高一级的水平。分类学是系统的将活着的生物或化石归并到一定的等级中去。一个物种的单一样品决定了它在高级分类水平中的位置或类、界和域。2. 哪两个原因导致地球历史时期生物多样性的变化？进化、变异3. 化石多样性是如何随时间变化的？为什么不同的分类级别上多样性趋势不同？答：（1）寒武纪和奥陶纪时期生物多样性增加较大，寒武纪-奥陶纪生物多样性增加持续到泥盆纪，之后下降直到二叠纪早期。然后在二叠纪生物多样性迅速加速，在二叠纪后期有突然下降。二叠纪晚期和三叠纪末期生物多样性下降很多

54、。（2）在寒武纪早期，由于生物进化出课化石化的硬质部分，在其发展处适应环境的新方式的过程中，新的物种进化非常迅速。出现了相同的形态，如形状特别的贝壳或骨骼，这些与其特别的生态位所需的形态和功能有关。对古生物学家来说，这些共同特征可可允许物种归类到更高分类水平上。因此说不同的分类级别上多样性趋势不通。4. 对于白垩纪-第三纪边界的大灭绝事件是如何解释的？为什么陨石撞击是现在普遍被接受的理论？ 海平面的突然变化温度的剧烈波动火山爆发陨石撞击原因：1、全世界范围内在K-T边界的沉积物红应该有铱元素的富集 2、富集应该总是在地质时期的相同时间段内被发现 3、大陨石频繁撞击地球充分的解释了灭绝记录 4、

55、奇求鲁布陨石坑5. 一个直径10千米的陨石撞击地球会带来什么环境影响？答：陨石撞击破坏了臭氧层，遮挡太阳光达几天直至几周的时间，在全世界点燃了大火，将暴露于火热的自大气层外返回的喷出物的生物置于焙烤般的高温中，是地表沉浸在酸雨中并且由于CO2气体浓度的升高造成地球大幅升温。大量火山爆发造成全球极度变暖，或者冰期和海平面下降。6. 关于大灭绝事件，还有哪些假说？海平面的突然变化、温度的剧烈波动、火山爆发第十四章1. 哪些类型的地质学证据用来诊断冰期？冰川擦痕、冰碛石、冰期、黄土。2. 造成海水中的氧同位素变化的原因是什么？在海洋浮游生物的碳酸钙骨架中，稳定同位素比值18O:16O取决于该区域水体

56、的温度。水温越低，矿物质与18O结合的趋势越强，因此在碳酸钙中。18O:16O的比值越高。3. 在更新世冰河期时间尺度上，地球绕太阳旋转的轨道有哪三个特征发生了变化？每一个特征对接收到的太阳辐射能量有何影响？地球绕太阳旋转轨道的椭圆程度变化（偏心率）；地球自转轴相对于其绕太阳公转轨道平面的倾斜变化（地轴倾斜度）自传轴相对于地球轨道的方向变化（岁差）。4. 哪种轨道配置利于形成冰川？为什么？偏心率高的时候么岁差周期的变化幅度加大，会有利于形成冰川。倾斜度越大，会造成夏季和冬季的季节温差越大，有利于形成冰川。5. 如何应用海洋石灰岩的氧同位素记录来检测冰河期的Milankovitch理论？冰期和间冰期两个状态可以有山峰隔开的山谷代表。更新世的大部分时间为冰河期，因此根据推测，冰河期状态比间冰期状态处于更深的山谷中，而轨道强迫在不断的来回摇动这个系统。如果这些变化超过了某一阈值，系统就会越过顶峰，进入到另外一个状态。偏心率高的时候，岁差周期的变化幅度加大，因此更有可能从间冰期状态过渡到冰河期状态。我们可以将上述冰河期的天文学理论的各部分组合起来，将其与得到的更新时温度与海平面氧同位素记录加一对照。6. 生物产生的含硫气体对于冰期气候变化有什么作用？在没有污染的地球上，MSA（甲基磺酸）和二氧化硫都有