2011年第二讲全球环境变化

1、全球环境变化 2011年9月课件邮箱：邮箱密码：global 1太平洋岛国吐瓦鲁 可能因气候变暖被淹没2 第二讲 地球各圈层及其特征课件邮箱：邮箱密码：global （我们的地球）3我们的地球地球各圈层及其特征地球是一个半径有6370多公里近似的椭球体。地球环境表现出“圈”层结构，包括岩石圈、生物圈、水圈、冰冻圈和生物圈。 4一、 岩石圈，土壤圈地球物理学研究表明，固体地球内部存在两个间断面。第一个间断面位于地表以下平均33公里处，称为莫霍面；第二个断裂面在地表以下2900公里的深度上，称古登堡间断面。这两个间断面把地球内部划分成了三个主要的同心层：地壳、地幔和地核。5地壳、地幔和地核地壳厚约

2、30km地幔厚约2840km 地核厚约3500km6地震波波速测定莫霍面古登堡面地震波波速在一定深度发生突然变化的面叫做不连续面。地球内部有两个明显的不连续的面，一个在地下平均33千米处（指大陆部分，大洋在地下平均6千米处），在这个不连续面下，纵波和横波的传播速度都明显增加，这个面叫莫霍面；另一个在地下2900千米深处，在这里纵波的传播速度突然下降，横波则完全消失，这个面叫做古登堡面。根据这两个不连续面，地球内部可划分为地壳、地幔和地核三个圈层。789地幔分为上下两层,地幔的温度约1200-4000。上地幔处于33-980公里，厚900多公里，一般认为是岩浆作用的主要发展源地。上地幔上部60-

3、250公里深度范围内存在一个地震波低速带，可能是由于大量放射性元素集中，蜕变使热能聚集，从而产生高温异常，超过了物质在该深度的熔点，使物质处于熔融状态，成为岩浆的源地，该层也称为软流层。这与地球表层的许多活动有密切的关系，例如，使地幔对流，造成海底扩张、火山与地震的发生、矿藏的形成等等。地面以下980-2900公里称为下地幔。下地幔的构成物质除硅酸盐外，主要是金属氧化物与硫化物，特别是铁、镍成分显著增加，平均密度为5.6克/厘米3。 10地壳运动 地壳运动 是由于地球内部原因引起的组成地球物质的机械运动。它可以引起岩石圈的演变，促使大陆、洋底的增生和消亡；并形成海沟和山脉；同时还导致发生地震、

4、火山爆发等。 11地壳运动按运动方向可分为水平运动和垂直运动。水平运动指组成地壳的岩层，沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系，以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。垂直运动，又称升降运动、造陆运动，它使岩层表现为隆起和相邻区的下降，可形成高原、断块山及拗陷、盆地和平原，还可引起海侵和海退，使海陆变迁。 12地壳运动断层崖 13地壳运动褶皱构造 背斜和向斜 14大陆漂移学说海底扩张说板块构造学说1910年，德国气象学家A-魏格纳提出了大陆漂移学说。到本世纪六十年代（1961-1962），赫斯和迪茨提出海底扩张说15印度板块古陆16板块构造学说 60年代后期

5、，在海底扩张说的基础上产生的又一种学说。 认为地球岩石圈不是整体一块，可分为六大板块：亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块、南极洲板块。 板块内部是比较稳定的区域，板块边界是构造活动地带，板块相互碰撞形成山脉、海沟和岛弧等。 17 板块构造学说18火山、地震、地热板块与板块之间的接触带是火山、地震、地热的活动地带。 192021地壳的演化史22土壤圈岩石圈是土壤形成的物质基础土壤正是以岩石圈表面物理分化而成的疏松层为母质，通过水和有机物质的化学变化以及土壤母质的生物作用，经过相当长的时间积累而形成的。土壤中含有种类繁多的各类微生物和无脊椎动物，所以土壤是有机界和无机界相互联系、

6、相互作用的产物，是具有独特的组分、结构和功能的开放性物质系统。 2324土壤的两个重要特性一是具有肥力，能为植物、微生物及土壤动物提供生长所需的营养和生活场所；二是能够同化和代谢外界输入的物质，即土壤中的生物能够对输入的物质进行分解、转化，所以人们又常将其作为自然净化系统（如污水的土地处理系统）。 25土壤 在岩石圈最上部很薄的一层它在自然环境中物质循环和能量转化方面起重要作用在自然界生物圈、水圈和大气圈中的特殊位置，土壤是岩石圈中对人类、动植物以及其他生命形式最有意义的部分。土壤在全球环境变化中扮演重要角色26世界地带性土壤分布图2728二、生物圈，人类圈 生物圈是对地球上所有动物、植物和微

7、生物等生物有机体及其能够活动的空间区域的总称。生物圈占据了包括大气圈对流层的下部，几乎整个水圈以及岩石圈表层的薄层范围，但生物集中分布和活动的空间多在地表上、下100m的范围内。 迄今为止，在茫茫宇宙的探索中，人们尚未发现其他存在生命的星球 29据科学家们估计，地球上的生物种类约有1300-1400万种，现已登记在册并得到科学描述的有100多万种动物，30多万种植物，10多万种微生物。 生物圈不仅向人类提供许多生活的必需品，而且还为人类生存环境提供着许多重要的直接或间接服务。 （衣食住行）30种群、群落、植被、农业植被占据着一定环境空间的同一种生物的个体集群叫做种群。种群的增长是指种群个体数目

8、的增加。群落是种群的集合体。一个地区全部植物群落的总体，叫做该地区的植被。植被是生物圈中的最重要部分。全球的植被经历了漫长的演变和进化过程，人类文明开始后，农业植被的种植范围越来越扩大，成为全球植被的主要组成之一。 31植被与其他各圈的联系通过植被的生长过程，土壤（包括较深层次的土壤）、植被与大气更加紧密地连接在一起，进行物质和能量的交换和传递。植物在生长中把太阳能转换成化学能，并吸收大气中的二氧化碳，固定在植物体内。植物是人类和动物生存的主要食物供给者和能量供给者。植物的生长过程伴随着通过植物体进行的水的蒸腾和微量气体的排放。植被的分布和生长对陆地表面的太阳辐射反射率和地表粗糙度等产生极大影

9、响 植被在全球环境变化中扮演重要角色32草原和荒漠分布范围向我国西部和高海拔地区扩展温带森林草原热带季风雨林亚热带常绿阔叶林暖温带常绿落叶阔叶林暖温带落叶阔叶林温带针叶阔叶混交林寒温带针叶林温带草原温带荒漠高原森林和草原高原草原高原荒漠40008000年前现代33Plankton-浮游生物。该词来自希腊文, 意为漂泊流浪。浮游生物包括浮游植物(Phytoplankton)和浮游动物(Zooplankton)两大类。 浮游植物种类较为简单，大多是单细胞植物，其中硅藻最多,还有甲藻、绿藻、蓝藻、金藻等。 浮游动物如原生动物、腔肠动物(各类水母)、轮虫动物、甲壳动物、腹足类软体动物、毛颚动物、低等脊

10、索动物，以及各类动物的浮性卵和浮游幼体等34海洋浮游生物、特别是海洋浮游植物在海水中溶解着大量的二氧化碳气体，通过海洋浮游植物的光合作用，把海水中溶解的一部分二氧化碳固定在浮游植物体内。浮游生物也是其他海洋生物的主要食物来源。海洋浮游生物和其他海洋生物的死亡可以形成含碳物质（如碳酸钙）的沉积，如热带海洋中的珊瑚 浮游生物在全球环境变化中扮演重要角色3536贝壳的形成机理 碳在贝壳与身体之间有一层叫做“外套膜”的薄层，当身体生长时外套膜能持续地分泌出碳酸钙，并不断地沉积在壳质上，日积月累慢慢地结晶成具有保护作用的坚硬外壳。 贝壳表面上的纹路是对生长环 境及速度的真实记录，是贝类 的年轮标志。37

11、生态系统的组成部分1、非生物部分：能源、气候（光、温、降水），土壤、空气、CO2、O2、N2、无机盐、腐殖质、蛋白质、碳水化合物。2、生物部分：（1）生产者：绿色植物、光合细菌、化能细菌；（2）消费者：食草动物、食肉动物、杂食动物、腐食消费者；（3）分解者：微生物（细菌、真菌） 38人类圈人类圈是以人为自然实体的自然圈层。人类圈与其他地球圈层具有强相互作用。与天文因素对全球系统的单向影响不同，人类圈与其他地球圈层之间的作用是双向的。 39目前，人类的力量已强大到可与地质力量相比人类每年约消耗500亿吨矿产资源，已超过在大洋中脊每年新生成的岩石圈物质的数量（约300亿吨），更比河流每年搬运的物质

12、数量（约165亿吨）多。人类的力量不仅表现在量上，而且还表现在质上，它每年创造（有意识或没意识）大量新的化学物质，参与并不断改变全球系统的物质过程。40在人类同其他地球圈层的强相互作用中，一方面，人类圈的环境容量在扩大另一方面，自然资源的大量消耗和生态环境的不断恶化，正严重威胁人类的生存和发展。41人类圈的较低水平主要表现在：（1）人口数量剧增。（2）健康不佳和文化水平低的人口所占比重大。（3）掠夺式的地球观在很大程度上支配着人们的行动。（4）决策常有重大失误（造成的损失甚至比自然灾害还大）。（5）高消费资源和高消费的经济模式等。在过去几十年，人类圈的较低水平迅速膨胀在全球系统变化中占主导地位

13、。42三、水圈 水圈是地球表层水体的总称。这些水以固态、液态和气态分布于地表、地下和大气中，以海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、积雪、大气水（如云、水汽等）和地下水等形式存在。 43水水圈中水的总体积约为13.86亿立方公里。海洋是全球最大的水体，总面积约3.6亿平方公里，约占地表总面积的71%，总容积约占水圈总水量的97%。淡水仅占总水量的2.6%，而且其中的87%分布在南北两极的冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪中。人类能够利用的淡水是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%。 44地球上水体的类型与储量45地球上淡水的构成46水循环过程47水循环的运动方式 蒸发、输送、凝结、降水

14、、径流、入渗 48我国降水空间分布规律由东南向西北减少49水在循环中不断进行着自然更新 如果一个独立的、水量固定的水体与外界进行水的交换，就称该水体在进行水的更新。如果交换得到的水量与这个水体的水量相等，就认为这个水体的水被更新了一次50水的更新时间据估计，大气中的全部水量9天即可更新一次，河流约需10-20天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，地下水约需300年。盐湖和内陆海水的更新，因其规模不同而有较大的差别，时间约10-1000年，高山冰川约需数十年至数百年，极地冰盖则需16000年，只有海洋中的水全部更新时间最长，要37000年。更新时间越长，越不能受到污染。因为那是灾难性的

15、。51地球系统的生物圈和岩石圈的土壤层中也含有少量的水。这两部分的水一般不作为水圈的组成部分，但它们对于动植物的生存和各种生物过程的进行是至关重要的。 52水圈处于连续运动状态之中。通过水的循环过程，水圈中的各部分互相交换，不断更新。水圈在调节地球的热量和气候中发挥重要作用，并参与地表的物质和能量转化。风吹动着海洋表面，海洋与大气之间存在着水热交换，受这些因素及其他因素的驱动，海洋在随地球旋转的同时，在各种规模上进行着水平流动和垂直流动，形成海洋环流。这些驱动因素还进一步决定着海洋的垂直结构。海洋环流对海洋的热储存和热传输意义重大。 53洋流54世界渔场分布55北大西洋暖流千岛寒流洋流与气候5

16、6海洋对气候和地球环境产生影响海洋储存着大量的能量和化学物质，是驱动地球环境其他部分的重要驱动源之一。海气相互作用的主要过程包括了水、热和各种化学物质的交换。其次，这种影响还通过河流以及在海岸带进行的海水与陆地水之间的交换来实现。5758正常时期的海气理论模型59厄尔尼诺 东太平洋海温异常升高以及与此有关的气候异常现象60厄尔尼诺时期的海气理论模型61你猜得到嗎？拉尼娜时期的海气理论模型62厄尔尼诺现象是大约每隔27年出现一次。至1997年的20年来厄尔尼诺现象分别在7677年、8283年、8687年、9193年和9495年出现过5次。 63四、冰冻圈 冰和雪是水的固态形式。与液态和气态的水相

17、比，冰和雪是相对稳定的。把冰雪部分从水圈中提出来，并与冻土一起，单独列为冰冻圈。冰冻圈包括了五个组成部分：海冰、大陆冰原、季节性雪盖、永冻土和高山冰川。 64冰主要分布在南极冰盖，北极海冰和大陆冰川（格陵兰岛、青藏高原等）。冰冻圈的覆盖范围是可以改变的，冰冻圈平均覆盖世界海洋的7%，多年冰覆盖了陆地表面的11%。水的冰点恰好位于地球上通常的最低温度和最高温度之间大约一半的地方，因此，冰冻圈的分布范围对地球表面温度的变化极为敏感。656667冰、雪和冻土有多年性（或常年性）和季节性的区别。季节性的冰、雪和冻土的季节影响和年际影响是显著的。但在更长时间尺度上，多年性的冰、雪和冻土的作用更大。在十年

18、到百年的时间尺度上，多年性的冰、雪和冻土的分布变化比较小，从而可以产生比较固定的影响过程和影响趋势。 68冰冻圈的重要性一方面在于它具有对太阳辐射的比较稳定的高反射率，影响地球系统的能量收支，在一定程度上控制着大气环流和海洋环流的进行另一方面，冰冻圈具有地球上近80%的淡水资源，约占地球各种形式总水量的2%。 69乞里马扎罗山脉（坦桑尼亚）1970年2000年70雪线在上升天山乌鲁木齐河源1号冰川7119621994断开天山乌鲁木齐河源1号冰川72冰期、间冰期在几亿年的地球气候史中，温暖期与寒冷期是交替出现的。冰川大规模增长，冰雪覆盖全球大面积地表面，气候显著变冷的时期，称冰期。在两个冰期之间

19、，冰川大规模消退，冰雪量减少，气候显著变暖的时期，称间冰期。由于地球上区域气候变化的差异性，使冰川作用的开始与消退，冰期与间冰期的次数不完全一样，但各地区较长的寒冷期与温暖期的变化大致是同期的。73冰期冰期时，冰川扩张，大量水体聚集于陆地，使海面下降，大陆面积扩大，海岸线变迁，海陆轮廓发生变化，全球大气环流形式发生改变，对动植物、土壤、地质地貌的发生发展产生巨大的影响。 74五、大气圈 地球被大气包裹着。由于地心引力的作用，90%的大气质量聚集在离地表15公里高度以下的大气层内，99.9%在48公里以内。一般把1200公里高度看作是大气的上界。 75地球大气的组成以氮、氧和氩三种气体为主，其中

20、氮占有78.08%，氧20.95%，氩0.93%。其他气体含量甚微，但非常重要，称为微量气体，包括二氧化碳（0.0332%）、氪(0.00011%)、氖(0.00018%)、氦(0.000525%)、甲烷(0.00015%)、氢(0.00005%)，还有一氧化碳、氙、臭氧、氡、二氧化硫等。 大气中的微量气体是全球变化研究的重点之一76温室气体一些微量气体与产生温室效应的过程有关，称为温室气体，如二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化二氮等，还有人类制造出的氯氟烃等气体。大气中的水汽因地点和温度等因素发生变化，一般占大气体积的0%-3%。水汽也是甚为重要的温室气体。 77与7879大气气溶胶（颗粒物）大气

21、中还悬浮着水滴、冰晶、尘埃、孢子、花粉等液态、固态的微粒。除水滴和冰晶外，其他一切固态和液态的悬浮物质都称为气溶胶，平均直径是10-410微米。大气气溶胶主要有两个来源。一个是灰尘、海盐粒子等直接进入大气，以及火山活动、森林火灾和人类活动等产生的尘埃；另一个是大气中的气态物质经过化学变化产生，如二氧化硫转变成硫酸盐，氮氧化物转变成硝酸。80地球大气按照温度随高度的变化，由地表向上，依次分为对流层（0-10km）平流层（10-50km）中间层热层逃逸层 81对流层对流层紧邻地表，大气稠密，中纬度地区平均高度约为10-12公里。对流层温度随高度的增加而降低，平均每升高1公里气温约降低6.5，至对流层顶温度降到极小值。对流层中的对流运动显著，是热量垂直输送的主要控制因子，各种天气现象（如云和降水）主要发生在这一层。 82平流层从对流层顶以上到大约50km左右高度为平流层平流层中2030公里间的臭氧浓度达到最大（臭氧层）由于臭氧对太阳辐射吸收加热的结果，平流层中气温随高度升高而