第2讲生态环境组成及各圈层

第2章自然保护基础自然生态环境生态系统学2023/5/211目前一页\总数三十页\编于三点自然保护基础生态学中的“生态”含义是指生物与其生存环境的关系。我国《环境保护法》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2023/5/212目前二页\总数三十页\编于三点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市生态环境的保护。自然保护基础自然生态环境的组成及结构2023/5/213目前三页\总数三十页\编于三点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的开放系统。这就是说不是地球上的“优越”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（Gaia）假说或盖娅理论。地球表层物质和能量的循环、转换是靠生命活动实现的。自然保护基础自然生态环境的组成及结构2023/5/214目前四页\总数三十页\编于三点地球各圈层的发育

大约46亿年前，是一个还原性的大气圈，主要由H2、CH4、NH3和水蒸气等组成。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，为地球生命的出现创造了最基本的条件。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生命过程——光合作用，大气圈首次出现O2。自然保护基础自然生态环境的组成及结构2023/5/215目前五页\总数三十页\编于三点地球环境的圈层构造地球各圈层的发育到距今大约16亿年以前，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。5亿年前出海洋无脊椎物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊蕨的植物开始登陆。

哺乳类动物出现在2亿年前。今天，大约有500万至5000万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内的生物圈。2023/5/216目前六页\总数三十页\编于三点地球生命起源于外星系？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博士通过对地球仅存的9枚“CI1碳基球粒陨石”进行研究发现陨石中竟然有微生物的化石痕迹。2023/5/217目前七页\总数三十页\编于三点通过无菌条件下切碎陨石，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。地球生命起源于外星系？2023/5/218目前八页\总数三十页\编于三点物种进化谱图2023/5/219目前九页\总数三十页\编于三点人类与地球各圈层的关系人类与大气圈大气圈的总质量估计为5.2×1015t，还不到地球的质量（5.974×1021t）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气圈的下部，其中50％集中在距地表5km以下，75％在10km以下，90％在30km以下。按照其分子组成，大气可分为两个大的层次：均质层和非均质层（或称同质层和非同质层）。2023/5/2110目前十页\总数三十页\编于三点

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。人类与大气圈

大气均质层（从地表至90km高度的大气）密度随高度增加而减小非均质层（均质层以上）

氮层（距地表90~200km）原子氧层（距地表200~1000km）氦层（距地表1100~3200km）氢层（距地表3200~9600km）2023/5/2111目前十一页\总数三十页\编于三点人类与大气圈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（WMO）执行委员会正式通过的国际大地测量和地球物理联合会（IUGG）建议的分层系统。即根据大气温度垂直变化特征，将大气分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。2023/5/2112目前十二页\总数三十页\编于三点对流层位于大气圈的最下层，平均厚度为12km，是大气圈中最活跃的一层，存在强烈的垂直对流作用和水平运动。对流层中水汽和尘埃含量较高，雷电、雨雪云雾霜雹等天气现象与过程都发生在这一层，对人类影响也很大。通常所指大气污染就是对此层而言，尤其是在1~2km高度范围内，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，平均每上升100米，气温约降低0.65℃。人类与大气圈目前十三页\总数三十页\编于三点人类与大气圈平流层平流层亦称同温层，是从对流层顶到约50千米高度的大气层。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。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氧及臭氧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，大气以水平运动为主。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50km的高度上气温达到最高值，这就是平流层顶。目前十四页\总数三十页\编于三点南极臭氧层30年变化2023/5/2115目前十五页\总数三十页\编于三点人类与大气圈中间层平流层以上，到离地球表面80km。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，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。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。虽然水汽浓度极底，但由于对流运动的发展，在某些条件下能出现夜光云，在约60km高度，大气分子开始电离。因此，60~80km高度是均质层向非均质层的过渡层。目前十六页\总数三十页\编于三点人类与大气圈热成层热成层位于中间层以上，又称增热层或电离层，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1000km高度时，白天温度可达1000~1750K。该层空气在各种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。逸散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800km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球引力而逸入宇宙空间。目前十七页\总数三十页\编于三点地球大气的精细平衡主要成分地球大气的主要成分是氮和氧，这种组成在太阳系大行星中非常特殊。大气组成成分稳定组分（氮、氧、氩氦、氪、甲烷、氢、氙等）

不稳定组分（二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等）固态和液态杂质（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）目前十八页\总数三十页\编于三点再见，冥王星冥王星，1930年1月由克莱德·汤博根据美国天文学家洛韦尔的计算发现并命名。与太阳平均距离59亿千米，直径2300千米，比月球还要小，公转周期约248年。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。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”，不再被视为行星。2023/5/2119目前十九页\总数三十页\编于三点地球大气的精细平衡主要成分地球各圈层，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。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，这是人类面临的重大环境问题之一。目前二十页\总数三十页\编于三点人类与水圈水圈海洋和陆地上的液态水和固态水构成一个大体连续的圈层覆盖在地球表面，称为水圈。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，还包括大气圈中的水蒸气和水滴。大气中的水是全球水循环中的一个重要环节。2023/5/2121目前二十一页\总数三十页\编于三点人类与水圈水的自然性质与意义无色透明。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。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，这对营养物质的吸收和生物体内各类生化反应的进行具有重要意义。比热是所有的液体和固体中最大的。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。2023/5/2122目前二十二页\总数三十页\编于三点人类与水圈水的自然性质与意义水在4℃密度最大。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，当水体趋于一种稳定状态，水底温度是4℃，在这一层中水生物可以幸存。冰轻于水。为冰的密度比水小，只有0.92g/㎝3，可以浮在水面上。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，给水下生物带来灭顶之灾。目前二十三页\总数三十页\编于三点人类与水圈地球的水量分布

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97.5％，人类难以直接利用；2.5％的淡水中，又有68.7％是以冰川和冰帽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。2023/5/2124目前二十四页\总数三十页\编于三点人类与水圈人类活动对水圈的影响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2000㎞3，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，甚至触发地震。三峡大坝目前二十五页\总数三十页\编于三点人类与土壤圈土壤圈土壤是地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。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、亚热带地区，有些土壤的厚度可能达几十米。O层：有机残落物层；A层：淋溶层；B层：沉积层；C层：母质层；最下面基岩。目前二十六页\总数三十页\编于三点人类与土壤圈土壤圈土壤圈是与大气圈、水圈同样重要的第三大环境要素。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同在于它具有肥力，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。人类活动影响土壤圈荒漠化。水土流失。盐渍化。水涝。土壤污染。目前二十七页\总数三十页\编于三点人类与岩石圈岩石圈岩石圈是人类生存环境中最下面的一个圈层，又是地球内部各圈层的最外层，这里我们将岩石圈看作地球圈层的最外部分—地壳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化石燃料和矿物原料，储量巨大。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变，已经成关系到人类未来生存与发展的要务。目前二十八页\总数三十页\编于三点人类与生物圈生物圈1875年奥地利地质学家