《環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展》第二章.ppt

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1、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)論 第 二 章地 球 的 生 態(tài) 自 然 環(huán) 境 地 球 是 太 陽(yáng) 系 的 一 員 ， 據(jù) 考 證 誕 生 于 于 46億年 以 前 。 地 球 有 著 復(fù) 雜 的 圈 層 結(jié) 構(gòu) ， 包 括 大 氣 圈 、水 圈 、 巖 石 圈 、 土 壤 圈 和 生 物 圈 等 。 而 人 類(lèi) 就 生存 于 這 些 圈 層 結(jié) 構(gòu) 之 一 的 生 物 圈 之 中 。 第 二 章 地 球 的 生 態(tài) 自 然 環(huán) 境第 一 節(jié) 地 球 的 內(nèi) 部 構(gòu) 造 和 元 素 組 成第 二 節(jié) 地 球 環(huán) 境 的 圈 層 構(gòu) 造第 三 節(jié) 地 球 各 圈 層 與 人 類(lèi) 的 關(guān) 系 第 一 節(jié) 地

2、球 的 內(nèi) 部 構(gòu) 造 和 元 素 組 成 地 球 從 中 心 起 ， 由 地 核 、 地 幔 和 地 殼 構(gòu)成 球 對(duì) 稱(chēng) 的 層 構(gòu) 造 。 其 化 學(xué) 組 成 能 夠 從 構(gòu) 成地 殼 的 主 要 巖 石 的 產(chǎn) 出 頻 度 及 其 平 均 化 學(xué) 組成 推 斷 。 一 、 地 球 的 內(nèi) 部 圈 層借 助 于 地 震 波 的 研 究 ， 我 們 可 以 來(lái) 研 究 地 球 的 內(nèi) 部 圈 層 結(jié) 構(gòu) 。 A 地 幔地 核 B 莫 霍 界 面古 登 堡 界 面 橫 波 縱 波 地 殼15 深 度 千 米 4000300020005000 60001000速 度 （ 千 米 /秒 ）9 1

3、2630 FE 地殼莫 霍 界面 古 登 堡 界面地幔外核 內(nèi)核 1、 元 素 組 成 的 百 分 比2、 地 殼 分 層 及 物 質(zhì) 組 成 硅 鋁 層 ： 組 成 、 密 度硅 鎂 層 ： 組 成 、 密 度3、 地 殼 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 厚 度硅 鎂 層 分 布 是 連 續(xù) 的 ,硅 鋁 層在 大 洋 底 部 罕 見(jiàn) .高 山 高 原 平 原 海 平 面面莫 霍硅 鋁 層硅 鎂 層 （ 一 ） 地 球 內(nèi) 部 圈 層 地 殼不 均 (厚 度 變 化 規(guī) 律 ) （ 二 ） 地 球 內(nèi) 部 圈 層 地 幔1、 位 置 ： 地 殼 與 地 幔 之 間 ,或 莫 霍 面 與 古 登 堡 面

4、之 間 .有 上 地 幔 和上 地 幔 之 分 ， （ 距 離 地 球 表 面 2900千 米 以 上 ）2、 組 成 物 質(zhì) ：主 要 由 含 鐵 、 鎂 的 硅 酸 鹽 類(lèi) 礦 物 組 成 ， 越 往 下 鐵 、鎂 的 含 量 逐 漸 增 加 .3、 特 殊 圈 層 ：1） 巖 石 圈 包 括 地 殼 和 上 地 幔 頂 部 （ 軟 流 層 以 上 ） ， 它 不是 完 整 一 塊 ， 而 是 被 斷 裂 帶 分 割 成 六 大 塊 。2） 軟 流 層 是 在 上 地 幔 上 部 ,可 能 是 巖 漿 的 主 要 發(fā) 源 地 之 一 。 （ 三 ） 地 球 內(nèi) 部 圈 層 地 核1、 位

5、置 ：地 球 的 核 心 部 分 ， 即 古 登 堡 面 所 包 圍 的 球 體 .3、 組 成 物 質(zhì) ：高 溫 高 壓 下 的 鐵 和 鎳 ， 外 核 的 物 質(zhì) 呈 液 態(tài)或 熔 融 狀 態(tài) ， 內(nèi) 核 一 般 認(rèn) 為 是 固 態(tài) .2、 分 層 ：外 核 與 內(nèi) 核 （ 以 地 下 5100千 米 為 界 ） . 火 山 正 在 噴 出 大 量 濃 煙二 、 地 球 的 原 生 生 態(tài) 環(huán) 境 問(wèn) 題 巖 漿 從 裂 開(kāi) 的 地 殼 慢 慢 流 出 來(lái) 火 山 巖 漿 直 沖 云 霄 整 個(gè) 山 被 巖 漿 染 得 通 紅 火 山 直 迫 住 宅 區(qū) 火山爆發(fā)海嘯地震臺(tái)風(fēng) 第 二 節(jié)

6、地 球 環(huán) 境 的 圈 層 構(gòu) 造 人 類(lèi) 生 活 的 地 球 不 是 一 個(gè) 均 質(zhì) 體 ，具 有 明 顯 的 圈 層 結(jié) 構(gòu) 。 地 球 生 態(tài) 系 統(tǒng) 可以 看 成 為 由 大 氣 圈 、 水 圈 、 土 壤 圈 、 巖石 圈 以 及 生 物 圈 所 構(gòu) 成 。 一 、 地 球 各 圈 層 的 發(fā) 育 n 地 球 在 大 約 46億 年 前 形 成 的 時(shí) 候 ， 是 一 個(gè) 炙 熱 的 大火 球 ， 還 沒(méi) 有 圈 層 的 分 化 。 地 球 外 面 包 圍 著 原 始 大氣 ， 主 要 由 氫 氣 、 甲 烷 、氨 氣 和 水 蒸 氣 等 組 成 ， 是一 個(gè) 還 原 性 的 大 氣

7、 圈 。 我們 今 天 所 見(jiàn) 的 地 球 各 圈 層 ，是 經(jīng) 歷 了 億 萬(wàn) 年 的 發(fā) 育 才形 成 的 。 1. 水 的 出 現(xiàn)地 球 發(fā) 育 史 的 第 一 個(gè) 重 大 事 件 n 大 約 在 38億 年 以 前 ， 在 某 種 機(jī) 制 的 作 用 下 ， 地 球 上 出現(xiàn) 了 水 。 水 分 的 蒸 發(fā) 和 降 雨 ， 降 低 了 地 表 的 溫 度 ， 產(chǎn)生 了 河 流 、 湖 泊 和 海 洋 ， 構(gòu) 成 水 圈 ， 為 地 球 生 命 的 出現(xiàn) 創(chuàng) 造 了 最 基 本 的 條 件 。 生 態(tài) 用 水生 產(chǎn) 用 水生 活 用 水 2. 生 命 的 出 現(xiàn) 地 球 發(fā) 育 史 的

8、第 二 個(gè) 重 大 事 件n 一 般 認(rèn) 為 生 命 起 源 于 海 洋 ， 因 為 當(dāng) 時(shí) 還 原 性 的大 氣 圈 還 不 能 向 地 球 提 供 必 要 的 保 護(hù) ， 使 之 免 遭 強(qiáng)烈 紫 外 線 的 襲 擊 。 頻 率 高 達(dá) 1022Hz的 太 陽(yáng) 輻 射 足 以毀 滅 一 切 生 命 ， 除 非 這 些 原 始 生 命 處 于 海 洋 水 層 的保 護(hù) 之 下 。 早 期 細(xì) 菌 通 過(guò) 發(fā) 酵 作 用 取 得 能 量 ， 并 在 生 命 過(guò)程 中 放 出 二 氧 化 碳 ， 逐 漸 改 變 了 原 始 大 氣 的 組 成 。到 大 約 20億 年 前 ， 出 現(xiàn) 了 更 為

9、 進(jìn) 化 的 細(xì) 菌 和 藍(lán) 藻 等生 物 。 從 此 ， 開(kāi) 始 了 一 種 新 的 生 命 過(guò) 程 光 合 作用 ， 大 氣 圈 中 首 次 出 現(xiàn) 了 氧 氣 。 光 合 作 用n在 綠 色 植 物 、 海 藻 、 藻類(lèi) 和 某 些 細(xì) 菌 中 ， 以 光 作為 能 量 來(lái) 源 ， 用 二 氧 化 碳和 水 合 成 碳 氫 化 合 物 的 過(guò)程 。 大 部 分 形 式 的 光 合 作用 都 釋 放 氧 氣 作 為 副 產(chǎn) 品 。mCO 2+H2O(CH2O)m+nO2光 合 作 用 3. 含 氧 大 氣 圈 的 形 成 n 經(jīng) 過(guò) 大 約 4億 年 的 積 累 ， 到 距 今 16億 年

10、 以 前 ，一 個(gè) 含 氧 的 大 氣 圈 終 于 形 成 。 性 質(zhì) 極 其 活 潑 的 氧氣 對(duì) 大 氣 圈 進(jìn) 行 了 一 場(chǎng) “ 氧 革 命 ” ， 導(dǎo) 致 還 原 性的 原 始 大 氣 逐 漸 向 含 有 二 氧 化 碳 、 水 和 臭 氧 的 氧化 性 大 氣 轉(zhuǎn) 化 。 這 一 過(guò) 程 不 僅 進(jìn) 一 步 改 變 了 大 氣圈 的 組 成 ， 而 且 臭 氧 在 高 空 的 積 累 逐 漸 形 成 了 保護(hù) 地 球 的 臭 氧 層 ， 為 更 高 等 的 海 洋 生 物 進(jìn) 化 和 生命 登 陸 創(chuàng) 造 了 條 件 。 4. 生 物 圈 的 進(jìn) 化 12億 年 前 出 現(xiàn) 最 早

11、 的 真 核 細(xì) 胞 ； 5億 年 前 出 現(xiàn) 海 洋 無(wú) 脊 椎 動(dòng) 物 ； 4.5億 年 以 前 ， 在 溫 暖 濕 潤(rùn) 的 河 口 地 帶 ， 一 種 叫 做 頂 囊蕨 的 植 物 開(kāi) 始 登 陸 。 2億 年 前 哺 乳 動(dòng) 物 出 現(xiàn) 。 在 這 漫 長(zhǎng) 的 歷 史 長(zhǎng) 河 中 ， 由 于 地 殼 的 變 化 、 氣 候的 變 異 和 其 他 種 種 原 因 ， 有 些 物 種 消 亡 了 ， 新 的 物 種產(chǎn) 生 了 物 競(jìng) 天 擇 ， 適 者 生 存 的 自 然 法 則 。 n 生 物 圈 是 地 球 上 最 大 的 生 態(tài) 系 統(tǒng) 今 天 ， 大 約 有 500萬(wàn) 至 5000

12、萬(wàn) 種 生 物 組 成了 五 彩 繽 紛 的 生 物 界 ， 構(gòu) 成 了 包 括 人 類(lèi) 在內(nèi) 的 生 物 圈 。 包 括 從 海 平 面 以 下 10km到海 平 面 以 上 9km的 范 圍 。 在 這 個(gè) 范 圍 內(nèi) 有正 常 的 生 命 存 在 ， 生 態(tài) 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 不 斷 進(jìn) 行著 物 質(zhì) 、 能 量 和 信 息 的 交 換 和 循 環(huán) 。 5. 巖 石 圈 和 土 壤 圈 的 形 成n 生 物 的 出 現(xiàn) ， 將 大 氣 圈 中 大 量 的 二 氧 化碳 轉(zhuǎn) 移 至 巖 石 圈 中 ， 形 成 了 大 量 的 碳 酸 鹽 巖石 ， 不 僅 改 變 了 巖 石 圈 的 組 成

13、， 而 且 生 物 與巖 石 風(fēng) 化 物 的 相 互 作 用 ， 在 地 表 上 形 成 了 土壤 。 可 見(jiàn) ， 土 壤 圈 的 形 成 是 與 生 物 圈 息 息 相關(guān) 、 互 相 促 進(jìn) 的 。 從 地 球 各 圈 層 發(fā) 育 的 過(guò) 程 中 ， 我們 看 到 了 生 物 的 能 動(dòng) 作 用 。 可 以 毫 不夸 張 地 說(shuō) ， 地 球 今 天 的 面 貌 是 生 物 創(chuàng)造 的 。 愛(ài) 護(hù) 和 保 護(hù) 生 物 圈 ， 就 是 愛(ài) 護(hù)和 保 護(hù) 地 球 的 現(xiàn) 在 和 未 來(lái) 。 二 、 大 氣 圈大 氣 圈 是 是 在 生 命 活 動(dòng) 參 與 下 長(zhǎng) 期 發(fā) 育而 形 成 的 。 1、

14、大 氣 圈 的 結(jié) 構(gòu) ：按 照 氣 溫 隨 高 度 的 變 化 規(guī) 律 ， 將 地 表 以上 的 大 氣 圈 層 劃 分 為 ： 對(duì) 流 層 、 平 流 層 、中 間 層 、 熱 成 層 、 散 逸 層 。 2、 大 氣 圈 的 總 質(zhì) 量 ： 估 計(jì) 在 5.2 1015t， 相 當(dāng) 于 地 球 質(zhì) 量（ 5.974 1021t） 的 百 萬(wàn) 分 之 一 。 在 地 心引 力 作 用 下 ， 大 氣 的 質(zhì) 量 主 要 集 中 在 大氣 圈 的 下 部 ， 其 中 50%幾 乎 在 距 地 表 5km以 下 ， 75%在 10km以 下 ， 90%在 30km以 下 。 大 氣 圈 的 分

15、 層 -對(duì) 流 層 ： 對(duì) 流 層 位 于 大 氣 圈 的 最 下 層 ， 平 均 厚 度為 12km， 是 大 氣 圈 中 最 活 躍 的 一 層 ， 存 在 強(qiáng) 烈的 垂 直 對(duì) 流 作 用 和 水 平 運(yùn) 動(dòng) 。 對(duì) 流 層 的 一 個(gè) 重要 性 質(zhì) 是 大 氣 溫 度 隨 高 度 增 加 而 下 降 ， 其 平 均遞 減 率 為 -6.5 /km。 大 氣 圈 的 分 層 -平 流 層 ： 平 流 層 位 于 對(duì) 流 層 頂 至 大 約 50km的 高 度 ，也 叫 同 溫 層 。 其 下 部 有 一 等 溫 層 。 上 部 溫 度 隨高 度 增 加 而 上 升 。 大 氣 圈 的 分

16、 層 -中 間 層 ： 中 間 層 位 于 平 流 層 頂 到 大 約 80km的 高 度 ， 溫 度 隨 高 度 增 加 而 下 降 。 臭 氧 層 破 壞 大 氣 圈 的 分 層 -熱 成 層 ： 熱 成 層 位 于 中 間 層 頂 以 上 ， 有 稱(chēng) 增 溫 層或 電 離 層 ， 溫 度 隨 高 度 增 加 急 劇 上 升 ， 直至 100km高 度 。 該 層 空 氣 分 子 在 各 種 射 線 作用 下 大 都 發(fā) 生 電 離 ， 成 為 原 子 、 離 子 和 自由 電 子 ， 電 離 層 之 名 因 此 而 得 。 大 氣 圈 的 分 層 -逸 散 層 ： 逸 散 層 位 于 熱

17、 成 層 之 上 ， 也 稱(chēng) 外 大 氣 層 ，是 大 氣 圈 的 最 外 層 ， 大 約 延 伸 至 800km的 高度 。 這 里 大 氣 極 其 稀 薄 ， 地 心 引 力 微 弱 ，大 氣 質(zhì) 點(diǎn) 之 間 鮮 有 碰 撞 。 有 些 運(yùn) 動(dòng) 速 度 較快 的 質(zhì) 點(diǎn) 完 全 擺 脫 地 球 引 力 而 逸 入 宇 宙 空間 。 大 氣 圈 的 分 層 三 、 水 圈n海 洋 和 陸 地 上 的 液 態(tài) 水 和固 態(tài) 水 構(gòu) 成 一 個(gè) 大 體 連 續(xù) 的圈 層 覆 蓋 在 地 球 表 面 ， 稱(chēng) 為水 圈 。 n它 包 括 江 河 湖 海 中 一 切 淡 水 、 咸水 、 土 壤 水

18、、 淺 層 和 深 層 地 下 水 以及 南 北 兩 極 冰 帽 和 各 大 陸 高 山 冰 川中 的 冰 ， 還 包 括 大 氣 圈 中 水 蒸 氣 和 水 滴 。甘 肅 金 塔 沙 漠 邊 緣 的 綠 洲 ， 鴛 鴦 池 水 庫(kù) n地 球 上 海 洋 面 積 占 全 球面 積 的 71%， 含 鹽 的 海 洋水 占 全 部 水 資 源 的 97.3%，人 類(lèi) 難 以 直 接 利 用 。 n2.7%的 淡 水 中 ， 又 有 68.7%是 以 冰川 和 冰 帽 的 形 式 存 在 于 南 北 極 和 高山 地 區(qū) ， 亦 難 以 被 人 類(lèi) 直 接 利 用 。 天湖 ：成都至拉薩 四 、 土

19、 壤 圈 土 壤 是 地 球 陸 地 上 能供 植 物 生 長(zhǎng) 與 繁 殖 的 疏 松表 層 。 除 了 江 河 湖 海 等 水體 和 兩 極 冰 蓋 與 高 山 冰 川覆 蓋 的 地 區(qū) 以 外 ， 幾 乎 都有 土 壤 存 在 。 各 種 土 壤 在地 球 表 面 形 成 一 個(gè) 斷 續(xù) 分布 的 圈 層 ， 覆 蓋 于 巖 石 圈之 上 ， 其 厚 度 由 幾 厘 米 至幾 米 不 等 。 五 、 巖 石 圈 巖 石 圈 是 人 類(lèi) 生 存環(huán) 境 中 最 下 面 的 一 個(gè) 圈層 ， 又 是 地 球 內(nèi) 部 各 圈層 的 最 外 層 。 本 課 程 將巖 石 圈 看 作 地 殼 的 同

20、義語(yǔ) ， 包 括 地 球 最 外 層 的巖 石 、 風(fēng) 化 殼 。 平 均 厚度 為 33-35km。 六 、 生 物 圈生 物 圈 是 地 球 上 最 大 的 生 態(tài) 系 統(tǒng) ， 包 括 從 海 平面 以 下 10km到 海 平 面 以 上 9km的 范 圍 。 生 態(tài) 系統(tǒng) 內(nèi) 部 不 斷 進(jìn) 行 著 物 質(zhì) 、 能 量 和 信 息 的 交 換 和循 環(huán) 。 歷 經(jīng) 30億 年 的 發(fā) 展 歷 程 。30億 年 前 出 現(xiàn) 原 始 細(xì) 菌 開(kāi) 始 ，20億 年 前 出 現(xiàn) 了 能 進(jìn) 行 光 合 作 用 的 固 氮 生 物 ，約 16億 年 前 形 成 了 含 氧 氣 的 大 氣 圈 。7

21、億 年 前 出 現(xiàn) 了 多 細(xì) 胞 生 物 。5億 年 前 出 現(xiàn) 無(wú) 脊 椎 動(dòng) 物 。 2億 年 前 出 現(xiàn) 哺 乳 類(lèi) 動(dòng) 物 。在 這 漫 長(zhǎng) 的 歷 史 長(zhǎng) 河 中 ， 由 于 地 殼 的 變 化 、 氣 候 的變 異 和 其 他 種 種 原 因 ， 有 些 物 種 消 亡 了 ， 新 的 物 種產(chǎn) 生 了 ， 形 成 了 今 天 五 彩 繽 紛 的 生 物 圈 。 第 三 節(jié) 地 球 各 圈 層 與 人 類(lèi) 的 關(guān) 系 在 茫 茫 宇 宙 中 ， 地 球 是 迄 今 發(fā) 現(xiàn) 存在 智 能 生 物 的 唯 一 天 體 。 科 學(xué) 研 究 發(fā) 現(xiàn) ，這 決 不 是 偶 然 的 ， 而

22、正 是 在 于 地 球 環(huán) 境的 獨(dú) 特 構(gòu) 造 。 一 、 大 氣 圈 與 人 類(lèi) 的 關(guān) 系 n 地 球 大 氣 的 主 要 成 分 是 氮 和 氧 ， 這 種 組 成 在 太 陽(yáng) 系 八 大 行星 中 非 常 特 殊 。n 恒 定 組 分 ： 包 括 氮 、 氧 、 氬 、 氦 、 氪 、 甲 烷 、 氫 、 氙 等 ，這 些 氣 體 之 間 的 比 例 ， 從 地 表 到 90km的 高 度 范 圍 內(nèi) 都 是穩(wěn) 定 的 。n 非 恒 定 組 分 ： 包 括 二 氧 化 碳 、 水 汽 、 二 氧 化 硫 、 臭 氧 等 。此 外 ， 大 氣 中 含 有 一 些 固 態(tài) 和 液 態(tài) 雜

23、 質(zhì) ， 主 要 是 火 山 、 地震 、 巖 石 風(fēng) 化 、 森 林 火 災(zāi) 和 人 為 活 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 煙 塵 、 硫 化 物和 氮 氧 化 物 等 。 n 氧 氣 的 作 用 ：n 目 前 下 層 大 氣 中 氧 氣 的 濃 度 為 21%， 這 是 億 萬(wàn) 年 來(lái) 生物 圈 進(jìn) 化 與 大 氣 圈 相 互 作 用 的 結(jié) 果 。n 30億 年 前 ， 大 氣 圈 中 氧 濃 度 只 有 現(xiàn) 在 的 千 分 之 一 ， 原始 的 生 命 為 了 躲 避 紫 外 線 致 命 的 傷 害 ， 只 能 存 在 于 水下 10m深 處 。n 到 距 今 6億 年 時(shí) ， 氧 濃 度 達(dá) 到

24、現(xiàn) 水 平 的 百 分 之 一 ， 出現(xiàn) 了 臭 氧 的 保 護(hù) ， 生 命 開(kāi) 始 出 現(xiàn) 。 氧 濃 度 達(dá) 到 現(xiàn) 水平 的 十 分 之 一 ， 臭 氧 的 濃 度 進(jìn) 一 步 增 加 ， 生 命 才 能 從海 洋 登 上 陸 地 ， 這 是 生 命 史 上 的 第 二 個(gè) 關(guān) 鍵 濃 度 。 n 大 氣 中 氧 濃 度 下 降 ， 則 不 僅 生 活 在 高 海 拔 的 人 會(huì) 經(jīng) 受高 山 反 應(yīng) 之 苦 ， 而 且 氧 化 反 應(yīng) 受 到 抑 制 ， 燃 料 燃 燒 產(chǎn)生 的 一 氧 化 碳 等 有 毒 氣 體 將 積 累 在 大 氣 圈 。n 大 氣 中 氧 濃 度 增 高 ，

25、譬 如 從 現(xiàn) 有 的 21%增 高 至 25%，則 雷 電 就 能 把 嫩 枝 和 草 地 點(diǎn) 燃 ， 造 成 連 綿 不 斷 的 火 災(zāi) ，使 全 球 植 被 遭 到 破 壞 。n 目 前 還 沒(méi) 有 觀 測(cè) 到 大 氣 氧 濃 度 的 這 種 戲 劇 性 變 化 。 然而 ， 作 為 大 氣 微 量 組 分 的 一 些 氣 體 濃 度 已 經(jīng) 發(fā) 生 實(shí) 質(zhì)性 變 化 則 是 不 爭(zhēng) 的 事 實(shí) 。 其 中 最 引 人 注 目 的 是 CO2和O3等 氣 體 濃 度 的 變 化 。 n 一 定 濃 度 CO2的 存 在 ， 對(duì) 地 表 溫 度 的 調(diào) 節(jié) 至 為重 要 。 因 為 CO2

26、和 某 些 氣 體 一 樣 ， 具 有 能 讓太 陽(yáng) 輻 射 中 的 短 波 輻 射 通 過(guò) 而 吸 收 地 表 長(zhǎng) 波 輻射 ， 從 而 使 地 表 增 溫 的 效 應(yīng) ， 即 所 謂 溫 室 效應(yīng) ， 此 類(lèi) 氣 體 稱(chēng) 為 ： 溫 室 氣 體 。 若 無(wú) 這 些溫 室 氣 體 的 存 在 ， 有 關(guān) 計(jì) 算 推 斷 地 球 的 年 平 均溫 度 應(yīng) 為 -18攝 氏 度 ， 而 不 是 現(xiàn) 在 13-15攝 氏 度 。就 是 說(shuō) ， 天 然 的 溫 室 效 應(yīng) 使 全 球 溫 度 上 升 了31-33攝 氏 度 。 n 大 氣 圈 中 另 一 種 敏 感 的 微 量 組 分 是 甲 烷

27、， 俗 稱(chēng) 沼氣 。 目 前 ， 其 濃 度 低 于 百 萬(wàn) 分 之 二 。 如 果 其 濃 度過(guò) 高 ， 在 現(xiàn) 有 的 氧 濃 度 下 就 會(huì) 因 閃 電 而 燃 燒 。 更為 重 要 的 是 ， 甲 烷 的 溫 室 效 應(yīng) 比 二 氧 化 碳 強(qiáng) 300多 倍 ， 它 所 造 成 的 增 溫 作 用 占 全 球 人 為 增 溫 作 用的 1/4。 天 然 沼 澤 和 人 工 的 水 稻 田 是 產(chǎn) 生 甲 烷 的 主要 場(chǎng) 所 。 有 人 認(rèn) 為 反 芻 動(dòng) 物 產(chǎn) 生 的 甲 烷 可 能 是 大氣 圈 甲 烷 的 重 要 來(lái) 源 之 一 。 為 此 美 國(guó) 科 學(xué) 院 專(zhuān) 門(mén) 立 項(xiàng)

28、研 究 牛 群 打 嗝 所 排 出 甲 烷 對(duì) 大 氣 圈 的 影 響 ，成 為 環(huán) 境 科 學(xué) 研 究 的 趣 聞 。 n 大 氣 圈 各 組 分 之 間 保 持 著 精 細(xì) 的 平 衡 ， 這 是 地球 環(huán) 境 億 萬(wàn) 年 來(lái) 發(fā) 育 的 結(jié) 果 。 保 持 這 種 平 衡 乃 維護(hù) 生 物 圈 所 必 需 ， 破 壞 這 種 平 衡 就 是 破 壞 生 命 的基 礎(chǔ) 。 然 而 ， 人 類(lèi) 社 會(huì) 實(shí) 現(xiàn) 工 業(yè) 化 以 來(lái) ， 規(guī) 模 和強(qiáng) 度 日 益 加 大 的 人 類(lèi) 活 動(dòng) 正 在 破 壞 這 種 平 衡 ， 這是 人 類(lèi) 面 臨 的 重 大 環(huán) 境 問(wèn) 題 之 一 。 二 、

29、水 圈 與 人 類(lèi) 的 關(guān) 系 n 各 種 生 命 起 源 的 假 說(shuō) 都 少 不 了 水 這 一 要 素 。 如 今地 球 表 面 的 70%以 上 覆 蓋 著 水 ， 大 多 數(shù) 生 物 體 內(nèi)水 的 含 量 也 達(dá) 2/3以 上 。 研 究 還 發(fā) 現(xiàn) ， 人 體 血 液 的礦 化 度 為 0.9g/L， 與 30億 年 前 的 海 水 是 相 同 的 。靜 脈 點(diǎn) 滴 用 的 生 理 鹽 水 為 濃 度 為 0.9g/L的 NaCl溶液 ， 與 原 始 海 水 一 致 。 在 自 然 界 的 植 物 體 內(nèi) ， 水分 含 量 更 高 ， 有 些 甚 至 高 達(dá) 95%。 這 一 切 都

30、 充 分表 明 地 球 上 生 命 的 產(chǎn) 生 和 進(jìn) 化 都 離 不 開(kāi) 水 。 水 對(duì) 人 類(lèi) 和 生 態(tài) 環(huán) 境 的 特 殊 意 義 n 水 是 無(wú) 色 透 明 的 ， 它 允 許 太 陽(yáng) 光 中 的 可 見(jiàn) 光 和 紅 外線 部 分 透 過(guò) ， 給 水 生 植 物 光 合 作 用 提 供 所 需 的 光 能 。 對(duì) 生 物體 有 害 的 短 波 紫 外 線 則 被 阻 擋 在 外 。 這 對(duì) 地 球 生 命 的 產(chǎn) 生 和進(jìn) 化 起 到 了 關(guān) 鍵 作 用 ， 對(duì) 生 活 在 水 中 的 各 種 生 物 也 具 有 重 要意 義 。n 水 是 一 種 極 好 的 溶 劑 ， 為 生 命

31、 過(guò) 程 中 營(yíng) 養(yǎng) 物 和 廢 棄物 的 傳 輸 提 供 了 最 基 本 的 媒 介 。 水 的 介 電 常 數(shù) 在 所 有 的 液 體中 是 最 高 的 ， 使 得 大 多 數(shù) 離 子 化 合 物 能 夠 在 其 中 溶 解 并 發(fā) 生最 大 程 度 的 電 離 ， 這 對(duì) 營(yíng) 養(yǎng) 物 質(zhì) 的 吸 收 和 生 物 體 內(nèi) 各 類(lèi) 生 化反 應(yīng) 的 進(jìn) 行 具 有 重 要 意 義 。 水 對(duì) 人 類(lèi) 和 生 態(tài) 環(huán) 境 的 特 殊 意 義 n 地 球 最 大 的 空 調(diào) 系 統(tǒng) 。 除 液 氨 外 ， 水 的 比 熱 是 所 有的 液 體 和 固 體 中 最 大 的 ， 為 4.18J/(g

32、. )。 此 外 ， 水 的 蒸 發(fā)熱 也 極 高 ， 在 20 下 為 2.4kJ/g。 正 是 由 于 這 種 高 比 熱 、 高蒸 發(fā) 熱 的 特 性 ， 地 球 表 面 的 儲(chǔ) 水 體 ， 白 天 吸 收 到 達(dá) 地 表 的 太陽(yáng) 光 的 熱 量 ， 夜 晚 又 將 熱 量 釋 放 到 大 氣 中 ， 避 免 了 劇 烈 的 溫度 變 化 ， 使 地 表 溫 度 長(zhǎng) 期 保 持 在 一 個(gè) 相 對(duì) 恒 定 的 范 圍 內(nèi) 。 月球 表 面 都 是 巖 石 ， 石 頭 的 比 熱 只 有 水 的 20%， 所 以 月 球 表 面的 氣 溫 變 化 可 以 從 +120 到 -150 。

33、水 對(duì) 人 類(lèi) 和 生 態(tài) 環(huán) 境 的 特 殊 意 義 n 水 在 4 時(shí) 的 密 度 最 大 ， 這 一 特 性 在 控 制 水 體 溫 度分 布 和 垂 直 循 環(huán) 中 起 著 重 要 作 用 。 在 氣 溫 急 劇 下 降 的夜 晚 ， 水 面 上 較 重 的 水 層 向 水 底 沉 降 ， 與 下 部 水 層 更換 ， 使 得 溶 解 在 水 中 的 氧 及 其 他 營(yíng) 養(yǎng) 物 得 以 在 整 個(gè) 水域 分 布 均 勻 ， 當(dāng) 水 體 趨 于 一 種 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ， 水 底 溫 度 是4 ， 在 這 一 層 中 水 生 生 物 可 以 幸 存 。n 冰 輕 于 水 。 冰 的 密

34、度 比 水 小 ， 只 有 0.92g/cm3， 可 以浮 在 水 面 上 。 這 一 特 性 對(duì) 水 下 生 物 具 有 十 分 重 要 的 意義 。 否 則 ， 氣 溫 降 低 時(shí) 水 面 結(jié) 成 的 冰 會(huì) 沉 入 水 底 ， 從而 導(dǎo) 致 整 個(gè) 水 體 完 全 凍 結(jié) ， 給 水 下 生 物 帶 來(lái) 滅 頂 之 災(zāi) 。 三 、 土 壤 圈 與 人 類(lèi) 的 關(guān) 系 n 土 壤 圈 是 與 大 氣 圈 、 水 圈 同 樣 重 要 的 第 三 大 環(huán)境 要 素 。 土 壤 和 巖 石 共 同 構(gòu) 成 了 大 地 ， 但 土 壤和 巖 石 是 有 區(qū) 別 的 。 土 壤 由 巖 石 演 化

35、而 來(lái) ， 并覆 蓋 在 巖 石 的 表 面 ， 土 壤 與 巖 石 最 大 的 不 同 在于 它 具 有 肥 力 ， 即 提 供 和 調(diào) 節(jié) 水 、 氣 、 熱 和 營(yíng)養(yǎng) 元 素 的 能 力 ， 為 植 物 的 生 長(zhǎng) 提 供 了 必 要 的 條件 。 地 球 半 徑 約 為 6400km而 地 表 土 壤 的 厚 度 僅為 幾 十 厘 米 ， 相 比 之 下 微 乎 其 微 ， 但 卻 正 是 這薄 薄 的 一 層 土 壤 ， 才 使 得 地 球 上 有 廣 闊 的 森 林 、農(nóng) 田 和 草 場(chǎng) ， 人 類(lèi) 得 以 從 中 獲 得 寶 貴 的 生 產(chǎn) 和生 活 資 源 。 土 壤 圈 的

36、二 種 原 生 環(huán) 境 問(wèn) 題 n 鹽 漬 化 ： 當(dāng) 土 壤 含 鹽 量 達(dá) 到 占 干 土 重 0.2%時(shí) ，作 物 生 長(zhǎng) 受 阻 ， 這 種 土 壤 稱(chēng) 為 鹽 漬 化 土 。 當(dāng)土 壤 含 鹽 量 達(dá) 到 2%以 上 時(shí) ， 大 多 數(shù) 作 物 無(wú) 法生 長(zhǎng) ， 這 類(lèi) 土 壤 就 是 鹽 土 。 距 估 計(jì) 當(dāng) 前 世 界水 澆 地 的 14%受 鹽 漬 化 影 響 。n 水 澇 ， 即 沼 澤 化 ： 傳 統(tǒng) 灌 溉 技 術(shù) ， 如 溝 灌 和渠 灌 ， 常 有 過(guò) 量 水 分 滲 至 底 土 ， 在 排 水 不 良的 地 形 部 位 上 潛 水 位 逐 漸 提 高 ， 使 土

37、壤 表 層和 表 下 層 水 分 過(guò) 多 ， 造 成 缺 氧 環(huán) 境 ， 妨 礙 作物 生 長(zhǎng) ， 俗 稱(chēng) 水 澇 。 據(jù) 世 界 觀 測(cè) 研 究 所 估 算 ，鹽 漬 化 與 水 澇 使 世 界 糧 食 減 產(chǎn) 1%， 每 年 減 產(chǎn)糧 食 達(dá) 10 10 5t之 多 。 1. 化 石 燃 料 從 人 類(lèi) 全 部 歷 史 來(lái) 看 ， 化 石 燃 料 大 規(guī) 模 使 用的 歷 史 尚 不 足 200年 。 歷 史 上 長(zhǎng) 期 使 用 的 燃 料是 薪 柴 、 木 炭 、 作 物 秸 稈 和 畜 糞 。 進(jìn) 入 20世 紀(jì)以 后 ， 煤 炭 才 開(kāi) 始 占 主 導(dǎo) 地 位 。 石 油 更 是 一

38、 個(gè)后 來(lái) 者 ， 從 1920年 起 其 開(kāi) 采 量 大 幅 度 上 升 ， 開(kāi)始 了 能 源 供 應(yīng) 的 “ 石 油 時(shí) 代 ” 。 從 1929年 至1971年 ， 世 界 煤 炭 產(chǎn) 量 增 長(zhǎng) 了 70%， 同 期 石 油產(chǎn) 量 增 長(zhǎng) 了 1000%。 四 、 人 類(lèi) 與 巖 石 圈 2 . 礦 物 原 料 人 類(lèi) 利 用 礦 物 資 源 的 歷 史 不 算 長(zhǎng) ， 大 約 在公 元 前 6000年 人 類(lèi) 首 次 學(xué) 會(huì) 從 礦 石 中 提 取 金 屬 ，進(jìn) 入 青 銅 時(shí) 代 。 3000年 以 后 ， 到 了 公 元 1709年 ， 英 國(guó) 人 達(dá) 比 發(fā) 明 了 用 焦 炭

39、 作 燃 料 熔 煉 鐵 ，才 進(jìn) 入 近 代 的 鋼 鐵 時(shí) 代 ， 鋼 鐵 也 成 了 現(xiàn) 代 一 切工 業(yè) 的 基 礎(chǔ) 。 總 之 ， 巖 石 圈 是 人 類(lèi) 所 需 要 的 礦 物 原 料和 化 石 燃 料 的 儲(chǔ) 藏 所 ， 其 儲(chǔ) 量 是 巨 大 的 。 但是 ， 由 于 人 口 的 持 續(xù) 增 長(zhǎng) 和 技 術(shù) 的 迅 速 進(jìn) 步 ，對(duì) 礦 產(chǎn) 與 能 源 的 需 求 與 日 俱 增 ， 傳 統(tǒng) 原 料 與燃 料 行 將 耗 竭 。 如 何 迅 速 實(shí) 現(xiàn) 向 新 材 料 與 新能 源 的 轉(zhuǎn) 變 ， 已 經(jīng) 成 為 關(guān) 系 到 人 類(lèi) 未 來(lái) 生 存與 發(fā) 展 的 要 務(wù) 。 五 、 人 類(lèi) 與 生 物 圈 生 物 圈 ： 指 地 球 上 有 生 命 的 部 分 ， 即 地 球 上所 有 生 物 ， 包 括 人 類(lèi) 及 其 生 存 環(huán) 境 的 整 體 。 生 物 圈 是 地 球 上 最 大 的 生 態(tài) 系 統(tǒng) ， 在 這 一 生態(tài) 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 ， 不 斷 進(jìn) 行 著 物 質(zhì) 、 能 量 和 信 息的 交 換 與 循 環(huán) ， 其 結(jié) 果 對(duì) 于 地 球 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的平 衡 與 人 類(lèi) 的 持 續(xù) 發(fā) 展 有 著 非 常 重 要 的 作 用 。