第一章地球環(huán)境的基本特征

1、1、環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展 奚旦立編著高等教育出版社2、環(huán)境學(xué)導(dǎo)論何強(qiáng)等編著 清華大學(xué)出版社 1、中國(guó)可持續(xù)發(fā)展信息網(wǎng)( ) 2、中國(guó)環(huán)保網(wǎng)() 3、綠色中華環(huán)境保護(hù)網(wǎng)()課程要求及考核平時(shí)出勤占30%。期末考試占70 % （考試方式待定），試題內(nèi)容基本出自教材（要求熟讀教材內(nèi)容）第一篇 地球環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)第一章地球環(huán)境的基本特征1地球環(huán)境的圈層構(gòu)造一. 地球環(huán)境及其組成環(huán)境科學(xué)的研究對(duì)象龜球環(huán)境A環(huán)境要素自參環(huán)境人類環(huán)境/柱會(huì)環(huán)境（人工環(huán)境）自然環(huán)境：直接或間接影響人類生活.生產(chǎn)的生物有機(jī)體.無(wú)機(jī)體（空氣、巖石.水.土 壤等）等。它是人類發(fā)生、發(fā)展與生存 的物質(zhì)基礎(chǔ)。人工環(huán)境：由于人類活動(dòng)而形

2、成的各種事物。它包 括由人工形成的物質(zhì).能量和精神產(chǎn)品, 以及人類活動(dòng)中所形成的人間關(guān)系,如經(jīng) 濟(jì)基礎(chǔ)、政治體制等。二地球環(huán)境的獨(dú)特性地球的獨(dú)特性就在于它具備其他天體所不具備的上述地球的獨(dú)特性在于它是一個(gè)靠生 儲(chǔ)存太陽(yáng)輻射能,靠生命活動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)地球表層的物質(zhì)元素循環(huán),靠生命過(guò)程來(lái)調(diào)控并保持其遠(yuǎn)離天體物理學(xué)平衡的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。也就是說(shuō),不是地球上優(yōu)越”的環(huán)境條件創(chuàng)造了生命,而是生命 活動(dòng)創(chuàng)造了今天地球的環(huán)境。2人類與地球各圈層的關(guān)系人類與大氣圈大氣圈的結(jié)構(gòu)1. 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)流層中水 汽和塵埃含量較高，

3、雷電、雨雪、云霧、霜、雹等天氣現(xiàn)象與過(guò)程 都發(fā)生在這一層，對(duì)人類影響也最大。通常所指的大氣污染就是對(duì) 此層而言。對(duì)流層的另一重要性質(zhì)是大氣溫度隨高度增加而下降， 其平均遞減率為-6.5C/kmo2. 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 部有一明顯的穩(wěn)定層，溫度基本不隨高度而變化，近似等溫狀態(tài)。 穩(wěn)定層以上，溫度又隨高度增加而上升，這主要是由于地表輻射影 響的減少和氧及臭氧對(duì)太陽(yáng)輻射吸收加熱，使大氣溫度上升。這種 溫度結(jié)構(gòu)抑制了大氣的垂直運(yùn)動(dòng)，大氣以水平運(yùn)動(dòng)為主。由于水汽 和塵埃含量極少，平流層中沒(méi)有云雨等天氣現(xiàn)象。在大約50km的 高度上氣溫達(dá)到最高值，這就是平流層

4、頂。3. 中間層中間層位于平流層頂?shù)酱蠹s80km的高度，溫度隨高度增加而 下降，到中間層頂達(dá)到最低值，是大氣圈中最冷的一層。該層中又 有大氣的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)。雖然水汽濃度極低，但由于對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā) 展，在某些條件下能岀現(xiàn)夜光云。在約60km高度，大氣分子開(kāi)始 電禺。因此，6080km咼度是均質(zhì)層向非均質(zhì)層的過(guò)渡層。4. 熱成層氨成層位于中間層頂以上，又稱增溫層或電離層，溫度隨高 度增加急劇上升，到約1000km高度時(shí)，白天溫度可達(dá)1000 1750Ko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。5. 逸散層逸散層位于熱成層之上，也稱外大氣層，是大氣圈的

5、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。250200中層100平流層50對(duì)硫?qū)?外屋t逃逸層5熱層C電離層）氧氣的 濃度為地球大氣的精細(xì)平衡地球各圈層，尤其是生物圈各組分， 與大氣圈保持著十分密切的物質(zhì)和能量的 交換，使大氣各組分之間保持著極其精細(xì)O比如，氧的平衡：生活在低海拔的人會(huì)經(jīng)受高山反應(yīng) 濃度過(guò)低J 之苦；氧化反應(yīng)受到抑制，co等有毒氣 I體將積累在大氣圈。濃度過(guò)高 雷電就能點(diǎn)燃嫩枝和草地，造成火災(zāi)，使全球植被遭到破壞。二、人類與水I水圈:海洋和陸地上的液態(tài)水和固態(tài)水構(gòu)成了 一

6、個(gè)大體連續(xù)的圈層覆蓋在地球表面， 稱為水圈。1、水是無(wú)色透明的，它允許太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光和波 長(zhǎng)較長(zhǎng)的紫外線部分可以透過(guò)，使光合作用所需的光能能 夠到達(dá)水面以下的一定深度，而對(duì)生物體有害的短波紫外 線則被阻擋在外。這不僅在,今天對(duì)生活在水中的各種生物也具 有重要意義。2水是一種極好的溶劑，為生命過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物和廢 棄物的傳輸提供了 。而且水的介電常數(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 ，這對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和生物 體內(nèi)各類生化反應(yīng)的進(jìn)行具有重要意義。3、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-C) o此外，水的蒸發(fā)熱也極高，在20C下為

7、2.4kJ/go 正是由于這種高比熱、高蒸發(fā)熱的特性，地球上的海洋、湖泊、河 流等水體，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，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+120C到-150C。4、水在4C時(shí)的密度最大，這一特性在O在氣溫急劇下降的夜晩，水面上較重的 水層向水底沉降，與下部水層更換，這種循環(huán)過(guò)程使得溶解在水中 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4C,在這一層中水生物可以幸存。5、冰輕于水。冰的密度比水小，只有0.92g/m3,可以浮在水面上。這一特性對(duì)。否則，氣溫

8、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)。地球是一個(gè)水量豐富的“水球”，全世界的總水量約有 14X108km3之多，但是它的存在形式多種多樣，如海洋水、 川水、湖泊水、沼澤水、江河水、土壤水、大氣水和生 物水等。地球上水量分布單位：%總水量分布 海水97.3淡水2.7淡水量分布冰蓋、冰川 77.2地下水、土壤水 22.4湖泊、沼澤 0.35 大氣0.04河流0.01近代人類在其生產(chǎn)活動(dòng)中，給水圈帶來(lái)各種各樣的 影響，這些影響有：(1) 興建大型水庫(kù)：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人類有可能修建庫(kù)容以億立方米計(jì)的大型水庫(kù)，迄今全世界水庫(kù)的 總庫(kù)容已達(dá)2000km3,成

9、為一種穩(wěn)定可靠的水源。但是， 水庫(kù)也常常產(chǎn)生一些。(2) 大量開(kāi)采地下水：地下水以其水量豐富、上質(zhì)優(yōu)良和供應(yīng)穩(wěn)定而備受青睞，成為許多地區(qū)的主要水源。 然而，地下水的過(guò)度開(kāi)采造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。下水的另一環(huán)境效應(yīng)是O此外，過(guò)度抽取地 O我國(guó)不少沿海城市巳發(fā)生這種現(xiàn)象。(3)小河流渠道化：所謂渠道化(channelization)就是為了防 洪的目的把整條小河流或某一河段取直、加寬、挖深。渠道化的最 大利益就是有利于排水防洪，使兩岸農(nóng)田和城鎮(zhèn)，免遭洪水威脅。 但是，(4)湖泊的泯滅：湖泊的存在只是一種過(guò)度現(xiàn)象，因?yàn)樗K究 會(huì)被入流的泥沙和湖泊中的水生生物殘?bào)w充填,逐漸演變?yōu)檎訚芍?至最后消亡。但

10、是，這種自然過(guò)程 了。湖 泊面積和水量往往在短時(shí)期內(nèi)發(fā)生戲劇性變化，甚至導(dǎo)致一些湖泊 完全干涸。三、人類與土壤圈地球陸地上能提供植物生長(zhǎng)與繁殖的疏松表 層，土壤圈是與大氣圈、水圈同樣重要的第三 大環(huán)境要素。盡管人類日益緊迫地面臨土地匱缺的問(wèn)題，但是，人類在其經(jīng)濟(jì)、政治和軍事活動(dòng)中仍然有意無(wú)意地傷害關(guān)系到人類衣食住行的土壤圈。人類對(duì)土壤圈較嚴(yán)重的影響包括荒漠化、水土流失、鹽漬化和水澇，以及土壤污染等方面。四、人類與巖石圈巖石圈：人類生存環(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。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， 因此，人類必須迅速

11、實(shí)現(xiàn)向新材料與新能源的轉(zhuǎn)變。此外，巖石圈又是其上面各圈層的基礎(chǔ)，并且與各圈層相互作用，進(jìn)行著物資與能量的交換。對(duì)巖石圈的任何干預(yù)，也必將對(duì)其他圈層發(fā)生影響。()比方燃料從人類全部歷史來(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” o 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% o化石燃料是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代里形成的，屬于不可再生能源。 為了維持人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，必須盡快把能源

12、消費(fèi)從不可再生 能源轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉?。因?yàn)樾履茉吹拈_(kāi)發(fā)，新技術(shù)與新設(shè)備(如 核聚變與太陽(yáng)能發(fā)電等)也要消耗大量能量，現(xiàn)存的能源應(yīng)該用以 實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。因此，未來(lái)幾十年能源的利用可能決定人類文明的 未來(lái)。r二丿礦揚(yáng)原料大約在公元前6000年人類首次學(xué)會(huì)從礦石中提取金屬，進(jìn)入 青銅時(shí)代。公元前1600年又學(xué)會(huì)了提煉更堅(jiān)硬的鐵，進(jìn)入鐵器時(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)。巖石圈內(nèi)的礦物資源隨人類開(kāi)發(fā)能力的增強(qiáng)而不斷滿足著人 類的需要，人類利用礦物原料的種類與數(shù)量與日俱增。人類開(kāi)發(fā)利用化石燃料和礦物原料的

13、同時(shí)，也對(duì)環(huán)境造成一 定程度的影響。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)系到人類未來(lái)生存與發(fā)展的要 務(wù)。消減板塊火山島弧洋脊熱邊界層4 000固態(tài)內(nèi)核1 0005 0005 150下地幔 地幔羽大陸E熱點(diǎn)火山2 9003 000詼態(tài)外核 (W對(duì)流作用)0400 670I-L-I 丄好 1=1 國(guó) 軟硫圈 高醫(yī)相 過(guò)渡層2 000 與地表的距離/km6 0006 371圖1-2 地壞內(nèi)部若圈層(Stroach. 1991)生物圈：指地球上有生命的部分，即地球上所有 的生物，包括人類及其生存環(huán)境的

14、總體。此 夕卜，還包括某些休眠形式生命的“副生物圈” (parabiospere)o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。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)、能量和信息的交換與循 環(huán)。生物圈的發(fā)育經(jīng)歷了大約30億年的歷程。從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，釋放出氧氣，并在約16億年前形成了含氧氣 的大氣圈。陸續(xù)出現(xiàn)了多細(xì)胞生物（7億年前），無(wú)脊椎 動(dòng)物（5億年前），以及哺乳類動(dòng)物（2億年前）。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，形成了今天由大約107

15、物種組成的五彩 繽紛的生物圈。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。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 的交換與循環(huán)。o距今時(shí)間/ (10 a)0 大事記人類最早的陸地動(dòng)物最早的多細(xì)胞動(dòng)物10 20 30 最早的真核細(xì)氧化大氣圏形成最早的光合和最早的已知生物地質(zhì)構(gòu)造（地層）化石錫伐利克地層（印度）拉馬古猿上志留紀(jì)拉德洛統(tǒng)（英 國(guó)）頂囊蕨艾狄卡拉山地層（澳大 利亞）Spri nggina上貝客泉地層（美國(guó)加 州）未定名iiiX燧石藻地層（加拿大安 燧石藻 大略?。o(wú)花果地層（非洲）原始細(xì)菌地殼中最初的巖石海洋形成地殼、

16、地幔與地核分化40 地殼收放射性加熱熔融45 地球形成主：本表引自G.E.Hutchinson.生物圈北京:科學(xué)出版社，1974。第二章生態(tài)系統(tǒng)1生態(tài)系統(tǒng)的基本概念定義：生態(tài)系統(tǒng)包括人類本身和人類的生命支持系統(tǒng) 大氣、水、生物、土壤和巖石，這些要素也在 相互作用構(gòu)成一個(gè)整體，即人類的自然環(huán)境。除此 之外，還存在許多人工生態(tài)系統(tǒng)，例如，農(nóng)田、果 園等。特性:具有能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞三大 功能具有自我調(diào)節(jié)的能力是一種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)紐成生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和類型無(wú)機(jī)物有機(jī)化合物氣候因素生產(chǎn)者分解者類型:生產(chǎn)者（自養(yǎng)生物）按照其在生態(tài)1消費(fèi)者（異養(yǎng)生物）系統(tǒng)中的功能1分解者（又稱還原者）/水生生態(tài)系統(tǒng) 根據(jù)地理?xiàng)l件的二 不同陸地生態(tài)系統(tǒng)。四，食物鏈利食物網(wǎng)食物鏈：各種生物之間存在著取食和被取食的關(guān)系，稱為食物鏈。自然界中實(shí)際存在的取食關(guān)系要復(fù)雜得多，許多食 物鏈經(jīng)?；ハ嘟徊妫纬梢粡垷o(wú)形的網(wǎng)絡(luò)，把許多生 物包括在內(nèi)，這種復(fù)雜的捕食關(guān)系就是食物網(wǎng)。一般，食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。因?yàn)?食物網(wǎng)中某個(gè)