地球系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)課件

第八章1從人類誕生以來(lái)，從未停止探索地球奧秘的步伐，但仍遠(yuǎn)不能達(dá)到預(yù)防自然災(zāi)害、消除巨大損失的目的。人類對(duì)地球的開(kāi)發(fā)、利用、探索研究活動(dòng)由來(lái)已久，地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)和生態(tài)學(xué)都有悠久歷史，但這些已形成系統(tǒng)研究方法和知識(shí)體系的專門學(xué)科，已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢(shì)下的需要。鑒于地球各個(gè)圈層間復(fù)雜而微妙的相互作用，地球系統(tǒng)科學(xué)自然應(yīng)運(yùn)而生。2從研究包括人類在內(nèi)的地球系統(tǒng)角度研究人類和地球表層關(guān)系產(chǎn)生地球系統(tǒng)科學(xué)。從環(huán)境質(zhì)量演化的角度研究人類和地球的關(guān)系及地球的變化產(chǎn)生了環(huán)境科學(xué)。從生物的生存環(huán)境角度研究地球的變化產(chǎn)生了生態(tài)學(xué)。研究對(duì)象一致，研究角度不同，三者研究領(lǐng)域既有交叉又有差異。3

8.1地球系統(tǒng)科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)的創(chuàng)立地球系統(tǒng)科學(xué)的研究對(duì)象及發(fā)展趨勢(shì)從研究包括人類在內(nèi)的地球系統(tǒng)角度研究人類和地球表層關(guān)系產(chǎn)生地球系統(tǒng)科學(xué)。58.1.1地球系統(tǒng)科學(xué)的創(chuàng)立地球系統(tǒng)科學(xué)最早由美國(guó)國(guó)家航空與宇航管理局（NASA）1983年提出。20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，地球科學(xué)發(fā)展迅猛，科學(xué)家明確提出物理過(guò)程與生物過(guò)程相互作用的觀點(diǎn)，進(jìn)而形成了“地球系統(tǒng)”思想。90年代，這一觀點(diǎn)成為地學(xué)界共識(shí)，美、英、日等國(guó)紛紛制定相關(guān)計(jì)劃，這一學(xué)科得以確立并蓬勃發(fā)展起來(lái)。1992年美國(guó)22所大學(xué)將地球系統(tǒng)科學(xué)教育納入課程之內(nèi)；與此同時(shí)，聯(lián)合國(guó)《21世紀(jì)議程》將地球科學(xué)作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的科學(xué)基礎(chǔ)之一。6德國(guó)聯(lián)邦政府與德國(guó)科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)相繼投入巨資，擬定了分別為期15年和10年的“地球工程學(xué)—地球系統(tǒng)”等大型研究計(jì)劃。

72001年１月，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)路甬祥把對(duì)“地球系統(tǒng)整體行為的集成研究”列為新世紀(jì)科學(xué)家要勇敢面對(duì)的第九大挑戰(zhàn)。2002年10月溫家寶同志在中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)80周年紀(jì)念大會(huì)上講話時(shí)也強(qiáng)調(diào)，必須實(shí)現(xiàn)“傳統(tǒng)地質(zhì)工作向以‘地球系統(tǒng)科學(xué)’為核心內(nèi)容的現(xiàn)代地質(zhì)工作”的轉(zhuǎn)變。我國(guó)自然科學(xué)基金委地學(xué)部也于2002年3月提出了21世紀(jì)初的地球科學(xué)戰(zhàn)略重點(diǎn)，擬定了“以地球系統(tǒng)各圈層的相互作用為主線，從我國(guó)具有優(yōu)勢(shì)的前沿領(lǐng)域?qū)ふ抑鞴ツ繕?biāo)”的“十五”優(yōu)先資助領(lǐng)域戰(zhàn)略。8地球系統(tǒng)科學(xué)中時(shí)間尺度是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。對(duì)地球上的生物存在威脅的諸如氣候變化、大氣成份變化，土地覆蓋變化等，10年到100年的時(shí)間尺度尤為重要。由于方法的限制，傳統(tǒng)的地質(zhì)、海洋、地理科學(xué)只能基于長(zhǎng)時(shí)間尺度或定時(shí)預(yù)測(cè)。雖然，水文、氣象基于物理客觀規(guī)律，但是，也只能實(shí)現(xiàn)以天、旬為時(shí)間尺度的預(yù)測(cè)。上述兩類時(shí)間尺度的研究均未能建立起時(shí)間尺度為50年的理論體系；而生物過(guò)程的時(shí)間尺度既可以放大，也可以縮小，其時(shí)間尺度必須基于地球系統(tǒng)科學(xué)。

10地球系統(tǒng)科學(xué)的研究需要自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)多學(xué)科的綜合。地球系統(tǒng)科學(xué)正在推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的研究。地球系統(tǒng)科學(xué)關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)地球系統(tǒng)的存在、運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的影響。三、地球系統(tǒng)科學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)12生態(tài)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展生態(tài)學(xué)的研究?jī)?nèi)容生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)148.2.1生態(tài)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展古希臘亞歷士多德古中國(guó)賈思勰法國(guó)布豐1798年馬爾薩斯《人口論》1895年達(dá)爾文《物種起源》151869年，?？藸柺紫忍岢錾鷳B(tài)學(xué)的概念。1935年坦斯勒提出“生態(tài)系統(tǒng)”概念。1942年林德曼提出食物鏈和金字塔營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，確立了生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)理論，為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代，生態(tài)學(xué)進(jìn)入現(xiàn)代生態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期，擴(kuò)展了人類影響自然環(huán)境的廣度和深度。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，生態(tài)學(xué)和當(dāng)代國(guó)際重大社會(huì)問(wèn)題密切相關(guān)，成為解決國(guó)際重大社會(huì)問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。168.2.2生態(tài)學(xué)的研究?jī)?nèi)容1、生態(tài)研究生物與環(huán)境、生物與生物之間的相互關(guān)系。2、生態(tài)學(xué)主要以種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的研究為核心。3、隨著全球環(huán)境問(wèn)題日益受到重視，全球生態(tài)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，并正在成為人們關(guān)注的領(lǐng)域。17生態(tài)學(xué)的發(fā)展特征：1、多學(xué)科跨部門的綜合研究：國(guó)際性研究計(jì)劃

世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）全球環(huán)境變化的人類因素計(jì)劃（HDP）國(guó)際巖石圈計(jì)劃（ILP）深海鉆探計(jì)劃/大洋鉆探計(jì)劃（DSDP/ODP）全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究（GLOBEC）世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（WOCE）188.2.3生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)學(xué)科滲透，生態(tài)學(xué)向各學(xué)科的滲透，出現(xiàn)了能量生態(tài)學(xué)、數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)、城市生態(tài)學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)、災(zāi)害生態(tài)學(xué)等等。生物圈功能研究：生物圈功能的開(kāi)發(fā)給生態(tài)學(xué)提出了工藝性的技術(shù)問(wèn)題，也要求生態(tài)學(xué)提供解決現(xiàn)實(shí)生態(tài)問(wèn)題的科學(xué)對(duì)策。為可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)：20其他森林生態(tài)學(xué)中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)的歷程和成績(jī)中國(guó)的水資源狀況中國(guó)濕地利用21環(huán)境科學(xué)研究人類活動(dòng)對(duì)自然界的影響，力圖發(fā)現(xiàn)由人的活動(dòng)給地球環(huán)境帶來(lái)的各種干擾、危害和負(fù)擔(dān)，并研究人類如何能解決這些問(wèn)題。基于對(duì)地球的自然狀況和自然規(guī)律的研究，環(huán)境科學(xué)向人們提供如何能盡量保護(hù)自然、又能使人類得到發(fā)展的科學(xué)理論和指導(dǎo)原則。23目前已在世界環(huán)境科學(xué)界達(dá)成共識(shí)的原則是：人類要在尊重自然的基礎(chǔ)上，來(lái)提高自己的生活質(zhì)量，只有這樣，人類才能與自己生存的星球共存。把地球作為一個(gè)有生命的整體來(lái)進(jìn)行研究，開(kāi)始一次全新的工業(yè)革命，讓人與地球生命系統(tǒng)的和諧關(guān)系成為21世紀(jì)的主宰，是近年來(lái)環(huán)境科學(xué)發(fā)展的重要飛越。環(huán)境是一種“公共財(cái)產(chǎn)”。24世界著名的“八大公害事件

261比利時(shí)馬斯河谷煙霧事件:1930年12月1-5日，比利時(shí)馬斯河谷工業(yè)區(qū)內(nèi)13個(gè)工廠排放的大量煙霧彌漫在河谷上空無(wú)法擴(kuò)散，使河谷工業(yè)區(qū)有上千人發(fā)生胸疼、咳嗽、流淚、咽痛、呼吸困難等，一周內(nèi)有60多人死亡，許多家畜也紛紛死去.272美國(guó)多諾拉煙霧事件:1948年10月26-31日，美國(guó)賓夕法尼亞州多諾拉鎮(zhèn)持續(xù)霧天，工廠排放的煙霧被封鎖在山谷中，使6000人突然發(fā)生眼痛、咽喉痛、流鼻涕、頭痛、胸悶等不適，其中20人很快死亡。這次煙霧事件主要由二氧化硫等有毒有害物質(zhì)和金屬微粒附著在懸浮顆粒物上。284

美國(guó)洛杉機(jī)光化學(xué)煙霧事件：從20世紀(jì)40年代起，已擁有大量汽車的美國(guó)洛杉磯城上空開(kāi)始出現(xiàn)由光化學(xué)煙霧造成的黃色煙幕。它刺激人的眼睛、灼傷喉嚨和肺部、引起胸悶等，還使植物大面積受害，松林枯死，柑橘減產(chǎn)。1955年，洛杉磯因光化學(xué)煙霧引起的呼吸系統(tǒng)衰竭死亡的人數(shù)達(dá)到400多人，這是最早出現(xiàn)的由汽車尾氣造成的大氣污染事件。305日本水俁病事件：從1949年起，位于日本熊本縣水俁鎮(zhèn)的日本氮肥公司開(kāi)始制造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造過(guò)程要使用含汞（Hg）的催化劑，大量的汞便隨著工廠未經(jīng)處理的廢水被排放到了水俁灣。1954年，水俁灣開(kāi)始出現(xiàn)一種病因不明的怪病，叫"水俁病"，患病的是貓和人，癥狀是步態(tài)不穩(wěn)、抽搐、手足變形、神經(jīng)失常、身體彎弓高叫，直至死亡。316日本富山骨痛病事件：19世紀(jì)80年代，日本富山縣平原神通川上游的神岡礦山實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化經(jīng)營(yíng)，。然而在采礦過(guò)程及堆積的礦渣中產(chǎn)生的含有鎘等重金屬的廢水卻直接長(zhǎng)期流入周圍的環(huán)境中，在當(dāng)?shù)氐乃锿寥?、河流底泥中產(chǎn)生了鎘等重金屬的沉淀堆積。鎘通過(guò)稻米進(jìn)入人體，首先引起腎臟障礙，逐漸導(dǎo)致軟骨癥，婦女得上一種渾身劇烈疼痛的病，叫骨痛病，重者全身多處骨折，在痛苦中死亡。從1931年到1968年，神通川平原地區(qū)被確診患此病的人數(shù)為258人，其中死亡128人。327日本四日市哮喘病事件：1955年日本第一座石油化工聯(lián)合企業(yè)在四日市上馬，1958年在四日市海灣打的魚(yú)開(kāi)始出現(xiàn)有難聞的石油氣味，使當(dāng)?shù)睾．a(chǎn)品的捕撈開(kāi)始下降。1959年由昭石石油公司投資186億日元的四日市煉油廠開(kāi)始投產(chǎn)，四日市很快發(fā)展成為"石油聯(lián)合企業(yè)城"。然而，石油冶煉產(chǎn)生的廢氣使當(dāng)?shù)靥炜战K年煙霧彌漫，煙霧厚達(dá)500米，其中漂浮著多種有毒有害氣體和金屬粉塵，很多人出現(xiàn)頭疼、咽喉疼、眼睛疼、嘔吐等不適。從1960年起，當(dāng)?shù)鼗枷〉娜藬?shù)激增，一些哮喘病患者病甚至因不堪忍受疾病的折磨而自殺。到1979年10月底，當(dāng)?shù)卮_認(rèn)患有大氣污染性疾病的患者人數(shù)達(dá)775491人，典型的呼吸系統(tǒng)疾病有：支氣管炎、哮喘、肺氣腫、肺癌。338日本米糠油事件：1968年日本九州愛(ài)知縣一個(gè)食用油廠在生產(chǎn)米糠油時(shí)，因管理不善，操作失誤，致使米糠油中混入了在脫臭工藝中使用的熱載體多氯聯(lián)苯，造成食物油污染。因食用被多氯聯(lián)苯污染的食物而得病的人，初期癥狀是皮疹、指甲發(fā)黑、皮膚色素沉著、眼結(jié)膜充血，后期癥狀轉(zhuǎn)為肝功能下降、全身肌肉疼痛等，重者會(huì)發(fā)生急性肝壞死、肝昏迷，以至死亡。1978年，確診患者人數(shù)累計(jì)達(dá)1684人。34六大污染事故在20世紀(jì)，世界上最聞名的"六大污染事故"351意大利塞維索化學(xué)污染事故1976年7月意大利塞維索一家化工廠爆炸，劇毒化學(xué)品二惡英擴(kuò)散，使許多人中毒。事隔多年后，當(dāng)?shù)鼐用竦幕蝺撼錾蚀鬄樵黾印?62美國(guó)三里島核電站泄漏事故1979年3月，美國(guó)賓夕法尼亞州三里島核電站反應(yīng)堆元件受損，放射性裂變物質(zhì)泄漏，使周圍50英里以內(nèi)約200萬(wàn)人口處在極度不安之中，人們停工停課，紛紛撤離，一片混亂。373墨西哥液化氣爆炸事件1984年11月，墨西哥城郊石油公司液化氣站54座氣儲(chǔ)罐幾乎全部爆炸起火，對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重危害，死亡上千人，50萬(wàn)居民逃難。384印度博帕爾毒氣泄漏事故1984年12月，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司設(shè)在印度博帕爾市的農(nóng)藥廠劇毒氣體外泄，使2500人死亡，20萬(wàn)人受害，其中5萬(wàn)人可能雙目失明。

395前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故1986年4月，前蘇聯(lián)基鋪地區(qū)切爾諾貝利核電站4號(hào)反應(yīng)堆爆炸起火，放射性物質(zhì)外泄，上萬(wàn)人受到傷害，也造成了其他國(guó)家遭受放射性塵埃的污染，中國(guó)的北京上空也檢測(cè)到這樣的塵埃。406德國(guó)萊茵河污染事故1986年11月，瑞士巴塞爾桑多茲化學(xué)公司的倉(cāng)庫(kù)起火，大量有毒化學(xué)品隨滅火用水流進(jìn)萊茵河，使靠近事故地段河流生物絕跡，成為死河。100英里處鰻魚(yú)和大多數(shù)魚(yú)類死亡，300英里處的井水不能飲用，德國(guó)和荷蘭居民被迫定量供水，使幾十年德國(guó)為治理萊茵河投資的210億美元付諸東流。41卡爾遜《寂靜的春天》1962年，美國(guó)女海洋生物學(xué)家卡爾遜《寂靜的春天》一書(shū)在美國(guó)波士頓出版后，引起全球性轟動(dòng)，激起了環(huán)境運(yùn)動(dòng)的高潮。世界第一部環(huán)境科學(xué)研究力作。42《增長(zhǎng)的極限》1968年4月，來(lái)