地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-課件

2.地球系統(tǒng)2.地球系統(tǒng)12.1從地球圈層到地球系統(tǒng)2.1從地球圈層到地球系統(tǒng)2精品資料精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件4按空間范圍劃分的地球

地區(qū)(local)——區(qū)域(regional)——全球（global）按空間范圍劃分的地球5按圈層劃分的地球從地心到大氣層的最外層，可分為地核、地幔、巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈、人類圈等。按圈層劃分的地球從地心到大氣層的最外層，可分為地核、地幔、巖6地殼地核地幔巖石圈上地幔大氣圈在早期地球增生的過程中，熔融狀態(tài)的鐵因比重大而不斷向地球中心富集，導致地球物質發(fā)生分異作用，形成富鐵的地核；上部較輕的物質形成地幔，地幔表層冷卻形成原始的地殼；地球內部的氣體逸出形成原始的大氣圈，水汽冷凝成大洋。地球圈層結構的形成地殼地核地幔巖石圈上地幔大氣圈在早期地球增生的過程中，熔融狀7內核（固態(tài)）外核（液態(tài)）下地幔（固態(tài)）上地幔（塑性）巖石圈地核的外核結晶過程中釋放的熱量，向其上地幔的傳遞，驅動了外核的對流，導致地球磁場的形成。內核（固態(tài)）外核（液態(tài)）下地幔（固態(tài)）上地幔（塑性）巖石圈地8生物圈地球表層圈層：巖石圈水圈大氣圈生物圈：指地球上所有的生物有機體。上至大氣平流層的中部，下至深海海底，厚度30公里左右。生物圈地球表層圈層：9巖石圈形成和演化的三個階段原始地殼的形成與破壞陸殼增生板塊運動巖石圈形成和演化的三個階段原始地殼的形成與破壞10如果早期地球有熔融表面冷卻，有可能形成一個不穩(wěn)定的超鐵鎂質的固體地殼。這些原始地殼就是最早的原始大洋殼。原始的地殼并沒有被保存下來，它們在隨后的巖漿活動與隕石撞擊等演化過程中被破壞掉了，根據(jù)地殼中所發(fā)現(xiàn)的最老的巖石推斷，原始地殼破壞的過程發(fā)生在距今40億年之前。原始地殼的形成與破壞原始地殼的形成與破壞11現(xiàn)存最古老的若干陸殼的年齡為距今39～35億年，到30億年以前，陸地范圍尚不很大，但可能已出現(xiàn)板塊運動的雛形（微板塊運動）。30～27億年前（特別是29～28億年前）及19～17億年是兩個世界范圍的造山運動與陸殼形成時期，估計有50％～80％的陸殼是30～27億年前形成的。經(jīng)過距今19～17億年、13～11億年、8～6億年造山運動，陸殼面積已與現(xiàn)代接近。陸殼增生:(40億年前至20億年前)現(xiàn)存最古老的若干陸殼的年齡為距今39～35億年，陸殼增生:12以板塊運動方式進行的造山運動出現(xiàn)，大陸裂谷產(chǎn)生，標志著現(xiàn)代意義的板塊運動的開始。自此之后，地殼的演變主要表現(xiàn)為大陸的合并與解體的板塊運動旋回階段。距今20億年前以來，板塊運動以板塊運動方式進行的造山運動出現(xiàn)，大陸裂谷產(chǎn)生，標志著現(xiàn)代意13地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件14大氣演化原始大氣還原性的第二代大氣具有氧化性質的第三代大氣海洋的演化與大氣圈的演化大體同步。大氣演化15地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件16真核細胞出現(xiàn)生命起源光合作用起源生物登陸生命的進化經(jīng)歷了三個階段早期為化學進化階段（40～38億年前）中期為細胞進化階段（38～7億年前）晚期（7億年前以后）為多細胞復雜生命進化真核細胞出現(xiàn)生命起源光合作用起源生物登陸生命的進化經(jīng)歷了三個176億年前多細胞生物繁盛于海洋4.4億年前生物登陸6500萬年前哺乳動物和被子植物出現(xiàn)200萬年前直立人出現(xiàn)6億年前多細胞生物繁盛于海洋182.3人類生態(tài)系統(tǒng)2.3人類生態(tài)系統(tǒng)19

從生命出現(xiàn)算起為一天恐龍約絕滅于午夜前半小時現(xiàn)代人出現(xiàn)于午夜前不到１分鐘人類圈的形成和發(fā)展

從生命出現(xiàn)算起為一天人類圈的形成和發(fā)展20人類的可能祖先南猿屬出現(xiàn)于300～400萬年前，而人類直接祖先直立人只有約二百萬年的歷史如果把地球有生命的歷史比作一天，則生命登陸在晚上10點左右，恐龍出現(xiàn)在晚上11點半左右，而直立人則是在午夜前第36秒才出現(xiàn)的。人類的可能祖先南猿屬出現(xiàn)于300～400萬年前，而人類直接祖21作為動物中惟一能夠制造和使用工具的有“文化”的特殊動物，人類以“文化”作為其對環(huán)境適應形式，所謂文化是指人類特有的對所處環(huán)境的適應方式的表現(xiàn)。人類不是通過改變自身的生理特性來適應環(huán)境，而是通過創(chuàng)造一種既適應于環(huán)境又適合于人類的文化來達到適應環(huán)境的目的，因此，人的進化主要地不是自身的生理的進化，而是“文化”的進化，人類的發(fā)展過程就表現(xiàn)為人類文化的進化過程。作為動物中惟一能夠制造和使用工具的有“文化”的特殊動物，人類22以工具和火的使用、農業(yè)文化的出現(xiàn)、文明社會的產(chǎn)生和工業(yè)革命為標志，人類文化進化的進程有四次劃時代的飛躍，每次飛躍都帶來由人類與其環(huán)境組成的人類生態(tài)系統(tǒng)的變化，使得人類對環(huán)境的適應能力增強、生存狀況得到改善、人口增加、生存空間擴展。經(jīng)過四次飛躍，形成了由人類與自然環(huán)境、以及人類所特有的人為環(huán)境和社會環(huán)境所構成的人類生態(tài)系統(tǒng)（圖2-5）。以工具和火的使用、農業(yè)文化的出現(xiàn)、文明社會的產(chǎn)生和工業(yè)革命為23地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件24在人類生態(tài)系統(tǒng)中，自然環(huán)境從地球誕生之日就開始出現(xiàn)，經(jīng)過45億年的演化成為現(xiàn)代的形式。人為環(huán)境中首先出現(xiàn)的是人化自然（受人類意志明顯影響和控制、并已改變了原生狀態(tài)的自然系統(tǒng)），以農業(yè)的出現(xiàn)為標志，距今已有近1萬年的歷史；而人工自然（人類利用自然物質，經(jīng)過勞動過程創(chuàng)造出來的物質系統(tǒng)）部分是工業(yè)革命的產(chǎn)物，距今只有幾百年的歷史。社會環(huán)境大約出現(xiàn)于5000年前，以人類進入文明社會為標志，并隨著人類社會的發(fā)展而日趨復雜。在人類生態(tài)系統(tǒng)中，自然環(huán)境從地球誕生之日就開始出現(xiàn)，經(jīng)過4525采集－狩獵系統(tǒng)、農業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)城市系統(tǒng)構成了人類生態(tài)系統(tǒng)的三種類型。其中，采集-狩獵系統(tǒng)在人類的歷史上出現(xiàn)最早，持續(xù)時間最長，由人類所馴化的植物與動物組成的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)或幾乎全部由人類自己構建的城市系統(tǒng)是目前人類生態(tài)系統(tǒng)的兩種最具代表性的形式。采集－狩獵系統(tǒng)、農業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)城市系統(tǒng)構成了人類生態(tài)系統(tǒng)的三26三百多萬年前生活在非洲的南猿屬是人類可能的祖先，他們以野生植物和被食肉動物殺死的動物的腐尸為食，與其它動物沒有嚴格的區(qū)別，在生存競爭中并不占有優(yōu)勢。三百多萬年前生活在非洲的南猿屬是人類可能的祖先，他們以野生植27200萬年前左右出現(xiàn)的直立人是能夠制造工具、并利用工具獲取食物的動物，雖然他們最初所制造的工具還相當簡單，只是一些簡單的打制石器和一些現(xiàn)成的樹枝木棒，但這完成了從猿到人的轉化，使人類成為具有“文化”的特殊動物，從此開始了以文化進化為特征的人類進化過程。制造工具以及隨后學會的對火的使用，大大地增強了人類的能力，人類的居住空間得到了第一次擴展，人口數(shù)量也有所增加。200萬年前左右出現(xiàn)的直立人是能夠制造工具、并利用工具獲取食28地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件29距今四萬年前以來的“完全的現(xiàn)代人”智人時期，他們已能夠利用石頭、動物骨頭等發(fā)明制造了比較精巧的成套工具，包括形狀規(guī)整、兩面平行的石片，還有骨器和鹿角器。技術的進步使得這些祖先們能夠適應更為惡劣的環(huán)境，從而生活在更為廣泛的地區(qū)，從北極圈到熱帶地區(qū)，距今四萬年前以來的“完全的現(xiàn)代人”智人時期，他們已能夠利用石30采集－狩獵（包括捕魚）系統(tǒng)是人類生態(tài)系統(tǒng)的最初形態(tài)，它始于約200多萬年前，以人類能夠制造工具并利用工具從自然界捕獲和采集食物為標志。以主動地適應環(huán)境和集體合作為生存之道。依靠自身體力就近采集野生植物、捕獵野生動物，利用石頭、動物骨頭等制造工具。他們通常幾十人組成一個群體，彼此合作人口數(shù)量少、遷徙性大對環(huán)境的影響往往是微弱的、局部的，人與自然是一體的，仍屬于自然中的人。采集－狩獵（包括捕魚）系統(tǒng)是人類生態(tài)系統(tǒng)的最初形態(tài)，它始于約31地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件32農業(yè)革命農業(yè)導致了人類食物來源的根本性變化，即人類食物由從野生的動植物中直接獲得變?yōu)橹饕匾蕾囉谏贁?shù)幾種為人類所馴化的植物和動物，人類必須不斷向系統(tǒng)內投入物質和能量，因此，農業(yè)生產(chǎn)是一項有人的勞動投入的生產(chǎn)農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一種以自然為基礎的、受人類活動強烈干預的自然－人為復合系統(tǒng)，它以物質循環(huán)的非封閉性而顯著地區(qū)別于自然生態(tài)系統(tǒng)。農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)自出現(xiàn)以來已經(jīng)歷了原始農業(yè)、傳統(tǒng)農業(yè)和現(xiàn)代農業(yè)三個發(fā)展階段。農業(yè)革命農業(yè)導致了人類食物來源的根本性變化，即人類食物由從野33文明社會在文明社會里，人們的行為受到道德、宗教、法律等多重社會因素的調節(jié)與制約人們按照一定的社會法則、生活方式及社會分工而形成不同層次的有組織的社會單元。社會分工推動了社會進步，書寫文字的出現(xiàn)與文化科學技術的發(fā)展為文化傳播提供了更為有利的條件，人類文化進化的速度從此大大加快。進入文明社會之后，世界經(jīng)歷了小規(guī)模城邦文明和河流沿岸文明之后，出現(xiàn)了波斯、希臘、羅馬和中國等帝國文明。文明社會在文明社會里，人們的行為受到道德、宗教、法律等多重社34工業(yè)革命人類的主要生產(chǎn)過程建筑在各種礦產(chǎn)資源和化石能源的基礎之上。現(xiàn)代城市生態(tài)系統(tǒng)是人口高度集中、以人類為中心的人工復合生態(tài)系統(tǒng)。資本主義市場經(jīng)濟體系工業(yè)革命人類的主要生產(chǎn)過程建筑在各種礦產(chǎn)資源和化石能源的基礎3514～15世紀后的500年中資本主義市場經(jīng)濟體系的建立拉丁美洲大量移民，從事農業(yè)開發(fā)，給拉丁美洲帶去了封建社會的大莊園和天主教。北美洲的殖民者對當?shù)氐挠〉诎踩诉M行大肆的殺戮，徹底地摧毀了當?shù)赝林说纳鐣到y(tǒng)。澳大利亞的土著居民亦遭受了同樣的命運。印度和東南亞各國在政治上被殖民者征服，接受了殖民者的統(tǒng)治中國被迫建立通商港口，國家雖然保存了社會的完整性，但經(jīng)濟卻被納入到為資本主義世界經(jīng)濟系統(tǒng)服務的方向。日本明治維新，“東洋道德西洋藝”，使得日本迅速發(fā)展為資本主義經(jīng)濟強國。14～15世紀后的500年中資本主義市場經(jīng)濟體系的建立拉丁美36按過程劃分的地球子系統(tǒng)過程：水文循環(huán)過程生物地球化學循環(huán)巖石圈循環(huán)狀態(tài)（IGBP:地圈－生物圈）：Geosphere物理氣候系統(tǒng)：大氣－海洋：氣候固體地球系統(tǒng)：海陸分布/大地貌格局Biosphere:全球生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)類型區(qū)/土地覆蓋按過程劃分的地球子系統(tǒng)過程：狀態(tài)（IGBP:地圈－生物圈）37按環(huán)境狀態(tài)和過程劃分的子系統(tǒng)

按環(huán)境狀態(tài)和過程劃分的子系統(tǒng)38氣候系統(tǒng)氣候系統(tǒng)39生物圈與生態(tài)系統(tǒng)的概念宇宙地球有機組織細胞原子生物個體種群群落生態(tài)系統(tǒng)生物圈微觀世界宏觀世界生物圈與生態(tài)系統(tǒng)的概念宇宙地球有機組織細胞原子生物個體種群群40生物圈是地球生物群落棲息地，包括有生命組分和無生命組分。在生物圈中：最小的單元就是物種，由所有關系相近且可以雜交遺傳的生物體組成。支持一個物種生存的植物群落和自然環(huán)境叫生境。生活在某一區(qū)域的某種物種的所有個體被稱為一個種群。在任何地方都可以找到兩種或兩種以上的有相互作用的物種聚集在一起，稱為群落，包括各種動物、植物、真菌和微生物之間的相互作用。一個具有典型植物群落（如沙漠、熱帶雨林）的地區(qū)被稱為植物區(qū)系。一個群落的動物、植物、細菌和微生物以及支撐它們的自然環(huán)境被稱為一個生態(tài)系統(tǒng)。地球上的所有生態(tài)系統(tǒng)構成了生物圈。

生物圈是地球生物群落棲息地，包括有生命組分和無生命組分。在生41地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件42巖石圈大陸殼大洋殼大洋殼大陸殼地殼分大陸殼和大洋殼巖石圈=地殼+地幔固態(tài)頂部上地幔巖石圈大陸殼大洋殼大洋殼大陸殼地殼分大陸殼和大洋殼巖石圈=地43實現(xiàn)地質循環(huán)過程：板塊循環(huán)和水循環(huán)驅動的巖石循環(huán)板塊循環(huán)水循環(huán)巖石循環(huán)實現(xiàn)地質循環(huán)過程：板塊循環(huán)和水循環(huán)驅動的巖石循環(huán)板塊循環(huán)水循44地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件45生物地球化學循環(huán)行星的地球化學循環(huán)是進入其系統(tǒng)的能量流動導致的必然結果，在有生命的行星上，地球化學循環(huán)演化為生物地球化學循環(huán)。氫、氧、碳、氮、磷、硫等有機質的基本化學組分，隨著元素結合成生命組織，將增加能量狀態(tài)；然后隨生命組織的分解而降低能級，從而形成一個封閉的循環(huán)。生物地球化學循環(huán)就是指上述元素在固體地球、大氣圈、水圈和生物圈中的傳輸轉換過程。生物地球化學循環(huán)行星的地球化學循環(huán)是進入其系統(tǒng)的能量流動導致46地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件47TheEarthSystem:CouplingthePhysical,BiogeochemicalandHumanComponentsTheEarthSystem:Couplingthe48全球變化子系統(tǒng)網(wǎng)絡（JoaoMorais,1999）全球變化子系統(tǒng)網(wǎng)絡（JoaoMorais,1999）49IGBPII大氣海洋陸地海氣界面系統(tǒng)土壤系統(tǒng)海陸過渡帶

IGBPII50IGBPIIStructureIGBPIIStructure512.2地球系統(tǒng)的特性與關鍵過程2.2地球系統(tǒng)的特性與關鍵過程52

MajorMilestonesinEarthSystemResearch

(地球系統(tǒng)研究的里程碑)

MajorMilestonesinEarthSys53SvanteArrhenius:TheFirstClimatePredictionArrheniusquantifiesin1896thechangesinsurfacetemperature(approx.5C)tobeexpectedfromadoublinginCO2,basedontheconceptof”glassbowl”effectintroducedin1824byJosephFourier第一個氣候預測，1896SvanteArrhenius:TheFirstCli54ThePrecursor:WladimirI.Vernadsky”ThebiosphereisauniqueregionoftheEarth’scrustoccupiedbylife.Therearenostrongerchemicalforcesattheearthsurface[...]thanlivingorganismstakenintheirtotality”.

1926生物圈，1926ThePrecursor:WladimirI.Ver55ACenturyofSuccessiveMilestones1940’sand1950’s:developmentofnumericalweatherprediction(Smagorinski,Charney,vonNeumann)數(shù)值天氣預報1950’sand1960’s:developmentofthefirstcomprehensiveclimatemodels(Manabe)氣候模式1957:Sputnikislaunched人造衛(wèi)星1969:ThefirstpictureoftheEarthismadefromspace(Apollo)

空間中的地球圖像ACenturyofSuccessiveMilest56地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件57

58ACenturyofSuccessiveMilestonesTheoceanseenasadynamicalcomponentoftheEarthsystem海洋是地球系統(tǒng)的一個動力成分Theconveyorbelt(W.Broecker)（大洋傳送帶）Thethermohalinecirculation(W.Munk)（溫鹽環(huán)流）Ventilationofthedeepocean(H.StommelandP.Rhines)（大洋深部排氣作用）Thebiologicalpumpforcarbon（生物泵）ACenturyofSuccessiveMilest59AfterBroecker1991AfterBroecker199160ChangeinthestrengthoftheNorthAtlanticmeridionaloverturningcirculation(svds)inanumberofsimulationswithincreasesingreenhousegases

Source:Cubaschetal.2001Changeinthestrengthofthe61ACenturyofSuccessiveMilestonesTheroleofthebiosphereandintheEarthsystem（生物圈及其在地球系統(tǒng)中的作用）IdentificationofthemissingCO2sinkasbeingterrestrialecosystems(Keeling,SrandJr.,Tans)（陸地生態(tài)系統(tǒng)作為失蹤碳的匯）Importanceofvegetation-albedofeedback(e.g.,instabilityoftheSaharabyCharney)（植被反照率－反饋的作用）Theroleofthebiosphereincontrollingthechemicalcompositionofthenaturalatmosphere（生物圈在控制天然大氣中化學成分的作用）Theimportanceoflargewildfires（天然大火的作用）ACenturyofSuccessiveMilest62地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件63ACenturyofSuccessiveMilestonesTheatmosphereasa”miner’scanary”ofglobalchange（大氣圈在全球變化中的作用）IncreaseintheatmosphericconcentrationofCO2(D.Keeling)（大氣中CO2含量增加）StratosphericozonedepletionandtheAntarcticozonehole(Crutzen,Molina,Rowland)（平流層臭氧減少和極地臭氧洞）Theoxidationpotentialoftheatmosphere:theOHradicalandtroposphericozoneasaglobalpollutant(Levy,Weinstock,Crutzen)（大氣的潛在氧化）ACenturyofSuccessiveMilest64地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件65ACenturyofSuccessiveMilestonesTheEarthasanonlinearsystem（作為非線性系統(tǒng)的地球）TheVostockIcecore(Oeschger,Lorius)（東方站冰芯）TheDansgaard/Oeschgercycles（D-O循環(huán)）TheCLAWhypothesis(R.Charlson,M.Andreae,etal.)

whichproposestheexistenceofafeedbacklooplinkingDMS（dimethylsulfideinair）（二甲基硫化物emissionfrommarineplankton（浮游生物）tosulfateaerosol（硫酸鹽氣溶膠）andglobalclimateTheLorenzattractors（Lorenz吸引子）Therealizationoftheimportanceofthecarboncycle(B.Bolin,R.Revelle)（碳循環(huán)的重要性）Theironfertilization(J.Martin)（富鐵作用）ACenturyofSuccessiveMilest66Vostok(Antarctica):4glacialcycles(Petitetal.,1999)Vostok(Antarctica):4glacial67地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件68Part2.

TheEarthasaComplexSystemPart2.

TheEarthasaComple69相互關聯(lián)多重穩(wěn)定狀態(tài)臨界突變反饋相互關聯(lián)70ElNino年對生物的影響正常年ElNino年干旱上升流中斷多雨多雨ElNino年對生物的影響正常年ElNino年干旱上71秘魯沿海上升流中斷赤道東風減弱海洋生物食物危機上升流中斷

魚類死亡

鳥類死亡

ElNino年秘魯沿海上升流中斷赤道東風減弱海洋生物食物危機上升流中斷72澳大利亞干旱1982-1983年NlNino干旱使紅袋鼠大量死亡1988-1989年LaNina豐富的降水使紅袋鼠數(shù)量得到恢復澳大利亞干旱1982-1983年NlNino干旱使紅袋鼠大73ElNino

年豐富的降水和徑流浮游植物顯著增加湖水鹽度降低浮游動物捕食率降低草食的浮游動物Artemia減少肉食動物Coroxids進入湖沼帶北美大鹽湖區(qū)多雨ElNino年1982-1983ElNino年豐富的降水和徑流浮游植物顯著增加湖水鹽度降74Setpointsatca.200&290ppmAtmoscompositionandclimatearecloselycoupledPeriodicityatca.100000yearsLongglacialperiods;shortinterglacialsSetpointsatca.Atmoscomposi75碳球（暖）冰球（冷）溫室氣體生態(tài)系統(tǒng)海洋冰蓋水汽/云固體地球系統(tǒng)行星反射率大氣塵埃碳循環(huán)水循環(huán)生物圈通過控制大氣中溫室氣體和塵埃的含量調節(jié)地球的氣候碳球（暖）冰球（冷）溫室氣體生態(tài)系統(tǒng)海洋冰蓋水汽/云固體地球76自然狀態(tài)下，大氣化學成分在極大程度上是由生物圈（海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)）對氣體的吸收和排放過程調控的。大氣化學的控制和調控過程決定著大氣中二氧化碳、臭氧、甲烷等溫室氣體的含量，進而與全球的溫度變化緊密聯(lián)系在一起。自然狀態(tài)下，大氣化學成分在極大程度上是由生物圈（海洋和陸地生77自首批原始生命出現(xiàn)于缺氧的大氣環(huán)境中開始，地球大氣的逐步演變，是受生物圈控制的，而大氣的演化又促進了生命的進化。一方面，大氣圈中的氧氣主要是由生物的光合作用產(chǎn)生的；另一方面，大氣成分的變化，尤其是氧氣含量的逐漸增多，引起能使生物進化和趨異的重大變革。自首批原始生命出現(xiàn)于缺氧的大氣環(huán)境中開始，地球大氣的逐步演變78光合作用使距今20億年前后發(fā)生了由還原性大氣向氧化性大氣的轉變，呼吸作用的氧化新陳代謝形式取代厭氧的發(fā)酵作用，出現(xiàn)了使用氧的具有細胞核的真核生物。光合作用使距今20億年前后發(fā)生了由還原性大氣向氧化性大氣的轉79距今7～6.8億年前后，大氣中氧的濃度達到現(xiàn)代的6～10％左右，多細胞的藻類和動物繁盛于海洋中。大約距今4.4億年前后，當大氣的臭氧層加厚到足以防止紫外線對陸上生物的危害之后，生命從海洋擴展到陸地。當今大氣中的氧氣幾乎都是由綠色植物的光合作用產(chǎn)生的。距今7～6.8億年前后，大氣中氧的濃度達到現(xiàn)代的6～10％左80地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件81Innonlinearcomplexsystems,minuteactionscancauselongterm,largescalechanges.Thesechangescanbeabrupt,devastating,surprising,unmanageable.Innonlinearcomplexsystems,82Part3.

ThenewIGBP全球變化的關鍵過程Part3.

ThenewIGBP全球變化的關鍵過程83BiologicalprocessesplayamuchstrongerrolethanpreviouslythoughtinEarthSystemfunctioningGlobalchangegoesbeyondclimatechange.It’sreal,it’shappeningnowandit’sacceleratingTheEarth’sdynamicsarecharacterisedbycriticalthresholdsandabruptchangesHumanactivitiesdrivemultiple,interactingeffectsthatcascadethroughtheEarthSystemincomplexwayswithpotentiallycatastrophicconsequencesTheEarthiscurrentlyoperatinginano-analoguestateTheIGBPSynthesisBiologicalprocessesplayamu84TheNewIGBP1999-2003:synthesisproject,transition,andrestructurebiogeochemicalscienceswithrelevancetoissuesofsocietalconcerninterdisciplinarityandintegrationEarthSystemcontext2004:newquestionsandstructure,withafocuson:TheNewIGBP1999-2003:synthes85CHARACTERISTICSOFIGBPIIMoreintegrative,moreinterdisciplinaryGlobalchangeversusclimatechangeStrongbaseinbiogeochemicalsciencesMoreemphasisonissuesofsocietalconcernMoreemphasisontheregionalscaleStrategicpartnershipsviatheEarthSystemSciencePartnership(ESS-P)CHARACTERISTICSOFIGBPIIMore86IGBPStructureAtmosphericChemistryIGACInternationalMarineBiogeochemistry:IMBERandGLOBECContinentalBiosphere:LANDOcean-Atmosphereinteractions:SOLASLand-Atmosphereinteractions:iLEAPSCostalZones:LOICZPaleo-science:PAGESAnalysis,integration,modeling:AIMESIGBPStructureAtmosphericChem87NASAAtmosphereTheroleofatmosphericchemistryinamplifyingordampingclimatechange.Theeffectsofchangingregionalemissionsanddepositions,long-rangetransport,andtransformationsontroposphericchemicalcompositionandairquality.NASAAtmosphereTheroleofatmo88TroposphericozonefromsatellitesGOME:Globalozonemonitoringexperiment(onERS-2)A.RichterandJ.Burrows,UniBremenEnvisat:launchedFebruary2002Troposphericozonefromsatell89地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件90OceanIntegratedapproachlinkingbiogeochemistryandecosystems,acrossalltrophiclevelsLinkstochemical-physicalandhumandimensionsofglobalchangeApartnershipinvolvingGLOBECandthenewIMBER(IntegratedMarineBiogeochemistryandEcosystemResearch)OceanIntegratedapproachlinki91months60657075808590951234567891011126065707580859095CalanushelgolandicusCalanusfinmarchicus1.ChangesinthecirculationintheN.Atlanticoverthelast50yearshasaffectedbiodiversity19621964196619681970197219741976197819801982198419861988199019921994199619982000196219721982C.finmarchicusC.helgolandicus0%20%40%60%80%100%19922.Biodiversitychangeshasresultedinspeciesreplacements3.Replacementofsimilarspeciesbutwithdifferentseasonalabundanceshasdramaticconsequencesforthedynamicsofthefoodwebmonths60657075808590951234567892LandThenatureandcausesoflandsystemchange.TheconsequencesoflandsystemchangeforecosystemservicesandEarthSystemfunctioning.Supportforsustainableuseoflandsystemsusingintegratedanalysisandmodelling.LandThenatureandcausesof93ForestCanopyClearedForestFarm–SouthEndofFLONAForestfragmentation,climatevariabilityandsustainabilityintheAmazonForestCanopyClearedForestFar94Land-AtmosphereExchangeofreactiveandconservativecompounds.Feedbacksbetweenlandbiota,aerosols,atmosphericcompositionandclimate.Dynamicsofthelandsurface-vegetation-water-atmospheresystemMeasuringandmodellingmaterialandenergytransfersinthesoil-canopy-boundarylayersystem.Land-AtmosphereExchangeofrea95Interfacesbetweentheatmosphereandterrestrialsystems:Interfacesbetweentheatmosph96Pielkeetal.,(2001)Ecol.Appl.7Pielkeetal.,(2001)Ecol.Ap97地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件98地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件99Ocean-AtmosphereBiogeochemicalinteractionsandfeedbacksbetweenoceanandatmosphereExchangeprocessesattheair-seainterfaceandtheroleoftransportandtransformationsinatmosphericandoceanboundarylayersAir-seafluxofCO2andotherlong-livedradiativelyactivegasesSeaWIFS,NASA/GFSC&ORBIMAGEOcean-AtmosphereBiogeochemical100Processesresponsiblefortheexchangeofmass,momentum,andheattransport.DMS（二甲基硫化物dimethylsulfide）emissionfrommarineplankton（浮游生物）tosulfateaerosol（硫酸鹽氣溶膠）andglobalclimateProcessesresponsibleforthe101地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件10244%oftheworld’spopulationlivewithin150kmofacoastlineLand-OceanAnthropogenicinfluencesontherivercatchment&coastalzoneinteractionFate&transformationofmaterialsincoastal&shelfwatersTowardscoastalsystemsustainabilitybymanagingland-oceaninteractionsVulnerabilityofcoastalsystems&hazardstohumansocietiesImplicationsofglobalchange&land&seauseoncoastaldevelopment44%oftheworld’spopulation103地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件104Howwillchangeinthelanduse,sealevelandclimatealtercoastalecosystemsandwhatarethewiderconsequences?Howwillchangeinthelandus105PastGlobalChangesPaleoclimatesandenvironmentsoftheNthandSthHemisphere(Pole-Equator-Poletransects)InternationalMarineGlobalChangesCLIVAR/PAGESIntersectionPolarProgrammesPastEcosystemProcessesandHuman-EnvironmentInteractionsTheicecaponKilimanjaroismeltingsofastitmaydisappearby2020Thompsonetal(2002)PastGlobalChangesPaleoclimat106地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-ppt課件107Analysis,IntegrationandModellingintheEarthSystemNewfoci:EarthSystemmodellingatvariouscomplexitiesModular-declarativemodellingandexchangeablecodeFormalisationofthehumandimensionsintheEarthSystemIntegratedEarthSystemscenariosEarthSystemAtlasAIMESAnalysis,IntegrationandMode108Source:M.ClaussenCLIMBERSource:M.ClaussenCLIMBER109GlobalChangeGlobalChange110anintegratedstudyoftheEarthSystem,thechangesoccurringtotheSystem,andtheimplicationsforglobalsustainability.EarthSystemSciencePartnership

DIVERSITAS,IGBP,IHDP,WCRPanintegratedstudyoftheEar111JointprojectsonglobalsustainabilityissuesCarbon,Food,Water,HealthRegionalactivitiesSTARTforcapacitybuildingIntegratedRegionalStudiesGlobalchangeopenscienceconferencesESSPActivitiesJointprojectsonglobalsusta112HealthHealth113CarbonCyclePatternsandvariability:whatarethegeographicalandtemporalpatternsofcarbonsourcesandsinks?Processes,controlsandinteractions:whatarethecontrolsandfeedbackmechanisms-naturalandanthropogenic-thatdeterminethedynamicsofthecarboncycleonscalesofyearstomillennia?Managementofthecarboncycle:whatarethefuturedynamicsofthecarbon-climatesystemandwhatarethepointsofinterventionandwindowsofopportunityformanagingthissystem?CarbonCyclePatternsandvaria114WaterResourcesWhataretherelativemagnitudesofchangesintheglobalwatersystem(GWS)duetohumanactivitiesandenvironmentalfactors?WhatarethesocialandEarthSystemfeedbacksofhuman-drivenchangetotheglobalwatersystem?TowhatextentistheGWSresilientandadaptabletoglobalchange?WaterResourcesWhatarethere115FoodProvisionFooddemandsarechanging:Howwillglobalenvironmentalchange(GEC)affectfoodprovisionandvulnerability?HowmightsocietiesandproducersadapttheirfoodsystemstocopewithGEC?Whatwouldbetheenvironmentalandsocioeconomicconsequencesofsuchadaptations?FoodProvisionFooddemandsare116HumanHealth

UnderDevelopmentProjectGoals:Todeterminethepast,current,andfuturehealthimpactsofglobalenvironmentalchange.Toenrichthepolicydiscussionaboutmitigationandadaptionfromahumanhealthperspective.HumanHealth

UnderDevelopment117Malaria（瘧疾）Malaria（瘧疾）118IntegratedRegionalStudies

assesstheinfluenceofregionalprocessesonEarthSystemfunctioning(andvice-versa)beintegrative(naturalandsocialsciences,allcomponentsoftheEarthSystem,planningtosynthesis)contributesoundscientificunderstandinginsupportofsustainabledevelopmentintheregionbescientifically-drivenbyscientistsintheregion,withglobalcollaboration

IntegratedRegionalStudies

as119LargeScaleBiosphere-AtmosphereExperimentinAmazonia(LBA)80researchgroups-600scientistshowdoesAmazoniafunctionasaregionalentity(e.g.water,energy,aerosol,carbon,nutrientandtrace-gascycles)?howwillchangesinlanduseandclimateaffectthebiological,chemicalandphysicalfunctioningofAmazonia,includingitssustainabilityandinfluenceonglobalclimate?LargeScaleBiosphere-Atmosphe120AMMA‘CONTINENTAL’WINDOWAMMA‘CONTINENTAL’WINDOW121SysTemforAnalysisResearchandTrainingDevelopasystemofregionalnetworksofcollaboratingscientistsandinstitutions.Enhancescientificcapacityindevelopingcountries,bystrengtheningandconnectingexistinginstitutions,trainingglobalchangescientistsandimprovingtheiraccesstodataandresults.Helpmobilisetheresourcesrequiredtoaugmentexistingglobalchangescientificcapabilities,infrastructureandactivitiesindevelopingcountries.SysTemforAnalysisResearcha1222.3全球變化的人為驅動2.3全球變化的人為驅動123IntroducingHumanDynamicsTheEarthSystemwillhavetobeviewedasasinglesysteminwhichinteractionsbetweennaturalandsocialsystemsplayacrucialrole.TheresearchcommunitiesinvolvedwillhavetofindacommonlanguageIntroducingHumanDynamicsThe124COUPLEDHUMAN-ENVIRONMENTSYSTEMINSTITUTIONS(Banking,judicial,Education)POLICY(Incentives,Conservation,Landtenure)CULTURE(Perception,values,Ethics)ECONOMY(valuation,cost-profit,discounting)DEMOGRAPHICS(Number,gender,Consumption,age)BioGeochemistry(soilfertility,OMlevels,Fluxes)BioDiversity(Species,community,Landscape,Genetic,Functional)BioPh