1、环境地学环境地学7.1 环境地学的学科性质、地位与作用环境地学的学科性质、地位与作用7.2 人类人类-地球环境复合系统地球环境复合系统7.3 人人-地环境复合系统的整体性及各圈层间的地环境复合系统的整体性及各圈层间的影响与响应影响与响应7.4 环境地学的发展趋势环境地学的发展趋势 主要内容主要内容环境地学环境地学7.1 7.1 环境地学的学科性质、地位与作用环境地学的学科性质、地位与作用环境地学环境地学 环境地学是以环境地学是以人人- -地复合系统地复合系统为研究对象，研究其发生、为研究对象，研究其发生、演变、组成、结构、特性和功能，及其演变、组成、结构、特性和功能，及其整体行为对人类整体行为
2、对人类（以及生物）的影响和作用以及（以及生物）的影响和作用以及人类（生物）对系统发展人类（生物）对系统发展变化的反应或相应，据此制定合理改造、利用和保护资源变化的反应或相应，据此制定合理改造、利用和保护资源与环境优化控制和调节的途径与措施，与环境优化控制和调节的途径与措施，使人类与环境相协使人类与环境相协调调，达到可持续发展目的的学科。，达到可持续发展目的的学科。环境地学环境地学 研究内容：研究内容： 地球环境系统变化；物质、能量和信息的迁移、转地球环境系统变化；物质、能量和信息的迁移、转化和交换过程；环境质量及其演变规律；以地表环境系化和交换过程；环境质量及其演变规律；以地表环境系统为中心的
3、延伸与扩展；发展并完善完整的环境地学理统为中心的延伸与扩展；发展并完善完整的环境地学理论体系。论体系。 2. 2. 分支学科：环境地质学、环境水文学、环境土壤学、分支学科：环境地质学、环境水文学、环境土壤学、环境地球化学、环境海洋学、污染气象学等。环境地球化学、环境海洋学、污染气象学等。环境地学环境地学3. 3. 研究思想：地球系统科学研究思想：地球系统科学 演化观、循环观、系统观、空间尺度观。演化观、循环观、系统观、空间尺度观。4. 4. 研究的问题研究的问题 第一环境问题第一环境问题：是指自然界本身所存在的因素变化：是指自然界本身所存在的因素变化产生的对人类生存环境的破坏（和恶化）问题。产
4、生的对人类生存环境的破坏（和恶化）问题。 第二环境问题第二环境问题：是指由于人类生产活动和生活活动：是指由于人类生产活动和生活活动所产生的对环境的破坏（和恶化）问题。所产生的对环境的破坏（和恶化）问题。环境地学环境地学 地位：环境科学的一门支柱性、基础性分支学科。地位：环境科学的一门支柱性、基础性分支学科。 作用：建立了生命系统与非生命系统之间的关系，起着作用：建立了生命系统与非生命系统之间的关系，起着将各分支学科有机联系在一起的将各分支学科有机联系在一起的“纽带纽带”作用。作用。环境地学环境地学7.2 7.2 人类人类- -地球复合系统地球复合系统环境地学环境地学7.2 7.2 人类人类-
5、-地球复合系统地球复合系统 什么是人类什么是人类- -地球复合系统地球复合系统? ? 人类地球环境复合系统是由人类地球环境复合系统是由人类社会人类社会和和地球环境地球环境两两大系统偶合成的、远离平衡态的、复杂而有序的开放巨大系统偶合成的、远离平衡态的、复杂而有序的开放巨系统。系统。 人人- -地复合系统主要包括哪几部分？地复合系统主要包括哪几部分？ 大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、冰冻圈、生物圈大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、冰冻圈、生物圈和智慧圈。和智慧圈。环境地学环境地学7.2.1 7.2.1 人类人类- -地球环境复合系统地球环境复合系统（1 1）气候系统）气候系统气候系统是由大气圈下层、水
6、圈、冰冻圈、生物圈、气候系统是由大气圈下层、水圈、冰冻圈、生物圈、土壤圈和岩石圈上部所组成的整个体系。它们之间存在着土壤圈和岩石圈上部所组成的整个体系。它们之间存在着密切而复杂的相互作用。密切而复杂的相互作用。（2 2）大气环境与边界层中的空气污染）大气环境与边界层中的空气污染大气是地球系统中最活跃、变化最大的部分，作为人大气是地球系统中最活跃、变化最大的部分，作为人类类- -地球复合系统中子系统之一的大气圈是人类生存环境的地球复合系统中子系统之一的大气圈是人类生存环境的重要组成部分。重要组成部分。环境地学环境地学大气环境及空气污染大气环境及空气污染大气环境大气环境是地球系统中以大气为中心介质
7、的自然环境，通常是地球系统中以大气为中心介质的自然环境，通常指大气圈中与人类关系密切的臭氧层及其以下的部分，尤其是指大气圈中与人类关系密切的臭氧层及其以下的部分，尤其是指边界层内的大气状态。指边界层内的大气状态。大气污染大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此危害进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。 人为排放是造成空气污染、尤其是局地空气污染的主要原人为排放是造成空气污染、尤其是局地空气污
8、染的主要原因。因。环境地学环境地学空气污染物的分类及特点空气污染物的分类及特点环境地学环境地学污染物在大气中的弥散及研究方法污染物在大气中的弥散及研究方法 广义的大气弥散广义的大气弥散泛指进入大气的污染物通过风、泛指进入大气的污染物通过风、湍流、抬升、下沉、干湿沉降、化学转化等过程在空湍流、抬升、下沉、干湿沉降、化学转化等过程在空间逐渐分散、稀释的现象。间逐渐分散、稀释的现象。它虽有助于缓解局地大气污染，但会扩大污染物它虽有助于缓解局地大气污染，但会扩大污染物的影响范围，可能会导致二次污染的形成，或将污染的影响范围，可能会导致二次污染的形成，或将污染转移到土壤及水体中去。转移到土壤及水体中去。
9、其研究方法一般分数学模拟、室内流体物理模拟其研究方法一般分数学模拟、室内流体物理模拟（如风洞、水槽、对流室模拟）及现场实验。（如风洞、水槽、对流室模拟）及现场实验。环境地学环境地学（3 3）大气圈的能量循环与物质循环）大气圈的能量循环与物质循环 大气圈的能量循环大气圈的能量循环 地球系统的辐射平衡地球系统的辐射平衡 大气和海洋的能量交换大气和海洋的能量交换 大气和陆地的能量交换大气和陆地的能量交换环境地学环境地学大气圈的水循环大气圈的水循环 海洋和大气间的水汽交换海洋和大气间的水汽交换 大气中的水汽运输大气中的水汽运输 生物圈驱动的水汽循环生物圈驱动的水汽循环环境地学环境地学 海海-气耦合系统
10、气耦合系统 植物的作用植物的作用 冰层覆盖冰层覆盖（4）气候系统与大气圈能量及水分循环的关系气候系统与大气圈能量及水分循环的关系环境地学环境地学（5）人类活动对大气圈的影响及其环境效应人类活动对大气圈的影响及其环境效应 温室效应：温室效应：CO2、CH4、N2O、CFCs(氯氟烃类氯氟烃类) 酸雨酸雨 臭氧层屏蔽作用的破坏及影响臭氧层屏蔽作用的破坏及影响 光化学烟雾光化学烟雾环境地学环境地学（5）空气资源的价值及保护空气资源的价值及保护通过动物的呼吸，新鲜空气中含有的氧气由血液输送到体内通过动物的呼吸，新鲜空气中含有的氧气由血液输送到体内各组织和细胞并参与各种生化反应和代谢过程，才能使生命得各
11、组织和细胞并参与各种生化反应和代谢过程，才能使生命得以延续。以延续。空气还是第一性生产者空气还是第一性生产者植物的呼吸及正常生理反应中必植物的呼吸及正常生理反应中必不可少的物质。空气运动除了能促进物质、热量和水汽的交不可少的物质。空气运动除了能促进物质、热量和水汽的交换，产生形形色色的大气现象、为人类提供清洁的风能外，还换，产生形形色色的大气现象、为人类提供清洁的风能外，还是植物种子传播的重要途径。是植物种子传播的重要途径。地球大气温室效应还大大抑制了地面温度的剧烈变化；保护地球大气温室效应还大大抑制了地面温度的剧烈变化；保护了地球上的生物不受宇宙射线和流星的伤害；为工农业生产提了地球上的生物
12、不受宇宙射线和流星的伤害；为工农业生产提供了丰富的原料。供了丰富的原料。环境地学环境地学但对于某个区域（如城市、山谷、盆地）来说，大气但对于某个区域（如城市、山谷、盆地）来说，大气对人类活动排放于其中的污染物的自净、稀释能力是有限对人类活动排放于其中的污染物的自净、稀释能力是有限的。如果超过了其大气环境容量的阈值，环境空气质量将的。如果超过了其大气环境容量的阈值，环境空气质量将明显恶化。除了加强宣传教育，提高环境意识，实行清洁明显恶化。除了加强宣传教育，提高环境意识，实行清洁生产，优化产业结构，提高森林面积（图生产，优化产业结构，提高森林面积（图7-27-2）之外，保护）之外，保护空气资源，改
13、善环境空气质量还须采取法律手段以及经济空气资源，改善环境空气质量还须采取法律手段以及经济手段。手段。环境地学环境地学图图 7-2 19802019世界森林面积的变化世界森林面积的变化（引自世界资源报告，（引自世界资源报告，UNDP,UNEP,WB,WRI，2019）环境地学环境地学7.2.2 7.2.2 水环境与海洋环境水环境与海洋环境（1 1）水循环的基本类型）水循环的基本类型 大循环：大循环：发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，由于广及全球，故名大循环，又称外循环。由于广及全球，故名大循环，又称外循环。 小循环：小循环：发生于海洋与大气之间，或陆
14、地与大气之间的发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水分交换过程。小循环又称内部循环，前者又可称为海洋水分交换过程。小循环又称内部循环，前者又可称为海洋小循环，后者称陆地小循环。小循环，后者称陆地小循环。环境地学环境地学水量平衡是水循环的数量表示。即在一定的时域水量平衡是水循环的数量表示。即在一定的时域空间内，水分在循环、转化过程中，其数量遵循质空间内，水分在循环、转化过程中，其数量遵循质量守恒定律，收入的水量与支出的水量之间的差额量守恒定律，收入的水量与支出的水量之间的差额必等于该区域（或水体）内蓄水的变化量（图必等于该区域（或水体）内蓄水的变化量（图7-37-3）。）。 水循环是地球上客
15、观存在的自然现象，水量平衡水循环是地球上客观存在的自然现象，水量平衡是水循环的内在规律。是水循环的内在规律。（2）水量平衡水量平衡环境地学环境地学图图7-3全球水文循环过程（根据全球水文循环过程（根据Moore,2019重绘）重绘）环境地学环境地学（3）水体污染与水体自净水体污染与水体自净当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自净能力，使水体的水质和水体底其含量超过了水体的自净能力，使水体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物组成发生变化，从而降低了质的物理、化学性质或生物组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的
16、现象，被称作为水体的使用价值和使用功能的现象，被称作为水体污染水体污染。污染物进入水体后，通过复杂的物理、化学和生物污染物进入水体后，通过复杂的物理、化学和生物等方面的作用，使污染物的浓度逐渐降低，经过一段时等方面的作用，使污染物的浓度逐渐降低，经过一段时间后，水体将恢复到受污染前的状态，这一现象就称为间后，水体将恢复到受污染前的状态，这一现象就称为水体的自净作用水体的自净作用。环境地学环境地学水体的净化作用，按其净化机制，可分为三种净化类型： 物理净化：物理净化：污污染物在水体中由于混合、稀释、扩散、染物在水体中由于混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等作用，而使污染物质在水体中浓度降低的挥发、沉淀
17、等作用，而使污染物质在水体中浓度降低的过程。过程。 化学净化：化学净化：污污染物在水体中以简单或复杂的离子或分染物在水体中以简单或复杂的离子或分子状态迁移，并发生化学性质或形态、价态上的转化，使子状态迁移，并发生化学性质或形态、价态上的转化，使水质发生化学性质的变化，但不参与生物作用。水质发生化学性质的变化，但不参与生物作用。 生物净化：生物净化：水水体中的污染物在生物新陈代谢过程中，体中的污染物在生物新陈代谢过程中，通过生物的吸收、降解作用使环境污染物的浓度与毒性通过生物的吸收、降解作用使环境污染物的浓度与毒性减弱以至消失。减弱以至消失。环境地学环境地学海洋环境海洋环境地球上面积广大的连续水
18、域通称海洋，其面地球上面积广大的连续水域通称海洋，其面积占地表总面积的积占地表总面积的70.8%70.8%。海水的形成与地球物。海水的形成与地球物质整体演化作用有关。一般认为海水是地球内部质整体演化作用有关。一般认为海水是地球内部物质排气作用的产物，即水汽和其它气体是通过物质排气作用的产物，即水汽和其它气体是通过岩浆活动和火山作用不断从地球内部排出的。岩浆活动和火山作用不断从地球内部排出的。（4 4）海洋环境及海）海洋环境及海- -气、海气、海- -陆相互作用陆相互作用环境地学环境地学a.a.热量交换：热量交换：海洋以对流、传导（感热），蒸发（潜海洋以对流、传导（感热），蒸发（潜热）、热辐射等
19、形式向大气输送能量，这是排熵的过程。热）、热辐射等形式向大气输送能量，这是排熵的过程。其结果使海洋上空大气的运动变化无常，形成丰富多彩的其结果使海洋上空大气的运动变化无常，形成丰富多彩的天气现象。天气现象。b.b.动量交换：动量交换：在海在海- -气界面上，动量交换主要表现在气界面上，动量交换主要表现在大气通过风应力向海洋提供动量，从而形成海浪和洋流，大气通过风应力向海洋提供动量，从而形成海浪和洋流，并导致大范围的能量与物质输送。并导致大范围的能量与物质输送。 c. c.物质交换：物质交换：通过蒸发与降水实现的水分交换是海通过蒸发与降水实现的水分交换是海- -气界面物质交换最主要的过程。气界面
20、物质交换最主要的过程。海海- -气相互作用气相互作用环境地学环境地学a.a.物质交换：物质交换：入海河流将从陆地携带的泥沙输入入海河流将从陆地携带的泥沙输入海洋。海洋。与此同时，陆地的营养物质和污染物质如与此同时，陆地的营养物质和污染物质如N2N2、P P等的化合物也等的化合物也随之排入海洋。随之排入海洋。b.b.动量交换：动量交换：在海陆交替的海岸带，受波浪冲击在海陆交替的海岸带，受波浪冲击而存而存在着海蚀作用，使岩石发生坍塌。在着海蚀作用，使岩石发生坍塌。c.c.海平面变化：海平面变化：由于全球气候变暖，使海水膨胀、极由于全球气候变暖，使海水膨胀、极地冰原和大陆冰川融化，导致海平面上升。地
21、冰原和大陆冰川融化，导致海平面上升。海海- -陆相互作用陆相互作用环境地学环境地学冰雪覆盖冰雪覆盖对全球气候和环境具有很重要的影响。对全球气候和环境具有很重要的影响。由于冰雪具有很高的表面反射率，可大大减少下垫由于冰雪具有很高的表面反射率，可大大减少下垫面对太阳辐射的吸收；冰雪具有较低的热传导率，面对太阳辐射的吸收；冰雪具有较低的热传导率，可减弱冰雪盖下面介质的热量垂直传导。冰川是气可减弱冰雪盖下面介质的热量垂直传导。冰川是气候和地貌的产物，但它又对气候和地貌产生强烈影候和地貌的产物，但它又对气候和地貌产生强烈影响。冰川覆盖的山区降水量往往高于无冰川覆盖的响。冰川覆盖的山区降水量往往高于无冰川
22、覆盖的山区。山区。（5 5）冰雪下垫面对气候变化的影响）冰雪下垫面对气候变化的影响环境地学环境地学7.2.3 其他圈层的地位与作用（1）岩石圈与人类生存、发展的关系岩石圈与人类生存、发展的关系 岩石圈岩石圈是由各种岩石组成的固体地球最外层，其垂直结是由各种岩石组成的固体地球最外层，其垂直结构包括构包括地壳和上地幔顶部的橄榄岩层地壳和上地幔顶部的橄榄岩层。它是土壤和生命所。它是土壤和生命所必需的大量矿产资源和多种燃料的源地，与人类的生存、必需的大量矿产资源和多种燃料的源地，与人类的生存、发展密切相关。今后相当长时间内，人类社会所需的发展密切相关。今后相当长时间内，人类社会所需的80%80%以以上
23、的原材料和上的原材料和90%90%的能源均将取自岩石圈。的能源均将取自岩石圈。环境地学环境地学（2 2）土壤环境与土地覆被变化的环境效应）土壤环境与土地覆被变化的环境效应 土壤土壤是指位于地球陆地表面的具有一定肥力而能够生是指位于地球陆地表面的具有一定肥力而能够生长植长植物的疏松表层，是岩石、地形、气候、生物、时间和人类活动物的疏松表层，是岩石、地形、气候、生物、时间和人类活动等成土因素综合作用的产物。等成土因素综合作用的产物。 土壤肥力土壤肥力是土壤为植物生长供应和协调营养因素以及协调是土壤为植物生长供应和协调营养因素以及协调环境条件的能力。土壤环境在整个地球表层环境系统中处于大环境条件的能
24、力。土壤环境在整个地球表层环境系统中处于大气圈、水圈、岩石圈及生物圈的交接地带，是联结无机环境和气圈、水圈、岩石圈及生物圈的交接地带，是联结无机环境和有机环境的纽带。有机环境的纽带。环境地学环境地学 土地覆被土地覆被是指地球表层的植被覆盖物和人工覆盖物的总是指地球表层的植被覆盖物和人工覆盖物的总称。土地利用是土地覆被变化的外在驱动力，而土地覆被也称。土地利用是土地覆被变化的外在驱动力，而土地覆被也会通过反馈来影响土地利用的方式。会通过反馈来影响土地利用的方式。 土地覆被的特点对气候、全球生物地球化学循环、陆地土地覆被的特点对气候、全球生物地球化学循环、陆地生物种类的丰度和组成都具有重要的影响。
25、生物种类的丰度和组成都具有重要的影响。 土地利用与土地覆被变化可通过改变地表反射率、温室土地利用与土地覆被变化可通过改变地表反射率、温室气体和痕量气体的含量来影响区域气候。同时，影响着能量气体和痕量气体的含量来影响区域气候。同时，影响着能量交换、水交换、侵蚀与堆积、生物循环和作物生产等土壤主交换、水交换、侵蚀与堆积、生物循环和作物生产等土壤主要生态过程。要生态过程。环境地学环境地学生物圈与人生物圈与人- -地环境复合系统中其它各圈层的相地环境复合系统中其它各圈层的相互影响、相互作用，正是促使整个复合系统永不停互影响、相互作用，正是促使整个复合系统永不停息地演化与发展的重要一环。生物圈与土壤、水
26、和息地演化与发展的重要一环。生物圈与土壤、水和大气等圈层共同构成了人类生态环境。通过能量和大气等圈层共同构成了人类生态环境。通过能量和物质在各圈层内及圈层间的流动、交换，地球系统物质在各圈层内及圈层间的流动、交换，地球系统的平衡与稳定才得以维系。的平衡与稳定才得以维系。（3 3）生物圈与人）生物圈与人地环境复合系统的关系地环境复合系统的关系环境地学环境地学智慧圈的主体是人，而各种人文过程与人文现象的智慧圈的主体是人，而各种人文过程与人文现象的总体所表现的主要特征是其社会性。人类社会的各种总体所表现的主要特征是其社会性。人类社会的各种活动都是彼此相联并结合成一个社会整体进行的。智活动都是彼此相联
27、并结合成一个社会整体进行的。智慧圈的形成和发展历史，实质上就是人类社会、经济、慧圈的形成和发展历史，实质上就是人类社会、经济、政治、文化和技术的发展不断对自然环境系统影响与政治、文化和技术的发展不断对自然环境系统影响与作用，并使之逐渐演变为人作用，并使之逐渐演变为人- -地关系演进的历史。地关系演进的历史。（4 4）智慧圈与人）智慧圈与人地关系地关系环境地学环境地学7.3 7.3 人类人类- -地球环境复合系统的整体性地球环境复合系统的整体性及各圈层间的影响与响应及各圈层间的影响与响应环境地学环境地学7.3.1 7.3.1 人人- -地环境复合系统的整体性地环境复合系统的整体性人类人类- -地
28、球环境复合系统的整体行为涉及地球各圈层的地球环境复合系统的整体行为涉及地球各圈层的相互作用，其中的物理、化学、生物过程和人文过程交织相互作用，其中的物理、化学、生物过程和人文过程交织在一起，表现出复合系统有机统一的整体特性，使全球与在一起，表现出复合系统有机统一的整体特性，使全球与地区、宏观与微观、地球环境与生命过程紧密结合。地区、宏观与微观、地球环境与生命过程紧密结合。环境地学环境地学7.3.2 7.3.2 各圈层间及圈层内的相互作用各圈层间及圈层内的相互作用各圈层间的相互各圈层间的相互作用最重要的是作用最重要的是海海- -气相互作用、气相互作用、陆陆- -气相互作用和气相互作用和陆陆- -
29、海相互作用。海相互作用。环境地学环境地学下垫面状况决定太阳辐射在地表的分配下垫面状况决定太阳辐射在地表的分配, , 并影响气候系统。湿地、并影响气候系统。湿地、森林、城市等的地表变化是温室气体森林、城市等的地表变化是温室气体COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O等的重要源。植等的重要源。植被可增加地表吸收的太阳辐射能，减少地表向下传输的热通量，降被可增加地表吸收的太阳辐射能，减少地表向下传输的热通量，降低地面有效辐射。低地面有效辐射。土地覆被一旦发生变化，便可影响气候系统的水分交换、侵蚀与堆土地覆被一旦发生变化，便可影响气候系统的水分交换、侵蚀与堆积、生物循环和作物生产等土壤主要生
30、态过程和养分的迁移；造成积、生物循环和作物生产等土壤主要生态过程和养分的迁移；造成土地退化、水资源短缺、生物多样性减少等一系列生态环境问题。土地退化、水资源短缺、生物多样性减少等一系列生态环境问题。因而，城市建成区面积所占比例过大因而，城市建成区面积所占比例过大, ,必然会导致局地环境质量下降。必然会导致局地环境质量下降。7.3.3 7.3.3 人文过程的干扰人文过程的干扰当前人类活动对地表系统影响的特点主要体现在两个方面：人类科学技术的创造力与日俱增；对生态环境破坏的规模愈来愈具有区域性和全球性特征。环境地学环境地学2019年欧年欧洲一些城市的建成区面积洲一些城市的建成区面积环境地学环境地学7.4 7.4 环境地学的发展趋势环境地学的发展趋势环境地学环境地学
