1、地球环境及其变迁地球环境及其变迁 第 10 章 环境变迁与气候变化环境变迁与气候变化 地史中的生物绝灭与环境变迁地史中的生物绝灭与环境变迁 人类与环境变迁人类与环境变迁第十章 地球环境及其变迁环境变迁与气候变化环境变迁与气候变化 第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 地球历史中曾多次出现大规模冰期和暖期地球历史中曾多次出现大规模冰期和暖期的交替。最近三次全球规模大冰期出现于的交替。最近三次全球规模大冰期出现于第四纪（第四纪（2 23 3百万年前）、石炭百万年前）、石炭二叠纪二叠纪（2.72.73.13.1亿年前）和晚元古代后期（约亿年前）和晚元古代后期（约7.07.07.57.5亿年
2、前），间隔分别为亿年前），间隔分别为2.62.63.93.9亿年。亿年。大冰期内部存在明显的冰期和间冰期冷暖气候交替旋回。第四纪的冰期旋回第四纪的冰期旋回(P284)(P284)2020世纪初，彭克和布吕克纳：经典世纪初，彭克和布吕克纳：经典的的4 4次冰期模式。次冰期模式。1955195519591959年意大利埃米利亚尼：年意大利埃米利亚尼：在代表在代表9090万年时限的万年时限的13m13m长岩芯中，长岩芯中，发现了发现了1111个波动周期。个波动周期。19821982，刘东生：黄土层反映古气候，刘东生：黄土层反映古气候的冷暖旋回。的冷暖旋回。迄今为止，第四纪迄今为止，第四纪240240
3、万年以来已经万年以来已经累计识别出至少累计识别出至少2424个气候旋回，反个气候旋回，反映了冰期和间冰期的频繁交替。映了冰期和间冰期的频繁交替。气候突变及其成因解释（气候突变及其成因解释（P286P286）海因里希事件海因里希事件(突发性降温事件)新仙女木事件新仙女木事件 气候温暖的气候温暖的EemianEemian间冰期的气间冰期的气候突变现象候突变现象 第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 (冰期向间冰期过渡时的返冰期气候现象)米兰科维奇轨道周期海因里希事件 英文名称：英文名称：Heinrich event 定义：定义：1988年海因里希(H.Heinrich)根据北大西洋3个深
4、海岩芯，发现末次冰期地层中有大于150m冰漂碎屑含量和冷水浮游有孔虫(左旋)Neogloboquadrina pachyderma含量增多的现象所定出的H1H6的变冷事件。新仙女木事件 1.29万年前，北美长毛猛犸象、剑齿虎、骆驼和树獭、美洲狮突然灭绝，与此同时，克劳维斯人也突然消失。此后，地球经历了一个长达1300年的气候强变冷的“春寒期”，即新仙女(YoungerDryas)期。新仙女木事件 美国科学家称，对北美纳米钻石的研究表明，大约1.29万年前，一大团彗星袭击了地球，造成地球的气温骤降，导致了长毛猛犸象和其他生物的灭绝，也让美国印第安克劳维斯人从此消失。该研究成果发表在1月2日出版的
5、科学杂志上 美国俄勒冈州立大学考古学家东凯内特领导的团队在1.29万年前的沉积物中发现了这些肉眼几乎看不见的钻石，并进行了研究，这些钻石散落于北美很多地方的泥土中，其中一处更是位于亚利桑那州梅利泉的克劳维斯遗址之上 影视作品 后天描绘的是以美国为代表的地球一天之内突然急剧降温，进入冰川期的科幻故事。故事中，气候学家杰克霍尔(丹尼斯奎德饰演)在观察史前气候研究后指出，温室效应带来的全球暖化将会引发地球空前灾难。冰河世纪在地质历史上曾经出现过气候寒冷的大规模冰川活动的时期，称为冰期（iceage）。这种冰期曾经有过三次，即前寒武晚期、石炭二叠纪和第四纪。第四纪冰期的遗迹最多，如斯堪的纳维亚半岛的峡
6、湾，北欧、中欧、北美众多的冰碛残丘，阿尔卑斯山的U型谷和陡峭的山峰，法国和瑞士交界处侏罗山巨大的冰漂砾等，都是第四纪冰川作用留下的产物。故事围绕着三只冰河时期的史前动物和一个人类弃婴 展开 米兰科维奇循环 米兰科维奇循环（Milankovich cycles），一个地球气候变动的集合影响。米兰科维奇，米留廷(18791958)，南斯拉夫气候学家，他提出了地球冰期循环是地球轨道变化改变了季节之间的热平衡而引起的理论。气候变化存在着三个天文周期：每隔2万年，地球的自转轴倾角变化一个周期（称为岁差）；每隔4万年，地球黄道与赤道的交角变化一个周期；每隔10万年，地球公转轨道的偏心率变化一个周期 艾木间
7、冰期（Eemian interglacial stage）:间冰期气候间冰期气候是指两次冰川活动期之间比较温暖的气候 是北欧魏奇塞冰期与莎勒冰期间的一个气候温暖期。这个时期气候转暖，冰盖大规模消融，欧洲北部普遍发生自北极海向南的海侵，同时温带森林向北扩展，北部边界可达北纬60。据氧同位素资料，当时气候比当地现今的气候更为温暖潮湿 地史中的生物绝灭与环境变迁地史中的生物绝灭与环境变迁 1 12 23 34 45 50 0第一次集群绝灭事件在距今在距今4.4亿年前的亿年前的奥陶纪末期奥陶纪末期，是地球史上，是地球史上第三大第三大的物种灭绝事件，约的物种灭绝事件，约85%的物种灭亡。的物种灭亡。古生
8、物学家认为这次物种灭绝是由古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候全球气候变冷变冷造成的。造成的。在大约在大约4.4亿年前，现在的撒哈拉所在的陆地亿年前，现在的撒哈拉所在的陆地曾经位于南极，当陆地汇集在极点附近时，曾经位于南极，当陆地汇集在极点附近时，容易造成厚厚的积冰容易造成厚厚的积冰-奥陶纪正是这种情形。奥陶纪正是这种情形。大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地球的温度下降，冰川锁住了水，海平面也降球的温度下降，冰川锁住了水，海平面也降低了，原先丰富的沿海生物圈被破坏了，导低了，原先丰富的沿海生物圈被破坏了，导致了致了85%的物种灭绝。的物种灭绝。第十章
9、第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 第二次集群绝灭事件在距今约在距今约3.65亿年前的亿年前的泥盆纪后期泥盆纪后期，历历经两个高峰，中间间隔经两个高峰，中间间隔100万年，是地球万年，是地球史上史上第四大第四大的物种灭绝事件，海洋生物的物种灭绝事件，海洋生物遭到重创。遭到重创。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 第三次集群绝灭事件距今约距今约2.5亿年前的亿年前的二叠纪末期二叠纪末期，估计地球估计地球上有上有96%的物种灭绝，其中的物种灭绝，其中90%的海洋生物的海洋生物和和70%的陆地脊椎动物灭绝，的陆地脊椎动物灭绝，是地球是地球史上最史上最大也是最严重大也是最严重的物种灭
10、绝事件，使得占领海的物种灭绝事件，使得占领海洋近亿年的主要生物从此衰败并消失，让洋近亿年的主要生物从此衰败并消失，让位于新生物种类，生态系统也获得了一次最位于新生物种类，生态系统也获得了一次最彻底的更新，为彻底的更新，为恐龙类等爬行类动物的进化恐龙类等爬行类动物的进化铺平了道路铺平了道路。普遍认为，这一大灭绝是地球。普遍认为，这一大灭绝是地球历史从历史从古生代向中生代古生代向中生代转折的里程碑。转折的里程碑。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 第四次集群绝灭事件距今距今1.95亿年前的亿年前的三叠纪末期三叠纪末期，估计有，估计有76%的物种，其中主要是的物种，其中主要是海洋生物海洋
11、生物在这次在这次灭绝中消失。灭绝中消失。这一次灾难并没有特别明这一次灾难并没有特别明显的标志，只发现海平面下降之后又上升显的标志，只发现海平面下降之后又上升了，出现了，出现了大面积缺氧了大面积缺氧的海水。的海水。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 第五次集群绝灭事件距今距今6500万年前白垩纪末期，万年前白垩纪末期，是地球史上是地球史上第二大生物大灭绝事件第二大生物大灭绝事件，约，约75%-80%的的物种灭绝。这一次大灭绝事件因长达物种灭绝。这一次大灭绝事件因长达1.4亿亿年之久的年之久的恐龙时代在此终结恐龙时代在此终结而闻名，而闻名，海海洋中的菊石类也一同消失。洋中的菊石类也一同
12、消失。其最大贡献在于消灭了地球上处于霸主地其最大贡献在于消灭了地球上处于霸主地位的恐龙及其同类，位的恐龙及其同类，并为并为哺乳动物及人哺乳动物及人类类的最后登场提供了契机。的最后登场提供了契机。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 人类正人类正 导演导演 地球史上第地球史上第6 6次生物大灭绝次生物大灭绝 人口急速增长、全球气温变暖和自然环境恶化人口急速增长、全球气温变暖和自然环境恶化，使地球上的生物正在经历有史以来第六次大灭绝。使地球上的生物正在经历有史以来第六次大灭绝。英国皇家学会会员、剑桥大学教授西蒙英国皇家学会会员、剑桥大学教授西蒙莫瑞斯说：莫瑞斯说：“人类活动引起的全球气温
13、变暖与距今约人类活动引起的全球气温变暖与距今约45004500万年前万年前地球经历的一次气温变暖十分相似。它们都导致了大地球经历的一次气温变暖十分相似。它们都导致了大量动植物种类灭绝。量动植物种类灭绝。”国际自然资源保护联合会发表的国际自然资源保护联合会发表的“20042004年全球物年全球物种调查种调查”显示：全球有超过显示：全球有超过1500015000种种地球物种濒临灭地球物种濒临灭绝，灭绝速度超过了以往任何时候。自然杂志称，绝，灭绝速度超过了以往任何时候。自然杂志称，5050年后年后100100多万种多万种陆地生物将从地球上消失。陆地生物将从地球上消失。人类与环境变迁人类与环境变迁温室
14、气体排放与全球变温室气体排放与全球变暖暖 土地利用与土地退化土地利用与土地退化 生物多样性的减少生物多样性的减少 环境污染环境污染 第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 全球环境问题全球环境问题温室气体排放引起全球增暖；温室气体排放引起全球增暖；平流层臭氧破坏和耗损；平流层臭氧破坏和耗损；森林锐减和生物种锐减；森林锐减和生物种锐减；淡水资源短缺；淡水资源短缺；土地荒漠化；土地荒漠化；酸雨污染；酸雨污染；海洋资源破坏和污染；海洋资源破坏和污染；持久性有机污染物的污染。持久性有机污染物的污染。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 温室效应 二氧化碳公二氧化碳公认认是大是大气气中
15、形成中形成温室温室效效应应的主要的主要气体气体，可，可使使大自然中有自然的程序大自然中有自然的程序使二氧化碳使二氧化碳达达到平衡。到平衡。植物的呼吸作用及海水的溶解植物的呼吸作用及海水的溶解是最主是最主要的因素：植物透要的因素：植物透过过光合作用光合作用将将二氧化碳二氧化碳转变转变成氧，而海水吸收二氧化碳成氧，而海水吸收二氧化碳则将则将之之转转变变碳酸碳酸盐盐岩岩并并且沉且沉积积到海底下；到海底下；后后者需要者需要几几千年甚至千年甚至几万几万年的年的时间时间才才会会有明有明显显的效的效果。果。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 二氧化碳的变化自然界自然界调适调适二二氧化碳的增氧化碳
16、的增减减需要一定的需要一定的时时间间，而近一，而近一个个世世纪纪以以来来，大，大气气中的二氧化中的二氧化碳含量碳含量却却以以异异常的速率在增常的速率在增加中，而且和加中，而且和人人类类消耗化石消耗化石燃料的速率成燃料的速率成正比。正比。二氧化碳的变化热带热带雨林、原始森林的加速砍伐或焚雨林、原始森林的加速砍伐或焚毁毁，使得，使得大大气对气对二氧化碳及水二氧化碳及水气气的的调适调适能力能力减减弱。弱。近一近一个世纪个世纪大大气气中二氧化碳的增中二氧化碳的增加是人加是人类类活活动动造造成的，成的，其其增加率增加率已超越大自然已超越大自然调调适适的能力，的能力，导致导致大大气气不自然的暖不自然的暖化
17、化。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 大大气气大幅暖化大幅暖化后会后会造成什造成什么后么后果呢？果呢？有人有人预测预测大大气会变得气会变得得更得更为为凶暴。不凶暴。不过过最近最近计算机计算机的模的模拟却拟却指向相反的方向，是大指向相反的方向，是大气气的的温温度梯度度梯度变变小了，所以小了，所以风暴会减风暴会减少、少、减减弱。弱。但但气温气温增高的增高的结结果，必然使果，必然使冰川融解，冰川融解，海平面升高，海平面升高，许许多大都市及良田多大都市及良田会会被海水所被海水所淹淹没没，造成生，造成生态态的巨的巨变变。同。同时时大大气气的相的相对湿对湿度降低度降低，反而，反而变变得比得比
18、较干较干燥燥。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 京都议定书京都议定书 2005 2005年月日，旨在遏制年月日，旨在遏制全球气候变暖的京都议定书正全球气候变暖的京都议定书正式生效。这是人类历史上首次以法式生效。这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。规的形式限制温室气体排放。京都议定书规定，到京都议定书规定，到年，所有发达国家二氧化碳等年，所有发达国家二氧化碳等种温室气体的排放量，要比种温室气体的排放量，要比年减少年减少.。目前全球已有。目前全球已有个国家和地区签署该议定书，个国家和地区签署该议定书，其中包括个工业化国家。其中包括个工业化国家。臭氧洞臭氧洞平流平流层层臭氧
19、洞的臭氧洞的发现发现是是上上世世纪环纪环境境问题问题的的大新大新闻闻之一。之一。第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 19771977年英年英国国南南极测极测量量队队首次首次发发现现19841984年美年美国国NASANASA证实证实此此现现象象19791979年十年十月在南半月在南半球上空的球上空的臭氧臭氧总总量量由由图图上看，上看，此此时时臭氧臭氧量最少的量最少的地方是在地方是在南南极极洲上洲上空。空。1995年十月，南半球总臭氧量明显減少，特別是在高纬度地区。例如南极洲上空的臭氧总量已经減少到130 DU，大约只有1979年的六成，而且臭氧总量大幅減少的地区比南极洲还大，其面积
20、是欧洲大陆的二倍。北半球也有类似的情況，只是沒有南半球那么严重而已。图示1979年到 1992年北半球臭氧总量的变化情形，臭氧洞主要是在欧洲上空，美、加、中、日上空也开始变薄。臭氧臭氧层层稀薄的危稀薄的危害害破破坏人体坏人体的的免免疫疫系统系统引引发发白內障眼疾白內障眼疾增增加患皮加患皮肤肤癌的癌的机机率率大豆、瓜大豆、瓜类类、白菜、白菜类植类植物物生长停滞生长停滞，抗病抗病虫虫害能力降低害能力降低海洋浮游生物海洋浮游生物数数量下降，破量下降，破坏坏食物食物链链系统系统第十章第十章 地球环境及其变迁地球环境及其变迁 自然灾害的周期性和群发性自然灾害的周期性和群发性 自然灾害的复杂性和多因性自然
21、灾害的复杂性和多因性 一：灾害的周期性不仅局限在一种一：灾害的周期性不仅局限在一种时间尺时间尺度上，还可以表现出层层嵌套的特异行为。度上，还可以表现出层层嵌套的特异行为。二：某种灾害常常与其他灾害组成灾害二：某种灾害常常与其他灾害组成灾害链，于是牵一发而动全身，带动了一系列相链，于是牵一发而动全身，带动了一系列相关灾害的出现关灾害的出现,形成形成灾害链灾害链。自然灾害的分类自然灾害的分类 （1）按灾害事件的）按灾害事件的延续时间延续时间进行分类进行分类（2）按灾害发生的）按灾害发生的成因机制成因机制进行的分类进行的分类（3）按灾害发生的）按灾害发生的现象特征现象特征进行的分类进行的分类 我国通
22、常将自然灾害划分为我国通常将自然灾害划分为7种类型种类型：干旱、：干旱、洪涝、地震、地质灾害、气象灾害、农业灾害和洪涝、地震、地质灾害、气象灾害、农业灾害和林业灾害，是综合考虑了灾害的成因和其所危害林业灾害，是综合考虑了灾害的成因和其所危害对象的一种方案。对象的一种方案。常见的自然灾害常见的自然灾害气象灾害气象灾害 气象灾害包括干旱、洪涝、冷冻、台风和风气象灾害包括干旱、洪涝、冷冻、台风和风暴潮等，其中以干旱、洪涝和台风最为人们熟知，暴潮等，其中以干旱、洪涝和台风最为人们熟知，也是危害强烈，发生频繁的气象灾害类型。也是危害强烈，发生频繁的气象灾害类型。1 干旱与沙漠化干旱与沙漠化 2 洪涝灾害
23、洪涝灾害 3 热带气旋热带气旋 地质灾害地质灾害 1 1 滑坡和崩塌滑坡和崩塌 2 2 泥石流泥石流 顺坡堆积的顺坡堆积的大量碎屑物质，大量碎屑物质，在瞬间集聚的超在瞬间集聚的超量水源以及山高量水源以及山高谷深的地貌条件，谷深的地貌条件，构成了泥石流发构成了泥石流发育的三个基本前育的三个基本前提。提。地质灾害地质灾害 3 3 地裂缝和地面塌陷地裂缝和地面塌陷 地面塌陷地面塌陷 灾害是由于地面陷落或其他工程灾害是由于地面陷落或其他工程建筑物的突然塌陷，从而导致生命财产发生严建筑物的突然塌陷，从而导致生命财产发生严重损失的一种特殊灾害。重损失的一种特殊灾害。地裂缝是累进性发展的缓变型灾害，成因极为
24、地裂缝是累进性发展的缓变型灾害，成因极为复杂。一种是由内动力形成的构造地裂缝，有多种复杂。一种是由内动力形成的构造地裂缝，有多种几何型式；另一种则是外动力形成的非构造地裂缝，几何型式；另一种则是外动力形成的非构造地裂缝，也有多种型式。地裂缝主要分布在也有多种型式。地裂缝主要分布在平原、盆地、高平原、盆地、高原和台地原和台地等地貌区。等地貌区。地质灾害地质灾害 4 4 地震灾害地震灾害 （1）地震）地震效应效应和地震和地震烈度烈度（2）地震灾害的）地震灾害的发生过程发生过程（3）地震灾害的）地震灾害的成因类型成因类型（4）地震灾害的）地震灾害的地理分布地理分布 地质灾害地质灾害 5 5 火山灾害
25、火山灾害 火山活动是地球内部构造火山活动是地球内部构造-岩浆活动的一种特殊岩浆活动的一种特殊形式。岩浆在高温高压下形成时，一般呈潜柔状态，形式。岩浆在高温高压下形成时，一般呈潜柔状态，与所处环境保持平衡。由于强烈的构造运动使岩石与所处环境保持平衡。由于强烈的构造运动使岩石圈破裂，导致上覆岩石的静压降低，塑性的岩浆变圈破裂，导致上覆岩石的静压降低，塑性的岩浆变为液态，从较深处的高压区向地壳浅层的低压区运为液态，从较深处的高压区向地壳浅层的低压区运移，于构造薄弱部位冲出地表，形成火山爆发。移，于构造薄弱部位冲出地表，形成火山爆发。火山爆发的直接致灾方式有火山爆发的直接致灾方式有火山泥石流、火山碎火
26、山泥石流、火山碎屑流、火山熔岩流、火山灰云和有毒性气体排放屑流、火山熔岩流、火山灰云和有毒性气体排放等。等。地质灾害地质灾害 减灾对策减灾对策 1 自然灾害的预报自然灾害的预报 2 自然灾害的风险评价自然灾害的风险评价 3 3 自然灾害的减灾工程自然灾害的减灾工程 减灾防灾减灾防灾 开普勒望远镜首次发现地球的开普勒望远镜首次发现地球的“孪生兄弟孪生兄弟”美国航天局美国航天局2011年年12月月20日公布的名为日公布的名为“开普勒开普勒-20e”的的行星的假想图。美国航天局当日宣布，行星的假想图。美国航天局当日宣布，“开普勒开普勒”太空望远太空望远镜日前首次发现了两颗与地球大小类似的行星，它们也
27、是迄镜日前首次发现了两颗与地球大小类似的行星，它们也是迄今在类似太阳的恒星系中发现的最小类地行星。这两颗行星今在类似太阳的恒星系中发现的最小类地行星。这两颗行星位于距地球约位于距地球约1000光年的天琴座中，分别被命名为光年的天琴座中，分别被命名为“开普勒开普勒-20e”和和“开普勒开普勒-20f”，前者个头比地球稍小，半径约为地，前者个头比地球稍小，半径约为地球的球的0.87倍，后者个头比地球稍大，半径为地球的倍，后者个头比地球稍大，半径为地球的1.03倍。倍。不过这两颗行星的环境不太适合生命存在。不过这两颗行星的环境不太适合生命存在。这两颗行星均为岩状行星，其中开普勒这两颗行星均为岩状行星，其中开普勒-20e绕恒星一周绕恒星一周需要需要6.1个地球日，开普勒个地球日，开普勒-20f需要需要19.6个地球日。如此短的个地球日。如此短的轨道周期意味着它们非常热，并不处于恒星系统中可能存在轨道周期意味着它们非常热，并不处于恒星系统中可能存在液态水的宜居带，因而被认为液态水的宜居带，因而被认为不适宜生命形式存在不适宜生命形式存在。事实上，。事实上，这两颗行星的表面温度分别达这两颗行星的表面温度分别达800华氏度华氏度(约约427摄氏度摄氏度)和超和超过过1400华氏度华氏度(约约760摄氏度摄氏度)。
