1、 第二章第二章地球的生态自然环境地球的生态自然环境 地球是太阳系的一员，据考证诞生于于46亿年以前。地球有着复杂的圈层结构，包括大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈等。而人类就生存于这些圈层结构之一的生物圈之中。第二章第二章 地球的生态自然环境地球的生态自然环境第一节 地球的内部构造和元素组成第二节 地球环境的圈层构造第三节 地球各圈层与人类的关系第一节 地球的内部构造和元素组成 地球从中心起，由地核、地幔和地壳构成球对称的层构造。其化学组成能够从构成地壳的主要岩石的产出频度及其平均化学组成推断。一、地球的内部圈层一、地球的内部圈层地地壳壳莫霍界莫霍界面面古登堡界古登堡界面面地地幔幔外外核核内
2、内核核1、元素组成的百分比、元素组成的百分比2、地壳分层及物质组成、地壳分层及物质组成硅铝层：硅铝层：组成、密度组成、密度硅镁层：硅镁层：组成、密度组成、密度3、地壳的结构特点、地壳的结构特点厚度厚度硅镁层分布是连续的硅镁层分布是连续的,硅铝层硅铝层在大洋底部罕见在大洋底部罕见.高山高山高原高原平原平原海平面海平面面面莫莫霍霍硅铝层硅铝层硅镁层硅镁层（一）地球内部圈层（一）地球内部圈层地壳地壳不均不均(厚度变化规律厚度变化规律)（二）地球内部圈层（二）地球内部圈层地幔地幔1、位置、位置：地壳与地幔之间地壳与地幔之间,或或莫霍面莫霍面与与古登堡面古登堡面之间之间,有上地幔和有上地幔和上地幔之分，
3、（距离地球表面上地幔之分，（距离地球表面2900千米以上）千米以上）2、组成物质、组成物质：主要由含铁、镁的硅酸盐类矿物组成，越往下铁、主要由含铁、镁的硅酸盐类矿物组成，越往下铁、镁的含量逐渐增加镁的含量逐渐增加.3、特殊圈层、特殊圈层：1）岩石圈岩石圈包括地壳和上地幔顶部（软流层以上），它不包括地壳和上地幔顶部（软流层以上），它不是完整一块，而是被断裂带分割成六大块是完整一块，而是被断裂带分割成六大块。2）软流层软流层是在上地幔上部是在上地幔上部,可能是岩浆的主要发源地之一。可能是岩浆的主要发源地之一。（三）地球内部圈层（三）地球内部圈层地核地核1、位置：、位置：地球的核心部分，即古登堡面所
4、包围的球体地球的核心部分，即古登堡面所包围的球体.3、组成物质：、组成物质：高温高压下的铁和镍，外核的物质呈液态高温高压下的铁和镍，外核的物质呈液态或熔融状态，内核一般认为是固态或熔融状态，内核一般认为是固态.2、分层：、分层：外核与内核（以地下外核与内核（以地下5100千米为界）千米为界）.火山正在喷出大量浓烟火山正在喷出大量浓烟二、地球的原生生态环境问题二、地球的原生生态环境问题岩浆从裂开的地壳慢慢流出來岩浆从裂开的地壳慢慢流出來 火山岩浆直冲云霄火山岩浆直冲云霄整个山被岩浆染得通红整个山被岩浆染得通红 火山直迫住宅区火山直迫住宅区 火山爆发海啸地震台风第二节 地球环境的圈层构造 人类生活
5、的地球不是一个均质体，具有明显的圈层结构。地球生态系统可以看成为由大气圈大气圈、水圈水圈、土壤圈土壤圈、岩石圈岩石圈以及以及生物圈生物圈所构成。一、地球各圈层的发育一、地球各圈层的发育 n地球在大约地球在大约46亿年前形成的时候，是一个炙热的大亿年前形成的时候，是一个炙热的大火球，还没有圈层的分化。火球，还没有圈层的分化。地球外面包围着地球外面包围着原始大原始大气气，主要由，主要由氢气、甲烷、氢气、甲烷、氨气和水蒸气氨气和水蒸气等组成，是等组成，是一个还原性的大气圈。我一个还原性的大气圈。我们今天所见的地球各圈层，们今天所见的地球各圈层，是经历了亿万年的发育才是经历了亿万年的发育才形成的。形成
6、的。1.1.水的出现水的出现地球发育史的第一个重大事件地球发育史的第一个重大事件 n大约在大约在38亿年以前，在某种机制的作用下，地球上出亿年以前，在某种机制的作用下，地球上出现了水。水分的蒸发和降雨，降低了地表的温度，产现了水。水分的蒸发和降雨，降低了地表的温度，产生了河流、湖泊和海洋，生了河流、湖泊和海洋，构成构成水圈水圈，为地球生命的出，为地球生命的出现创造了最基本的条件。现创造了最基本的条件。生态用水生产用水生活用水2.2.生命的出现生命的出现 地球发育史的第二个重大事件地球发育史的第二个重大事件n 一般认为生命起源于一般认为生命起源于海洋海洋，因为当时还原性的，因为当时还原性的大气圈
7、还不能向地球提供必要的保护，使之免遭强大气圈还不能向地球提供必要的保护，使之免遭强烈紫外线的袭击。频率高达烈紫外线的袭击。频率高达1022Hz的太阳辐射足以的太阳辐射足以毁灭一切生命，除非这些原始生命处于海洋水层的毁灭一切生命，除非这些原始生命处于海洋水层的保护之下。保护之下。早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过程中放出程中放出二氧化碳二氧化碳，逐渐改变了原始大气的组成。，逐渐改变了原始大气的组成。到大约到大约20亿年前，出现了更为进化的亿年前，出现了更为进化的细菌和蓝藻等细菌和蓝藻等生物生物。从此，开始了一种新的生命过程。从此，开始了一种新的生命过
8、程光合作光合作用，大气圈中首次出现了用，大气圈中首次出现了氧气氧气。光合作用光合作用n在绿色植物、海藻、藻在绿色植物、海藻、藻类和某些细菌中，以类和某些细菌中，以光光作作为能量来源，用为能量来源，用二氧化碳二氧化碳和水合成碳氢化合物的过和水合成碳氢化合物的过程。大部分形式的光合作程。大部分形式的光合作用都释放氧气作为副产品。用都释放氧气作为副产品。mCO2+H2O(CH2O)m+nO2光合作用3.含氧大气圈的形成含氧大气圈的形成 n 经过大约经过大约4亿年的积累，到距今亿年的积累，到距今16亿年以前，亿年以前，一个含氧的一个含氧的大气圈大气圈终于形成。性质极其活泼的氧终于形成。性质极其活泼的氧
9、气对大气圈进行了一场气对大气圈进行了一场“氧革命氧革命”，导致还原性，导致还原性的原始大气逐渐向含有二氧化碳、水和臭氧的氧的原始大气逐渐向含有二氧化碳、水和臭氧的氧化性大气转化。这一过程不仅进一步改变了大气化性大气转化。这一过程不仅进一步改变了大气圈的组成，而且臭氧在高空的积累逐渐形成了圈的组成，而且臭氧在高空的积累逐渐形成了保保护地球的臭氧层护地球的臭氧层，为更高等的海洋生物进化和生，为更高等的海洋生物进化和生命登陆创造了条件。命登陆创造了条件。4.4.生物圈的进化生物圈的进化 12亿年前出现最早的亿年前出现最早的真核细胞真核细胞；5亿年前出现亿年前出现海洋无脊椎动物海洋无脊椎动物；4.5亿
10、年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊顶囊蕨蕨的植物开始登陆。的植物开始登陆。2亿年前亿年前哺乳动物哺乳动物出现。出现。在这漫长的历史长河中，由于地壳的变化、气候在这漫长的历史长河中，由于地壳的变化、气候的变异和其他种种原因，有些物种消亡了，新的物种的变异和其他种种原因，有些物种消亡了，新的物种产生了产生了物竞天择，适者生存的自然法则。物竞天择，适者生存的自然法则。n 生物圈是地球上最大的生态系统生物圈是地球上最大的生态系统 今天今天，大约有，大约有500万至万至5000万种生物组成万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在了五彩缤纷的生物界，
11、构成了包括人类在内的内的生物圈生物圈。包括从海平面以下包括从海平面以下10km到到海平面以上海平面以上9km的范围。在这个范围内有的范围。在这个范围内有正常的生命存在，生态系统内部不断进行正常的生命存在，生态系统内部不断进行着物质、能量和信息的交换和循环。着物质、能量和信息的交换和循环。5.5.岩石圈和土壤圈的形成岩石圈和土壤圈的形成n 生物的出现，将大气圈中大量的生物的出现，将大气圈中大量的二氧化二氧化碳碳转移至转移至岩石圈岩石圈中，形成了大量的碳酸盐岩中，形成了大量的碳酸盐岩石，不仅改变了岩石圈的组成，而且生物与石，不仅改变了岩石圈的组成，而且生物与岩石风化物的相互作用，在地表上形成了土岩
12、石风化物的相互作用，在地表上形成了土壤。可见，壤。可见，土壤圈土壤圈的形成是与生物圈息息相的形成是与生物圈息息相关、互相促进的。关、互相促进的。从地球各圈层发育的过程中，我从地球各圈层发育的过程中，我们看到了们看到了生物的能动作用生物的能动作用。可以毫不。可以毫不夸张地说，地球今天的面貌是生物创夸张地说，地球今天的面貌是生物创造的。造的。爱护和保护生物圈，就是爱护爱护和保护生物圈，就是爱护和保护地球的现在和未来。和保护地球的现在和未来。二、大气圈二、大气圈大气圈是在生命活动参与下长期发育而形大气圈是在生命活动参与下长期发育而形成的。成的。1 1、大气圈的结构：、大气圈的结构：按照气温随高度的变
13、化规律，将地表以上按照气温随高度的变化规律，将地表以上的大气圈层划分为：的大气圈层划分为：对流层、平流层、中对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层。间层、热成层、散逸层。2 2、大气圈的总质量：、大气圈的总质量：估计在估计在5.5.2 21 10 01515t t，相当于地球质量，相当于地球质量（5.9745.97410102121t t）的百万分之一。在地心）的百万分之一。在地心引力作用下，大气的质量主要集中在大气引力作用下，大气的质量主要集中在大气圈的下部，其中圈的下部，其中50%50%几乎在距地表几乎在距地表5km5km以下，以下，75%75%在在10km10km以下，以下，90%90%
14、在在30km30km以下。以下。大气圈的分层大气圈的分层-对流层：对流层：对流层位于大气圈的最下层，平均厚度对流层位于大气圈的最下层，平均厚度为为12km12km，是大气圈中最活跃的一层，存在强烈是大气圈中最活跃的一层，存在强烈的的垂直对流作用和水平运动。垂直对流作用和水平运动。对流层的一个重对流层的一个重要性质是要性质是大气温度随高度增加而下降，大气温度随高度增加而下降，其平均其平均递减率为递减率为-6.5/km-6.5/km。大气圈的分层大气圈的分层-平流层：平流层：平流层位于对流层顶至大约平流层位于对流层顶至大约50km50km的高度，的高度，也叫同温层。其下部有一也叫同温层。其下部有一
15、等温层等温层。上部温度随。上部温度随高度增加而上升。高度增加而上升。大气圈的分层大气圈的分层-中间层：中间层：中间层位于平流层顶到大约中间层位于平流层顶到大约80km80km的高度，的高度，温度随高度增加而下降。温度随高度增加而下降。臭氧层破坏臭氧层破坏 大气圈的分层大气圈的分层-热成层：热成层：热成层位于中间层顶以上，有称增温层热成层位于中间层顶以上，有称增温层或电离层，温度随高度增加急剧上升，直或电离层，温度随高度增加急剧上升，直至至100km100km高度。该层空气分子在各种射线作高度。该层空气分子在各种射线作用下大都发生电离，成为原子、离子和自用下大都发生电离，成为原子、离子和自由电子
16、，电离层之名因此而得。由电子，电离层之名因此而得。大气圈的分层大气圈的分层-逸散层：逸散层：逸散层位于热成层之上，也称外大气层，逸散层位于热成层之上，也称外大气层，是大气圈的最外层，大约延伸至是大气圈的最外层，大约延伸至800km800km的高的高度。这里大气极其稀薄，地心引力微弱，度。这里大气极其稀薄，地心引力微弱，大气质点之间鲜有碰撞。有些运动速度较大气质点之间鲜有碰撞。有些运动速度较快的质点完全摆脱地球引力而逸入宇宙空快的质点完全摆脱地球引力而逸入宇宙空间。间。大气圈的分层三、水圈三、水圈n海洋和陆地上的液态水和固态水构成一个大体连续的圈层覆盖在地球表面，称为水圈。n它包括江河湖海中一切
17、淡水、咸水、土壤水、浅层和深层地下水以及南北两极冰帽和各大陆高山冰川中的冰，还包括大气圈中水蒸气和水滴。甘肃金塔沙漠边缘的绿洲，鸳鸯池水库n地球上海洋面积占全球面积的71%，含盐的海洋水占全部水资源的97.3%，人类难以直接利用。n2.7%的淡水中，又有68.7%是以冰川和冰帽的形式存在于南北极和高山地区，亦难以被人类直接利用。天湖：成都至拉萨四、土壤圈四、土壤圈 土壤是地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。除了江河湖海等水体和两极冰盖与高山冰川覆盖的地区以外，几乎都有土壤存在。各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几厘米至几米不等。五、岩石圈五、岩石圈 岩石圈
18、是人类生存环境中最下面的一个圈层，又是地球内部各圈层的最外层。本课程将岩石圈看作地壳的同义语，包括地球最外层的岩石、风化壳。平均厚度为33-35km。六、生物圈六、生物圈生物圈是地球上最大的生态系统，包括从海平生物圈是地球上最大的生态系统，包括从海平面以下面以下10km10km到海平面以上到海平面以上9km9km的范围。生态系的范围。生态系统内部不断进行着物质、能量和信息的交换和统内部不断进行着物质、能量和信息的交换和循环。历经循环。历经3030亿年的发展历程。亿年的发展历程。3030亿年亿年前出现前出现原始细菌原始细菌开始，开始，2020亿年前亿年前出现了能进行光合作用的出现了能进行光合作用
19、的固氮生物固氮生物，约约1616亿年前亿年前形成了含氧气的大气圈。形成了含氧气的大气圈。7 7亿年前亿年前出现了出现了多细胞生物。多细胞生物。5 5亿年前亿年前出现出现无脊椎动物。无脊椎动物。2 2亿年前亿年前出现出现哺乳类动物哺乳类动物。在这漫长的历史长河中，由于地壳的变化、气候的在这漫长的历史长河中，由于地壳的变化、气候的变异和其他种种原因，有些物种消亡了，新的物种变异和其他种种原因，有些物种消亡了，新的物种产生了，形成了今天五彩缤纷的生物圈。产生了，形成了今天五彩缤纷的生物圈。第三节 地球各圈层与人类的关系 在茫茫宇宙中，地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。科学研究发现，这决不是偶然的
20、，而正是在于地球环境的独特构造。一、大气圈与人类的关系一、大气圈与人类的关系 n地球大气的主要成分是地球大气的主要成分是氮和氧氮和氧，这种组成在太阳系八大行，这种组成在太阳系八大行星中非常特殊。星中非常特殊。n恒定组分恒定组分：包括氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，：包括氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，这些气体之间的比例，这些气体之间的比例，从地表到从地表到90km的高度范围内都是的高度范围内都是稳定的稳定的。n非恒定组分非恒定组分：包括二氧化碳、水汽、：包括二氧化碳、水汽、二氧化硫、臭氧二氧化硫、臭氧等。等。此外，大气中含有一些固态和液态杂质，主要是火山、地此外，大气中含有一些固态和液
21、态杂质，主要是火山、地震、岩石风化、森林火灾和人为活动产生的烟尘、硫化物震、岩石风化、森林火灾和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等。和氮氧化物等。氧气的作用：氧气的作用：n目前下层大气中目前下层大气中氧气的浓度为氧气的浓度为21%，这是亿万年来生，这是亿万年来生物圈进化物圈进化 与大气圈相互作用的结果。与大气圈相互作用的结果。n30亿年前亿年前，大气圈中氧浓度只有现在的，大气圈中氧浓度只有现在的千分之一千分之一，原，原始的生命为了躲避紫外线致命的伤害，只能存在于水始的生命为了躲避紫外线致命的伤害，只能存在于水下下10m深处。深处。n到距今到距今6亿年时亿年时，氧浓度达到现水平的，氧浓度达到
22、现水平的百分之一百分之一，出，出现了现了臭氧臭氧的保护，的保护，生命开始出现。氧浓度达到现水生命开始出现。氧浓度达到现水平的平的十分之一十分之一，臭氧的浓度进一步增加，生命才能从，臭氧的浓度进一步增加，生命才能从海洋登上陆地，这是生命史上的海洋登上陆地，这是生命史上的第二个关键浓度第二个关键浓度。n大气中大气中氧浓度下降氧浓度下降，则不仅生活在高海拔的人，则不仅生活在高海拔的人会经受高山反应之苦，而且氧化反应受到抑制，会经受高山反应之苦，而且氧化反应受到抑制，燃料燃烧产生的一氧化碳等有毒气体将积累在燃料燃烧产生的一氧化碳等有毒气体将积累在大气圈。大气圈。n大气中大气中氧浓度增高氧浓度增高，譬如
23、从现有的，譬如从现有的21%增高至增高至25%，则雷电就能把嫩枝和草地点燃，造成连，则雷电就能把嫩枝和草地点燃，造成连绵不断的火灾，使全球植被遭到破坏。绵不断的火灾，使全球植被遭到破坏。n目前还没有观测到大气氧浓度的这种戏剧性变目前还没有观测到大气氧浓度的这种戏剧性变化。然而，化。然而，作为大气微量组分的一些气体浓度作为大气微量组分的一些气体浓度已经发生实质性变化则是不争的事实。已经发生实质性变化则是不争的事实。其中最其中最引人注目的是引人注目的是CO2和和O3等气体浓度的变化。等气体浓度的变化。n一定浓度一定浓度CO2的存在，对地表温度的调节至为的存在，对地表温度的调节至为重要。重要。因为因
24、为CO2和某些气体和某些气体 一样，具有能让一样，具有能让太阳辐射中的短波辐射通过而吸收地表长波辐太阳辐射中的短波辐射通过而吸收地表长波辐射，从而使地表增温的效应，即所谓射，从而使地表增温的效应，即所谓温室效温室效应应，此类气体称为：，此类气体称为：温室气体温室气体。若无这些。若无这些温室气体的存在，有关计算推断地球的年平均温室气体的存在，有关计算推断地球的年平均温度应为温度应为-18摄氏度，而不是现在摄氏度，而不是现在13-15摄氏度。摄氏度。就是说，天然的温室效应就是说，天然的温室效应 使全球温度上升了使全球温度上升了31-33摄氏度。摄氏度。n大气圈中另一种敏感的微量组分是大气圈中另一种
25、敏感的微量组分是甲烷甲烷，俗称沼，俗称沼气。目前，其浓度低于百万分之二。如果其浓度气。目前，其浓度低于百万分之二。如果其浓度过高，在现有的氧浓度下就会因闪电而燃烧。更过高，在现有的氧浓度下就会因闪电而燃烧。更为重要的是，为重要的是，甲烷的温室效应比二氧化碳强甲烷的温室效应比二氧化碳强300多倍多倍，它所造成的增温作用占全球人为增温作用，它所造成的增温作用占全球人为增温作用的的1/4。天然沼泽和人工的水稻田是产生甲烷的主。天然沼泽和人工的水稻田是产生甲烷的主要场所。有人认为反刍动物产生的甲烷可能是大要场所。有人认为反刍动物产生的甲烷可能是大气圈甲烷的重要来源之一。为此美国科学院专门气圈甲烷的重要
26、来源之一。为此美国科学院专门 立项研究牛群打嗝所排出甲烷对大气圈的影响，立项研究牛群打嗝所排出甲烷对大气圈的影响，成为环境科学研究的趣闻。成为环境科学研究的趣闻。n 大气圈各组分之间保持着精细的平衡，这是地大气圈各组分之间保持着精细的平衡，这是地球环境亿万年来发育的结果。保持这种平衡乃维球环境亿万年来发育的结果。保持这种平衡乃维护生物圈所必需，护生物圈所必需，破坏这种平衡就是破坏生命的破坏这种平衡就是破坏生命的基础基础。然而，人类社会实现工业化以来，规模和。然而，人类社会实现工业化以来，规模和强度日益加大的人类活动正在破坏这种平衡，这强度日益加大的人类活动正在破坏这种平衡，这是人类面临的重大环
27、境问题之一。是人类面临的重大环境问题之一。二、水圈与人类的关系二、水圈与人类的关系 n各种生命起源的假说都少不了水这一要素。如今各种生命起源的假说都少不了水这一要素。如今地球表面的地球表面的70%以上覆盖着水，大多数生物体内以上覆盖着水，大多数生物体内水的含量也达水的含量也达2/3以上。研究还发现，以上。研究还发现，人体血液的人体血液的矿化度为矿化度为0.9g/L，与，与30亿年前的海水是相亿年前的海水是相 同的同的。静脉点滴用的生理盐水为浓度为静脉点滴用的生理盐水为浓度为0.9g/L的的NaCl溶溶液，与原始海水一致。在自然界的植物体内，水液，与原始海水一致。在自然界的植物体内，水分含量更高
28、，有些甚至高达分含量更高，有些甚至高达95%。这一切都充分。这一切都充分表明地球上生命的产生和进化都离不开水。表明地球上生命的产生和进化都离不开水。水对人类和生态环境的特殊意义水对人类和生态环境的特殊意义 n水是无色透明的，水是无色透明的，它允许太阳光中的可见光和红外它允许太阳光中的可见光和红外线部分透过，给水生植物光合作用提供所需的光能。对生物线部分透过，给水生植物光合作用提供所需的光能。对生物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。这对地球生命的产生和体有害的短波紫外线则被阻挡在外。这对地球生命的产生和进化起到了关键作用，对生活在水中的各种生物也具有重要进化起到了关键作用，对生活在水中的各种生物也
29、具有重要意义。意义。n水是一种极好的溶剂，水是一种极好的溶剂，为生命过程中营养物和废弃为生命过程中营养物和废弃物的传输提供了最基本的媒介。水的介电常数在所有的液体物的传输提供了最基本的媒介。水的介电常数在所有的液体中是最高的，使得大多数离子化合物能够在其中溶解并发生中是最高的，使得大多数离子化合物能够在其中溶解并发生最大程度的电离，这对营养物质的吸收和生物体内各类生化最大程度的电离，这对营养物质的吸收和生物体内各类生化反应的进行具有重要意义。反应的进行具有重要意义。水对人类和生态环境的特殊意义水对人类和生态环境的特殊意义 n 地球最大的空调系统。地球最大的空调系统。除液氨外，水的比热是所有除液
30、氨外，水的比热是所有的液体和固体中最大的，为的液体和固体中最大的，为4.18J/(g.)4.18J/(g.)。此外，水的蒸发。此外，水的蒸发热也极高，在热也极高，在2020下为下为2.4kJ/g2.4kJ/g。正是由于这种高比热、高。正是由于这种高比热、高蒸发热的特性，地球表面的储水体，白天吸收到达地表的太蒸发热的特性，地球表面的储水体，白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温阳光的热量，夜晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温度变化，使地表温度长期保持在一个相对恒定的范围内。月度变化，使地表温度长期保持在一个相对恒定的范围内。月球表面都是岩石，石头的比热只有水
31、的球表面都是岩石，石头的比热只有水的20%20%，所以月球表面，所以月球表面的气温变化可以从的气温变化可以从+120+120到到-150-150。水对人类和生态环境的特殊意义水对人类和生态环境的特殊意义 n水在水在44时的密度最大时的密度最大，这一特性在控制水体温度分这一特性在控制水体温度分布和垂直循环中起着重要作用。在气温急剧下降的夜晚，布和垂直循环中起着重要作用。在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向水底沉降，与下部水层更换，使得水面上较重的水层向水底沉降，与下部水层更换，使得溶解在水中的氧及其他营养物得以在整个水域分布均匀，溶解在水中的氧及其他营养物得以在整个水域分布均匀，当水体趋于一
32、种稳定状态，水底温度是当水体趋于一种稳定状态，水底温度是44，在这一层，在这一层中水生生物可以幸存。中水生生物可以幸存。n冰轻于水。冰轻于水。冰的密度比水小，只有冰的密度比水小，只有0.92g/cm30.92g/cm3，可以浮，可以浮在水面上。这一特性对水下生物具有十分重要的意义。在水面上。这一特性对水下生物具有十分重要的意义。否则，气温降低时水面结成的冰会沉入水底，从而导致否则，气温降低时水面结成的冰会沉入水底，从而导致整个水体完全冻结，给水下生物带来灭顶之灾。整个水体完全冻结，给水下生物带来灭顶之灾。三、土壤圈与人类的关系三、土壤圈与人类的关系 n土壤圈是与大气圈、水圈同样重要的第三大环土
33、壤圈是与大气圈、水圈同样重要的第三大环境要素。土壤和岩石共同构成了大地，但土壤境要素。土壤和岩石共同构成了大地，但土壤和岩石是有区别的。土壤由岩石演化而来，并和岩石是有区别的。土壤由岩石演化而来，并覆盖在岩石的表面，覆盖在岩石的表面，土壤与岩石最大的不同在土壤与岩石最大的不同在于它具有肥力，即提供和调节水、气、热和营于它具有肥力，即提供和调节水、气、热和营养元素的能力，为植物的生长提供了必要的条养元素的能力，为植物的生长提供了必要的条件。件。地球半径约为地球半径约为6400km而地表土壤的厚度仅而地表土壤的厚度仅为几十厘米，相比之下微乎其微，但却正是这为几十厘米，相比之下微乎其微，但却正是这薄
34、薄的一层土壤，才使得地球上有广阔的森林、薄薄的一层土壤，才使得地球上有广阔的森林、农田和草场，人类得以从中获得宝贵的生产和农田和草场，人类得以从中获得宝贵的生产和生活资源。生活资源。土壤圈的二种原生环境问题土壤圈的二种原生环境问题 n盐渍化：盐渍化：当土壤含盐量达到占干土重当土壤含盐量达到占干土重0.2%0.2%时，时，作物生长受阻，这种土壤称为盐渍化土。当土作物生长受阻，这种土壤称为盐渍化土。当土壤含盐量达到壤含盐量达到2%2%以上时，大多数作物无法生长，以上时，大多数作物无法生长，这类土壤就是盐土。距估计当前世界水浇地的这类土壤就是盐土。距估计当前世界水浇地的14%14%受盐渍化影响。受盐
35、渍化影响。n水涝，即沼泽化：水涝，即沼泽化：传统灌溉技术，如沟灌和渠传统灌溉技术，如沟灌和渠灌，常有过量水分渗至底土，在排水不良的地灌，常有过量水分渗至底土，在排水不良的地形部位上潜水位逐渐提高，形部位上潜水位逐渐提高，使土壤表层和表下使土壤表层和表下层水分过多，造成缺氧环境，妨碍作物生长，层水分过多，造成缺氧环境，妨碍作物生长，俗称水涝。据世界观测研究所估算，盐渍化与俗称水涝。据世界观测研究所估算，盐渍化与水涝使世界粮食减产水涝使世界粮食减产1%，每年减产粮食达，每年减产粮食达10105t之多之多。1.化石燃料化石燃料 从人类全部历史来看，化石燃料大规模使用从人类全部历史来看，化石燃料大规模
36、使用的历史尚不足的历史尚不足200年。历史上长期使用的燃料年。历史上长期使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。进入是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。进入20世纪世纪以后，以后，煤炭煤炭才开始占主导地位。才开始占主导地位。石油石油更是一个更是一个后来者，从后来者，从1920年起其开采量大幅度上升，开年起其开采量大幅度上升，开始了能源供应的始了能源供应的“石油时代石油时代”。从。从1929年至年至1971年，世界煤炭产量增长了年，世界煤炭产量增长了70%，同期石油，同期石油产量增长了产量增长了1000%。四、人类与岩石圈四、人类与岩石圈2.矿物原料矿物原料 人类利用矿物资源的历史不算长，大约在人类利
37、用矿物资源的历史不算长，大约在公元前公元前6000年人类首次学会从矿石中提取金属，年人类首次学会从矿石中提取金属，进入青铜时代。进入青铜时代。3000年以后，到了公元年以后，到了公元1709年，英国人达比发明了用焦炭作燃料熔炼铁，年，英国人达比发明了用焦炭作燃料熔炼铁，才进入近代的钢铁时代，钢铁也成了现代一切才进入近代的钢铁时代，钢铁也成了现代一切工业的基础。工业的基础。总之，岩石圈是人类所需要的矿物原料总之，岩石圈是人类所需要的矿物原料和化石燃料的储藏所，其储量是巨大的。但和化石燃料的储藏所，其储量是巨大的。但是，由于人口的持续增长和技术的迅速进步，是，由于人口的持续增长和技术的迅速进步，对
38、矿产与能源的需求与日俱增，传统原料与对矿产与能源的需求与日俱增，传统原料与燃料行将耗竭。如何迅速实现向新材料与新燃料行将耗竭。如何迅速实现向新材料与新能源的转变，已经成为关系到人类未来生存能源的转变，已经成为关系到人类未来生存与发展的要务。与发展的要务。五、人类与生物圈五、人类与生物圈 生物圈：生物圈：指地球上有生命的部分，即地球上指地球上有生命的部分，即地球上所有生物，包括人类及其生存环境的整体。所有生物，包括人类及其生存环境的整体。生物圈是地球上最大的生态系统，在这一生生物圈是地球上最大的生态系统，在这一生态系统内部，不断进行着物质、能量和信息态系统内部，不断进行着物质、能量和信息的交换与循环，其结果对于地球生态系统的的交换与循环，其结果对于地球生态系统的平衡与人类的持续发展有着非常重要的作用。平衡与人类的持续发展有着非常重要的作用。
