地球表层环境与地球表层系统

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1、第二章 地球表层环境与地球表层系统教学目标了解地球表层系统环境及圈层结构，掌握地球表层环境对于人类的独特性， 理解人类与地球环境各圈层的关系。教学重点 地表环境与地表系统的关系，地表系统的组成、结构、功能，地表环境与人类的关系 教学难点：地表系统的组成、结构、功能；地球环境对人类的独特性。教学时数4第一节 地球与地球表层系统一、宇宙中的地球1. 日地距离及其环境意义 距离不近也不远，为生命的孕育创造了条件。地球距离太阳约1.5 亿千米，适当的距离 使地球获得了适当的太阳辐射能，地球表面温度保持在0-100 度之间，保证了地表水大都以 液态水的形式存在。而液态水的存在是生命出现和生存的前提。2.

2、 地球的质量及其环境效应 地球质量不大也不小，从而引力适中,形成了适宜的大气圈与水圈，为生命的诞生准备 了必要的条件。3. 地球的形状及其地理意义 造成地球上热量的带状分布和所有与地表热状况相关的自然现象(如气候、土壤、植被 等)的地带性分布。4. 地球的运动及其环境效应(1) 地球自转及其环境效应： 地球自转产生了昼夜更替； 地球自转产生了地方时； 地球自转产生了地转偏向力。(2) 地球公转的地理意义： 地球的公转导致季节的变化； 地球的公转导致昼夜长短的变化； 地球运动对地表温度调节、生命孕育的重要意义。二、地外、内系统对地表环境的影响(一)地外系统对地表环境的影响1. 能量的来源 维持地

3、表系统运行、地表环境发展的能量，主要来自太阳的辐射。太阳辐射作用于地表， 由于地表接受的太阳辐射的差异，导致了行星风带的产生、季风的形成、水汽的运移、洋流 的产生以及风化作用的进行。2. 引力的影响 太阳与太阳系行星引力的作用，使地球沿着自身固有的轨道运行，具有特定的运行周期 与速度。由于太阳与月亮引力的作用，产生了地球上的潮汐现象。3. 陨石撞击的环境效应4. 其他宇宙因素的影响（二）地内系统对地表系统的影响1. 能量的来源 尽管太阳辐射是地表系统运行与发展的主要能量来源，但地球内能也对地表系统与环境 产生了不可忽视的作用与影响。2. 物质的交换 地内系统与地表系统在不断地进行着物质的交换。

4、3. 地内活动的其他环境效应 地内活动还对地表环境产生了一些直接的影响，如火山、地震。三、地球表层系统的组成1、四大圈层 地球表层系统由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈交叉而成。2、三大界 地球表层系统是地球表层无机界、有机界与人文界相互作用、相互影响而构成的一个系 统。3、固、液、气三态物质 地球表层是由固态、液态、气态三态物质组成的。四、地球表层环境（系统）的结构1、垂直分层 从地核、地幔、地壳，到水圈、大气圈等； 大气圈又可分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。2、水平分异 所谓水平分异，就是指在水平分布方面的差异与变化。3、立体交叉 组成地表环境的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈，不是绝然

5、分开的，而是相互交叉、相 互渗透，在空间上构成了一个立体交叉的结构。4、多级嵌套 不同空间尺度的环境系统在空间上相互交叉、叠臵，并且相互联系、相互作用的。因此 是多级嵌套。五、地球表层系统的功能1、物质传输、能量流动、信息传递 垂直方向上，各个圈层之间、各个圈层内部的各个次级层次之间，都可能存在着物质的 传输、能量的流动和信息的传递。水平方向上，大洋与大陆之间、大洋与大洋之间、大陆与大陆之间、地区与地区之间存 在着物质的传输、能量的流动和信息的传递。生物圈与其它圈层之间也存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递2、地球表层系统的可预测、可调控功能 可以通过研究地表系统物质传输、能量流动和信息传

6、递的过程与规律，来预测系统的可 能变化，通过改变系统的物质流、能量流或信息流，来改变系统的结构与演化的趋势，从而 达到对地表系统进行优化、调控的目的。第二节 地球各圈层的组成、结构与特征组成地球环境的各要素分别组成不同的圈层，圈层构造成为地球环境的显著特点。地球 在大约46 亿年前形成的时候，是一个炽热的大火球，还没有圈层的分化。地球外面包围着 原始大气，主要由氢气、甲烷和水蒸气等组成，是一个还原性的大气圈。我们今天看见的地 球各圈层，是经历了亿万年的发育才形成的。主要事件：水的出现是地球发育史的第一个重大事件。大约在38亿年以前，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

7、地表的温度，产生了河流、湖泊和海洋，为地球生命的出现 创造了最基本的条件。地球史上第二个重大事件是生命的出现。尽管对生命起源的机制也有种种不同看法， 但一般都认为生命起源于海洋。早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过程中放出二氧 化碳，逐渐改变了原始大气的组成。到大约20亿年前，出现了更为进化的细菌和蓝藻等生物。从此，开始了一种新的生命 过程-光合作用，大气圈中首次出现了氧气。此后，生物进化过程加速。12亿年前出现最 早的真核细胞。 5亿年前出现海洋无脊椎动物， 4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一 种叫做顶囊蕨的植物开始登陆。哺乳类动物出现在2亿年前。今天，大约有500万至5000万种

8、生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内 的生物圈。地球在漫长的演化过程中，逐渐形成大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等四大外部圈层。 由于土壤具有特殊的组成结构和特点，是地球表面特殊的自然综合体，有的学者将土壤圈从 四大圈层中单独列出。一、岩石圈：地球固体部分的外部圈层。也是地球内部各圈层的最外层。地球内部也分成同心圈层，从地心向外，分别是地核、 地幔和地壳。岩石圈位于地壳和上地幔的顶部。主要由从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩浆岩组 成，岩浆岩上面，往往还覆盖着较薄的沉积岩和土壤盖层。1. 岩石圈的组成（1）化学元素组成：地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中 O、Si、Al、

9、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98%以上，其他元素共占1%2%。（2）矿物组成：组成岩石主要成份的矿物，称造岩矿物，最常见的造岩矿物有下列几 种：长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石（3）岩石组成火成岩：火成岩以岩浆岩为主。岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的 65%。沉积岩：暴露在地壳表部的岩石，经过风化、剥蚀在原地或经搬运堆积下来，经过成岩 作用而形成的岩石。变质岩：由地球内力作用引起的岩石性质的变化过程总称为变质作用。由变质作用形成 的岩石，就是变质岩。岩石的相互转化：沉积岩、火成岩和变质岩是可以相互转化的，它们之间的相互转化又 叫做岩石的循环或地质循环。2. 岩

10、石圈的结构（1）垂直分层岩石圈包括地壳与上地幔上部软流圈之上的部分。地壳也可以分为上下两层。上层为花 岗岩层；下层为玄武岩层。（2）水平变异 不同区域岩石圈的厚度、组成与结构是不同的。水平方向地壳可以分为大陆型地壳（简 称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳），洋壳薄，陆壳厚，洋壳为玄武质，陆壳为花岗岩质。3. 岩石圈的运动（1）岩石圈运动的方向：水平运动，水平运动也称为造山运动； 垂直运动，也叫造陆运动。（3）岩石圈运动的主要表现褶皱、断裂、火山、地震等。4固体地球表面的结构与轮廓（1）海陆分布（2）地面起伏大陆面积愈大，其平均海拔愈高；大洋面积越大，平均深度越大。（3）板块的划分：岩石圈可以划分成

11、太平洋板块、欧亚板块、印度-澳大利亚板块、非 洲板块、南美洲板块、北美洲板块和南极洲板块七个大板块。地震与火山分布规律的解释：地震和火山，都集中分布在板块的边缘，板块的边缘是构 造活动最强烈的地方。二、大气圈：位于地球最外部的气体圈层1大气圈的组成与分布（1）组成：地球表面的大气主要由氮（N2）、氧（02）、氩（Ar ）等气体组成。被地球 的引力牢牢吸引在地球的周围，包围着地球上的海洋和陆地。（ 2）分布：大气圈没有明确的上界，在几千千米的高空仍有稀薄的气体。但受地心引 力的作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的范围内，其中的75%的大气又集中在离 地面 10 千米高度的对流层内。2大气

12、圈的结构整个大气分为对流层、平流层以及高空的中间层、暖层和散逸层：3大气运动（ 1）水平气压梯度力：在存在着气压梯度的地方，空气分子受到力的作用，驱使着空 气沿着和气压梯度相同的方向移动的力，它是促使空气从静止到运动的原动力。（2）地转偏向力（科里奥利力）：由于地球的自转，地球表面运动的物体都会发生运动 方向的偏转。导致地球表面运动物体方向偏转的力。在地转偏向力的作用下，地表运动的物 体，在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。（3）大气的辐合与辐散：在低压中心附近，大气由周围向中心集中。在高压中心附近 大气向周围散开。（ 4）大气环流：在太阳辐射、地球自转、地表面性质以及地面摩擦的共同作用，使得

13、 大气圈内的空气产生了不同规模的三维运动。行星风系：发生在行星上的总的大气环流现象。季风：大范围地区，盛行风随季节变化而发生有规律改变的现象。 海陆风：发生在沿海地区的、白天吹海风、夜间吹陆风，以一日为周期。 山谷风：在山区，白天从谷地吹向山坡、夜间从山坡吹向谷地，以一日为周期。 焚风：山后的空气温度比山前同高度上空气的温度要高得多，湿度也小得多，形成了沿 着背风坡向下吹的既热且干的风。城市热岛：城市的温度一般高于周围的郊区和农村。 城市风：由于城市热岛的存在，当大气环流较微弱时，常常引起空气在城 市地区上 升、郊区下沉，使得城市和郊区之间形成了一个小型的热力环流。三、水圈：由地球上不同形态的

14、水构成的圈层1组成海洋水、陆地水(江河湖泊、沼泽、冰川，地下水)。海洋是水圈的主体，是地球上水的最大源地。全球海洋总面积为3.61x108 km2，海水 总体积约为1.37 x 109 km3。在地球上海洋占了地球表面积的70%以上，在剩下的不到30% 的陆地上也分布着纵横交错的江河湖泊，地表以下的土壤和岩层间还有连续不断的地下水。海水、地表水和地下水构成了一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万千米的高空看 地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为 一颗“蓝色的行星”。2分布 海洋水：约占地球总水量的97%。海水通过波浪、潮汐、洋流等形式促进了地球高低纬

15、 度间的热量输送，对全球热量平衡有重大影响。陆地水：约占地球总水量的 3%，是地球上淡水资源的主要存在形式。生产生活用水主 要来源于这一类水源。但这些资源中的接近70%又以冰川的形式存在于两极及高山地区，难 以直接利用。因此人类可直接利用的水资源储量约占全球淡水总储量的 0.3%，只占全球总 储水量的十万分之七。地球上水量的分布总水量分布()淡水量分布()海水97.3冰盖、冰川77.2淡水2.7地下水、土壤水22.4湖泊、沼泽0.35大气0.04河流0.013. 水圈的结构水圈的水平结构特征(1) ：连续性:地球表面任何一个地方都有水的分布，水在地球表层的分布是连续的。(2) 不均匀性：水在地

16、表的分布是不均匀的。不均匀性一是表现在水圈的厚度各处不一 二是表现在水圈中各处分布的水量不同。水圈的垂直结构特征(1) 近地面集中分布:水主要集中分布在地面附近，随着离地面距离的增大水越来越少(2) 垂直分层: 水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。(3) 相态分异: 水的相态在垂直方向上的有规律的变化现象。跨流域调水-解决水的空间分布不均问题4水的运动(1)水循环：地球上各种形态的水，在太阳辐射、 重力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以 及径流等环节，下断地发生相态转换和周而复始运动的过 程。水分循环的产生原因内因是在常温的条件下水的“三态”变化。水分循环过程的转移、交换成为可能。

17、外因是太阳辐射和地心引力。太阳辐射为水的“三态”转化提供了条件；太阳辐射分布的 不均匀性和海陆的热力性质的差异，造成空气的流动，为水汽的移动创造了条件。地心引力 （重力）则促使水从高处向低处流动。从而实现了水分循环。3）水分循环过程包括了蒸发、降水、径流3 个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、 水分下渗、径流5 个环节。（2）水循环类型：大循环、小循环 大循环（海陆间的循环）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。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地 面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。在循环过

18、程中，水分通过蒸发与降水两大基本环节，在空中与海洋，空中与陆地之间进 行垂向交换，与此同时，又以水汽输送和径流的形式进行横向交换。小循环是指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，前者又可称为海洋小循环，后者称陆地小循环。（3）水循环意义。 水循环使陆地水资源不断更新。通过水循环运动，水圈中各种水体相互转化，使陆地水 资源不断更新，成为一种再生资源，可以永久使用。水分循环对于全球性水分和热量的再分配起着重大的作用，这种作用与大气循环相互 联系而发生，从而影响了一地气候的主要方面降水与气温。水分循环具有物质“传输带”的作用，而且又是岩石圈表层机械搬运作用以及自

19、然地 理环境中无机成分和有机成分化学元素迁移的强大动力。在地质构造的基底上重新塑造了全 球的地貌形态，在水分循环过程中伴随产生了各种常态地貌和河流、地下水、湖泊等等。水分循环也是生物有机体维持生命活动和整个生物圈构成复杂的水胶体系统的基本 条件，起着有机界和无机界联系的纽带作用。总之，水分循环有如自然地理环境的“血液循环”，它沟通了各基本圈层的物质交换， 促使各种联系的发生。水分循环过程同时起着水文过程、气候过程、地形过程、土壤过程、 生物过程以及地球化学过程等作用。5. 海水的运动 波浪：每个水质点作周期性运动，所有水质点相继振动，引起水面呈周期性的起伏。 潮汐：由于月球和太阳的引力引起的地

20、球海水面的周期性升降运动。潮流：海水受月球和太阳引力而发生潮位升降的同时，还发生周期性的流动， 洋流：指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或垂直地向另一 个海区大规模的非周期性运动。分类（风海流；密度流；补偿流）。厄尔尼诺现象：在赤道太平洋东部的厄瓜多尔和秘鲁沿岸，每过几年，东向信风减弱， 导致沿岸上升流也随之减弱或消失，暖水倒流，水温上升，大气对流逐渐变得活跃，海洋里 由于上升流的减弱，表层海水的营养物质含量减少，并且由于温度的升高，鱼类大量死亡， 使秘鲁渔场大幅度减产。海面升降：地球上气候较冷的时候，冰川的规模就大，大量的水体从海洋转移到冰川上 储存起来，导致海面降低气

21、温的升高，陆地湖泊蒸发强烈以及地下水的开采，也会使海面 发生变化。6. 水分平衡（1）水分平衡 地球上任何一个区域在任何一时段内，水的收入与支出的差额等于该地区的储水变化量。（2）水量平衡方程全球水平衡方程：P全球=E全球水平衡：尽管对于全球海洋陆地的蒸发量、降水量与径流量的估算值还不完全相同，但 有一点是共同的，就是全球的水量是平衡的。四、生物圈：地球上所有生物构成的圈层地球上一个独特的圈层。1. 分布：主要位于岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈。大气圈、水圈和岩石圈这三个圈层彼此渗透，相互影响，在岩石圈的上部、大气圈的底 部以及整个的水圈，出现了一个既有矿物质、又有空气和水分的地带，

22、在这里繁衍着各种各 样的生物，形成地球上一个独特的圈层生物圈。2. 组成元素组成：主要是氢、氧和碳，它们分别占49.8%、24.9%和 24.9%，三种元素占到生物 有机体的 99.6%。此外，还有微量的氮、钙、钾、硅、镁、磷、硫、铝等。系统组成：陆地生态系统；海洋生态系统。 生物组成：原核微生物，原生生物，后生植物，后生动物。3. 生物圈的结构 垂直准正态分布式结构：在垂直方向上，集中分布在某一范围内，而向上和向下都逐渐 减小。水平连续不均匀结构：地球表面任何一个地方都有生物分布，生物在地球表面的分布是 连续的。生物圈不是一个很均匀的圈层，生物在地表的分布是不均匀的。多级嵌套结构：多级系统在

23、空间上相互交叉、叠臵，并且相互联系、相互作用的。结构特性：（亲岩性；亲水性；亲气性；亲光性；温控性。）4. 生物圈的形成与演化生命的起源：在得天独厚的各种条件综合作用下，地球上出现了生命。地球环境从无生 命到有生命，经历了漫长的岁月，分为以下四个阶段：（1）由无机物质形成简单有机物质 火山喷出气体成为地球原始大气的一部分。地球形成初期，地内温度非常高，火 山活动极为频繁。火山喷出的部分气体成为地球原始大气的一部分。这些气体包括氢气、甲 烷、氨及水蒸汽等。 气体成分汇入海洋。这些气体溶于雨水中，到达地面后随地表径流流入逐渐形成 的原始海洋中。 简单有机质合成。上述成分在自然界产生的宇宙射线、紫外

24、线、闪电、X射线以 及地热的作用下，自然合成一些比较简单的有机质，如氨基酸和简单的糖类。 海水成为富含有机质的溶液。简单有机质汇集在原始海洋中，溶解于海水，并不 断积累，使海水成为高温而富含有机质的溶液，这为生命的产生提供了必要的物质条件。（2）由简单有机物到复杂有机物质 蛋白质与核酸的出现。简单有机物质经过长期积累、相互作用，在适当的条件下， 通过缩合、聚合，形成了原始的蛋白质与核酸。这标志着化学演变过程的一次重大质变，因 为蛋白质合核酸是组成生命的必要的物质基础。（3）由复杂有机物组成多分子体系 蛋白质与核酸在原始海洋中越积越多，浓度越来越大，它们经过浓缩后便从海水中分离出来，形成类似“团

25、聚体”的多分子体系。这种多分子体系是原始生命的萌芽。（4）由多分子体系演变为原始生命（5）独立多分子体系形成。漂浮在原始海洋中的多分子体系相互吸附，在海水和空 气的作用下形成最原始的界膜，多分子体系被包围其中，形成一个独立的体系。 新陈代谢出现。独立体系的结构逐渐复杂化，并能从周围环境中吸取营养，同时 也可向周围排泄废物，生命的最基本特征-新陈代谢和繁殖出现，原始生命也就诞生了。生命诞生的意义生命的产生，在地球史上是一个重大飞跃，它使地球除了无机界外，又增加了有机界， 地球逐渐变得生机盎然。 地球环境演化由化学过程到生物进化过程的转变。生命诞生前是由单质到化合 物、无机物到有机物的化学变化过程

26、，生命诞生后则是由单细胞到多细胞、由简单生命到复 杂生命的进化和演化过程。 人类对地球环境影响重大。生命诞生后，一方面地球变得充满生机，另一方面则 是在人类的影响下地球变得面目全非。生物圈的演化:生物种类由少到多与生物圈结构由简单到复杂；生物分布的空间范围由 小到大与并由海洋向陆地扩展第三节 人类与地球各圈层的关系一、岩石圈与人类（一）岩石圈对人类的影响 岩石圈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。岩石圈对 人类的发展也具有重要的价值，向人类提供了丰富的化石燃料和矿物燃料。1. 陆生生物活动的基础。岩石圈稳定少动，是地球人类的立地圈层。2. 提供化石燃料及矿物资源。 目

27、前人类使用的化石燃料主要是煤炭和石油。从人类全部历史来看，化石燃料大规模使 用的历史尚不足 200 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 20 世纪以后，煤炭才开始占主导地位。石油更是一个后来者，从1920 年起其开采量大幅度上 升，开始了能源供应的“石油时代”。从 1929 年至 1971 年，世界煤炭产量增长了 70%，同 期石油产量增长了1000%。约为 12.3。2006 年世界能源消费结构,其中，石油占35.8、 煤炭占 28.4、天然气占23.7、核电 5.8、水电占 6.3%。岩石圈内的矿物资源。人类利用矿物资源的历史不算长，大约在公元前6000 年人类首

28、次学会从矿石中提取金属，进入青铜时代。3000 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，才进入近代的钢铁时代，钢铁也成了现代一切工业的基础。随人 类开发能力的增强而不断满足着人类的需要，人类利用矿物原料的种类与数量与日俱增：原 始人一生只需要几千克至几十千克石头打制石器；农业社会的农民一生也只需要几千克铁和 铜制造简单的农具，迄今许多发展中国家的农民依然使用着极其简单的农具；工业化社会对 矿物资源的消费却大得多，可以说现代工业建立在丰富的矿物资源基础之上。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。但是， 由于人口的持续增长和技术的迅速进步，

29、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能源的转变，已经成为关系到人类未来生存与发展的要 务。（二）人类活动对岩石圈的影响 人类对岩石圈的利用中，不可避免的要对岩石圈施加影响。如果这种影响超过了生态环 境允许的程度，就会使地质环境恶化，最终给人类自身发展带来不利影响。1. 改变原有地质地貌状态 如城市建设、矿产开采中，所采取的爆破、削坡等工程活动，会使岩体松动、裂隙增多， 促进物理风化作用的进行，往往形成崩塌、滑坡。2. 加剧了资源的消耗 矿产资源是在漫长的地质年代里形成的，属于不可再生能源。随人类开发能力的增强 人类利用矿物资源的种类与数量与日俱增。尽管

30、岩石圈中某些资源储量巨大，但不可再生的 矿产资源总有被消耗殆尽的一天。如何迅速实现向新材料与新能源的转变，已经成为关系到 人类未来生存与发展的要务。3. 加剧了不良环境地质问题的发展 一些环境地质问题本来是自然存在的，但是人为的影响会加剧问题的发展，从而带来较 大的灾害。如水土流失本来是一个自然的地质过程，之所以能形成灾害，主要是人为破坏植 被、乱砍乱伐，加剧了这一过程的发展。二、大气圈与人类（一）大气圈对人类的影响 大气圈为生命的存在提供了一个保护层，对于人类来说，大气圈成分的精细平衡是人类 生存的重要条件。地球大气的精细平衡创造了适宜人类生活的环境（1）地球大气成分地球大气除了 N、O之外

31、，还有很多的组成成分，这些成分按照他们在大气中比例的变 化，可以分为两种稳定组分：氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，他们的比例在大气中十分稳定，不 易发生变化；不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等。这些组分受人类活动影响极易发生 变化。（2）地球大气的精细平衡 地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。如氧气的浓度。目前的浓度：21%。下层大气中氧气的浓度为21，这是亿万年来生物圈进化与大气圈 相互作用的结果。30 亿年前，大气圈中氧浓度只有现在的千分之一，原始的生命为了躲避紫外线致 命的伤害，只能存在于水下10m

32、深处。距今 6 亿年时，氧浓度达到现水平的百分之一，出现了臭氧的保护，生命开始出现 在水面上，成为生命史的第一个关键浓度。4亿多年前，氧浓度达到现水平的十分之一，臭氧的浓度进一步增加，生命才能从 海洋登上陆地，这是生命史上的第二个关键浓度。氧气浓度如果发生改变的后果 如果大气中氧浓度下降，则不仅生活在低海拔的人也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大气圈。如果大气中氧浓度增高，譬如从现有的21增高至25，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。另一种敏感的微量组分是甲烷（俗称沼气）浓度低于百万分之二（甲烷的温室 效应

33、比二氧化碳强300 多倍）。（3）稳定气体环境的形成 地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，通过物质输移、能量传输，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。物质输移主要包括： 水汽的输移：包括：垂直传输；水平传输（高低纬间输送；海陆间输送）。二氧化碳的输移：co2从源区向四周及上层大气扩散输移。 气溶胶的输移：源地附近浓度大，逐渐向四周及上空扩散输移。能量传输主要包括： 高低纬间的传输：主要依靠全球性的大气环流（显热和潜热）及洋流来实现的。 海陆间的传输：冬季，海洋是热源，大陆是冷源，热量从海洋输向大陆。越近海洋，输 热越多，气温越高。高低空之间的传输：在对流

34、层中，由于空气的对流，高低空之间也在进行着能量的传输。3. 人类活动与大气适宜的温度、湿度、风、日照等条件，有利于人体的健康；反之，在一定的温湿条件下 却有利于病菌繁殖，人体抗御疾病的机能也减弱。适宜的温度、湿度、风、日照等条件，有利于人体的健康；反之，在一定的温湿条件下 却有利于病菌繁殖，人体抗御疾病的机能也减弱。（二）人类活动对大气圈的影响 人类活动某种程度上破坏了地球大气的平衡。所幸的是大气中的这些稳定组分，其浓度一直保持十分稳定的状态，目前并没有观测到 大气氧浓度的这种戏剧性变化。但是无可否认的是，由于人类的活动，导致了大气中不稳定 组分的浓度发生了较大变化。其中最明显的就是二氧化碳和

35、臭氧的浓度。（1）CO 浓度的增加。一定浓度CO2的存在，对地表温度的调节至为重要。因为CO2和某些气体具有能让太阳 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“温室效应”， 此类气体称为“温室气体”。若无这些温室气体的存在，有关计算推断地球的年平均温度应 为-18，而不是现在的1315。就是说，天然的温室效应使全球温度上升了 3133。向大气中排放出大随着工业的发展，近 200年里，每年要烧掉几十亿吨的煤炭和石油 量的co2。如果长此下去，不采取措施，贝qco2浓度持续增加，温室效应 会越来越强，地球温度持续上升，冰川融化，海平面上升，给地球环境 带来严重的影响。（

36、2）o 浓度的减少。在地面以上20-30公里处，有一个O相对集中的区域，我们把它叫做臭氧层。3臭氧层的作用。它可以将阳光中99%的对人体有害的紫外线辐射吸收，保护地球生命免 遭紫外线辐射，为地球上生命的存在提供了一个安全的生物保护层。03浓度的下降。1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞， 并在逐年增大。青藏高原上空的臭氧正在以每10 年 2.7% 的速度减少。全球总臭氧观测的结果表明，除赤道外， 1978 - 1991 年总臭氧每10年 间就减少1% - 5%。下降原因及危害。人类生产生活中排放的大量氟氯烃等有机化合物对臭氧层造成极大的 破坏，它能使臭氧分解而造成大气中 o3 浓度

37、的下降，从而使得臭氧层吸收紫外线的作用降 低。据科学家估算，高空臭氧每减少1%，就会有额外2%的紫外辐射到达地球表面。这些紫 外辐射会严重损伤动植物，并使人类皮肤癌的患病率大大提高。总之，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 这种平衡乃是维护生物圈所必须，破坏这种平衡就是破坏生命的基础。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，这是人类面临的重大环境 问题之一。三、人类与水圈 水圈为人类的生存提供了必要的条件，在对水圈的应用中，人类的生产活动也给水圈带 来各种影响。1. 水对生命存在的意义。 水的优异的自然性质决定了它对人类

38、和生态环境的特殊意义： 水是无色透明的，它允许太阳光中的可见光和波长较长的紫外线部分可以透过，使光 合作用所需的光能能够到达水面以下的一定深度，而对生物体有害的短波紫外线贝被阻挡在 外。这不仅在地球上生命的产生和进化过程中起了关键性的作用，今天对生活在水中的各种 生物也具有重要意义。 水是一种极好的溶剂，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。而 且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。 除液氨外，水的比热是所有的液体和固体中最大的，为4.18J/(gC)。此外，水

39、的蒸发热也极高，在20C下为2.4kJ/g。正是由于这种高比热、高蒸发热的特性，地球上的 海洋、湖泊、河流等水体，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， 石头的比热只有水的20%，所以月球表面的气温变化可以从+120C到-150C。 水在4C时的密度最大，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，水面上较重的水层向水底沉降，与下部水层更换，这种循环过程使 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，当水体趋于一种稳定状态，水底 温度是4C,在这一层中

40、水生物可以幸存。 冰轻于水。冰的密度比水小，只有0.92g/m3,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。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。2. 近代人类活动给水圈带来各种各样的影响：( 1)兴建大型水库水库成为一种可靠的水源。人类在远古时代就学会了拦河取水，灌溉农田。20世纪科 学技术的发展，使人类有可能修建库容以亿立方米计的大型水库，迄今全世界水库的总库容 已达2000km3，成为一种稳定可靠的水源。水库的不良生态效应。水库也常常产生一些不良的生态效应，如库区泥沙淤积、下游水 质恶化、甚至触发地震等。(可网上搜索相关

41、资源)( 2)大量开采地下水地下水提供了稳定的水源。在可资利用的淡水资源中，地下水以其水量丰富、水质优良 和供应稳定而备受青睐，成为许多地区的主要水源。地下水过度开采的环境问题。地下水的过度开采造成了严重的环境问题。地下水位大幅度下降乃至地下含水层的枯竭。地面沉陷。我国不少沿海城市巳发生这种现象。大幅度地面沉陷带来一系列问题。 例如，地表渠道与地下管线损坏；道路与建筑物破坏等。( 3 )小河流渠道化所谓渠道化(channelization)就是为了防洪的目的把整条小河流或某一河段取直、力口 宽、挖深。随着工业化的进展，一些高度工业化国家以其巨大的财力物力，进行大规模的小河流渠 道化工程。有利于

42、排水防洪，使两岸农田和城镇，免遭洪水威胁。河道取直以后留下原来的河曲形 成一些小湖沼，可能具有娱乐价值或可成为野生动物的栖息地。渠道化改变了河流的物理特性，并有可能对水生生态系统带来灾难性影响。( 4)湖泊的泯灭 从地质学角度看，湖泊的存在只是一种过度现象，因为它终究会被流入的泥沙和湖泊中 的水生生物残体充填，逐渐演变为沼泽直至最后消亡。但是，人类活动大大加速了这种自然 过程。人类的影响包括：土壤侵蚀使入湖泥沙增加、湖内营养物质增加(富营养化)使藻类 与水草丛生、围湖造田使湖泊面积缩小以至消亡、大量引水和入流河流改向使入流水量急剧 减少。由于以上原因，湖泊面积和水量往往在短时期内(20 - 5

43、0年)发生戏剧性变化，甚至 导致一些湖泊完全干涸。湖泊面积缩减、水量减少往往导致湖水矿化度增加，使水质变劣。四、人类与生物圈（一）生物圈对人类的影响生物圈是地球上最大的生态系统，包括从海平面一下10km到海平面以上9km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着物质、能量和信息的交换循环。 而人类从农业社会进入工业社会后，掌握了可以同大自然相抗衡的力量。尤其是最近半个世 纪以来，科学技术迅猛发展，终于使人类从大自然的奴隶变成大自然的主人，但人类在过去 相当长的时期处处以胜利者和占领者的姿态出现，破坏了人类同大自然的平衡和和谐。1 人类- 生物圈的组成部分人类的进化与生物圈演

44、化密切相关。第三纪晚期是古猿的繁盛时期，同时草原植物开始 向森林进逼，夺得了广大空间。自然条件的变化迫使古猿开始适应新的、较为不利的生活环 境。由于自然选择的作用，森林古猿中衍生出一支地栖性的草原古猿。草原环境的生活促使它们直立行走和利用前肢抓取物体，并不得不以草原动物作为食 物。正是由于各在不同的自然地理环境中生活，草原古猿才按着与森林古猿所不同的道路发 展。当地面生活的古猿不仅学会使用工具，而且学会制造工具时，人类就诞生了。人类出现 是第四纪的重大事件。在第四纪人类的进化过程中，自然地理环境发生了剧烈的节奏性演变，冰期和间冰期、 海侵和海退、地壳上升和下降等等自然地理过程和现象交替发生。自

45、然界这种节奏变化曾深 刻地影响了人类的进化。自然因素加上社会因素的共同作用，人类便产生了体质特征不同的 各种人种类型以及不同的地理分布特点。人类的各个群体在相当长的一段时期内彼此隔离地 生活在不同的自然地理区域之中，人的身上便留下了各自居住环境的烙印。在第四纪，非洲、 欧洲和亚洲是全球范围内的三大人类活动中心。各种人种类型以及不同的地理分布特点。根 据体质的性状特征，一般把人类划分为三个基本的种族：尼格罗人种、欧罗巴人种和蒙古人 种。尼格罗人种形成于热带炎热的草原旷野上，那里日辐射强烈，而色素较深的黑色皮肤和 浓密的卷发能对身体和头部起保护作用，宽阔的口裂与外粘膜发达的厚唇以及宽大的鼻腔也 有

46、助于冷却吸入的空气。欧罗巴人种主要形成于欧洲的中部和北部，那里的气候寒冷、云量 多而日照弱，因此人体的肤色、发色和睛色都较为浅淡。人的鼻子高耸、鼻道狭长使鼻腔粘 膜面积增大，这有利于寒冷空气被吸入肺部时变得温暖。蒙古人种形成的环境没有非洲的炎 热和欧洲的寒冷，故形成较为适中的体质形态特征。2.生物圈对人口分布和人口质量的影响生物圈对人口分布的影响。人口地域分布的差异是人类发展过程在空间上的表现形式， 受自然因素的影响，人口的分布却是很不平衡的。生物圈环境和自然资源是人类生活和生产 的物质基础。自然地理环境的地区差异、自然条件的优劣、以及自然资源的多寡等自然因素 必然要影响到各地区的经济发展，进

47、而影响到人口的分布。气候适宜、水源可靠、土地平坦 肥沃的地方，人口就易于繁殖起来。故在温带地区（除干旱内陆和高寒山区外）人口都十分 稠密。在地球上确有一些民族长期生存于极端恶劣的自然环境下，如美洲北部的爱斯基摩人， 他们过着独特的适应严寒和漫长极夜的生活方式，农业根本不能发展，人们在营养上也受到 很大限制，出生率很低，人口数长期停滞不前。自然地理环境对人口质量的影响。自然地理环境对人口质量的作用，主要表现在对人口 健康的影响方面。环境对一个地区的生活水平、教育水平以及科学技术发展进程的影响也会 进而影响到人口素质。总之，生物圈环境对社会发展起着促进或阻延的作用。这种作用，在社会发展的早期尤 为

48、深刻。随着生产力不断提高和自然资源不断开发，社会与其周围自然界的联系便日益加深， 而同时人类对于自然界的影响也日益加强。（二）人类发展对生物圈的影响1.人类活动对生物圈的影响积极影响：利用先进的科学技术和长期积累的丰富经验对系统施加积极的建设性影响， 提高环境质量，创造更适合于人类生活的人工生态系统。负面影响：人类活动违背自然规律，盲目生产对生态系统造成的破坏性影响。如:不合 理的利用土地资源造成的土地沙化、草原退化、水土流失、对环境的污染和资源的破坏等。2.人类活动的环境效应由于人类具有主观能动性，为了求得生存和发展，人们从未停止过改造周围环境的活动， 以致现在地球上几乎不存在不受人类影响的

49、自然界。人类活动对生物圈环境作用的效应是指那种有组织的、大规模的生产活动对自然地理环 境的改变。这些活动改变自然环境的速度是惊人的，其地理效应也是可观的。对于地表状态的改变。人类的各项活动，可以把相当数量的岩石、砂土、水、植物等地 表组成物质从一个地方迁移到另一个地方，或从低处搬运到高处。人类的这些活动大大改变 了原有的地表状态，并造成系列的人为景观。例如城市的建造、森林的砍伐等等。地表状态 改变及其改变过程，也引起了自然地理环境中物质循环以及能量流动的改变。对于物质循环的改变。人类改变物质循环的作用是多方面的，对水的控制则是其中一个 重要方面。人类为了改变地表水分布不均匀的主要的措施，一是用

50、储水排灌的方法来改变一 个流域内的水平衡，二是采取大型调水工程来改变一个（或一个以上）大的水文网的水平衡。 再如，人类活动不断向自然环境中排放污水和废气，也是改变物质循环的一种形式。对于热量平衡的改变。一定区域的热量收支，毫无例外地受到其下垫面状态的影响。人 类活动改变了地表状态，也就相应地改变了地表面的反射率，从而改变了区域的热量平衡。 如城市的热岛效应使其中心区气温要比周围郊区高好几度。此外，人类大规模生产活动又会 向周围大气发散各种化学物质和微粒，尤其是CO2气体的不断增加，可造成显著的“温室效 应”。对生态平衡的改变。自然生态系统由于人类活动而处于变化状态。在中纬度大陆表面的 许多地段

51、，由于精耕细作的农业、牧业或都市化，几乎完全处于人类的支配之下。例如，人 工农田生态系统，珠江三角洲特有的桑基鱼塘生态系统。目前，人类对自然地理环境的改造 和利用并不都是成功的，破坏生态平衡的现象却是广泛存在着。譬如，在山区大规模毁林开 荒，引起严重的水土流失；在森林草原地带大规模毁草开荒和在半草原半荒漠地区过度放牧， 引起土地沙化或沙漠化。对生物圈自然地理过程速率的改变。人类大规模的经济活动由于打破了原有的自然生态 平衡，迫使自然地理过程朝着新的方向发展，同时，也促使自然地理过程的速率发生变化。人类活动对自然地理环境的影响是多方面的，无论从哪一方面触动自然，都可能引起环 境的整体变化。3.

52、人口增加对生物圈环境的压力人口问题对土地资源的压力。20世纪50 年代以来由于世界人口的膨胀，世界人均土地 资源急剧减少。全球人口增势凶猛是促使世界人均耕地减少的最重要因素。由于人口持续猛 增，提出了更多的生活要求，迫使工业化加快速度，过度地从事农耕，不惜围湖造田、滥伐 森林、滥开植被，以增粮食，来满足越来越增长的生活需求。人口问题对森林及草原的压力。由于人口膨胀，食物匮乏时，人类就采用技术和社会组 织来种植粮食，然后是清除森林，犁掉草原。在发展中国家，森林是提供燃料、新牧场和可 耕地的最后来源之一，这些地区的人口膨胀加重了对当地森林的压力。此外，在人口激增、 粮食短缺的压力下，草原也成为开垦

53、对象。特别是温带草原。结果使大批草原退化，严重的 则造成土地沙漠化。人口问题对不可再生资源能源的压力。人类赖以生存和发展的不可再生的资源包括金、 银、铁、铜、石油、天然气、煤、矿产品等。不可再生的资源挖一点少一点，不加限制地采 掘，总有一天要告枯竭。随着世界人口激增以及人类无节制地开发自然界，不可再生的资源 已然呈现告竭苗头。为了满足人口的增加和经济增长对能源的需求和消耗，木材、秸秆、动 物粪便都成了能源，对环境造成了巨大压力。秸秆、粪便被烧掉，使农田肥力减退，粮食减 产，人们生活更加贫困。此外，化石燃料燃烧释放出大量的C02，加上森林面积的减少，大 气中C02含量增加，导致温室效应增加，从而

54、引起全球气候变化，危害生态系统。人口问题对水资源的压力。 20 世纪下半叶，全球淡水需求的增长：一是人类生活用水 大量增加；二是农业灌溉用水与日俱增；三是工业用水激增；四是水库蓄水占用的淡水也大 为增多等等。淡水资源出现了紧张局面。人口增长对物种生存的压力。从20世纪下半叶以来，随着人口爆炸以及工业化的进一 步发展，物种灭绝速度空前加快，平均每天有一个物种灭绝。美国科学家发现，美国境内濒 于灭绝的物种已经多得惊人，如涉水河熊、锁鹿等等。五、人类与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，几乎都由土壤存在。即使在岩石出漏或流沙覆盖

55、的地方，也可 能有原始土壤和风沙土的发育。土壤圈是与大气圈、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，但土壤和岩石是有区别的。地球半径约为6400km而地表 土壤的厚度仅为几十厘米，相比之下微乎其微，但却正是这薄薄的一层土壤，才使得地球上 有了广阔的森林、农田和草场，人类得以从中获得宝贵的生产和生活资源。 一般而言，当土壤含盐量达到占干土比重0.2%时，作物生长受阻，这种土壤称为盐渍 化土。灌溉水把渠道和土壤中的盐分溶解出来，随着盐分的蒸发，数量不等的盐分便积累在 土壤表面。土壤学上把这种过程称作次生盐渍化。当土壤含盐量达到 2%以上时，大多数作 物无法生长，这类土壤就是盐土。次生盐渍化影响范围广泛，而且仍有发展的趋势。据估计当前世界水浇地的 14%受盐 渍化影响。常常与盐渍化伴生的另一种现象是水涝，即沼泽化。传统灌溉技术，如沟灌和渠灌， 常有过量水分下渗至底土，在排水不良的地形部位上潜水位逐渐提高，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，俗称水涝。