地球系统科学概论复习资料

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1、地球系统科学概论复习资料 人类正面临着哪些全球性的重大问题 人口爆炸、土地荒漠化、资源趋于枯竭、“温室效应”与全球变暖、臭氧屏蔽 的破坏1. 开普勒行星运动三定律 椭圆定律（开普勒第一定律） 开普勒第一定律，也称椭圆定律：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太 阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。面积定律（开普勒第二定律）开普勒第二定律，也称面积定律：在相等时间内，太阳和运动着的行星的 连线所扫过的面积都是相等的。这一定律实际揭示了行星绕太阳公转的角动 量守恒。调和定律（开普勒第三定律）开普勒第三定律，也称调和定律：各个行星绕太阳公转周期的平方和它们 的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。 由这一定律不难

2、导出：行星与太阳之间 的引力与半径的平方成反比。这是牛顿的万有引力定律的一个重要基础。2. 臭氧特点、作用、危害、存在范围 臭氧：臭氧是地球大气中一种微量气体，在常温常压下，稳定性极差，在常 温下可自行分解为氧气。臭氧具有强烈的刺激性，吸入过量对人体健康有一 定危害。臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收 短波紫外线。 主要由于在太阳短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解 为氧原子后再和另外的氧分子结合而形成的。有机物的氧化和雷雨闪电的作 用也能形成臭氧。分布：大气中的臭氧随高度、纬度等不同而变化，近地面含量极少。它是在 太阳紫外线辐射或闪电作用下，氧分子分解为 氧

3、原子后再和另外的氧分子 结合而成的气体。据观测，臭氧含量随高度的分布很不规则，近地面含量很 少，从10km高度开始含量逐渐增加，12-15KM以上含量增加得特别显著， 在20-30km高度处达最大值，再往上，含量又逐渐减少，到55km高度就极 少了。造成这一现象的原因是由于在大气的上层中，太阳短波强度很大，使 氧分子解离增多。因此，氧原子与氧分子相遇机会很少；即使臭氧在此处形 成由于它吸收一定波长的紫外线，又引起自身分解，因此，在大气上层臭氧 的含量不多。到 20-30km 处，既有足够的氧分子，又有足够的氧原子，这 给臭氧的形成提供了条件，故称这一层为臭氧层。在低于这一层的空气中， 太阳短波

4、紫外线大大减少，臭氧分解也减弱，所以氧原子数量减少，以致臭 氧形成减少。危害：臭氧层被破坏后，其吸收紫外线的能力大大降低，使得人类接受 过量紫外线辐射的机会大大增加了。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的 免疫系统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性疾病的人数 大量增加；另一方面，过量的紫外线辐射会增加皮肤癌的发病率。据统计， 全世界范围内每年大约有10万人死于皮肤癌，大多数病例与过量紫外线辐 射有关它会影响农作物的生产。实验表明，过量的紫外线辐射会使植物叶 片变小，减少了植物进行光合作用的面积，从而影响作物的产量同时，过量 紫外线辐射还会影响到部分农作物种子的质量，使农作物更易受杂

5、草和病虫 害的损害它会影响水生生态系统。研究结果表明，紫外线辐射的增加会 直接引起浮游植物、浮游动物、幼体鱼类以及整个水生食物链的破坏。作用：臭氧能大量地吸收太阳紫外线，使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直 分布，从而对地球大气环流和气候的影响起着重要作用。同时，还对地面上 的生物起着保护作用，使之免遭紫外线的伤害，少量紫外线可以起到杀菌治 病的作用。3. 遥感，遥感常用波段 遥感：从远处探测、感知物体或事物的技术紫外线(0.3 - 0.38um),主要用于测定碳酸盐分布，对水面漂浮的油膜比对 周围的水反射强烈，因此常用于对油污的检测。可见光(0.38 - 0.76um)，最常用的电磁波段，人眼对

6、其有敏锐的感觉，成 像方式多样，探测能力高。红外波段(0.76-1000um)，其性质与可见光类似，又称光红外，用于探测物 体的热辐射能量，最大特点是具有昼夜工作的能力。微波(1-1000m)，穿透性好、不受云雾影响，对云层、地表植被、松散沙层和 干燥冰雪具有一定穿透力，又能夜以继日的工作。4. 类地行星及其特点 类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星。类地行星的结构大致相同：一个主要是铁的金属中心，外层则被硅酸盐地幔 所包围。它们的表面一般都有峡谷、陨石坑、山和火山。类地行星的大气层 都是再生大气层，有别于类木行星直接来自于太阳星云的原生大气层。类地行星包括水星、地球、火星、金星，它们的物理

7、性质与地球接近，质量 小、密度大、中心有铁核，金属元素比例高名词解释： 地球系统：地球系统指由大气圈、水圈、陆圈(岩石圈、地幔、地核)和生物圈(包括人类)组成的有机整体地球系统科学：地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联 系、相互作用中运转的机制，地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而 为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。岩石圈：地壳和上地幔顶部都是由刚性岩石组成，称为岩石圈生物圈：生物圈是生物及其占领空间的总称，是指地球上所有生态系统的统合整 体，是地球的一个外层圈，其范围大约为海平面上下垂直约10公里。它包括地 球上有生命存在和由生命过程变

8、化和转变的空气、陆地、岩石圈和水。板块构造：板块构造认为，地球表层(岩石圈)是由厚度大约为100-150 km的 巨大板块构成，岩石圈分成若干板块，就像冰山在海洋中一样飘浮在玄武岩质的 软流圈上，进行非常缓慢的移动数字模型：数字模型又称数字沙盘、数字沙盘系统等，它是以三维的手法进行建 模，模拟出一个三维的建筑、场景、效果，可以在数字场景中任意游走、驰骋、 飞行、缩放，从整体到局部再从局部到整体，无所限制。数字地球：一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地 球虚拟系统。地质年代：它包含两方面含义：其一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对 地质年代；其二是指各地质事件发生的距

9、今年龄，由于主要是运用同位素技术， 称为同位素地质年龄（绝对地质年代）地层层序律：在层状岩层的正常序列中，先形成的岩层位于下面，后形成的岩层 位于上面。这一原理称地层层序律，也称叠覆原理。遥感：从远处探测、感知物体或事物的技术。既不直接接触物体本身，从远处通 过各种传感器探测和接收来自目标体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来 识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。GPS：利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全 球卫星定位系统，简称 GPS地理信息系统：它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软 件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中

10、的有关地理分布数 据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。“3S”技术:3S技术是以遥感技术（RS）、地理信息系统（G1S）、全球定位系统（GPS） 为基础，将RS、G1S、GPS三种独立技术领域中的有关部分与其它高技术领域（如 网络技术、通讯技术等）有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术大气窗口：通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的电磁辐射波段 称为大气窗口黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体 简答题及论述1. 地球系统科学研究意义。人类 正处在一个前所未有的紧要关头，近百年内，维持地球生命的环境 正在迅速地恶化。人口爆

11、炸、土地荒漠化、资源短缺、环境污染加剧、“温室 效应”与全球变暖、臭氧屏蔽的破坏、森林锐减和物种加速灭绝、淡水资源 短缺等威胁着人类的生存。从科学角度看，这些紧迫的环境问题实质上是有 地球各层圈组成的统一系统，即地球系统各层圈相互作用产生的。为实现全球可持续发展，我们迫切需要统一的、系统的观点，从多时空 的角度，认识地球的整体行为，从而有效地调控人与自然的关系。21 世纪，地球系统科学将以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，研究地球的整体行为。地球系统科学理论的构建，将使人类更好地认 识所赖以生存的环境，促进自然资源、生态环境与社会经济的可持续发展， 最大限度减少自然灾害、环境污染、生

12、态破坏所造成的损失，更好地认识地 球和管理地球补充：1. 地球科学研究意义。 理论意义：地球科学是一门理论性很强的自然科学 .它承担着揭示整个地球的形 成、演变规律的科学使命.它的研究对人类正确地认识自然界、建立辩证唯物主 义世界观起着重要作用,对整个自然科学的发展也具有促进和推动作用.应用意义：1.地球科学在寻找、开发和利用自然资源中起着巨大作用。2.地球科 学在指导人类如何适应、保护、利用和改造自然环境以及同各种自然灾害作斗争 方面发挥着重要作用。3.有关自然环境的利用、改造和管理的研究,首先必须进行 定性评价,地理学是这类定性评价的主要依据.4.人类正面临着一系列艰巨的、紧 迫的、深广的

13、、复杂的全球性环境问题，如大气与水体污染、气候异常、植被破 坏、水土流失和土地沙漠化等，这些环境问题严重地威胁着人类的生存与发展。 这些都与地球科学特别是环境地学有着密切关系，也是未来地球科学所面临的主 要任务。2. 大陆漂移学说的基本思想及证据大陆彼此之间以及大陆相对于大洋盆地间的大规模水平运动，称为大陆 漂移。大陆漂移说认为，地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆 块，称之为泛大陆或联合古陆，中生代开始，泛大陆分裂并漂移，逐渐达到 现在的位置。大陆漂移的动力机制与地球自转的两种分力有关：向西漂移的 潮汐力和指向赤道的离极力。较轻硅铝质的大陆块漂浮在较重的黏性的硅镁 层之上，由于潮汐力

14、和离极力的作用使泛大陆破裂并与硅镁层分离，而向西、 向赤道作大规模水平漂移。证据：大西洋两岸的海岸线相互对应，特别是巴西东端的直角突出部分与非洲 西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。 大西洋两岸的美洲和非洲、欧洲在 地层、岩石、构造上遥相呼应。 相邻大陆，特别是大西洋两岸古生物群具 有亲缘关系。石炭纪一二叠纪时在南美洲、非洲中部和南部、印度、澳大利 亚都发生过广泛的冰川作用。这些地区除南美洲和南极洲外，目前都处于热带或 温带地区。与此同时，在北半球除印度以外的广大地区并未找到确切的晚古生代 冰川遗迹，相反却见到许多暖热气候的生物化石。这表明上列出现古冰川的诸大 陆在当时曾相连接，为一个统一的大陆

15、。 现代科学的发展为大陆漂移提供 更直接的证据：精确的大地测量的数据证实大陆仍在缓慢地持续水平运动；古地 磁的资料表明许多大陆块现在所处的位置并不代表它初始位置，而是经过了或长 或短的运移。3. 板块构造学说的基本思想及不足 在固体的地球上层，存在比较刚性的岩石圈及其下伏较塑性的软流圈；较刚 性的岩石圈可分为若干大小不同的板块，它们在塑性较强的软流圈上进行大规模 运移；海洋板块不断新生，又不断俯冲、消减到大陆板块之下；板块内部相对稳 定，板块边缘由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带；板块之间 的相互作用控制了岩石圈表面的各种地质作用过程，同时也决定了全球岩石圈运 动和演化的基本格局

16、。不足：板块的驱动力问题，一般认为驱动力来自地幔对流，但还缺乏地幔如 何对流的直接证据针对洋脊的横向断层错动的原因，马宗晋提出了板条结构理 论板块大地构造的早期情况有待进一步研究 补充：阐述板块构造学说的诞生过程和主要思想理论及其对地质学理论的主要 贡献。板块构造学说的诞生过程：1912 年，魏格纳提出大地构造假说大陆漂移说。 但是大陆漂移的驱动力及许多相关问题没有解决，因此到了 30年代，大陆漂移 说逐渐消沉。二战后，由于科学技术的发达，人类对海洋的了解越来越多，获得 了有关海洋的很多新资料，在这些新资料的基础上，科学家提出了海底扩张说。 从 60 年代起，由于海洋科学和地球物理学的迅速发展

17、，获得了大量的有利于大 陆漂移的证据，使大陆漂移说复活。1967 年，摩根等人把海底扩张说的基本原 理扩大到整个岩石圈，并总结提高为对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识， 这种学说被命名为板块构造学说。总之，板块构造说是海底扩张说的发展和延伸， 而从海底扩张到板块构造又促进了大陆漂移的复活。板块构造学说的主要思想：板块构造说认为，岩石圈相对于软流圈来说是刚性的， 其下面是粘滞性很低的软流圈。岩石圈并非是一个整体，它具有侧向的不均一性。 其次岩石圈板块是活动的。板块构造学说把全球岩石圈板块划分为六大板块，即 太平样板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。作为 岩石圈活动带的板

18、块边界可以归纳为三种类型，即拉张型边界、挤压型边界和剪 切型边界。板块构造学说认为海洋从开始到封闭，可以归纳为下列过程：大陆裂 谷f红海型海洋f大西洋型海洋f太平洋型海洋f地中海型海洋f地缝合线。 板块构造学说对地质学理论的贡献：板块构造学说对各种地质现象，如：现代地 槽、造山作用、浊流沉积和混杂堆积、蛇绿套岩、双变质带、火山活动和地震活 动都有合理的解释。3. 青藏高原隆升过程及其环境效应始新世中期(45Ma)印度与亚洲大陆的碰撞揭开了青藏高原隆升的历史，青藏 高原的隆升以多阶段、非均匀、不等速为特征。青藏高原隆升共分为四大阶 段，经历了四次构造运动 喜马拉雅运动:印度与欧亚板块碰撞，青藏高

19、原开始隆升 青藏运动:青藏高原整体强烈隆升，横断山系开始隆起，昆仑上强烈抬升，隆 升速率达每年12m m,隆升高度达1000m 昆仑-黄河运动：青藏高原加速隆升，昆仑上再度隆起，隆升速度为每年1030mm，高原上升至3000m，局部达5000m以上，高原进入冰冻圈，黄 河形成 共和运动：青藏高原急剧隆升，接近或达到现在高度1 对大气环流和气候的影响 纬向西风气流流经青藏高原被迫分流、抬升和爬越，北支沿高原北侧在新疆 北部和蒙古西部一带形成高压脊;而南支在高原南部形成孟加拉湾低压槽。 在高原动力的热力作用的季节变化影响下,形成了(以高原范围为尺度的区 域性环流)高原季风。 高原隆升对东亚季风和南

20、亚季风系统的维 持与加强有重要作用 水系格局的形成和变动。青藏高原的隆升，使其成为中国和亚洲众多著名 大江大河的发源地，被称为中国和亚洲的水塔 高原主体(即主夷平面)被抬升到冻结高度(300003500m)之后，以其强大的 冷储，使高原成为南极、北极地区之外地球的第三极，并使高原热力作用进入到一个新的阶段。2 对自然景观的影响 青藏高原的隆升不仅使我国西高东低的地势格局得以建立 , 也造成了我国 大地形结构中三级地势阶梯和东南部湿润、半湿润、西北干旱和青藏高寒 三大自然景观区的形成。 黄土高原的形成和红土高原的退化 沙漠的扩展。随青藏高原的隆起 ,高原西侧和北侧的干旱化加强 ,使亚洲内 陆戈壁

21、、沙漠大发展。包括塔克拉马干在内的我国许多现代沙漠均是高原 隆起的构造格局和气候条件下形成的4. 大气圈对岩石圈的作用（风化作用入手）大气圈对岩石圈的作用表现为岩石圈表层的风化作用以及风的剥蚀作用、搬 运作用和沉积作用。风化作用指在地表或近地表条件下，在大气、温度、水、生物等因素的影响下，岩石或矿物在原地遭受分解和破坏的过程。风化作用可分为物理风化、化学风化两种类型。风化作用的产物主要有岩石和矿物碎屑、细小的粘土、 土壤和风化壳。风的剥蚀作用是指风对地表的破坏作用，形成各种风蚀地形，如风蚀蘑菇石、 风蚀谷、风蚀城、风蚀穴、风蚀柱等。风的搬运作用是指风将碎屑物质从一个地点搬运到另一个地点的过程。

22、 一旦风力减小，风所携带的碎屑物质会逐渐沉积下来，即发生风的沉积作用。 风的搬运作用和沉积作用往往在原地和异地分别形成岩漠、戈壁和沙漠、黄 土等。5. “3S ”技术的内容和特点遥感技术（RS）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）RS 具有实时、 快速、 动态获取大范围地表信息的能力, 遥感技术具有获取 数据范围大、精度高，获取信息周期短、手段多等特点。全球定位系统是利用人造地球卫星进行点位测量导航技术的一种。GPS定位 系统具有定位的高度灵活性和实时性等特点。地理信息系统指在计算机硬件支持下，对具有空间内涵的地理信息输入、存贮、查询、运算、分析、表达的技术系统，同时它可以用于地理

23、信息系统的动态描述，通过时空构模，分析地理系统的发展变化和深化过程，从而为咨 询、规划和决策提供服务。6. 三大岩石的转化岩浆喷出后冷凝形成岩浆岩，岩浆岩经过风化、侵蚀、搬运、堆积等物理作 用转变为沉积岩；也可经过变质作用成为变质岩。沉积岩通过变质作用可成 为变质岩；变质岩也可通过风化、侵蚀、搬运、堆积等物理作用转变为沉积 岩。沉积岩，变质岩和岩浆岩可通过重熔作用变成岩浆。最后岩浆再次喷出 或侵入成为岩浆岩7. 如何理解“全球变暖”？并论述“全球变暖”的可能效应。（什么是全球变 暖？有人还在怀疑全球变暖?全球变暖的人文因素？全球变暖的背景（全新 世气候、第四纪气候背景），可能效应里边，阐述对大

24、气圈、水圈、生物圈 及人类的影响）全球变暖是指在一段时间中陆地，海洋和大气因温室效应而造成的温度上升的气候变化现象。全球气候变暖是一种“自然现象”。近几年来，由于人们焚烧化石矿物以生成 能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温 室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长 波辐射具有高度的吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，也就是常说的 “温室效应”，导致全球气候变暖。1 对生态环境的危害 首先，气候变暖使海平面上升、海岸带和海岸生态系统产生变化。随着温室效应的增强，气温升高，海水温度也随之升高，海水由于升温而膨胀，促进 海平面升高。另一方面，

25、气温升高使南北极和高山冰雪融化，也会导致海平 面上升。其次，气候变暖导致冰川和冻土减少。2 对生物多样性的影响 气候是决定生物群落分布的主要因素，全球生物群落的分布与全球年平均气 温和年降水量有很好的对应关系，自然植被分布的变化最能体现气候变化的 影响。气候变化能改变一个地区不同物种的适应性并能改变生态系统内部不 同种群的竟争力。自然界的动植物，尤其是植物群落，可能因无法适应全球 变暖的速度而做适应性转移，从而惨遭厄运3 对工农业4 对人类健康气候变暖将对地球生态环境产生什么影响？（1）全球气温长高使海水温度随之增加，这将使海水膨胀，导致海平面长高；（2）由于极地增暖剧烈，造成极地冰川融化而融化的水量会造成海平面抬升；（3）气温升高使高纬度降水增加而中纬度则因变暖后副热带干旱带北移而变干 旱，副热带地区降水有所增加，低纬度因变暖而对流加强，因此降水增加；（4）就生态系统而言由于高纬度冰冻的苔原部分解冻，磊大北界会更向极地方 向发展，中纬度将由于变干，某些喜湿润温暖的森林和生物群落将逐渐被目前在 副热带所见的生物群落所代替；（5）全球沙漠化将扩大 3%，林区将减少 11%，草地扩大 11%；（6）全球的热带病将增多