新地球观地球系统科学ppt课件

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1、研究对象地球研究对象地球第一第一章章 宇宙中的地球（自学内容）宇宙中的地球（自学内容）第二章第二章 行星地球简史行星地球简史第三章第三章 地球的物质组成地球的物质组成第四章第四章 大气圈大气圈地球的地球的蓝色外壳蓝色外壳第五第五章章 生物圈生物圈大自然的精华大自然的精华第六章第六章 水圈水圈地表变化的主要媒介地表变化的主要媒介第七章第七章 地球表部圈层的相互作用地球表部圈层的相互作用第八章第八章 地球的内部圈层地球的内部圈层第九章第九章 岩石圈内部物质的转化岩石圈内部物质的转化第十章第十章 岩石圈的变形与变位岩石圈的变形与变位第十一章第十一章 重力、地磁与核幔作用重力、地磁与核幔作用第十二章第

2、十二章 新地球观新地球观地球系统科学地球系统科学第十三章第十三章 人与资源人与资源第十四章第十四章 维护我们的生存环境维护我们的生存环境地球的时空特地球的时空特征及物质组成征及物质组成地球圈层特征地球圈层特征和相互作用和相互作用地球科学应用地球科学应用地球科学方法论地球科学方法论天文学 地理学 地质学研究对象地球第一章 宇宙中的地球（自学内容）地球的时空特征1第十二章第十二章 新地球观新地球观地球系统科学地球系统科学第十二章 新地球观地球系统科学2一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用

3、五、不可逆的进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统3系统论系统论系系统统：指指由由若若干干相相互互联联系系、相相互互作作用用的的要要素素所所组组成成的的具有一定功能的有机整体具有一定功能的有机整体。整体性整体性,关联性关联性,等级结构性等级结构性,动态平衡性动态平衡性,时序性等时序性等是所有系统的共同基本是所有系统的共同基本特征；特征；这些这些既是系统所具有的基本思想观点既是系统所具有的基本思想观点,也是系统方法也是系统方法的的基本原则；基本原则；表现表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论了系统论不仅是反映客

4、观规律的科学理论,且具且具有科学方法的含义有科学方法的含义.系统论系统：指由若干相互联系、相互作用的要素所组成的具有一定4系统论系统论系统论5系统论系统论整体性：常常常常又又被被说说成成系系统统整整体体大大于于部部分分。其其实实质质是是说说系系统统的的整整体体具具有有系系统统中中部部分分所所不不具具有有的的性性质质，系系统统整整体体不不同同于于系系统的部分的简单加和即机械和统的部分的简单加和即机械和。层次性：高高层层次次系系统统是是由由低低层层次次系系统统构构成成的的，高高层层次次包包含含着着低低层层次次，低低层层次次属属于于高高层层次次。高高层层次次和和低低层层次次之之间间的的关关系系，首先

5、是一种整体和部分，系统和要素之间的关系。首先是一种整体和部分，系统和要素之间的关系。系统论整体性：层次性：6系统论系统论开放性：系系统统具具有有不不断断地地与与外外界界环环境境进进行行物物质质、能能量量、信信息息交交换换的的性性质质和和功功能能，系系统统向向环环境境开开放放是是系系统统得得以以向向上上发发展展的的前提，也是系统得以稳定存在的条件。前提，也是系统得以稳定存在的条件。稳定性：在在外外界界作作用用下下开开放放系系统统具具有有一一定定的的自自我我稳稳定定能能力力，能能够够有有一一定定范范围围内内自自我我调调节节，从从而而保保持持和和恢恢复复原原来来的的有有序序状状态，保持和恢复原有的结

6、构和功能态，保持和恢复原有的结构和功能。系统论开放性：稳定性：7For more（一）系统整体性原理（一）系统整体性原理（二二）系统层次性）系统层次性原理原理（三三）系统开放性原理）系统开放性原理（四）系统的目的性（四）系统的目的性原理原理（五）系统突变性原理（五）系统突变性原理（六）系统稳定性原理（六）系统稳定性原理（七）系统自组织原理（七）系统自组织原理（八）系统相似性（八）系统相似性原理原理（1）结构功能相关）结构功能相关律律（2）信息反馈）信息反馈律律（3）竞争协同）竞争协同律律（4）涨落有序）涨落有序律律（5）优化演化）优化演化律律For more（一）系统整体性原理（1）结构功能相

7、关8地球地球系统科学系统科学大气圈：大气圈：气象学、大气物理学气象学、大气物理学水圈：水圈：海洋学、陆地水文学、水文地质学、海洋学、陆地水文学、水文地质学、冰川学冰川学生物圈：生物圈：生物学生物学远古大气圈、水圈和生物圈：远古大气圈、水圈和生物圈：地质学地质学地壳：地壳：地质学、地理学、地球物理学、地球化学地质学、地理学、地球物理学、地球化学地幔与地核：地幔与地核：地球物理学、地球化学、宇宙化学地球物理学、地球化学、宇宙化学过去的地球科学都局限在某一特定的时间、空间范过去的地球科学都局限在某一特定的时间、空间范围来研究。围来研究。地球系统科学大气圈：气象学、大气物理学过去的地球科学都局限在9地

8、球系统科学地球系统科学从从整整体体论论（HolismHolism）的的观观点点出出发发，研研究究地地球球这这个个大大系系统统内内各各个个子子系系统统，即即各各圈圈层层内内部部以以及及圈圈层层之之间间的的运运动动变化的全过程、形成机制以及可能发生的变化趋势。变化的全过程、形成机制以及可能发生的变化趋势。地地地地球球球球系系系系统统统统科科科科学学学学则则则则更更更更注注注注意意意意把把把把地地地地球球球球当当当当做做做做一一一一个个个个行行行行星星星星从从从从整整整整体体体体上上上上来来来来认认认认识识识识，进进行行各各种种时时间间尺尺度度的的演演化化研研究究，而而不不受受地地球球各原有分支学科

9、的局限。各原有分支学科的局限。地球系统科学10新地球观地球系统科学ppt课件11新地球观地球系统科学ppt课件12一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用五、不可逆的进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统13速度速度 太阳系太阳系 220 km/s 地球公转地球公转30 km/s 地球自转地球自转(赤道赤道)230 m/s 空气流动空气流动0-n10 m/s 水的流动水的流动0-n m/s 岩石圈岩石圈0

10、-n cm/a 地幔地幔0-n mm/a 地球是一个动力系统，地球上所有物质都地球是一个动力系统，地球上所有物质都在不断地运动。在不断地运动。速度 太阳系 214地球上不同物质（水、空气、生物、固体岩石圈、地球上不同物质（水、空气、生物、固体岩石圈、固态地幔和液态外核）的运动都有其独特的动力学固态地幔和液态外核）的运动都有其独特的动力学机制，它们均受到机制，它们均受到地球内部地球内部和和外部因素外部因素的影响。的影响。地球内部地球内部：地球重力场、地球自转及其速度：地球重力场、地球自转及其速度变化、温度差异、压力变化、物质成变化、温度差异、压力变化、物质成分不均一等分不均一等地球外部地球外部：

11、月球、行星、太阳系以至于银河：月球、行星、太阳系以至于银河系的引力和辐射影响等系的引力和辐射影响等地球上不同物质（水、空气、生物、固体岩石圈、固态地幔和液态外15一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用五、不可逆的进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统16地球是一个开放系统，自诞生以来，整个系统与地球是一个开放系统，自诞生以来，整个系统与周围环境之间就一直发生着质量、能量与动量的周围环境之间就一直发生着质

12、量、能量与动量的交换。交换。地球从宇宙中接受质量和能量地球从宇宙中接受质量和能量星子吸积星子吸积,陨击陨击太阳辐射能，宇宙射线太阳辐射能，宇宙射线 地球系统不断地耗散能量地球系统不断地耗散能量热量散失热量散失转动惯性能消耗，自转减慢转动惯性能消耗，自转减慢地球是一个开放系统，自诞生以来，整个系统与周围环境之间就一直17地球是宇宙巨系统中的一份子地球是宇宙巨系统中的一份子影响地球各圈层的运动变化的宇宙因素：影响地球各圈层的运动变化的宇宙因素：地球自身轨道的变化地球自身轨道的变化：地球自转速度的变化，地极移：地球自转速度的变化，地极移动，地球绕太阳系质心公转轨道半径或偏心率的变化，动，地球绕太阳系

13、质心公转轨道半径或偏心率的变化，黄赤道交角的变化黄赤道交角的变化宇宙星体对地球的影响宇宙星体对地球的影响：月球、太阳或大行星对地球：月球、太阳或大行星对地球引力的变化，太阳辐射能（如黑子）的变化，陨石撞引力的变化，太阳辐射能（如黑子）的变化，陨石撞击作用击作用太阳系的变化太阳系的变化：太阳系穿越银道面以及太阳系在银河：太阳系穿越银道面以及太阳系在银河系内公转一周系内公转一周地球是宇宙巨系统中的一份子地球自身轨道的变化：地球自转速度的18一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用五、不可逆的

14、进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统19地球系统由多个子系统（圈层）构成。地球系统由多个子系统（圈层）构成。子系统间具有强相互（非线性相互作用）作用。子系统间具有强相互（非线性相互作用）作用。地地球球系系统统的的复复杂杂性性：地地球球各各子子系系统统间间发发生生的的强强相相互互作作用用而而自自发发地涌现出系统总体性状、结构与动力学行为。地涌现出系统总体性状、结构与动力学行为。耦耦合合作作用用：两两个个（子子）系系统统通通过过相相互互作作用用，批批次次影影响响一一致致紧紧密密地联合起来。地联合起来。解解耦耦作作

15、用用：通通过过互互相相作作用用后后，两两体体系系解解除除耦耦合合关关系系，仍仍分分别别各各具特色、自成体系的现象。具特色、自成体系的现象。圈层间的相互作用圈层间的相互作用地球系统由多个子系统（圈层）构成。圈层间的相互作用20二二十十世世纪纪八八十十年年代代美美国国John Martin提提出出了了“铁铁假假说说”，认认为为海海水水中中铁铁元元素素的的缺缺乏乏，限限制制了了浮浮游游植植物物的的生生长长，因因为为海海洋洋浮浮游游植植物物的的生生长长必必须须有有微微量量的的铁铁，而而铁铁在在现现代代氧氧化化环环境境下下的的海海水水中中极极难难溶溶解解。冰冰期期时时风风尘尘大大作作，为为大大洋洋带带来

16、来铁铁元元素素、提提高高生生产产力力，从从而而降降低低大大气气二二氧氧化化碳碳，正正好好解解释释了了极极地地冰冰芯芯中中温温室室气气体体(CO2,CH4)的浓度、大气降尘的浓度与冰盖体积一起变化的记录。的浓度、大气降尘的浓度与冰盖体积一起变化的记录。为为了了检检验验“铁铁假假说说”，近近年年来来在在东东太太平平洋洋和和南南大大洋洋 先先后后进进行行了了“铁铁肥肥试试验验”，从从船船上上将将二二价价铁铁倾倾入入海海中中，果果然然诱诱发发出出藻藻类类勃勃发发，生生产产力力增增加加高高达达数数十十倍倍，证证明明了了铁铁的的确确是是大大洋洋生生产产力力的的限限制制因因素素，而而且且风风尘尘增增加加可可

17、能能是是冰冰期期中中大大气气CO2减减少少的的原原因因，也也证证明了陆地明了陆地-海洋海洋-生物生物-大气之间环环相扣的因果关系。大气之间环环相扣的因果关系。陆地陆地-海洋海洋-生物生物-大气之间环环相扣大气之间环环相扣:铁假说铁假说二十世纪八十年代美国John Martin提出了“铁假说”，21一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用五、不可逆的进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统22地球的演化在时间

18、演化上具有不对称性和单向性，即不可逆性。经过陨石研究、高温高压试验以及宇宙化学、天体物理学、天文学、地质学和生物学研究，人们已经认识到整整个个地地球球都都经经历历了了由由简简单单到到复复杂杂、由由低低级级到到高高级级的的不可逆演化过程。地球的演化在时间演化上具有不对称性和单向性，即不可逆性。23生物界生物界由低级到高级、由简单到复杂的不由低级到高级、由简单到复杂的不可逆进化可逆进化地球地球地球是如何演化的？地球是如何演化的？生物界地球24太阳系的起源太阳系的起源(星云说星云说)太太阳阳周周围围的的固固体体与与气气体体物物质质，经经过过约约500万万年年快快速速旋旋转转和和冷冷凝凝；以以固固体体

19、颗颗粒粒(小小圆圆球球状状的的星星子子)为为中中心心，通通过过反反复复随随机碰撞吸积、增大质量；逐渐形成太阳系的八大行星。机碰撞吸积、增大质量；逐渐形成太阳系的八大行星。太阳系的起源(星云说)太阳周围的固体与气体物质，经25一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用五、不可逆的进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统26均变论均变论（郝顿和莱伊尔）（郝顿和莱伊尔）许多大变化是由一系列微小的变动逐渐积累而形许多

20、大变化是由一系列微小的变动逐渐积累而形成的成的灾变论（居维叶）生生物物演演化化过过程程中中，“没没有有一一种种缓缓慢慢进进行行的的原原因因能能产产生生突突然然的的效效果果”，“所所以以地地球球上上的的生生命命进进程程曾曾多多次次被被可可怕怕事事件件所所打打断断”，“地地球球表表面面曾曾经经历历过过相继的革命及各种灾变相继的革命及各种灾变”。均变论（郝顿和莱伊尔）27地地球球的的演演化化，并并不不是是匀匀速速、线线性性地地发发展展的的，而而是是进进行行着着变变速速的的演演化化，表表现现为为相相对对均均匀匀变变化化与与突突变变（灾灾变变）交交错错相相间间的的特征。特征。地地球球演演化化过过程程中中

21、既既有有“均均变变”，也也有有“灾灾变变”，呈呈现现为为一一种种稳稳定定期期与与活活跃跃期期相相间间的的变变化化过过程程，常常常常是是一一个个较较长长时时期期的的、相相对对稳稳定定的的发发展展与与一一个个较较短短时时间间的的、激激烈变化的烈变化的“灾变灾变”事件交替地演化。事件交替地演化。地球的演化，并不是匀速、线性地发展的，而是进行着变速的演化，28新地球观地球系统科学ppt课件29稳定期（均变期）稳定期（均变期）是一种是一种非平衡的相对静态非平衡的相对静态，演化呈现为相对有序的特征。这一时期，演化呈现为相对有序的特征。这一时期表现为：表现为：大气圈的年平均温度基本稳定；大气圈的年平均温度基

22、本稳定；气候带的划分基本固定；气候带的划分基本固定；海平面变化幅度较小；海平面变化幅度较小；生物稳定地繁衍、复苏或发育；生物稳定地繁衍、复苏或发育；地磁极变化幅度较小；地磁极变化幅度较小；地层内表现为连续沉积，地层之间呈现为整合接触关系；地层内表现为连续沉积，地层之间呈现为整合接触关系；地地球球内内部部热热能能处处于于平平稳稳地地积积累累和和释释放放状状态态，岩岩浆浆活活动动稀稀少少或微弱；或微弱；变质作用主要发生在地壳下部，以埋藏变质为主；变质作用主要发生在地壳下部，以埋藏变质为主；岩岩石石圈圈内内的的构构造造应应力力平平稳稳地地积积累累或或调调整整，主主应应力力方方向向不不太太明明显显，差

23、差应应力力值值较较小小岩岩石石圈圈板板块块小小幅幅度度地地升升降降，其其水水平平位位移量也相当微弱，岩石仅发生微弱的变形。移量也相当微弱，岩石仅发生微弱的变形。稳定期（均变期）大气圈的年平均温度基本稳定；30活跃期（突变期或灾变期）呈现为极不平衡的呈现为极不平衡的无序无序状态。常表现为：状态。常表现为：发生异常气象，大气温度剧变，气候带迁移发生异常气象，大气温度剧变，气候带迁移海平面大幅度升降海平面大幅度升降生物种群灭绝生物种群灭绝地磁极翻转；地磁极翻转；地层中出现沉积间断，地层间呈现出角度不整合接触关系；地层中出现沉积间断，地层间呈现出角度不整合接触关系；地球内部热能大量释放，岩浆活动与各种

24、变质作用剧烈；地球内部热能大量释放，岩浆活动与各种变质作用剧烈；岩石圈内构造应力猛烈释放，岩石发生强烈变形，构造应力岩石圈内构造应力猛烈释放，岩石发生强烈变形，构造应力的定向性明显，差应力值较大，板块升降幅度与水平位移量的定向性明显，差应力值较大，板块升降幅度与水平位移量都较大。都较大。常发生大规模的陨击事件，各天体对地球的引力作用常出现常发生大规模的陨击事件，各天体对地球的引力作用常出现某种的异常变化。某种的异常变化。活跃期（突变期或灾变期）发生异常气象，大气温度剧变，气候带迁31灾变事件以一定的先后次序依次发生：灾变事件以一定的先后次序依次发生：首先，以一次巨大的陨击作用作为诱发因素，引起

25、全首先，以一次巨大的陨击作用作为诱发因素，引起全球电磁场剧变和地磁极的翻转；球电磁场剧变和地磁极的翻转；陨石撞击岩石圈表层引起大爆炸，粉尘升到大气圈上陨石撞击岩石圈表层引起大爆炸，粉尘升到大气圈上部，遮蔽了太阳幅射能，造成全球气温骤降；部，遮蔽了太阳幅射能，造成全球气温骤降；巨大的陨击坑使地表地形发生巨大变化，也可引起海巨大的陨击坑使地表地形发生巨大变化，也可引起海平面的剧烈变化，发生海啸；平面的剧烈变化，发生海啸；陨击作用产生的粉尘落到地面上之后，形成一层富含陨击作用产生的粉尘落到地面上之后，形成一层富含铂族元素或重稀土元素异常的粘土层；铂族元素或重稀土元素异常的粘土层；陨击作用后几年到数万

26、年的时间内，大气与海洋环境陨击作用后几年到数万年的时间内，大气与海洋环境的巨大变化，不能适应环境的生物大量灭绝。的巨大变化，不能适应环境的生物大量灭绝。灾变事件以一定的先后次序依次发生：首先，以一次巨大的陨击作用32新地球观地球系统科学ppt课件33新地球观地球系统科学ppt课件34新地球观地球系统科学ppt课件35新地球观地球系统科学ppt课件362-5万万年年前前重重约约7万万吨吨的的陨陨石石，以以每每小小时时约约6.9万万千千米米的的速速度度撞撞入入地地球球，在在美美国国亚亚利利桑桑那那州州的的沙沙漠漠上上留留一一个个丑丑陋陋疤疤痕痕巴巴林林杰杰陨陨石石坑坑，而而陨陨石石本本身身在在这这个个过过程程中中粉粉碎碎了了。陨陨石石坑坑宽宽1264米米，深深174米。米。2-5万年前重约7万吨的陨石，以每小时约6.9万千米的速度撞37一、地球是一个系统一、地球是一个系统二、地球动力系统二、地球动力系统三、开放的地球系统三、开放的地球系统四、圈层间的强相互作用四、圈层间的强相互作用五、不可逆的进化五、不可逆的进化六、均变与灾变六、均变与灾变七、各种时间尺度的周期性变化七、各种时间尺度的周期性变化一、地球是一个系统38新地球观地球系统科学ppt课件39新地球观地球系统科学ppt课件40中国黄土沉积中国黄土沉积中国黄土沉积41