全球環(huán)境變化的主要特征與過程.ppt

第3章全球環(huán)境變化的主要特征與過程 重點及難點 1 全球環(huán)境變化的時空尺度及其聯(lián)系 2 全球環(huán)境變化的驅(qū)動力 3 全球碳氮循環(huán)與水循環(huán) 地球表層系統(tǒng)作為一個開放體系 太陽輻射 大氣成分 大氣過程 海陸關(guān)系 海洋環(huán)流 冰蓋 陸地地形 地表組成物質(zhì)和人類活動等的相互作用 在一個時間序列當(dāng)中可表現(xiàn)為多層次驅(qū)動 響應(yīng) 反饋 放大等十分復(fù)雜的關(guān)系 因此 全球環(huán)境變化既會表現(xiàn)出某種周期性變化 又會表現(xiàn)為一些漸變和突變 3 1全球環(huán)境變化的時空譜特征 Space timeSpectrumcharacteristicsglobalenvironmentalchange 全球環(huán)境變化的時空尺度 一 時間尺度 全球環(huán)境變化可劃分為5個時間特征 陳效逑 2001 幾百萬年至幾十億年 地質(zhì)歷史時期 全球變化事件受地球行星演化規(guī)律與進程的控制 如巖石圈板塊的運動導(dǎo)致地球上滄海桑田的演變 陸地上的造山運動和造陸運動形成山脈 高原等大的地形單元 大氣圈和水圈的形成與演變 以及生命起源與原始人類出現(xiàn) 不可逆事件 幾千年至幾十萬年 最近的地質(zhì)歷史時期 第四紀(jì)冰期 間冰期的交替 海面的升降 伴隨冷暖 干濕變化的大氣成分改變 如塵埃含量的變化 古土壤層的發(fā)育 生物種的分布 遷移和滅絕 人類文明的誕生與發(fā)展 可逆事件 幾年至幾百年 年際 年代際 世紀(jì)際 典型事件包括全球氣溫的趨勢性上升 氣溫 海溫 降水量 徑流量 地表侵蝕 植物物候期及生長季節(jié)等的準(zhǔn)周期性波動和突變 植物種群結(jié)構(gòu)的變化和植被帶的可能移動 驅(qū)動力 太陽活動 火山活動 大氣環(huán)流的長期變化 厄爾尼諾 南方濤動等自然因子和大氣溫室效應(yīng)的增強等人為因子 幾天至幾個季度典型事件 大氣環(huán)流的季節(jié)震蕩 氣溫 降水和地表經(jīng)歷的季節(jié)波動 植物群落季相與農(nóng)事季節(jié)的更替 土壤 植物 大氣之間生物地球化學(xué)循環(huán)的年際變化 驅(qū)動力 太陽輻射量輸入的年循環(huán) 幾秒至幾小時 典型事件 氣候要素的日變化 幾分鐘到幾小時的天氣現(xiàn)象 植物與土壤的溫度日變化 土壤 植物 大氣之間的物質(zhì)與能量傳遞 驅(qū)動力 太陽輻射能量輸入的日周期 全球環(huán)境變化的時間尺度 全球尺度 空間范圍 20000km 大約相當(dāng)于半球至全球尺度 特征事件太陽輻射能分布 大氣環(huán)流和洋流 溫室效應(yīng)與全球氣候變化 臭氧層破壞等 1a 幾十億a 區(qū)域尺度 空間范圍100 20000km 地域單元有大陸 大洋陸地上的自然地帶以及海區(qū) 特征事件季風(fēng)和大型天氣過程 海流 厄爾尼諾一南方濤動 巖石圍板塊構(gòu)造運動與造山運動 冰期一間冰期交替 氣候帶與地帶性植被一土壤的形成等 1a 十幾億a 二 空間尺度 地方尺度 空間范圍10 100km 特征事件地震 流域的水土流失 中尺度天氣系統(tǒng) 如中氣旋 雷暴等 植物物候期的水平變化 城市氣候與大氣污染 河流與水域的污染 成礦作用等 1d 百萬a 局地尺度 空間范圍 10km 特征事件事件有火山爆發(fā) 小流域地表侵蝕 小尺度天氣系統(tǒng) 如龍卷風(fēng) 山谷風(fēng) 海陸風(fēng) 植物物候期隨地形的變化 植被冠層的微氣象 土壤的養(yǎng)分循環(huán) 點源和線源污染事件等 幾s 1a 全球系統(tǒng)中各種事件和過程的時間尺度與空間尺度是相關(guān)聯(lián)的 一般說來 較大空間尺度的事件和過程 其時間尺度的范圍也較大 較小空間尺度的事件和過程 其時間尺度的范圍也較小 全球氣候變化的空間尺度可達20000km以上 相應(yīng)的時間尺度為幾十年到百年 而植被冠層微氣象變化的空間尺度僅為數(shù)厘米到數(shù)米 相應(yīng)的時間尺度是幾秒到幾分鐘 三 時空尺度的聯(lián)系性 太陽輻射太陽活動 黑子和光斑 譜斑 耀斑 日珥等 3 2全球環(huán)境變化的驅(qū)動力 Drivingforceofglobalenvironmentalchange 一 外部因素 板塊運動造成的系列變化 海陸分布變化 山地和高原的隆起 火山活動 降溫作用 陽傘效應(yīng) 地球內(nèi)部物質(zhì)分布導(dǎo)致的地極漂移 二 地球內(nèi)部因素 陽傘效應(yīng) 強火山爆發(fā)能在平流層下部形成一個持久的含有硫酸鹽粒子的氣溶膠層 它們存留在平流層中增加了大氣的反射率 因而減少了到達地面的直接太陽輻射 進而導(dǎo)致溫度下降 這個影響被稱為 陽傘效應(yīng) 如1963年3月印度尼西亞巴厘島的阿貢火山爆發(fā)約3個月后 澳大利亞墨爾本的直接太陽輻射減少23 散射輻射增加1倍 但散射輻射的絕對值小 所以總輻射減少達6 一般認(rèn)為 一次較大火山爆發(fā)后一兩年 半球或全球平均溫度下降0 3 左右 以后逐漸回升 四五年后恢復(fù)正常 北半球的火山噴發(fā)往往使全球溫度在3個月后產(chǎn)生最大降溫 并可影響南半球的氣溫 但影響時間短 而南半球的火山噴發(fā)要在19 20個月之后才產(chǎn)生最大降溫 但影響時間長 對北半球影響不大 人類活動所引起的地球系統(tǒng)的狀態(tài)和功能的改變 在工業(yè)化以來的200多年里急劇加速 在幾十至幾百年的時間尺度上 人類活動對全球變化的影響與全球變化對人類的影響均極為顯著 人類生態(tài)系統(tǒng)過程已成為全球變化過程的一個不可忽視的組成部分 而人類生態(tài)系統(tǒng) 土地覆蓋變化 污染物排放影響全球生物地球化學(xué)循環(huán)過程 地球表層系統(tǒng)組成 自然系統(tǒng)功能失調(diào)和變化 并通過累積性變化或系統(tǒng)性變化導(dǎo)致全球環(huán)境變化 如全球最高溫記錄不斷打破 三 人為因素 全球環(huán)境變化在太陽輻射與活動 地球內(nèi)部因素與人類活動下 由地球系統(tǒng)中一系列復(fù)雜的作用與反饋過程來實現(xiàn)的 三 地球系統(tǒng)內(nèi)部的反饋作用 生物循環(huán)包括 3 3全球環(huán)境變化的三大循環(huán)過程 Threecycleprocessofglobalenvironmentalchange 一 生物循環(huán) 陸地與海洋的C N P S元素的循環(huán) 大氣作用下的C N P S元素的循環(huán) 地球表層生物的地球化學(xué)循環(huán) 土壤1580Gt 植被610Gt 1 碳循環(huán) 全球碳循環(huán) 全球碳庫總量 3800 4188Gt 全球有機碳與無機碳循環(huán) 人類活動對碳循環(huán)的影響 p48 化石燃料燃燒 森林砍伐造成碳排放逐年增加 p48圖3 8 超過海洋對CO2的容納極限 導(dǎo)致溫室效應(yīng) 全球變暖 海面上升 2 氮循環(huán) 全球氮循環(huán) 大氣圈 生物圈是氮的主要貯存庫 生物固氮 固氮微生物將大氣中的氮還原為氨的過程 這些固氮微生物是與豆科植物有關(guān)具有共生關(guān)系的細(xì)菌與根瘤菌 自由生活的需氧細(xì)菌 藍(lán)綠藻 高能固氮 閃電 宇宙射線 隕星和火山活動等能把少量的氣態(tài)氮轉(zhuǎn)變成氮化合物的過程 工業(yè)固氮 以氣體和液體燃料為原料生產(chǎn)合成氨的過程 人類對氮循環(huán)的干擾 工業(yè)固氮 氮肥生產(chǎn)和在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的使用 盈余氮素進入水體 與磷酸鹽結(jié)合 水體富營養(yǎng)化 形成水華或赤潮 工廠 汽車等燃料燃燒排放NOx進入大氣圈 導(dǎo)致大氣中硝酸含量增加 與燃煤工業(yè)排放的SO2形成的硫酸結(jié)合 形成形成 溫室效應(yīng) 以及酸沉降 美國弗洛里達州水華 深圳大梅沙赤潮 3 磷循環(huán) 全球磷循環(huán) 磷循環(huán)是一非閉合的循環(huán) 大時間尺度內(nèi) 磷素不斷從生態(tài)系統(tǒng)流失 隨動 植物殘體長期沉積海底 脫離循環(huán) 重新返回到生物圈的磷不足以補償損失 使生物圈磷日益缺乏 人類活動對磷循環(huán)的影響導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化 也叫大地假說 基本觀點 地球是由生物因子與非生物因子共同交互作用 所緊密構(gòu)成的恒定體系 地球上的生物圈和它的環(huán)境構(gòu)成一個有機整體 地球大氣的組成 氣溫 海水溫度 海水pH等都是由生物圈積極調(diào)節(jié) 是生物圈通過自己的影響使地球的氣候環(huán)境長期保持在適合自己生存的 穩(wěn)態(tài) 4 蓋婭假說 GaiaHypothesis P95 二 能量循環(huán) 地球能量循環(huán)過程主要是太陽輻射與地氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果 全球輻射差額 地球能量循環(huán)來源 物質(zhì)是能量的載體 沿著食物鏈 網(wǎng) 流動 能量是物質(zhì)循環(huán)的動力 使物質(zhì)能不斷地在生物群落與無機環(huán)境見循環(huán)往返 能量循環(huán)是單向的 在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各級營養(yǎng)級時逐級遞減 人類活動對能量循環(huán)的影響 化石燃料燃燒釋放溫室氣體增加 溫室效應(yīng)增強 人為燃料燃燒釋放的熱量改變局部熱量平衡 大氣塵埃增加 反射越多 地表接受的熱量越少 即大氣塵埃增加引起的陽傘效應(yīng) 土地利用方式的改變影響下墊面性質(zhì) 導(dǎo)致能量循環(huán)改變 三 水循環(huán) P246 252 水循環(huán)是自然界的水在水圈 大氣圈 巖石圈 含土壤圈 生物圈中通過各個環(huán)節(jié)連續(xù)運動的過程 包括 海陸大循環(huán) 內(nèi)陸大循環(huán) 海上循環(huán) 小循環(huán) 水循環(huán)類型 水循環(huán)的主要作用表現(xiàn)在 水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì) 營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和水循環(huán)不可分割地聯(lián)系在一起 水對物質(zhì)是很好的溶劑 在生態(tài)系統(tǒng)中起著能量傳遞和利用的作用 水是地質(zhì)變化的動因之一 一個地方礦質(zhì)元素的流失 而另一個地方礦質(zhì)元素的沉積往往要通過水循環(huán)來完成 水循環(huán)的地理意義 維持全球水體動態(tài)平衡 促進水資源不斷得以更新 促使自然界的物質(zhì)循環(huán)和能量流動 造成侵蝕 搬運 堆積等外力作用 不斷塑造地表 影響全球氣候變化