地球系統(tǒng)與人類生態(tài)系統(tǒng)-

12.地球系統(tǒng)22.1從地球圈層到地球系統(tǒng)3按空間范圍劃分的地球

地區(qū)(local)——區(qū)域(regional)——全球（global）4按圈層劃分的地球從地心到大氣層的最外層,可分為地核、地幔、巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈、人類圈等。5地殼地核地幔巖石圈上地幔大氣圈在早期地球增生的過程中,熔融狀態(tài)的鐵因比重大而不斷向地球中心富集,導(dǎo)致地球物質(zhì)發(fā)生分異作用,形成富鐵的地核；上部較輕的物質(zhì)形成地幔,地幔表層冷卻形成原始的地殼；地球內(nèi)部的氣體逸出形成原始的大氣圈,水汽冷凝成大洋。地球圈層結(jié)構(gòu)的形成6內(nèi)核（固態(tài)）外核（液態(tài)）下地幔（固態(tài)）上地幔（塑性）巖石圈地核的外核結(jié)晶過程中釋放的熱量,向其上地幔的傳遞,驅(qū)動(dòng)了外核的對(duì)流,導(dǎo)致地球磁場的形成。7生物圈地球表層圈層:巖石圈水圈大氣圈生物圈:指地球上所有的生物有機(jī)體。上至大氣平流層的中部，下至深海海底，厚度30公里左右。8巖石圈形成和演化的三個(gè)階段原始地殼的形成與破壞陸殼增生板塊運(yùn)動(dòng)9大家有疑問的,可以詢問和交流可以互相討論下,但要小聲點(diǎn)10如果早期地球有熔融表面冷卻,有可能形成一個(gè)不穩(wěn)定的超鐵鎂質(zhì)的固體地殼。這些原始地殼就是最早的原始大洋殼。原始的地殼并沒有被保存下來,它們?cè)陔S后的巖漿活動(dòng)與隕石撞擊等演化過程中被破壞掉了,根據(jù)地殼中所發(fā)現(xiàn)的最老的巖石推斷,原始地殼破壞的過程發(fā)生在距今40億年之前。原始地殼的形成與破壞11現(xiàn)存最古老的若干陸殼的年齡為距今39～35億年,到30億年以前,陸地范圍尚不很大,但可能已出現(xiàn)板塊運(yùn)動(dòng)的雛形（微板塊運(yùn)動(dòng)）。30～27億年前（特別是29～28億年前）及19～17億年是兩個(gè)世界范圍的造山運(yùn)動(dòng)與陸殼形成時(shí)期,估計(jì)有50％～80％的陸殼是30～27億年前形成的。經(jīng)過距今19～17億年、13～11億年、8～6億年造山運(yùn)動(dòng),陸殼面積已與現(xiàn)代接近。陸殼增生:(40億年前至20億年前)12以板塊運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行的造山運(yùn)動(dòng)出現(xiàn),大陸裂谷產(chǎn)生,標(biāo)志著現(xiàn)代意義的板塊運(yùn)動(dòng)的開始。自此之后,地殼的演變主要表現(xiàn)為大陸的合并與解體的板塊運(yùn)動(dòng)旋回階段。距今20億年前以來,板塊運(yùn)動(dòng)1314大氣演化原始大氣還原性的第二代大氣具有氧化性質(zhì)的第三代大氣海洋的演化與大氣圈的演化大體同步。1516真核細(xì)胞出現(xiàn)生命起源光合作用起源生物登陸生命的進(jìn)化經(jīng)歷了三個(gè)階段早期為化學(xué)進(jìn)化階段（40～38億年前）中期為細(xì)胞進(jìn)化階段（38～7億年前）晚期（7億年前以后）為多細(xì)胞復(fù)雜生命進(jìn)化176億年前多細(xì)胞生物繁盛于海洋4.4億年前生物登陸6500萬年前哺乳動(dòng)物和被子植物出現(xiàn)200萬年前直立人出現(xiàn)182.3人類生態(tài)系統(tǒng)19

從生命出現(xiàn)算起為一天恐龍約絕滅于午夜前半小時(shí)現(xiàn)代人出現(xiàn)于午夜前不到１分鐘人類圈的形成和發(fā)展20人類的可能祖先南猿屬出現(xiàn)于300～400萬年前,而人類直接祖先直立人只有約二百萬年的歷史如果把地球有生命的歷史比作一天,則生命登陸在晚上10點(diǎn)左右,恐龍出現(xiàn)在晚上11點(diǎn)半左右,而直立人則是在午夜前第36秒才出現(xiàn)的。21作為動(dòng)物中惟一能夠制造和使用工具的有“文化”的特殊動(dòng)物,人類以“文化”作為其對(duì)環(huán)境適應(yīng)形式,所謂文化是指人類特有的對(duì)所處環(huán)境的適應(yīng)方式的表現(xiàn)。人類不是通過改變自身的生理特性來適應(yīng)環(huán)境,而是通過創(chuàng)造一種既適應(yīng)于環(huán)境又適合于人類的文化來達(dá)到適應(yīng)環(huán)境的目的,因此,人的進(jìn)化主要地不是自身的生理的進(jìn)化,而是“文化”的進(jìn)化,人類的發(fā)展過程就表現(xiàn)為人類文化的進(jìn)化過程。22以工具和火的使用、農(nóng)業(yè)文化的出現(xiàn)、文明社會(huì)的產(chǎn)生和工業(yè)革命為標(biāo)志,人類文化進(jìn)化的進(jìn)程有四次劃時(shí)代的飛躍,每次飛躍都帶來由人類與其環(huán)境組成的人類生態(tài)系統(tǒng)的變化,使得人類對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)、生存狀況得到改善、人口增加、生存空間擴(kuò)展。經(jīng)過四次飛躍,形成了由人類與自然環(huán)境、以及人類所特有的人為環(huán)境和社會(huì)環(huán)境所構(gòu)成的人類生態(tài)系統(tǒng)（圖2-5）。2324在人類生態(tài)系統(tǒng)中,自然環(huán)境從地球誕生之日就開始出現(xiàn),經(jīng)過45億年的演化成為現(xiàn)代的形式。人為環(huán)境中首先出現(xiàn)的是人化自然（受人類意志明顯影響和控制、并已改變了原生狀態(tài)的自然系統(tǒng)）,以農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)為標(biāo)志,距今已有近1萬年的歷史；而人工自然（人類利用自然物質(zhì),經(jīng)過勞動(dòng)過程創(chuàng)造出來的物質(zhì)系統(tǒng)）部分是工業(yè)革命的產(chǎn)物,距今只有幾百年的歷史。社會(huì)環(huán)境大約出現(xiàn)于5000年前,以人類進(jìn)入文明社會(huì)為標(biāo)志,并隨著人類社會(huì)的發(fā)展而日趨復(fù)雜。25采集－狩獵系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)城市系統(tǒng)構(gòu)成了人類生態(tài)系統(tǒng)的三種類型。其中,采集-狩獵系統(tǒng)在人類的歷史上出現(xiàn)最早,持續(xù)時(shí)間最長,由人類所馴化的植物與動(dòng)物組成的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)或幾乎全部由人類自己構(gòu)建的城市系統(tǒng)是目前人類生態(tài)系統(tǒng)的兩種最具代表性的形式。26三百多萬年前生活在非洲的南猿屬是人類可能的祖先,他們以野生植物和被食肉動(dòng)物殺死的動(dòng)物的腐尸為食,與其它動(dòng)物沒有嚴(yán)格的區(qū)別,在生存競爭中并不占有優(yōu)勢(shì)。27200萬年前左右出現(xiàn)的直立人是能夠制造工具、并利用工具獲取食物的動(dòng)物,雖然他們最初所制造的工具還相當(dāng)簡單,只是一些簡單的打制石器和一些現(xiàn)成的樹枝木棒,但這完成了從猿到人的轉(zhuǎn)化,使人類成為具有“文化”的特殊動(dòng)物,從此開始了以文化進(jìn)化為特征的人類進(jìn)化過程。制造工具以及隨后學(xué)會(huì)的對(duì)火的使用,大大地增強(qiáng)了人類的能力,人類的居住空間得到了第一次擴(kuò)展,人口數(shù)量也有所增加。2829距今四萬年前以來的“完全的現(xiàn)代人”智人時(shí)期,他們已能夠利用石頭、動(dòng)物骨頭等發(fā)明制造了比較精巧的成套工具,包括形狀規(guī)整、兩面平行的石片,還有骨器和鹿角器。技術(shù)的進(jìn)步使得這些祖先們能夠適應(yīng)更為惡劣的環(huán)境,從而生活在更為廣泛的地區(qū),從北極圈到熱帶地區(qū),30采集－狩獵（包括捕魚）系統(tǒng)是人類生態(tài)系統(tǒng)的最初形態(tài),它始于約200多萬年前,以人類能夠制造工具并利用工具從自然界捕獲和采集食物為標(biāo)志。以主動(dòng)地適應(yīng)環(huán)境和集體合作為生存之道。依靠自身體力就近采集野生植物、捕獵野生動(dòng)物,利用石頭、動(dòng)物骨頭等制造工具。他們通常幾十人組成一個(gè)群體,彼此合作人口數(shù)量少、遷徙性大對(duì)環(huán)境的影響往往是微弱的、局部的,人與自然是一體的,仍屬于自然中的人。3132農(nóng)業(yè)革命農(nóng)業(yè)導(dǎo)致了人類食物來源的根本性變化,即人類食物由從野生的動(dòng)植物中直接獲得變?yōu)橹饕匾蕾囉谏贁?shù)幾種為人類所馴化的植物和動(dòng)物,人類必須不斷向系統(tǒng)內(nèi)投入物質(zhì)和能量,因此,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一項(xiàng)有人的勞動(dòng)投入的生產(chǎn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一種以自然為基礎(chǔ)的、受人類活動(dòng)強(qiáng)烈干預(yù)的自然－人為復(fù)合系統(tǒng),它以物質(zhì)循環(huán)的非封閉性而顯著地區(qū)別于自然生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)自出現(xiàn)以來已經(jīng)歷了原始農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)三個(gè)發(fā)展階段。33文明社會(huì)在文明社會(huì)里,人們的行為受到道德、宗教、法律等多重社會(huì)因素的調(diào)節(jié)與制約人們按照一定的社會(huì)法則、生活方式及社會(huì)分工而形成不同層次的有組織的社會(huì)單元。社會(huì)分工推動(dòng)了社會(huì)進(jìn)步,書寫文字的出現(xiàn)與文化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為文化傳播提供了更為有利的條件,人類文化進(jìn)化的速度從此大大加快。進(jìn)入文明社會(huì)之后,世界經(jīng)歷了小規(guī)模城邦文明和河流沿岸文明之后,出現(xiàn)了波斯、希臘、羅馬和中國等帝國文明。34工業(yè)革命人類的主要生產(chǎn)過程建筑在各種礦產(chǎn)資源和化石能源的基礎(chǔ)之上?，F(xiàn)代城市生態(tài)系統(tǒng)是人口高度集中、以人類為中心的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。資本主義市場經(jīng)濟(jì)體系3514～15世紀(jì)后的500年中資本主義市場經(jīng)濟(jì)體系的建立拉丁美洲大量移民,從事農(nóng)業(yè)開發(fā),給拉丁美洲帶去了封建社會(huì)的大莊園和天主教。北美洲的殖民者對(duì)當(dāng)?shù)氐挠〉诎踩诉M(jìn)行大肆的殺戮,徹底地摧毀了當(dāng)?shù)赝林说纳鐣?huì)系統(tǒng)。澳大利亞的土著居民亦遭受了同樣的命運(yùn)。印度和東南亞各國在政治上被殖民者征服,接受了殖民者的統(tǒng)治中國被迫建立通商港口,國家雖然保存了社會(huì)的完整性,但經(jīng)濟(jì)卻被納入到為資本主義世界經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)服務(wù)的方向。日本明治維新,“東洋道德西洋藝”,使得日本迅速發(fā)展為資本主義經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國。36按過程劃分的地球子系統(tǒng)過程:水文循環(huán)過程生物地球化學(xué)循環(huán)巖石圈循環(huán)狀態(tài)（IGBP:地圈－生物圈）:Geosphere物理氣候系統(tǒng):大氣－海洋:氣候固體地球系統(tǒng):海陸分布/大地貌格局Biosphere:全球生態(tài)系統(tǒng):生態(tài)類型區(qū)/土地覆蓋37按環(huán)境狀態(tài)和過程劃分的子系統(tǒng)

38氣候系統(tǒng)39生物圈與生態(tài)系統(tǒng)的概念宇宙地球有機(jī)組織細(xì)胞原子生物個(gè)體種群群落生態(tài)系統(tǒng)生物圈微觀世界宏觀世界40生物圈是地球生物群落棲息地，包括有生命組分和無生命組分。在生物圈中:最小的單元就是物種，由所有關(guān)系相近且可以雜交遺傳的生物體組成。支持一個(gè)物種生存的植物群落和自然環(huán)境叫生境。生活在某一區(qū)域的某種物種的所有個(gè)體被稱為一個(gè)種群。在任何地方都可以找到兩種或兩種以上的有相互作用的物種聚集在一起，稱為群落，包括各種動(dòng)物、植物、真菌和微生物之間的相互作用。一個(gè)具有典型植物群落（如沙漠、熱帶雨林）的地區(qū)被稱為植物區(qū)系。一個(gè)群落的動(dòng)物、植物、細(xì)菌和微生物以及支撐它們的自然環(huán)境被稱為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。地球上的所有生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了生物圈。4142巖石圈大陸殼大洋殼大洋殼大陸殼地殼分大陸殼和大洋殼巖石圈=地殼+地幔固態(tài)頂部上地幔43實(shí)現(xiàn)地質(zhì)循環(huán)過程:板塊循環(huán)和水循環(huán)驅(qū)動(dòng)的巖石循環(huán)板塊循環(huán)水循環(huán)巖石循環(huán)4445生物地球化學(xué)循環(huán)行星的地球化學(xué)循環(huán)是進(jìn)入其系統(tǒng)的能量流動(dòng)導(dǎo)致的必然結(jié)果,在有生命的行星上,地球化學(xué)循環(huán)演化為生物地球化學(xué)循環(huán)。氫、氧、碳、氮、磷、硫等有機(jī)質(zhì)的基本化學(xué)組分,隨著元素結(jié)合成生命組織,將增加能量狀態(tài)；然后隨生命組織的分解而降低能級(jí),從而形成一個(gè)封閉的循環(huán)。生物地球化學(xué)循環(huán)就是指上述元素在固體地球、大氣圈、水圈和生物圈中的傳輸轉(zhuǎn)換過程。4647TheEarthSystem:CouplingthePhysical,BiogeochemicalandHumanComponents48全球變化子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（JoaoMorais,1999）49IGBPII大氣海洋陸地海氣界面系統(tǒng)土壤系統(tǒng)海陸過渡帶

50IGBPIIStructure512.2地球系統(tǒng)的特性與關(guān)鍵過程52

MajorMilestonesinEarthSystemResearch

(地球系統(tǒng)研究的里程碑)53SvanteArrhenius:TheFirstClimatePredictionArrheniusquantifiesin1896thechangesinsurfacetemperature(approx.5C)tobeexpectedfromadoublinginCO2,basedontheconceptof”glassbowl”effectintroducedin1824byJosephFourier第一個(gè)氣候預(yù)測(cè),189654ThePrecursor:WladimirI.Vernadsky”ThebiosphereisauniqueregionoftheEarth’scrustoccupiedbylife.Therearenostrongerchemicalforcesattheearthsurface[...]thanlivingorganismstakenintheirtotality”.

1926生物圈,192655ACenturyofSuccessiveMilestones1940’sand1950’s:developmentofnumericalweatherprediction(Smagorinski,Charney,vonNeumann)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)1950’sand1960’s:developmentofthefirstcomprehensiveclimatemodels(Manabe)氣候模式1957:Sputnikislaunched人造衛(wèi)星1969:ThefirstpictureoftheEarthismadefromspace(Apollo)空間中的地球圖像5657

58ACenturyofSuccessiveMilestonesTheoceanseenasadynamicalcomponentoftheEarthsystem海洋是地球系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)力成分Theconveyorbelt(W.Broecker)（大洋傳送帶）Thethermohalinecirculation(W.Munk)（溫鹽環(huán)流）Ventilationofthedeepocean(H.StommelandP.Rhines)（大洋深部排氣作用）Thebiologicalpumpforcarbon（生物泵）59AfterBroecker199160ChangeinthestrengthoftheNorthAtlanticmeridionaloverturningcirculation(svds)inanumberofsimulationswithincreasesingreenhousegases

Source:Cubaschetal.200161ACenturyofSuccessiveMilestonesTheroleofthebiosphereandintheEarthsystem（生物圈及其在地球系統(tǒng)中的作用）IdentificationofthemissingCO2sinkasbeingterrestrialecosystems(Keeling,SrandJr.,Tans)（陸地生態(tài)系統(tǒng)作為失蹤碳的匯）Importanceofvegetation-albedofeedback(e.g.,instabilityoftheSaharabyCharney)（植被反照率－反饋的作用）Theroleofthebiosphereincontrollingthechemicalcompositionofthenaturalatmosphere（生物圈在控制天然大氣中化學(xué)成分的作用）Theimportanceoflargewildfires（天然大火的作用）6263ACenturyofSuccessiveMilestonesTheatmosphereasa”miner’scanary”ofglobalchange（大氣圈在全球變化中的作用）IncreaseintheatmosphericconcentrationofCO2(D.Keeling)（大氣中CO2含量增加）StratosphericozonedepletionandtheAntarcticozonehole(Crutzen,Molina,Rowland)（平流層臭氧減少和極地臭氧洞）Theoxidationpotentialoftheatmosphere:theOHradicalandtroposphericozoneasaglobalpollutant(Levy,Weinstock,Crutzen)（大氣的潛在氧化）6465ACenturyofSuccessiveMilestonesTheEarthasanonlinearsystem（作為非線性系統(tǒng)的地球）TheVostockIcecore(Oeschger,Lorius)（東方站冰芯）TheDansgaard/Oeschgercycles（D-O循環(huán)）TheCLAWhypothesis(R.Charlson,M.Andreae,etal.)whichproposestheexistenceofafeedbacklooplinkingDMS（dimethylsulfideinair）（二甲基硫化物emissionfrommarineplankton（浮游生物）tosulfateaerosol（硫酸鹽氣溶膠）andglobalclimateTheLorenzattractors（Lorenz吸引子）Therealizationoftheimportanceofthecarboncycle(B.Bolin,R.Revelle)（碳循環(huán)的重要性）Theironfertilization(J.Martin)（富鐵作用）66Vostok(Antarctica):4glacialcycles(Petitetal.,1999)6768Part2.

TheEarthasaComplexSystem69相互關(guān)聯(lián)多重穩(wěn)定狀態(tài)臨界突變反饋70ElNino年對(duì)生物的影響正常年ElNino年干旱上升流中斷多雨多雨71秘魯沿海上升流中斷赤道東風(fēng)減弱海洋生物食物危機(jī)上升流中斷

魚類死亡

鳥類死亡

ElNino年72澳大利亞干旱1982-1983年NlNino干旱使紅袋鼠大量死亡1988-1989年LaNina豐富的降水使紅袋鼠數(shù)量得到恢復(fù)73ElNino年豐富的降水和徑流浮游植物顯著增加湖水鹽度降低浮游動(dòng)物捕食率降低草食的浮游動(dòng)物Artemia減少肉食動(dòng)物Coroxids進(jìn)入湖沼帶北美大鹽湖區(qū)多雨ElNino年1982-198374Setpointsatca.200&290ppmAtmoscompositionandclimatearecloselycoupledPeriodicityatca.100000yearsLongglacialperiods;shortinterglacials75碳球（暖）冰球（冷）溫室氣體生態(tài)系統(tǒng)海洋冰蓋水汽/云固體地球系統(tǒng)行星反射率大氣塵埃碳循環(huán)水循環(huán)生物圈通過控制大氣中溫室氣體和塵埃的含量調(diào)節(jié)地球的氣候76自然狀態(tài)下,大氣化學(xué)成分在極大程度上是由生物圈（海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)）對(duì)氣體的吸收和排放過程調(diào)控的。大氣化學(xué)的控制和調(diào)控過程決定著大氣中二氧化碳、臭氧、甲烷等溫室氣體的含量,進(jìn)而與全球的溫度變化緊密聯(lián)系在一起。77自首批原始生命出現(xiàn)于缺氧的大氣環(huán)境中開始,地球大氣的逐步演變,是受生物圈控制的,而大氣的演化又促進(jìn)了生命的進(jìn)化。一方面,大氣圈中的氧氣主要是由生物的光合作用產(chǎn)生的；另一方面,大氣成分的變化,尤其是氧氣含量的逐漸增多,引起能使生物進(jìn)化和趨異的重大變革。78光合作用使距今20億年前后發(fā)生了由還原性大氣向氧化性大氣的轉(zhuǎn)變,呼吸作用的氧化新陳代謝形式取代厭氧的發(fā)酵作用,出現(xiàn)了使用氧的具有細(xì)胞核的真核生物。79距今7～6.8億年前后,大氣中氧的濃度達(dá)到現(xiàn)代的6～10％左右,多細(xì)胞的藻類和動(dòng)物繁盛于海洋中。大約距今4.4億年前后,當(dāng)大氣的臭氧層加厚到足以防止紫外線對(duì)陸上生物的危害之后,生命從海洋擴(kuò)展到陸地。當(dāng)今大氣中的氧氣幾乎都是由綠色植物的光合作用產(chǎn)生的。8081Innonlinearcomplexsystems,minuteactionscancauselongterm,largescalechanges.Thesechangescanbeabrupt,devastating,surprising,unmanageable.82Part3.

ThenewIGBP全球變化的關(guān)鍵過程83BiologicalprocessesplayamuchstrongerrolethanpreviouslythoughtinEarthSystemfunctioningGlobalchangegoesbeyondclimatechange.It’sreal,it’shappeningnowandit’sacceleratingTheEarth’sdynamicsarecharacterisedbycriticalthresholdsandabruptchangesHumanactivitiesdrivemultiple,interactingeffectsthatcascadethroughtheEarthSystemincomplexwayswithpotentiallycatastrophicconsequencesTheEarthiscurrentlyoperatinginano-analoguestateTheIGBPSynthesis84TheNewIGBP1999-2003:synthesisproject,transition,andrestructurebiogeochemicalscienceswithrelevancetoissuesofsocietalconcerninterdisciplinarityandintegrationEarthSystemcontext2004:newquestionsandstructure,withafocuson:85CHARACTERISTICSOFIGBPIIMoreintegrative,moreinterdisciplinaryGlobalchangeversusclimatechangeStrongbaseinbiogeochemicalsciencesMoreemphasisonissuesofsocietalconcernMoreemphasisontheregionalscaleStrategicpartnershipsviatheEarthSystemSciencePartnership(ESS-P)86IGBPStructureAtmosphericChemistryIGACInternationalMarineBiogeochemistry:IMBERandGLOBECContinentalBiosphere:LANDOcean-Atmosphereinteractions:SOLASLand-Atmosphereinteractions:iLEAPSCostalZones:LOICZPaleo-science:PAGESAnalysis,integration,modeling:AIMES87NASAAtmosphereTheroleofatmosphericchemistryinamplifyingordampingclimatechange.Theeffectsofchangingregionalemissionsanddepositions,long-rangetransport,andtransformationsontroposphericchemicalcompositionandairquality.88TroposphericozonefromsatellitesGOME:Globalozonemonitoringexperiment(onERS-2)A.RichterandJ.Burrows,UniBremenEnvisat:launchedFebruary20028990OceanIntegratedapproachlinkingbiogeochemistryandecosystems,acrossalltrophiclevelsLinkstochemical-physicalandhumandimensionsofglobalchangeApartnershipinvolvingGLOBECandthenewIMBER(IntegratedMarineBiogeochemistryandEcosystemResearch)91months60657075808590951234567891011126065707580859095CalanushelgolandicusCalanusfinmarchicus1.ChangesinthecirculationintheN.Atlanticoverthelast50yearshasaffectedbiodiversity19621964196619681970197219741976197819801982198419861988199019921994199619982000196219721982C.finmarchicusC.helgolandicus0%20%40%60%80%100%19922.Biodiversitychangeshasresultedinspeciesreplacements3.Replacementofsimilarspeciesbutwithdifferentseasonalabundanceshasdramaticconsequencesforthedynamicsofthefoodweb92LandThenatureandcausesoflandsystemchange.TheconsequencesoflandsystemchangeforecosystemservicesandEarthSystemfunctioning.Supportforsustainableuseoflandsystemsusingintegratedanalysisandmodelling.93ForestCanopyClearedForestFarm–SouthEndofFLONAForestfragmentation,climatevariabilityandsustainabilityintheAmazon94Land-AtmosphereExchangeofreactiveandconservativecompounds.Feedbacksbetweenlandbiota,aerosols,atmosphericcompositionandclimate.Dynamicsofthelandsurface-vegetation-water-atmospheresystemMeasuringandmodellingmaterialandenergytransfersinthesoil-canopy-boundarylayersystem.95Interfacesbetweentheatmosphereandterrestrialsystems:96Pielkeetal.,(2001)Ecol.Appl.7979899Ocean-AtmosphereBiogeochemicalinteractionsandfeedbacksbetweenoceanandatmosphereExchangeprocessesattheair-seainterfaceandtheroleoftransportandtransformationsinatmosphericandoceanboundarylayersAir-seafluxofCO2andotherlong-livedradiativelyactivegasesSeaWIFS,NASA/GFSC&ORBIMAGE100Processesresponsiblefortheexchangeofmass,momentum,andheattransport.DMS（二甲基硫化物dimethylsulfide）emissionfrommarineplankton（浮游生物）tosulfateaerosol（硫酸鹽氣溶膠）andglobalclimate10110244%oftheworld’spopulationlivewithin150kmofacoastlineLand-OceanAnthropogenicinfluencesontherivercatchment&coastalzoneinteractionFate&transformationofmaterialsincoastal&shelfwatersTowardscoastalsystemsustainabilitybymanagingland-oceaninteractionsVulnerabilityofcoastalsystems&hazardstohumansocietiesImplicationsofglobalchange&land&seauseoncoastaldevelopment103104Howwillchangeinthelanduse,sealevelandclimatealtercoastalecosystemsandwhatarethewiderconsequences?105PastGlobalChangesPaleoclimatesandenvironmentsoftheNthandSthHemisphere(Pole-Equator-Poletransects)InternationalMarineGlobalChangesCLIVAR/PAGESIntersectionPolarProgrammesPastEcosystemProcessesandHuman-EnvironmentInteractionsTheicecaponKilimanjaroismeltingsofastitmaydisappearby2020Thompsonetal(2002)106107Analysis,IntegrationandModellingintheEarthSystemNewfoci:EarthSystemmodellingatvariouscomplexitiesModular-declarativemodellingandexchangeablecodeFormalisationofthehumandimensionsintheEarthSystemIntegratedEarthSystemscenariosEarthSystemAtlasAIMES108Source:M.ClaussenCLIMBER109GlobalChange110anintegratedstudyoftheEarthSystem,thechangesoccurringtotheSystem,andtheimplicationsforglobalsustainability.EarthSystemSciencePartnership

DIVERSITAS,IGBP,IHDP,WCRP111JointprojectsonglobalsustainabilityissuesCarbon,Food,Water,HealthRegionalactivitiesSTARTforcapacitybuildingIntegratedRegionalStudiesGlobalchangeopenscienceconferencesESSPActivities112Health113CarbonCyclePatternsandvariability:whatarethegeographicalandtemporalpatternsofcarbonsourcesandsinks?Processes,controlsandinteractions:whatarethecontrolsandfeedbackmechanisms-naturalandanthropogenic-thatdeterminethedynamicsofthecarboncycleonscalesofyearstomillennia?Managementofthecarboncycle:whatarethefuturedynamicsofthecarbon-climatesystemandwhatarethepointsofinterventionandwindowsofopportunityformanagingthissystem?114WaterResourcesWhataretherelativemagnitudesofchangesintheglobalwatersystem(GWS)duetohumanactivitiesandenvironmentalfactors?WhatarethesocialandEarthSystemfeedbacksofhuman-drivenchangetotheglobalwatersystem?TowhatextentistheGWSresilientandadaptabletoglobalchange?115FoodProvisionFooddemandsarechanging:Howwillglobalenvironmentalchange(GEC)affectfoodprovisionandvulnerability?HowmightsocietiesandproducersadapttheirfoodsystemstocopewithGEC?Whatwouldbetheenvironmentalandsocioeconomicconsequencesofsuchadaptations?116HumanHealth

UnderDevelopmentProjectGoals:Todeterminethepast,current,andfuturehealthimpactsofglobalenvironmentalchange.Toenrichthepolicydiscussionaboutmitigationandadaptionfromahumanhealthperspective.117Malaria（瘧疾）118IntegratedRegionalStudies

assesstheinfluenceofregionalprocessesonEarthSystemfunctioning(andvice-versa)beintegrative(naturalandsocialsciences,allcomponentsoftheEarthSystem,planningtosynthesis)contributesoundscientificunderstandinginsupportofsustainabledevelopmentintheregionbescientifically-drivenbyscientistsintheregion,withglobalcollaboration

119LargeScaleBiosphere-AtmosphereExperimentinAmazonia(LBA)80researchgroups-600scientistshowdoesAmazoniafunctionasaregionalentity(e.g.water,energy,aerosol,carbon,nutrientandtrace-gascycles)?howwillchangesinlanduseandclimateaffectthebiological,chemicalandphysicalfunctioningofAmazonia,includingitssustainabilityandinfluenceonglobalclimate?120AMMA‘CONTINENTAL’WINDOW121SysTemforAnalysisResearchandTrainingDevelopasystemofregionalnetworksofcollaboratingscientistsandinstitutions.Enhancescientificcapacityindevelopingcountries,bystrengtheningandconnectingexistinginstitutions,trainingglobalchangescientistsandimprovingtheiraccesstodataandresults.Helpmobilisetheresourcesrequiredtoaugmentexistingglobalchangescientificcapabilities,infrastructureandactivitiesindevelopingcountries.1222.3全球變化的人為驅(qū)動(dòng)123IntroducingHumanDynamicsTheEarthSystemwillhavetobeviewedasasinglesysteminwhichinteractionsbetweennaturalandsocialsystemsplayacrucialrole.Theresearchcommunitiesinvolvedwillhavetofindacommonlanguage124COUPLEDHUMAN-ENVIRONMENTSYSTEMINSTITUTIONS(Banking,judicial,Education)POLICY(Incentives,Conservation,Landtenure)C