单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环境地学,于 妍,环境地学于 妍,1,内容介绍,第一章 绪论 Introduction,第二章 宇宙中的地球 Earth,第三章 岩石圈 lithosphere,第四章 大气圈 Atmosphere,第五章 水圈 Hydrosphere,第六章 土壤圈 Pedosphere,第七章 冰冻圈 Cryosphere,第八章 智慧圈 Noosphere,第九章 复合系统中各圈层的互动与耦合,Interacting and Coupling among spheres in the Complex System,内容介绍第一章 绪论 Introduction,2,第一章 绪论,第一节 环境 环境系统 环境问题,The environment,environmental system and environmental problems,第二节 地球科学,Geosciences,第三节环境地学与环境科学,Environmental sciences and environmental geosciences,第一章 绪论第一节 环境 环境系统 环境问题,3,第一节 环境、环境系统和环境问题,一、发展中的环境概念,哲学角度,：环境是对中心主体周围的空间事物而言的，中心主体与周围环境两者是既相互依存、相互限制，又相互作用和相互矛盾的统一整体。,中华人民共和国环境保护法（1979）,：本法所指的环境，是指影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造成的自然因素总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。,第一节 环境、环境系统和环境问题一、发展中的环境概念,4,（一）环境的时间概念,人类未出现前，环境是相对生物这一主体而言的。,现代环境也是过去历史环境的延伸和继续,（二）环境的空间概念,1.地球环境系统的统一性和整体性,从环境科学的角度看，地球环境系统实质是由,地表圈层系统,与,内部,（深部）,圈层系统,共同构成的统一整体系统。,（一）环境的时间概念人类未出现前，环境是相对生物这一主体而言,5,所谓人地复合系统是说这一环境系统除受自然法则的制约和影响外，还受人咯社会经济与政治法则的制约和影响。,2.地球环境系统是日地空间环境系统的组成部分,地球环境实际属于太阳系的一颗行星星球环境,。地球、太阳及其行星体系在宇宙空间中复杂的自我运动和相对运动是地球环境变化多种周期韵律性产生的重要原因。,地球环境从属于更高级和更为复杂的日地空间环境系统的一个组成部分。,所谓人地复合系统是说这一环境系统除受自然法则的制约和影响外,6,人们关注的目光，一方面关注,全球环境环境变化,的机理、,资源,的合理,开发和利用,，及其,控制和管理,的途径和措施的研究；,另一方面，就是转向,地外探测,，寻找地外生命和适合于人类居住的其他类地环境。,二、人类地球环境复合系统解析,（一）空间框架体系,依据地球环境系统物质组成圈层结构及其互动、耦合的相关性,人们关注的目光，一方面关注全球环境环境变化的机理、资源的合理,7,1.地球内部环境系统（包括地核、地幔、岩石圈系统）,主要研究内容是内部圈层之间发展演化、互动与耦合及其整体性和相关性。,2.地表环境系统,由大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、土壤圈和智慧圈组成的地球表层系统。,对地球表层地理综合体的范围的不同划分：,a.,广义,：,上限为大气对流层顶部，下限为岩石圈沉积岩顶部,，平均厚度为3035km。,b.,侠义,：大气圈、岩石圈和水圈的交接面，,是生物和人类活动最集中的场所。,1.地球内部环境系统（包括地核、地幔、岩石圈系统）主要研究内,8,c.,钱学森,：地理科学研究的对象，其范围大致上至大气对流层、下至岩石圈上部。地球表层为,组成地球系统,的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈与人类技术文化圈的,交界面,。,d.地球表层学是,地球系统科学的侠义内容,。,e.美国NASA所提出的地球系统体系则是地,球系统科学的广义理解,。,c.钱学森：地理科学研究的对象，其范围大致上至大气对流层、下,9,地球表层环境系统与内部环境系统比较,相同点,：,都强调圈层界面过程,（物理的、化学的和生物的）的相互作用机制，以及通过模型的建立对未来地球环境系统行为和全球变化进行预测、报警和预报。,不同点,：,a.组成、过程、动力学行为和复杂性与自组织临界性不同,b.,地球内部系统,强调内部圈层对地球整体变化,较长时间尺度行为的理解,，更侧重固体地球较长时间尺度的历史演化过程的研究。,地球表层环境系统与内部环境系统比较,10,地表系统,则侧重于地球,近代历史演化过,程和短时间尺度的动态变化研究，不仅着眼于地球整体行为和全球变化，也重视区域性演变过程的研究。,c.,动力学机制不同,，,地球内部系统,主要强调,自然驱动力,，,地表,环境系统能量来源于,太阳辐射能,，以及,人类活动,。,d.地表环境系统未来行为模型中人类活动是重要驱动因素。,3.日地空间环境系统,空间科学家将太阳上层大气、行星际空间、地球空间、地球磁层、电离层和中上层大气构成的整体系统称为日地空间环境系统。,磁层、电离层和中上层大气称为地球空间环境,（Geospace）,地表系统则侧重于地球近代历史演化过程和短时间尺度的动态变化研,11,（二）、时间框架体系,时间框架体系是对地球环境系统过程周期性和时间尺度研究的划分。,地球环境系统科学研究对象是在所有时间尺度上的地球环境 演变。,1.,百万年至几十亿年,主要指地球环境形成与演化过程的阶段性。,2.,从几千年到几百万年,主要是指固体地球由内能驱动并受外力影响的那些不可抗拒的地球自然环境变化过程。,3.,从几十年到几百年,主要指地表环境系统内运行着两个大类过程：物力气候过程和生物地球化学过程,4.,从几天到几个季度,主要指由太阳日照和年循环调节等所控制的大气现象,5.,几秒至几小时,地球表层环境系统中各圈层之间及其内部组成物质与能量的变化,（二）、时间框架体系时间框架体系是对地球环境系统过程周期性和,12,三、人类地球环境复合系统中的环境问题,环境问题或环境危机是相对于环境的中心主体而言，指环境（自然、社会）条件和过程的发展变化，产生了不利于地球生物进化和人类生存和发展的负面影响等问题。,（一）生物进化与环境危机,1.第一生物进化和环境危机,第一生物进化：,有机物 化学能营养物质 最原始生物,第一环境危机：,有机物减少,海洋,无氧,供给,三、人类地球环境复合系统中的环境问题环境问题或环境危机是相,13,2.第二生物进化与环境危机,第二生物进化：,有机物 CO,2,+H,2,O 化学能有机物,好氧性自养生物,第二环境危机：,厌氧性自养生物 氧,3.第三生物进化与环境危机,第三生物进化：,好氧性自养生物 好氧性异氧生物 多细胞植物和动物 陆地生物 哺乳类 灵长类 人类,第三环境危机：,人类破坏环境,发酵作用,光合作用,2.第二生物进化与环境危机发酵作用光合作用,14,（二）人类发展历史中的环境问题,1.人类历史初期的第一个环境问题,原因：可能由于过度采集和狩猎，消灭了居住地区的许多物种，破坏了食物来源,解决办法：迁移,环境恢复：依靠自组织性加以调整和修复,2.“第一次浪潮”及其环境问题,原因：以二百多年前蒸汽机的广泛使用为标志的工业革命，使许多国家由农业社会过渡到工业社会。兴起了“第二次浪潮”许多工业化国家盲目增加生产，不惜一切，提高国民生产总值。因此，“第二次浪潮”的兴起和发展使社会取得的每一进步，几乎都是以对资源环境的不断索取、掠夺和破坏为代价的。,解决办法：环境治理,环境恢复：不能依靠自组织性加以调整和修复,（二）人类发展历史中的环境问题,15,3.“第三次浪潮”及其环境问题,第三次浪潮是以20世纪80年代开始的电子工程、生物遗传工程等新兴工业为基础兴起的，使工业社会步入到信息社会阶段。,其对环境的重要意义:,高新技术革命与应用将提高劳动生产率和西亚利用率，从源头上减少污染物的产生和排放量,高新技术提高环境保护工作效率，有利于解决“第二次浪潮”产生的环境问题,人们对地球环境系统和社会发展的认识水平，产生并提出了可持续发展战略思想。,但“第四生物进化和环境危机”还难以预测。,3.“第三次浪潮”及其环境问题,16,二、地球科学？,（一）地球科学的概念,1.地球科学（,Geoscience）,是系统研究地球物质的组成、运动、时空演化、相互作用及其形成机制的学问；是研究所有关于地球的科学，包括地球的内部、地表的陆地与海洋，围绕地球的大气及气圈以外的太空等的组成、结构、分布规律、相互关系及其发展变化的科学。,广义的地球科学包括了：天文学、太空科学、大气科学、海洋学、固态地球科学及地球科学系统等部门。,地球科学是一门与生活环境紧密结合的基础科学，主要包含了地质学,geology,、地理学,geography,、气象学,meteorology,、水文学,hydrology,和土壤学,soil science,等领域。,二、地球科学？（一）地球科学的概念,17,2.地球科学的特点,1）宏观与微观（用波浪状镶嵌构造照片举例，用张伯声院士地质科学思维说明）；,2）整体性与差异性（人造卫星上看地球，用华北与华南、俄罗斯地台与华北地台等事例说明）；,3）时间的漫长性与瞬间性（渐变与灾变举例，如恐龙、Edicala动物群绝灭等）；,4）自然过程的复杂性与规律性（用地史古生物演化说明）。,2.地球科学的特点,18,（二）学习地球科学的意义,学习地球基础知识，提高全民科学素养。,吴阶平 院士,使人“胸襟开阔，知识丰富”，“地相的错综，地层的累积，以及古生物进化的痕迹，既可了然如在指掌之上；更能穆然起深远神秘的思想，作人格修养之大助”。,许寿裳 1923,胡适,从哲学的角度，体会到地质学、古生物学在形成正确的时空观上的重要作用。,地球科学已成为保障人类生存的科学。发展与普及地球科学关系到全人类的生存和繁荣昌盛。,郝诒纯院士,（二）学习地球科学的意义 学习地球基础知识，提高全民科学素,19,1.理论意义,当代自然科学一些重大理论问题的最终解决离不开地球科学的研究，如天体演化、生命的起源、,克隆羊,、西北大学地质系舒德干教授的“生命大爆炸”等等。,2.实际意义,a.在寻找、开发、利用自然资源中有重要作用，如李四光部长发现大庆油田，张伯声院士发现河南巩县小关铝土矿、平顶山煤矿等等；,b.预测预报各类自然灾害，如地震、西安地裂缝、滑坡、沙漠化、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等等；,c.保护和改善自然环境，如温室效应，大气、水资源污染等等。,d.建立科学的世界观，破除迷信,1.理论意义,20,（三）、发展简史与展望,1.古代地球科学知识的萌芽与积累(1世纪以前）,1）中国禹贡、山海经、管子是成书于春秋战国时代（公元前770-221年)的最早的有关地理、地质、水文、气象的著作。水经注著名地学著作（512-518）。梦溪笔谈百科全书式的著作（沈括，1031-1095）。包括陨石、地震、矿物、矿床、化石、河流、地下水、海陆变迁、地形测量、制图等。如：流水的侵蚀和沉积作用 华北平原的形成 太行山东麓山崖间的海生螺蚌化石的成因 根据化石推测古地理、古气候的变迁-早于意大利人达芬奇的观点400年古今类比法-早于莱伊尔地质学原理应用的“将今论古”法早700余年 首次使用“石油”科学术语，延用至今,（三）、发展简史与展望 1.古代地球科学知识的萌芽与积累(1,21,徐霞客游记考察纪实型著作天工开物矿床及其开采方法的专著 我国古代地球科学思想、理论、实践、成就当局世界前列。,2）国外 古代地质知识的萌芽与积累主要集中在欧洲(1)古希腊学者:毕达哥拉斯(约公元前571-497年)亚里士多德(公元前384-342年)(2)古罗马:斯特拉波(Strabo,公元前63-公元20年)地理学论及化石、海陆升降、火山、地震、河流的搬运与沉积作用等。老普里尼（Pliny the