导论 第8章地球系统科学生态学和环境科学教材课件.ppt

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1、第八章 地球系统科学、生态学和环境科学,讨论：地球系统科学、生态学和环境科学是三门毫不相干的学科吗？说出这三门不同学科的研究对象分别是什么？,高等教育出版社,版权所有 复制必究,8.1 地球系统科学,地球系统科学将地球大气圈（atmosphere） 、水圈（hydrosphere） 、岩石圈（lithosphere） 、生物圈（biosphere）作为一个相互作用的系统，研究期间的物理、化学和生物的过程，并和人类生活、生产联系起来，认识现状和过去，预见未来。,8.1.1 地球系统科学的创立（一）地球科学的产生 1678年，牛顿将力学定律运用于研究地球的静态 和动态特征，得出地球偏率的结论。 根

2、据力学定律，牛顿、康德对潮汐摩擦进行研究，得出地球自转变慢的结论。 20世纪，泰勒用力学 的方法研究全球构造，使 地球科学开始摆脱描述阶段。,对地球自转的研究,经典物理中的力学、热学和电磁学也广泛用于地球科学，20世纪60年代，物理学家对地热场现状的描述达到了全球规模。1968年在纽斯卡特尔召开的会上，地球物理场（热场、磁场）的研究被称为古地球物理学。,地热场,生物学的发展经历了形态学、解剖学、细胞学、分子生物学等阶段。第二次世界大战以后，分子古生物学的研究进展迅速。它的研究大大推进了人们对地球生命起源的认识和生物演化历史的理解。,生态发展的模型,生物演化图,（二）地球系统科学的产生 地球科学

3、是包括地质科学、水文科学和大气科学的知识体系。进入80年代，人地新型关系将地球系统作为互相作用的集合，在此基础上产生了地球系统科学。 美国国家航空和宇宙管理局（NASA）出资资助美国大学地理系的地球系统科学研究，每5年出一本地球系统科学报告。联合国21世纪议程将地球系统科学作为可持续发展战略的科学基础之一。,8.1.2 地球系统科学的研究对象和发展趋势 地球系统科学通过研究大气圈、水圈、岩石圈和生物圈组成的地球表层系统，探讨地球系统各圈层相互作用的物理、化学、生物机制，分析人类活动引起的地球生态环境变化。 地球系统科学中的时间尺度是一个关键指标。 地球系统科学应该能够阐明产生于10年至100年

4、时间尺度内的各种地球环境现象、过程。,地球系统科学的三个研究层次,全球变化：全球变化是地球系统科学的核心问题。包括温室效应、海平面上升、海岸线变迁、湖泊变迁等自然环境变化。,区域模型：卫星和计算机可以同步处理地球上任何地区的信息，加速了全球变化在全球范围内的研究。,宏观调控信息系统：运用环境工程，解决生态农业、生态工业内部及其两者之间的匹配问题。,什么是温室效应我们知道温室有两个特点：温度较室外高，不散热。 生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空,气向外散发，使

5、室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。而地球的大气层和云层也有类似的保温功能，故俗称温室效应（Green effects）。,温室效应,地球科学仍处在发展中：,地球系统科学的研究需要自然科学和社会科学多学科的综合。,地球系统科学正在推动可持续发展的研究。,地球系统科学关注人类活动对地球系统的存在、运动和发展的影响。,8.2 生态学,生态学是研究生命系统和环境系统之间相互作用的机理、规律的科学。生命系统包括动物、植物和微生物；环境系统包括光、温、水、营养物等理化因素。,生态系统的结构（松树）,8.2.1 生态学的产生和发展 公元前4世纪，希腊的亚里士多德不仅描述了不同类型

6、动物的栖息地，而且将其分为陆栖和水栖两类。 介绍农牧渔猎的专著公元6世纪中国农学家贾思勰的齐民要术。,齐民要术,贾思勰,齐民要术,18世纪初出现了现代生态学的轮廓,1798年，马尔萨斯的人口论开阔了生态学的视野。,1859年，达尔文的物种起源提出自然选择理论，强调生物进化是生物和环境相互作用的产物。,达尔文和物种起源,生态学ecology（由两个希腊词根构成）,likos房子、住所；,logos科学、研究；,1869年，德国人海克尔首先提出生态学的概念。,通过研究有关植物、动物和微生物之间依存关系及其和环境之间的相互作用，生态学成为了一门独立的科学。,20世纪以前生态学主要描述个体的生理特性,

7、20世纪上半叶生态学进入了定量阶段提出了若干种群动态模型,瓦尔明的植物生态学,埃尔顿的动物生态学,克莱门茨和席耳福德生物生态学,1935年，坦斯勒提出“生态系统”概念，是生态学的重大突破！,1942年，林德曼发表关于食物链和金字塔营养结构的研究报告，确立了生态系统物质循环和能量流动理论，为研究现代生态学奠定了科学基础。,食物链,金字塔营养结构,1922年，美国人哈伦巴洛斯首次提出“人类生态学”概念，标志着生态学的重点从研究以生物为主体的生态转向研究以人为主的生态。,把人和自然互相作用作为统一体进行研究，使生态学找到了真正归宿！,8.2.2 生态学的研究内容,生态学研究生物与环境、生物与生物之间

8、的互相关系。,生态学主要以种群、群落和生态系统的研究为核心。,随着全球环境问题日益受到重视，如温室效应、臭氧层破坏、酸雨、沙漠化、生物多样性丧失等，全球生态学应运而生。,沙漠化,酸雨的成因,8.2.3 生态学的发展趋势生态学向各学科的渗透，出现了能量生态学、数学生态学、城市生态学、行为生态学、化学生态学、灾害生态学等学科。生态学致力于生物圈的功能研究。生态学为可持续发展提供理论基础。,8.3.1 环境问题和环境科学的产生,古希腊文明,8.3 环境科学,对自然的开发越深入，对自然环境的破坏越严重。大多数古代文明都这样毁灭了，唯有中华文明靠“天人合一”、“天地人和”、“阴阳调和”的天人观，绵延50

9、00多年，并且至今仍充满活力。工业化提高了社会生产力水平，同时也带来严重的环境污染，威胁人类的生存。,1952年伦敦烟雾事件,1949年日本熊本县水俣市的水俣病事件,20世纪50年代，美国海洋生物学家卡逊提出了人类所面临的环境污染问题。1962年，卡逊的寂静的春天一书引起全球性轰动，成为世界上第一部环境科学的研究力作！,8.3.2 环境科学的研究内容1. 探索全球范围内自然环境的演化规律。2. 揭示人类活动和自然环境的关系。,人类活动,植被,坡地稳定性沉积物生成风化,CO2含量反照率蒸腾,土表覆盖有机物含量土壤动物群养分循环结构,蒸发蒸腾土壤结构地表滞流养分循环截留,覆盖食物小气候,地形,气候,土壤,水,动物群,3. 考察环境变化对人类生存的影响。4. 研究区域环境污染综合防治的技术。5. 加强对自然系统的研究。地球系统科学、生态学、环境科学和人类的前途命运密切相关,为可持续发展提供巨大动力！,