第2講-生態(tài)環(huán)境組成及各圈層

1、2024/3/18,1,《自然保護(hù)概論》,第2篇自然保護(hù)基礎(chǔ)主講：張嘉超 15973190653,2024/3/18,2,第2章 自然保護(hù)基礎(chǔ),自然生態(tài)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)學(xué),2024/3/18,3,自然保護(hù)基礎(chǔ),? 生態(tài)學(xué)中的“生態(tài)”含義是指生物與其生存環(huán)境的關(guān)系。我國《環(huán)境保護(hù)法》將環(huán)境分為生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境兩部分。,自然生態(tài)環(huán)境的組成及結(jié)構(gòu),2024/3/18,4,? 生態(tài)環(huán)境主要包括自然生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)環(huán)境、城市生態(tài)環(huán)境。

2、 自然生態(tài)環(huán)境是基礎(chǔ)，是主要部分；農(nóng)業(yè)環(huán)境是半人工生態(tài)環(huán)境，是在自然環(huán)境的基礎(chǔ)上經(jīng)人工改造發(fā)展起來的；城市生態(tài)環(huán)境則主要是人類建設(shè)的產(chǎn)物。? 生態(tài)保護(hù)工作最主要是自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)，其次是農(nóng)業(yè)環(huán)境和城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。,自然保護(hù)基礎(chǔ),自然生態(tài)環(huán)境的組成及結(jié)構(gòu),2024/3/18,5,? 地球是迄今發(fā)現(xiàn)存在智能生物的唯一天體。 近年來科學(xué)研究的進(jìn)展，一些科學(xué)家提出了地球的獨(dú)特性在于它是一個(gè)靠生命來捕獲、轉(zhuǎn)移和儲存太

3、陽輻射能，靠生命活動來驅(qū)動地球表層的物質(zhì)元素循環(huán)，靠生命過程來調(diào)控并保持其遠(yuǎn)離天體物理學(xué)的開放系統(tǒng)。這就是說不是地球上的“優(yōu)越”的環(huán)境條件創(chuàng)造了生命，而是生命創(chuàng)造了今天地球的環(huán)境。這種觀點(diǎn)被稱為蓋婭（Gaia）假說或蓋婭理論。 地球表層物質(zhì)和能量的循環(huán)、轉(zhuǎn)換是靠生命活動實(shí)現(xiàn)的。,自然保護(hù)基礎(chǔ),自然生態(tài)環(huán)境的組成及結(jié)構(gòu),2024/3/18,6,? 地球各圈層的發(fā)育 大約46億年前，是一個(gè)還原性的大氣圈，主要

4、由H2、CH4、NH3和水蒸氣等組成。 大約在 38億年以前，地球上出現(xiàn)了水，產(chǎn)生了河流、湖泊和海洋，為地球生命的出現(xiàn)創(chuàng)造了最基本的條件。 大約 20億年前，出現(xiàn)了細(xì)菌和藍(lán)藻等生物，從而開始了一種新的生命過程——光合作用，大氣圈首次出現(xiàn)O2 。,自然保護(hù)基礎(chǔ),自然生態(tài)環(huán)境的組成及結(jié)構(gòu),2024/3/18,7,地球環(huán)境的圈層構(gòu)造,? 地球各圈層的發(fā)育 到距今大約16億年以前，一個(gè)含氧的大氣圈終于

5、形成。12億年前出現(xiàn)最早的真核細(xì)胞。 5億年前出海洋無脊椎物，4.5億年以前，在溫暖濕潤的河口地帶，一種叫做頂囊蕨的植物開始登陸。 哺乳類動物出現(xiàn)在2億年前。今天，大約有500萬至5000萬種生物組成了五彩繽紛的生物界，構(gòu)成了包括人類在內(nèi)的生物圈。,2024/3/18,8,地球生命起源于外星系？,最近，美國航空航天局馬歇爾飛行中心宇宙生物學(xué)家Richard B. Hoover博士通過對地球僅存的9枚“CI

6、1碳基球粒隕石”進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)隕石中竟然有微生物的化石痕跡。,2024/3/18,9,通過無菌條件下切碎隕石，進(jìn)行電子掃描顯微鏡和掃描隧道顯微鏡檢查切面，發(fā)現(xiàn)了與地球類似生物的微生物化石痕跡。,地球生命起源于外星系？,2024/3/18,10,物種進(jìn)化譜圖,2024/3/18,11,人類與地球各圈層的關(guān)系,? 人類與大氣圈大氣圈的總質(zhì)量估計(jì)為5.2×1015 t，還不到地球的質(zhì)量 （5.974×1021 t）的

7、百萬分之一。大氣質(zhì)量在垂直方向上分布極不均勻，在地心引力作用下，大氣質(zhì)量主要集中在大氣圈的下部，其中50％集中在距地表5 km 以下， 75％在10 km 以下，90％在30 km 以下。按照其分子組成，大氣可分為兩個(gè)大的層次：均質(zhì)層和非均質(zhì)層（或稱同質(zhì)層和非同質(zhì)層）。,2024/3/18,12,? 根據(jù)大氣的物理和化學(xué)性質(zhì)，大氣圈又可以分為光化 層和離子層，這兩層大致以平流層頂為界。,人類與大氣圈,,,2024/3/18,1

8、3,人類與大氣圈,目前世界普遍采用的大氣圈分層方法是1962 年世界氣象組織（WMO）執(zhí)行委員會正式通過的國際大地測量和地球物理聯(lián)合會（IUGG）建議的分層系統(tǒng)。即根據(jù)大氣溫度垂直變化特征，將大氣分為對流層、平流層、中間層、熱成層和逸散層。,? 對流層 位于大氣圈的最下層 ，平均厚度為12 km，是大氣圈中最活躍的一層，存在強(qiáng)烈的垂直對流作用和水平運(yùn)動。對流層中水汽和塵埃含量較高，雷電、雨雪云霧霜雹等天氣現(xiàn)象與過程都發(fā)生在

9、這一層，對人類影響也很大。通常所指大氣污染就是對此層而言，尤其是在1~2 km 高度范圍內(nèi)，因地形、生物等影響，空氣運(yùn)動更是復(fù)雜多變。對流層的另一重要性質(zhì)是大氣溫度隨高度升高而降低，平均每上升100米，氣溫約降低0.65℃。,人類與大氣圈,人類與大氣圈,? 平流層平流層亦稱同溫層，是從對流層頂?shù)郊s50千米高度的大氣層。其下部有一明顯的穩(wěn)定層，溫度基本上不隨高度而變化，近似等溫狀態(tài)。穩(wěn)定層以上，溫度隨高度上升而增高，這主要是

10、由于地表輻射影響的減少和氧及臭氧對太陽紫外輻射強(qiáng)烈的吸收加熱，使大氣溫度上升，這種溫度結(jié)構(gòu)抑制了大氣的垂直運(yùn)動，大氣以水平運(yùn)動為主。由于水汽和塵埃含量少，平流層沒有云雨等天氣現(xiàn)象。在大約50 km 的高度上氣溫達(dá)到最高值，這就是平流層頂。,2024/3/18,16,南極臭氧層30年變化,人類與大氣圈,? 中間層平流層以上，到離地球表面80 km。溫度隨高度而下降，中間層頂部是地球大氣層溫度最低的地方。中間層的溫度如此之低，是

11、因?yàn)楸緦拥难醴肿?，氮分子等本可吸收的陽光短波波段，己在更高的氣層中被吸收了，因而氣溫低?？諝馑竭\(yùn)動、重直運(yùn)動速度都很大，特別是垂直混合十分強(qiáng)烈。雖然水汽濃度極底，但由于對流運(yùn)動的發(fā)展，在某些條件下能出現(xiàn)夜光云，在約60 km 高度，大氣分子開始電離。因此，60~80 km 高度是均質(zhì)層向非均質(zhì)層的過渡層。,人類與大氣圈,? 熱成層熱成層位于中間層以上，又稱增熱層或電離層，溫度隨高度的增加而增高，熱層大氣由直接吸收太陽輻射

12、而獲得能量，到約1000 km 高度時(shí)，白天溫度可達(dá)1000~1750 K。該層空氣在各種射線的作用下大都發(fā)生電離，成為原子、離子和自由電子，電離層因此而得。逸散層逸散層位于熱成層以上，也稱為大氣層，是大氣圈的最外層，大約延伸至800 km 的高度?？諝鈽O為稀薄該層，地心引力極小大氣質(zhì)點(diǎn)之間鮮有碰撞。有些運(yùn)動速度較快的質(zhì)點(diǎn)完全擺脫地球引力而逸入宇宙空間。,地球大氣的精細(xì)平衡,? 主要成分地球大氣的主要成分是氮和氧，這種組成在

13、太陽系大行星中非常特殊。,2024/3/18,20,再見，冥王星,冥王星，1930年1月由克萊德·湯博根據(jù)美國天文學(xué)家洛韋爾的計(jì)算發(fā)現(xiàn)并命名。與太陽平均距離59億千米，直徑2300千米，比月球還要小，公轉(zhuǎn)周期約248年。冥王星剛被發(fā)現(xiàn)之時(shí)，它的體積被認(rèn)為有地球的數(shù)倍之大。很快，冥王星也作為太陽系第九大行星被寫入教科書。但是隨著時(shí)間的推移和天文觀測儀器的不斷升級，人們越來越發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的估計(jì)是一個(gè)重大“失誤”，因?yàn)樗捏w積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小

14、于當(dāng)初的估計(jì)。在2006年08月24日國際天文學(xué)聯(lián)合會大會上，以237票對157票通過決議將冥王星視為是太陽系的“矮行星”，不再被視為行星。,,地球大氣的精細(xì)平衡,? 主要成分地球各圈層，尤其是生物圈各組分，與大氣圈保持著十分密切的物質(zhì)和能量的交換，使大氣各組分之間保持著極其精細(xì)的平衡。大氣圈各組分之間保持著精細(xì)的平衡，這是地球環(huán)境億萬年來發(fā)育的結(jié)果。保持這種平衡乃是維護(hù)生物圈所必須，破壞這種平衡就是破壞生命的基礎(chǔ)。然而

15、，人類社會實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，規(guī)模和強(qiáng)度日益加大的人類活動正在破壞這種平衡，這是人類面臨的重大環(huán)境問題之一。,2024/3/18,22,人類與水圈,? 水圈海洋和陸地上的液態(tài)水和固態(tài)水構(gòu)成一個(gè)大體連續(xù)的圈層覆蓋在地球表面，稱為水圈。它包括江河湖海中一切淡水、咸水、土壤水、淺層和深層地下水以及南北兩極冰帽和各大陸高山冰川中的冰，還包括大氣圈中的水蒸氣和水滴。大氣中的水是全球水循環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。,2024/3/18,23,人

16、類與水圈,? 水的自然性質(zhì)與意義無色透明。允許太陽光中的可見光和波長較長的紫外線部分可以透過，使光合作用所需的光能能夠到達(dá)水面以下的一定深度，而對生物體有害的短波紫外線則被阻擋在外。極好的溶劑。為生命過程中營養(yǎng)物和廢棄物的傳輸提供了最基本的媒介。水的介電常數(shù)在所有的液體中是最高的，大多數(shù)離子化合物能夠在其中溶解并發(fā)生最大程度的電離，這對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和生物體內(nèi)各類生化反應(yīng)的進(jìn)行具有重要意義。比熱是所有的液體和固體中最大的

17、。地球上的海洋、湖泊、河流等水體，白天吸收到達(dá)地表的太陽光的熱量，夜晚又將熱量釋放到大氣中，避免了劇烈的溫度變化，使地表溫度長期保持在一個(gè)相對恒定的范圍內(nèi)。,人類與水圈,? 水的自然性質(zhì)與意義水在4℃密度最大。這一特性在控制水體溫度分布和垂直循環(huán)中起著重要作用。在氣溫急劇下降的夜晚，水面上較重的水層向水底沉降，與下部水層更換，這種循環(huán)過程使得溶解在水中的氧及其他營養(yǎng)物得以在整個(gè)水域分布均勻，當(dāng)水體趨于一種穩(wěn)定狀態(tài)，水底溫度是

18、 4℃，在這一層中水生物可以幸存。冰輕于水。為冰的密度比水小，只有0.92 g/㎝3，可以浮在水面上。這一特性對水下生物具有十分重要的意義。否則，氣溫降低時(shí)水面結(jié)成的冰會沉入水底，從而導(dǎo)致整個(gè)水體完全凍結(jié)，給水下生物帶來滅頂之災(zāi)。,2024/3/18,25,人類與水圈,? 地球的水量分布 地球上海洋占全球面積的71％，含鹽的海洋水占全部水資源的97.5％，人類難以直接利用；2.5％的淡水中，又有68.7％是以冰川和

19、冰帽的形式存在于南北極和高山面積的地區(qū)，亦難以被人類直接利用。,人類與水圈,? 人類活動對水圈的影響興建大型水庫與堤壩。 20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人類有可能修建庫容以億立方米計(jì)的大型水庫，迄今全世界水庫的總庫容已達(dá)2000 ㎞3，成為一種穩(wěn)定可靠的水源。水庫也常常產(chǎn)生一些不良的生態(tài)效應(yīng)，甚至觸發(fā)地震。,三峽大壩,人類與土壤圈,? 土壤圈土壤是地球陸地上能供植物生長與繁殖的疏松表層。各種土壤在地球表面形成一個(gè)斷續(xù)

20、分布的圈層，覆蓋于巖石圈之上，其厚度由幾厘米至幾米不等。在炎熱濕潤的熱帶、亞熱帶地區(qū)，有些土壤的厚度可能達(dá)幾十米。,O層：有機(jī)殘落物層；A層：淋溶層；B層：沉積層；C層：母質(zhì)層；最下面基巖。,人類與土壤圈,? 土壤圈土壤圈是與大氣圈、水圈同樣重要的第三大環(huán)境要素。土壤和巖石共同構(gòu)成了大地，但土壤和巖石是有區(qū)別的。土壤由巖石演化而來，并覆蓋在巖石的表面，土壤與巖石最大的不同在于它具有肥力，即提供和調(diào)節(jié)水、氣、熱和營養(yǎng)元素的能

21、力，為植物的生長提供了必要的條件。人類活動影響土壤圈荒漠化。水土流失。鹽漬化。水澇。土壤污染。,人類與巖石圈,? 巖石圈巖石圈是人類生存環(huán)境中最下面的一個(gè)圈層，又是地球內(nèi)部各圈層的最外層，這里我們將巖石圈看作地球圈層的最外部分—地殼巖石圈對人類的發(fā)展也具有重要的價(jià)值，向人類提供了豐富的化石燃料和礦物原料，儲量巨大。傳統(tǒng)原料與燃料行將耗竭。如何迅速實(shí)現(xiàn)向新材料與新能源的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成關(guān)系到人類未來生存與發(fā)展的要?jiǎng)?wù)

22、。,2024/3/18,30,人類與生物圈,? 生物圈1875年 奧地利地質(zhì)學(xué)家休斯(E．Suess 1831—1914)提出了生物圈的概念。 1920年 前蘇聯(lián)地球化學(xué)家韋爾納茨基(B.и. Bернадский 1863—1945)明確給出了生物圈的定義 。生物圈是指地球上有生命的部分，即地球上所有的生物，包括人類及其生存環(huán)境的總體。,人類與生物圈,? 生物圈它包括地球上一切生命有機(jī)體（植物、動物和微

23、生物）及其賴以生存和發(fā)展的環(huán)境（空氣、水、巖石、土壤等）。生物圈是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)。物質(zhì)、能量和信息的交換與循環(huán)。,2024/3/18,32,? 生物圈的特征整體性 生物圈是由生物與非生物環(huán)境組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一整體，是高度復(fù)雜而有序的系統(tǒng)，而不是松散無序的集合體；任何一個(gè)地方的生命現(xiàn)象都不是孤立的，都跟生物圈的其余部分存在著歷史的和現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系。,人類與生物圈,2024/3/18,33,? 生