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1、第11章 地球环境及其变迁,环境变迁与气候变化生物绝灭与环境变迁人类在环境变迁中的作用,气候变化的现实意义,英国学者估计：平均气温如下降12C，英国中北部农作物生长季节比现在缩短一个月；后果是粮食减产，冬季供暖时间加长，多耗燃料。相反，如升高12C，会加剧冰盖融化和海平面上升，导致海水入侵和沿海地区地下水盐度增高，危及城市供水和农作物生长。地面气温升降在地理上是不均衡的，赤道带如增高1C，高纬度区就要增加1020C。将造成全球大气环流和洋流的变化，也将引起生态失衡，给人类生存带来巨大冲击。,地史中的大冰期,地球历史中曾多次出现大规模冰期和暖期的交替。地球历史中三次全球性大冰期出现于：第四纪（2
2、.6百万年以来）、石炭-二叠纪（亿年前）和新元古代中期（约亿年前）。大冰期成因（不符合米兰科维奇学说）的两种常见解释：1.黄赤交角大波动（=0 90）周期 大冰期时=90，地球发生 冰盖的一极正好背向太阳。2.太阳的银河年周期 太阳从远银心点向近银心点 运动速度加快，在惯性影响 下，日地距离增大,地球上接 受太阳热量减少。银河年并 不是等速周期，有愈来愈快 的趋势。,第四纪的冰期旋回,第四纪大冰期内部存在明显的万年级冰期和间冰期冷暖气候交替旋回（符合米兰科维奇学说）。20世纪初期以阿尔卑斯山冰川为模式建立的4次冰期模式，曾经获得广泛流传。但已证明由于后期冰川作用往往刨蚀破坏前期冰川遗迹，并不能
3、代表第四纪完整的气候变化史。,末次冰盛期(21ka)与现代北半球高纬冰盖分布,全新世末次冰期,全球气候变化研究的三大支柱,深海沉积记录极地冰芯记录中国黄土记录,浮游有孔虫d18O温度控制为主底栖有孔虫d18O全球冰量控制为主,深海沉积记录,氧同位素地层划分：冰期为偶数间冰期为奇数,极地冰芯记录,最近得到的极地冰岩心和深海沉积高分辨率记录，显示出在长期的气候逐渐变化过程中，发生过一系列大幅度（5C）的突然变化，时间尺度仅有几十到几百年。,以往虽发现第四纪存在频繁的冰期、间冰期转换，但认为末次冰期结束后近1万年来的气候变化是相当稳定的，未感到气候突变带来的严峻挑战。,极地冰岩心,中国黄土分布图,3
4、,西安,北京,中国黄土记录,渭南黄土剖面,黄土层与红色古土壤层相夹,陕北黄土剖面,黄土的成因与干冷的西北风关系密切，代表冰期气候。红褐色古土壤（粘粒25%）仅发育于湿热化环境，黑垆土代表温湿期森林草原古土壤，代表间冰-冰后期气候。,黄土与深海沉积中的冰川旋回,黄土-古土壤序列中的9个气候事件可以与太平洋深海钻孔中的9个氧同位素（18O）气候事件很好对比，都以10万年的短偏心率周期最为明显。,新仙女木事件,1.3万年前末次冰期消退，气候转暖，温带动物群返回北欧和加拿大东北部。北美大陆冰盖迅速融化，形成一个巨大的阿格兹湖，排水通道流向墨西哥湾。冰后期增温导致湖盆东侧的冰原破裂崩塌，大量淡水突然涌入
5、北大西洋。墨西哥湾却因淡水流入减少而盐度、密度显著增大，墨西哥湾流暖水未到北部就下沉，向高纬度输送的热量减少。北大西洋的大量淡水很快形成海上冰盖，导致重返冰期气候。因喜寒性 花卉植物 仙女木（Dryas)重新折返，称为新仙 女木事件。,新仙女木事件降温幅度,总体变暖背景下 产生一系列温度 激烈震荡，降温 幅度达到5C,低温持续期延续 5001000年。根据格林兰冰岩 心和瑞士湖泊沉 积物中氧同位素含量对比，证明两地发生的降温事件在时间上、幅度上都可以很好对比。,全球洋流转送带模型,全球大洋热量传送带示意图,间冰期内的气候突然变化,Eemian间冰期(距今12.5万年前)的全球气温比现在高约2C
6、,海平面高约5m。就在间冰期的全盛期突然出现持续70年的恶劣天气，温度降幅达到5C。事件成因以及到底是区域性或全球性尚待研究。较流行的解释：间冰期增温导致冰山大规模崩塌，大西洋海水的温度、盐度降低，影响到海洋传送带环流模式突变，所以在总体变暖趋势中出现突然变冷的插曲。,海因里希事件末次冰期内的气候快速波动,H.Heinrich(1988)在北大西洋（47N/19W附近）3个钻孔的深海沉积物研究中，首先发现存在6个气候迅速变冷层。沉积特征：暖水型有孔虫含量减少，海水盐度降低和粗粒碳酸盐（150m）碎屑快速堆积。发生时间：末次冰期之内（90年代测得6个事件层年龄为1.43万、2.1万、2.8万、4
7、.1万、5.2万和6.9万年前，多数间隔在1.1万年左右），单层形成时间仅上千年或几百年。证明冰期内也存在气候快速波动。事件原因：冰期中北极区冰盖迅速扩张，周缘冰山大量南移至中纬度地区，带来低温淡水并使携带的岩屑降落海底。形成机制：海因里希事件（Heinrich events)出现的间隔明显短于岁差旋回（1.92.1万年），确切原因尚待研究。,未来气候变化,化变面平海的后今与去过,第11章 地球环境及其变迁,环境变迁与气候变化生物绝灭与环境变迁人类在环境变迁中的作用,物种的数量与寿命,生物现存物种数量尚无公认的准确数据，迄今已鉴定的有150104（Grant,1963)200104（杨昌凤等，
8、1994）个物种，其中2/3为昆虫。全球3/4物种分布在热带地区（尤其集中于热带雨林内）。自寒武纪以来（5.4亿年）一共有过多少物种？Grant（1963)估计至少有16108，Raup等（1971）推 算有9.82104。陈世壤（1978）估计在最低值 85106 最高值4.2108之间，最可能是3108。据此，Raup等（1971）推算出物种平均寿命为275万年。陈世壤（1978）认为物种增长速度有逐渐加快趋势，白 垩纪以来(1.3亿年)物种平均寿命接近100200万年。,现生物种的数量,生物绝灭类型与规模,生物绝灭（extinction)：指一个物种的个体完全消失而不留下后裔（终极绝灭）
9、。假绝灭：某个物种通过线系渐变型式由祖先种演 变为后裔种，前者虽绝灭，但物种谱系仍继续。绝灭背景值：每百万年平均绝灭0.11个物种，仅有区域或局域意义，可视为正常情况。集群绝灭（mass extinction)：地史中的某些特殊时期，出现许多生物门类全球性、近同时突然绝灭，物种级绝灭率高达90%。反映了地球表层生态环境的巨变。,显生宙的五次大绝灭,白垩纪末的生物集群绝灭,陆地上：以恐龙为代表。海洋中：以浅海浮游生物（浮游有孔虫、超微化石颗石藻）最突出。墨西哥尤坦卡半岛，发现180km直径陨击坑，由直径10km小星体撞击形成，=8亿颗广岛原子弹爆炸！,白垩纪未恐龙等 生物大绝灭原因假说小行星撞击
10、,K/T 界线黏土,意大利古比奥剖面K/T界线黏土中的铱异常,冲击变质作用记录震裂锥冲击页理熔长石,地球上的陨击坑,月面陨击坑,岩砾角击陨,月面陨击坑,地史中最大的生物绝灭事件长兴剖面PT之交162属333种海生生物的生存年代,P/T界线与牙形石演化序列,二叠纪的阶梯状生物绝灭,长兴煤山P/T界线剖面的碳同位素曲线,P/T界线的铱异常,界线黏土中的大量微球粒铁质球粒 石铁质球粒 高温石英 黄铁矿聚合体 锆石 黏土矿物,生物的演化阶段,繁荣期（绝灭前原先生物群）绝灭期（可分步骤实现）残存期（剩下少量残留种，有的种个 体反而兴盛）复苏期（少量新种出现）辐射演化期（大量新种出现）,辐射/复苏/残存/
11、大 绝灭,残留种：少量物种经历集群绝灭浩劫后幸 存下来。复活种：有的物种能逃离恶化的环境在某 个避难所生存，待环境条件好转 后再回到原先的分布区。先驱种：有些门类的物种原先并不显眼，但由于优越的生理功能或很强的 抗灾变生态习性，能渡过浩劫而 获得辐射演化的机会。,人类在环境变迁中的作用,温室气体排放与全球变暖 土地利用与土地退化生物多样性的减少,二氧化碳=55%氧化氮6%+氟里昂15%+甲烷 24%=45%,温 室 气 体 类 型,大气环境状况,全球大气中CO2浓度升高 温室效应 全球变暖,温室气体与全球变暖,工业革命以来，燃烧化石燃料、砍伐森林等使大量温室气 体排放到大气中，产生温室效应。大
12、气中CO2浓度：由1870年的28010-6(ppm)到1958年的 315ppm（年平均增长率0.1%），再到1985年的 345ppm（年平均增长率0.3%）。地表平均温度：过去100年上升C,其间11个最暖 年中有7个发生在最近10年，极端天气事件（厄尔尼 诺、沙尘暴）的频率和强度都在增加。按此趋势：地 球表层将以O.3C/每10年速率增温，到21世纪中期将 比工业革命开始前的“自然背景温度”提高C。,气候变化的空间分异,以我国50 80年代为例，既有全球趋势又有地区分异：逐步升温地区-东北、华北、新疆中部，升温率 0.10.4C/10年。纬度更高的黑龙江北部和新疆北 部可高达0.2 0
13、.4C/10年。逐步降温地区-秦岭、淮河以南、南岭以北、四川盆地 及长江中下游，降温率 0.1C/10年。降温中心的 四川盆地达到0.14 0.16C/10年。先降后升地区-青藏高原、岭南。70年代前降温，80年 代起转为升温，升温率0.1C/10年。,a-北半球气温变化;b-大气中CO2含量;c-太阳活动周期平均相对黑子数;d-巨行星地心汇聚时地球冬至日公转半径改变量;e-地球自转速度。,气候波动与不确定性,当前学术界对全球气候变暖 趋势虽已有了共识，但还存在一些重大的不确定性。国内有人从天文气候学已知周期规律角度提出：21世纪早期地表温度可能转为下降，21世纪中期重新反弹回升。国外也有人提
14、出：目前全球变暖的趋势可能重演地质历史中发生过的突然变冷事件-大西洋暖流传送带突然关闭，导致气候迅速变冷。,土地利用与土地退化,不适当土地利用的严重后果：美国（30年代）、前苏联（60年代）由于滥垦草原，引发过“黑风暴事件”。美索不达米亚平原（六千年前）因土壤次生盐渍化荒芜。中国北方土地荒漠化原因：过度樵柴 占32.4%，过度放牧占29.4%，草原过度农垦（主要在沙漠边缘地区）占23.3%，其他人为因素占9.4%，人为因素共计占94.5%。自然风力引起的沙丘前移入侵仅占5.5%。许多沙漠是在当地不利气候条件下加上人类不适当活动而形成：罗布泊汉晋时期是著名的楼兰绿洲，60年代还有水面;毛乌素沙漠
15、至少唐时仍水草丰满。按目前无节制截水趋势，塔里木河将在110年内干枯！居延海残存的胡杨林绿洲也将消失。,沙漠侵蚀耕地,生物多样性减少,与过去5亿年中的五次大灭绝相匹敌，目前世界正处于另一次重要物种灭绝的边缘！主要原因：人为因素（人类引起的环境污染、热带森林锐减、珊瑚礁破坏、湿地消失等）造成。按热带生境破坏的趋势预测：19752015年间，世界物种每10年将灭绝1%11%。有一种中度的预测，今后25年内4%8%的热带森林物种将灭绝。热带雨林的大量破坏，还将大大改变C、N 等 营养元素和微量元素的源、汇分布，破坏它们在 地球系统中的循环，给自然生态系统和人类社会 带来巨大影响。,环境污染,人类在生
16、产生活过程中，向大气、水、土壤等环境媒介排入大量三废（废气、废水、废渣），引起环境污染或导致环境破坏。生产性污染物：工业生产的三废（酸雨）、农药残留。生活性污染物：垃圾、粪便、污水。放射性污染物：核工业、核武器、医用放射源。实例：切尔诺贝利核电站核泄漏事件（1986年4月）西欧二恶英(强致癌物）事件（19992001）淮河治理已经达标又遭废水重新污染（2001）,工业烟囱与酸雨,工业污染,中国酸雨分布区,全球何处生态最优？据中国国家地理2001年第8期补充,答案实在令人尴尬：无人区朝鲜半岛中部北纬39附近的无人区（人为划定的非军事区），长240km,宽4km,总面积约1000km2。一度曾炮火
17、连天，是被现代战争摧毁的焦土。一旦人类撤离，排除了一切人为活动对自然生态的干扰，大自然竟能如此神速地化腐朽为神奇，魔术般地转变为一座朝鲜半岛上最优生态的野生动植物世界。曾作为原子弹实验场的太平洋比基尼岛，也早已恢复了热带植被和海洋生物世界，仅海蟹体内可能残留放射性物质而不宜食用。一项研究表明：地球上如果没有人无损大局，然而如果没有昆虫则将大难临头。没有了昆虫，则许多有花植物将无法传粉而绝种，其结果是导致许多食草动物将因食物匮乏而数量锐减，又势必影响到食肉动物的生存这一系列连锁反应必然导致一场生态灾难。,人口大爆炸式发展,19.5个世纪，0.25倍0.5个世纪，2.4倍21世纪内，人口将突破10
18、0亿，其中94%的增长出现在发展中国家,世界人口爆炸（美前副总统阿尔戈尔）,人类无节制的掠夺地球资源加重了地球的负担（1）70%的热带雨林毁灭于20世纪（2）现存生物物种正以成千倍的速率加快灭绝（3）中国80%的河流受到污染，酸雨分布占国土面积的40%，垃圾占地面积达5104 km2，直接经济损失达2000亿元/年 自然灾害的不断加剧与人类的不良行为不无关系 地震、洪涝、干旱、风暴、泥石流等等 不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报服了我们恩格斯,小结,人类活动作为一个强大扰动因素已对自然地理环境发生了显著的作用和影响。在十年和百年时间尺度上，人为扰动的强度已达到可
19、与自然扰动相比拟的程度，甚至更强。人类既能够通过科学进步，促进社会发展，造福于人类，又能 够给自己带来某种危及自身生存的潜在危害。-人类必需节制自身的活动，防止人类活动诱发和加剧对区域和全 球环境的破坏，保护人类赖以生存的地球环境。人类应摆正自己在自然界中的正确位置。人类不是大自然的主宰，而是大自然的成员。人类不可能征服自然，而只能顺应自然来发展自己。,人类从改造地球表层正反两方面的收益与教训中逐渐认识到，人类社会的发展最终要受到地球表层的遏制。人类无限制的发展，只能带来灾难，人类只有与地球表层环境相协调，才能持续发展。人类要向生物学习，顺应地球表层自然演变规律，与地球表层协同进化。,复习题,第11章 地球环境及其变迁一、名词解释 生物绝灭；集群绝灭。二、简答题 1）全球气候变化研究的三大支柱是什么?2）显生宙的五次大绝灭分别发生在什么时代?（奥陶纪末、晚泥盆世末、二叠纪末、晚三叠世末、白垩纪末）三、论述题 1）人类如何面对全球气候变化?2）人类如何顺应自然来发展自己?,
