地球各圈层与人地环境复合系统概述
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一文读懂!地球系统科学(地球岩石圈、水圈、大气圈、生物圈)概述,信息量很大!进入21世纪,地球科学发展到“地球系统”的新阶段,强调地球岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间的相互作用,进而从整体地球系统的视野,对地球各圈层的相互作用过程和机理进行研究。
当前更多的对地观测体系(卫星、地表台站等),更细的时空分辨率以及更强的数据处理(超级计算机),正逐渐促进人类对地球的科学认知,增强人类适应全球环境变化的能力,并服务于可持续发展!地球的地质作用过程一,地球系统科学的定义和特点地球是一个物质与能量不断相互作用下的一个非常复杂的非线性系统,它可以被划分为几个基本的圈层,各圈层之间彼此交错相互影响,圈层之间及内部随时间的相互作用构成了地球的演化。
地球随时间的演化1,地球系统的构成地球系统指由大气圈、水圈(含冰冻圈)、地圈(含地壳、地幔和地核)、土壤圈和生物圈(包括人类)组成的有机整体。
地球系统科学主要研究各圈层的物质组成、结构分布、各圈层内部及之间一系列相互作用过程和形成演变规律,以及与人类活动相关的全球变化,为人类认知地球和绿色可持续发展提供科学支撑,以应对全球环境变化所带来的挑战。
地球圈层构成2,地球系统的能量来源地球系统的演化主要受内动力地质作用和外动力地质作用的共同驱动,其主要有两个能量输入体系。
一个是太阳在核聚变过程中向太阳系释放的太阳辐射能量,直接影响着地球气候变化、生物光合作用和岩石风化剥蚀等地球表层系统过程,是外动力地质作用最主要的能量供给;另外一个是地球内部放射性物质衰变、物质向地球深部迁移释放的重力势能和矿物结晶等释放的热量,对大陆漂移、海底扩张、板块运动、岩浆活动、地震作用、变质作用和构造运动等过程产生影响,是内动力地质作用最主要的能量供给。
地球的能量供给和圈层相互作用3,地球系统的时空特征地球作为一个由多时、空尺度过程构成的复杂巨系统,在空间上表现为多圈层体系。
地球各圈层(岩石圈—土壤圈—大气圈—水圈—生物圈)、各过程(生物过程、物理过程、化学过程)、各要素(如:山水林田湖草海)之间相互作用、相互联系、连锁响应。
地球各圈层与人地环境复合系统概述摘要:人类地球环境复合系统的整体行为涉及地球的各个无机圈层(大气、水、冰雪、岩石、土壤等圈层)以及有机圈层(生物、智慧等圈层)的相互作用是环境地学的研究对象。
在当今快速发展的社会里,人类活动对全球环境变化的影响越来越大,地球各圈层在人地复合系统中的作用也越来越明显。
同时,地球各圈层之间的关系与人地复合系统的整体行为紧密相关。
它们通过水分、生物和能量三大循环紧密地偶合在一起,互相影响,互相制约,成一个统一的整体。
关键字:地球圈层;人地环境复合系统;1.地球圈层简介地球圈层结构可以分为地球外部圈层和地球内部圈层两大部分,其中,地球外部圈层对人类的影响最大。
地球外部圈层可以分为四个圈层,即水圈、生物圈、大气圈和土壤圈。
岩石圈作为地球内部圈层的最外层对人类也具有很大的影响。
2.人地环境复合系统概述人类地球环境复合系统是由人类社会和地球环境两大系统偶合成的、远离平衡态的、复杂而有序的开放巨系统,系统内又可分为七个子系统(大气、水、冰冻、生物、土壤、岩石、智慧等)和许多次级子系统。
各系统间通过物质循环、能量转化和信息传递互相偶合在一起,形成了系统的驱动、反馈以及发展、变化的机制。
3.地球各圈层在人地复合系统的作用3.1大气圈与人地环境复合系统大气圈是地球表面由各种气体、水汽和多种悬浮物及其他杂质组成的复杂系统,是生命活动长期参与作用的结果。
大气的存在状况直接关系着人类以及生物的存在和发展,在人地复合系统中,大气圈与其他圈层组成一个体系,它们相互之间存在着密切而复杂的相互作用。
大气圈是地球上一切生命赖以生存的气体环境,也是人类的保护伞,大气圈各组分之间的精细平衡维持着人类的生存环境,破坏了这种平衡也就是破坏了人地复合系统中最为关键的大气系统,人类和各种生物就失去了赖以生存的基础。
当今全球经济发展、社会进步,但是大气问题越来越严重,人地复合系统中的大气系统遭到不同程度的破坏,越来越多的极端天气和各种大气污染问题,如美国的暴风雪天气、欧洲的极寒天气和困扰世界各国特别是中国的雾霾问题。
地球环境与人的关系人类,作为地球的主人,自从诞生的那天起,就与周围的地理环境发生着密切的关系。
一方面,人类的生活活动和生产活动需要不断地向周围环境获取物质和能量,以求自身的生存和发展,同时,又将废弃物排放于地理环境之中;另一方面,环境根据自身的规律在不停地形成和转化着一定的物质和能量,不为人类的主观需求而改变其客观属性,也不为人类的有目的活动而改变自己发展的过程。
因此,在环境有限地自循环过程中,人类无限制地资源开采和环境破坏无疑打破了这一平衡。
不管是在现有环境中谋求发展,还是抛弃旧的寻求新的环境,人类究竟能走多远?从生物性来看,在与地球各部分的相互作用中,人类的生存与发展形成了如今这种形式。
1.人类与大气圈大气圈是地球外面由各种气体和悬浮物组成的复杂流体系统,是在生命活动参与下长期发育而形成的。
地球大气的主要成分是氮和氧。
地球各圈层,尤其是生物圈各组分,与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换,使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。
30亿年前,大气圈中氧浓度只有现在的千分之一,原始的生命为了躲避紫外线致命的伤害,只能存在于水下10m深处。
到距今6亿年时,氧浓度达到现水平的百分之一,出现了臭氧的保护,生命开始出现在水面上,成为生命史的第一个关键浓度。
到4亿多年前,氧浓度达到现水平的十分之一,臭氧的浓度进一步增加,生命才能从海洋登上陆地,这是生命史上的第二个关键浓度。
可以看见,氧浓度对生命的出现与发展起到非常重要的作用。
目前下层大气中氧气的浓度为21%,这是亿万年来生物圈进化与大气圈相互作用的结果。
目前还没有观测到大气氧浓度变化。
然而,作为大气微量组分的一些气体浓度已经发生实质性变化则是不争的事实。
其中最引人注目的是CO2和O3等气体浓度的变化。
20~30亿年以前,大气圈中CO2的浓度很高,约为今天CO2浓度的10倍。
到16亿年前,随着含氧大气圈的形成,大气CO2的浓度逐渐下降到今天的水平。
一定浓度CO2的存在,对地表温度的调节至为重要。
地球结构地壳地幔地核地球表层地球圈层地球内力地球结构地球结构为一同心状圈层构造,由地心至地表依次分化为地核、地幔、地壳。
地球地核、地幔和地壳的分界面,主要依据地震波传播速度的急剧变化推测确定。
地球各层的压力和密度随深度增加而增大,物质的放射性及地热增温率,均随深度增加而降低,近地心的温度几乎不变。
地核与地幔之间以古登堡面相隔,地幔与地壳之间,以莫霍面相隔。
地核又称铁镍核心,其物质组成以铁、镍为主,又分为内核和外核。
内核的顶界面距地表约5100公里,约占地核直径的1/3,可能是固态的,其密度为10.5—15.5克/立方厘米。
外核的顶界面距地表2900公里,可能是液态的,其密度为9—11克/立方厘米。
地幔又可分为下地幔、上地幔。
下地幔顶界面距地表1000公里,密度为4.7克/立方厘米,上地幔顶界面距地表33公里,密度3.4克/立方厘米,因为它主要由橄榄岩组成,故也称橄榄岩圈。
地壳的厚度约33公里,上部由沉积岩、花岗岩类组成,叫硅铝层,在山区最厚达40公里,在平原厚仅10余公里,而在海洋区则显著变薄,大洋洋底缺失。
地壳的下部由玄武岩或辉长岩类组成,称为硅镁层,呈连续分布,在大陆区厚可达30公里,在缺失花岗岩的深海区厚仅5—8公里。
地球内部结构:地壳、地幔和地核三层之间的两个界面依次称为莫霍面和古登堡面地壳+软流层=岩石圈纵波,横波通过地幔速度最大地球外部圈层结构:大气圈、水圈和生物圈地壳地壳dìqiào(Earth Crust)在地理上,地壳是指有岩石组成的固体外壳,地球固体圈层的最外层,岩石圈的重要组成部分,可以用化学方法将它与地幔区别开来。
其底界为莫霍洛维奇不连续面(莫霍面[1])。
整个地壳平均厚度约17千米,其中大陆地壳厚度较大,平均为33千米。
高山、高原地区地壳更厚,最高可达70千米;平原、盆地地壳相对较薄。
大洋地壳则远比大陆地壳薄,厚度只有几千米。
地壳分为上下两层。
上层化学成分以氧、硅、铝为主,平均化学组成与花岗岩相似,称为花岗岩层,亦有人称之为“硅铝层”。
地球科学的六大圈层-概述说明以及解释1.引言1.1 概述地球是我们生活的家园,它由许多不同的圈层组成。
地球科学的研究对象就是这些圈层,它们相互作用,形成了我们所熟悉的地球环境。
本文将着重介绍地球科学的六大圈层,包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈、土壤圈和地球内部的核心。
通过深入了解这些圈层的特点和相互作用,我们可以更好地认识地球,保护地球资源,以及预测和应对自然灾害。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下思路来进行撰写:文章结构部分主要是对整篇文章的布局和组织进行介绍,可以包括以下内容:1. 引言部分的作用和内容概述2. 正文部分的组成和各个圈层的介绍3. 结论部分的总结和展望在文章结构部分,可以简要介绍每个部分的内容和意义,让读者对整篇文章有一个清晰的了解。
可以根据需要进行适当扩展,介绍每个部分的主要内容和要点,让读者对整篇文章的内容有一个整体的把握。
1.3 目的本文的目的是深入探讨地球科学中的六大圈层,包括大气圈、水圈、岩石圈等,以了解它们在地球形成和演化过程中的重要作用。
通过对这些圈层的分析和研究,我们可以更好地理解地球系统的运行机制,探索地球变化和环境演变的规律,为未来地球科学研究提供更深入的基础和方向。
同时,通过了解不同圈层之间的相互作用和影响,可以更好地认识到地球上的自然现象和人类活动对地球系统的影响,为地球环境保护和可持续发展提供科学依据和战略意义。
因此,本文旨在强调地球圈层在地球科学领域中的关键地位和价值,促进对地球系统的全面理解和保护。
2.正文2.1 地球的大气圈地球的大气圈是地球最外层的一个圈层,它由各种气体组成,包括氮气、氧气、二氧化碳等。
这些气体形成了地球的大气层,对地球上的生物和气候起着至关重要的作用。
地球的大气圈主要分为几个层次,包括对流层、平流层、同温层和对流层等。
每个层次都有不同的特点和作用。
例如,对流层是最接近地表的一层,其中的空气通过对流运动形成了我们所熟知的天气现象;平流层以上的层次则影响着大气的循环和气候变化。
地球各圈层与人地环境复合系统概述
摘要:人类地球环境复合系统的整体行为涉及地球的各个无机圈层(大气、水、冰雪、岩石、土壤等圈层)以及有机圈层(生物、智慧等圈层)的相互作用是环境地学的研究对象。
在当今快速发展的社会里,人类活动对全球环境变化的影响越来越大,地球各圈层在人地复合系统中的作用也越来越明显。
同时,地球各圈层之间的关系与人地复合系统的整体行为紧密相关。
它们通过水分、生物和能量三大循环紧密地偶合在一起,互相影响,互相制约,成一个统一的整体。
关键字:地球圈层;人地环境复合系统;
1.地球圈层简介
地球圈层结构可以分为地球外部圈层和地球内部圈层两大部分,其中,地球外部圈层对人类的影响最大。
地球外部圈层可以分为四个圈层,即水圈、生物圈、大气圈和土壤圈。
岩石圈作为地球内部圈层的最外层对人类也具有很大的影响。
2.人地环境复合系统概述
人类地球环境复合系统是由人类社会和地球环境两大系统偶合成的、远离平衡态的、复杂而有序的开放巨系统,系统内又可分为七个子系统(大气、水、冰冻、生物、土壤、岩石、智慧等)和许多次级子系统。
各系统间通过物质循环、能量转化和信息传递互相偶合在一起,形成了系统的驱动、反馈以及发展、变化的机制。
3.地球各圈层在人地复合系统的作用
3.1大气圈与人地环境复合系统
大气圈是地球表面由各种气体、水汽和多种悬浮物及其他杂质组成的复杂系统,是生命活动长期参与作用的结果。
大气的存在状况直接关系着人类以及生物的存在和发展,在人地复合系统中,大气圈与其他圈层组成一个体系,它们相互之间存在着密切而复杂的相互作用。
大气圈是地球上一切生命赖以生存的气体环境,也是人类的保护伞,大气圈各组
分之间的精细平衡维持着人类的生存环境,破坏了这种平衡也就是破坏了人地复合系统中最为关键的大气系统,人类和各种生物就失去了赖以生存的基础。
当今全球经济发展、社会进步,但是大气问题越来越严重,人地复合系统中的大气系统遭到不同程度的破坏,越来越多的极端天气和各种大气污染问题,如美国的暴风雪天气、欧洲的极寒天气和困扰世界各国特别是中国的雾霾问题。
人类面临着重大的大气问题,不加以改善就会使人地系统遭到严重的破坏。
3.2水圈与人地环境复合系统
水圈是由大气圈、海洋、陆地水体(河流、湖泊、冰川)、土壤和岩石孔隙以及生物体中的气、液、固各态水组成的连续圈层。
地球70%以上的部分被水覆盖,多数生物体内水的含量也达2/3,人类生存、生活、生产更离不开水、水对人类和生态环境极其重要。
在人地环境复合系统中,水圈的作用就表现在了水循环和水量平衡。
水循环和水量平衡都是对水在大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈之间运动与交换过程的描述。
水循环是全球海洋与陆地之间的水分交换过程、海洋与大气之间,或陆地与大气之间的水分交换过程。
水量平衡是水循环的数量表示,即在一定的时域空间内,水分在循环、转化过程中,其数量遵循质量守恒定律,收入的水量与支出的水量之间的差额必等于该区域(或水体)内蓄水的变化量。
也就是说,水在循环过程中,从总体上说是收支平衡的。
水循环的收支平衡保证了人地环境复合系统的稳定。
3.3岩石圈与人地环境复合系统
岩石圈作为地球内部圈层的最外层,人类生存环境的底层。
岩石圈对人类发展的价值主要体现在为人类提供各种能源和资源,如化石燃料和矿物原料。
岩石圈是土壤和生命所必需的大量矿产资源和多种燃料的源地,与人类的生存、发展密切相关。
今后相当长时间内,人类社会所需的80%以上的原材料和90%的能源均将取自岩石圈,因此岩石圈为维持人地环境复合系统提供了能源和驱动力。
3.4土壤圈与人地环境复合系统
土壤覆盖于地球陆地表面,在地球表面形成了一个断断续续的圈层,即土壤圈。
如其他圈层一样,土壤圈自身也是运动着的物质和能力系统。
土壤提供植物生长繁殖,是人类获得生产生活资源的重要源泉,人类对土壤的依赖性很大,是人地环境复合系统的基础。
3.5生物圈与人地复合系统
生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总称,人地环境复合系统的核心人就是生物圈中一员。
人作为生态系统中的一分子,与生态系统其它各部分之间存在密切的关联。
生物和人类互为环境,生物是人类赖以生存的营养和生产资料的供应者,自然和人类社会之间应当存在和谐的依存关系。
生物及环境对人类社会的存在和发展至关重要,人类生产资料性质、生产力的分布、构成、组织形式以及劳动生产率的高低都是由人类社会所处的生态环境决定的。
可以说人类的生存与发展、文明的进步都离不开环境。
生物圈的多样性丰富了人地复合系统,构成了人地环境复合系统的多样性。
4.地球各圈层间的关系
地球各圈层间互相影响,互相制约,形成一个统一的整体,共同作用于人地环境复合系统。
大气圈与生物圈进行着活跃的物质和能量交换,使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。
大气圈与水圈不断进行着循环,大气会转化成水,水也会转化为大气。
大气和水圈海洋的相互作用,可以影响到全世界的天气变化。
大气圈与岩石圈之间存在着热能、化学能、动能的交换。
地面与大气之间通过长波辐射、大气逆辐射在进行着热能的交换。
大气圈与岩石圈之间也在进行着物质的交换,发生着某些化学反应,如风化作用从大气中吸收CO2,同时也使岩石中的某些元素开释出来,因此两圈之间存在着化学能的交换。
通过大气与地面之间的接触与摩擦作用,岩石圈的动能可以传递给大气圈,大气圈的动能也可以传递给岩石圈。
岩石圈承载着河流、湖泊,人类和一切生命系统也活跃在这里。
在各圈层之间有非常广泛的物质和能量的传输和交换,故人类对岩石圈的影响必将间接影响到其他圈层。
土壤圈处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈的交界面,是联系有机界和无机界各要素的中心枢纽。
土壤是由岩石演化而来的,因此对岩石圈有一定的继承性,同时土壤圈覆盖在岩石圈上,对岩石圈有保护作用。
土壤圈通过气体与污染物的吸收、交换、释放与大气圈相互作用,从而影响大气变化。
土壤圈中的物质要迁移运动,依赖于水;土壤圈反过来又影响降水的重新分配及水圈的化学组成。
生物圈与土壤圈关系更加密切,可以说土壤圈的分布对生物圈的分布起到了决定性的作用。
如图,说明了大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈之间的相互关系。
图. 地表各圈层之间的关系
人类赖以生存的环境是由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈组成的一个相互协调、相互作用的一个整体,每个圈层相互联系,破坏了一个圈层就会导致其他圈层的不稳定,从而导致整个人类生存环境遭到破坏。
因此,谨慎地对待自然、保持与自然和谐共存的生态关系,是人类生存的重要条件和前提。
参考文献:
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