大家好第一章地球環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)

本章內(nèi)容是環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)內(nèi)容，從環(huán)境來看，雖然我們所講的環(huán)境是針對(duì)人類的生存圈而言的，主要是地球表層，但就整個(gè)宇宙來看，環(huán)境是一個(gè)同心圈層結(jié)構(gòu)。本章采取由遠(yuǎn)及近的方法介紹地球環(huán)境，先分析其宇宙環(huán)境，著重介紹地球這個(gè)宇宙中既普通有特殊的天體在星際空間的位置和特性，然后進(jìn)入地球內(nèi)部，了解其圈層構(gòu)造，分析其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)或變化特性，進(jìn)而了解地球環(huán)境的涵義、特性和分類。本章重點(diǎn)：地球環(huán)境的圈層構(gòu)造和特性。學(xué)習(xí)指導(dǎo)第一節(jié)地球環(huán)境的圈層結(jié)構(gòu)與人類關(guān)系一、宇宙和天體

宇宙的科學(xué)定義：宇宙是由各種形態(tài)的物質(zhì)構(gòu)成的宇宙是無比廣闊的空間、物質(zhì)世界的整體。“上下四方曰宇，往來古今曰宙”“宇之表無極，宙之端無窮”物質(zhì)性是在不斷運(yùn)動(dòng)和發(fā)展變化的運(yùn)動(dòng)性宇宙的特性：無邊無際，無窮無盡。宇宙的認(rèn)識(shí)過程：由表及里，返璞歸真。天體：宇宙中各種形體和星際物質(zhì)的總稱，主要的天體有星云、恒星、行星、衛(wèi)星、彗星、流星體。恒星

有星光閃爍的恒星有繞恒星運(yùn)動(dòng)的行星有圓缺多變的月亮有輪廓模糊的星云有一閃即逝的流星有拖著長(zhǎng)尾的彗星有星際物質(zhì)——?dú)怏w和塵埃有形式各異、大小不一的

人造天體自然天體哈雷彗星“哈雷彗星”是第一顆經(jīng)推算預(yù)言必將重新出現(xiàn)而得到證實(shí)的著名的大彗星。它的公轉(zhuǎn)周期為76年。最近的一次回歸是1986年。

天體系統(tǒng)：

天體系統(tǒng)外層空間總星系河外星系銀河系其它恒星太陽系其他行星地月系月球地球二、太陽和太陽系

太陽：半徑約為70×104km，是地球半徑的109倍，體積是地球的130萬倍。太陽質(zhì)量為1.989×1027t，相當(dāng)于地球的3.33×104倍。光球表面溫度為5500℃左右，太陽中心溫度不低于1500萬℃。它每秒放出來的能量為9.4×1025卡，到達(dá)地球上的只占總量的1/22億，太陽常數(shù)為8.16J/(cm2.min)。位置：位于距銀河系中心約27000光年、距邊緣23000光年的地方。大小：直徑相當(dāng)于地球直徑的109倍，表面積約為地球的12000倍，體積約為地球的130×104倍，質(zhì)量相當(dāng)于地球的33.3×104倍。

太陽系：8大行星，50個(gè)衛(wèi)星和至少50萬個(gè)小行星，還有少數(shù)彗星。

太陽系八大行星概況名稱赤道半徑（km）質(zhì)量（地球=1）體積（地球=1）平均密度自轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期已知衛(wèi)星數(shù)水星金星地球火星木星土星天王星海王星2440605063783395714006000025400247500.050.8210.11317.9495.1814.6317.220.0560.8561。000257.15.465.265.523.851.330.71.241.6658.624323時(shí)56分24時(shí)37分9時(shí)50分10時(shí)14分24時(shí)左右22時(shí)左右87.9天224.7天1年1.9年11.8年29.5年84年164.8年00121621-231222006年8月24日晚上9點(diǎn)，世界天文聯(lián)合會(huì)在捷克首都布拉格（東1區(qū)）通過決議：冥王星被淘汰，太陽系只有八個(gè)行星。三、地球在宇宙中的位置及優(yōu)越條件太陽系位于銀河系赤道平面上，距銀心2.4萬光年，距銀盤邊緣6.4萬光年。從地球到太陽的平均距離為14，960×104km（稱為一個(gè)天文單位）。地球距太陽距離適中，得到的熱量適宜，溫度適中（15°）；質(zhì)量適中，外殼堅(jiān)硬，地心引力可吸引大氣和水；低層大氣以氮和氧氣為主，高層有臭氧，能吸收絕大部分太陽紫外輻射，使地球上的生物不致遭到傷害。

因此，地球上有生命孕育的條件。

四、地球的圈層構(gòu)造地殼地幔地核內(nèi)圈外圈大氣圈水圈生物圈地球表層地理環(huán)境地球的圈層構(gòu)造圖地球表層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)地幔地殼軟流層外核內(nèi)核圈層的劃分圈層名稱不連續(xù)面深度（km)特征地殼地幔上地幔下地幔地核外核內(nèi)核莫霍界面古登堡界面3329001、由巖石組成的固體外殼2、厚度不均，大洋部分薄，大陸部分厚上地幔上部存在一個(gè)軟流層，這里可能為巖漿的主要源地溫度、壓力和密度很大一、內(nèi)部圈層1地殼：大陸地殼平均厚度約35公里，雙層結(jié)構(gòu)（硅鋁層和硅鎂層）；海洋地殼5-8公里，單層結(jié)構(gòu)（主要為硅鎂層）。2地幔：上下兩層，上地幔上部的60-250公里間有軟流層，下地幔含鐵鎳物質(zhì)。3地核：2900至地心，主要為鐵鎳等物質(zhì)。二、外部圈層

1大氣圈：主要由氮、氧、氬等氣體組成，氮?dú)夂脱鯕饧s占整個(gè)大氣總體積的99%以上，加上氬氣，三者約占99.96%。根據(jù)大氣溫度垂直變化特征，將大氣圈分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱成層和逸散層。2水圈：全球的水量約為14億km3，其中海洋占了地球全部水量的97％，它們是水圈的主體，其余的3％則為陸地上的淡水，河流、湖泊、水庫、池塘、沼澤、冰川、地下水等都是水圈的組成部分。

3生物圈：主要由生命物質(zhì)、生物生成性物質(zhì)和生物惰性物質(zhì)三部分組成。4土壤圈。

一、地球表面的基本特征

1.太陽輻射集中分布于地表，太陽能的轉(zhuǎn)化亦主要在地表進(jìn)行。2.固態(tài)，液態(tài)，氣態(tài)物質(zhì)同時(shí)并存于地表，使海洋表面成為液－氣界面，海底成為液－固界面，陸地表面成為氣－固界面，而沿岸地帶成為三相界面。3.地球表面具有其特有的，由其本身發(fā)展形成的物質(zhì)和現(xiàn)象，如生物，風(fēng)化殼，土壤層等。4.相互滲透的地表各圈層之間，進(jìn)行著復(fù)雜的物質(zhì)，能量交換和循環(huán)，并且在交換和循環(huán)中伴隨著信息的傳輸。5.地球表面存在著復(fù)雜的內(nèi)部分異。6.地球表面是人類社會(huì)發(fā)生，發(fā)展的環(huán)境，盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類已有可能潛入深海或上升至宇宙空間，但地表仍然是人類活動(dòng)的基本場(chǎng)所。二、地球環(huán)境的組成及特性

地球環(huán)境：人類賴以生存的周圍一切事物的總和；按性質(zhì)可分為自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境。自然環(huán)境主要由自然要素所構(gòu)成的環(huán)境，如大氣環(huán)境、生物環(huán)境、土壤環(huán)境、水環(huán)境、海洋環(huán)境等；根據(jù)環(huán)境特征又分為原生環(huán)境和次生環(huán)境。社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境主要是指各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活要素所構(gòu)成的環(huán)境，又叫人工環(huán)境。按要素可分為物理社會(huì)環(huán)境、生物社會(huì)環(huán)境、心理社會(huì)環(huán)境；按功能可分為聚落環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、農(nóng)業(yè)環(huán)境、文化環(huán)境、醫(yī)療休養(yǎng)環(huán)境。地球環(huán)境的特性：整體性：地理環(huán)境的各個(gè)要素、各個(gè)過程相互聯(lián)系，相互影響，共同改造地球面貌，特別是人類活動(dòng)，已成為引起地球環(huán)境變化的主要因素。地球環(huán)境的獨(dú)特性：有水、有大氣、有保護(hù)層、由生長(zhǎng)的土壤，剛性的外殼，是一個(gè)靠綠色生命來捕獲、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存太陽輻射能，靠生命活動(dòng)來驅(qū)動(dòng)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)平衡的開放系統(tǒng)。蓋婭（Gaia)假說或蓋婭理論：不是地球上“優(yōu)越”的環(huán)境條件創(chuàng)造了生命，而是生命活動(dòng)創(chuàng)造了今天的地球環(huán)境。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)定義：生態(tài)學(xué)一詞最早是由德國(guó)生物學(xué)家黑格爾于1869年提出的。他把生態(tài)學(xué)定義為“自然界的經(jīng)濟(jì)學(xué)”。其英文詞首和經(jīng)濟(jì)學(xué)是相同的，均來自于希臘文，表示家庭居處或環(huán)境的意思，可見，生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)、家庭、環(huán)境等有著密切的關(guān)系。后來有的學(xué)者把生態(tài)學(xué)定義為“研究生物或生物群體與其環(huán)境的關(guān)系，或生活著的生物與其環(huán)境之間相互聯(lián)系的科學(xué)”。

我國(guó)著名生態(tài)學(xué)家馬世駿把生態(tài)學(xué)定義為“研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系及其作用機(jī)理的科學(xué)”。生態(tài)學(xué)中所說的生物包含植物、動(dòng)物和微生物。最近，由于人類環(huán)境問題和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，生態(tài)學(xué)也擴(kuò)展到人類生活和社會(huì)形態(tài)等方面，把人類這一生物種也列入生態(tài)系統(tǒng)中，來研究并闡明整個(gè)生物圈內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系問題。生態(tài)學(xué)的發(fā)展生態(tài)學(xué)原是一門研究生物與其生活環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)，是生物學(xué)的重要分科之一。初期主要研究植物，后來逐漸涉及動(dòng)物和人類。目前，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展并向生態(tài)學(xué)的不斷滲透，賦予它新的內(nèi)容和動(dòng)力，使其成為多學(xué)科、較活躍的科學(xué)領(lǐng)域之一。生態(tài)系統(tǒng)的概念生物自從在地球上出現(xiàn)以來就與自然環(huán)境有著密不可分的關(guān)系，長(zhǎng)期以來形成了相互依存、相互制約的關(guān)系。地球上的生物十分龐雜，其中包括動(dòng)物2000萬種以上，植物30多萬種，微生物10多萬種。這些生物通過新陳代謝不斷與環(huán)境進(jìn)行著物質(zhì)的交換、能量的傳遞和信息的交流，從而引起環(huán)境與生物自身的變化。生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化中對(duì)環(huán)境具有依附性和適應(yīng)性，但生物也不是被動(dòng)的適應(yīng)環(huán)境，生物也具有其本身獨(dú)特的遺傳特性。生物受到環(huán)境的影響，反過來又作用于環(huán)境。一個(gè)生物物種在一定的范圍內(nèi)所有個(gè)體的總和稱為生物種群（Population）。在一定自然區(qū)域的環(huán)境條件下，許多不同種的生物相互依存，構(gòu)成了有著密切關(guān)系的群體，稱為生物群落（Community）。隨著環(huán)境條件的千差萬別，地球上出現(xiàn)了各種各樣的生物群落（森林、草原、荒漠等等）。而特定的生物群落又維持了相應(yīng)的環(huán)境條件。一旦生物群落發(fā)生變化，也會(huì)影響到環(huán)境條件的變化。因此，人們把生物群落與其周圍非生物環(huán)境的綜合體，稱為生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem），也即生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)在特定空間的組合。非洲熱帶草原的群象（種群）斑馬種群獅子種群捕食與被捕食（群落）點(diǎn)圖片播放森林生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)點(diǎn)圖片播放海洋生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物彼此間以及生物與非生物的環(huán)境因素之間互相作用，關(guān)系密切，而且不斷進(jìn)行著物質(zhì)的交換、能量的傳遞和信息的交流。目前，人類所生活的生物圈內(nèi)有無數(shù)大小不等的生態(tài)系統(tǒng)。一個(gè)簡(jiǎn)化了的陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的組成生態(tài)系統(tǒng)是由四個(gè)部分組成的見下圖生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者無生命物質(zhì)能量物質(zhì)熱量生產(chǎn)者：主要是綠色植物，凡能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物的植物種類，包括單細(xì)胞藻類，均屬于生產(chǎn)者。還有一些能利用化學(xué)能把無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的化能自養(yǎng)型微生物，也應(yīng)列入生產(chǎn)者之列。湖泊中的藻類消費(fèi)者：主要是動(dòng)物，又分為一級(jí)消費(fèi)者（如草食性動(dòng)物）；二級(jí)消費(fèi)者（如肉食動(dòng)物）；……等等。人處于消費(fèi)者中的最高級(jí)別分解者：指各種具有分解能力的微生物，也包括一些微型動(dòng)物，如鞭毛蟲，土壤線蟲等。微生物（真菌）橙蓋傘－分解者無生命物質(zhì)：指生態(tài)系統(tǒng)中的各種無生命的無機(jī)物、有機(jī)物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。巖石礦物土壤空氣水體P——生產(chǎn)者；C1——初級(jí)消費(fèi)者；C2～3——二、三級(jí)消費(fèi)者；Cn——四級(jí)消費(fèi)者；D——分解者太陽生產(chǎn)者一級(jí)消費(fèi)者二級(jí)消費(fèi)者簡(jiǎn)化的陸地生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)化的池塘生態(tài)系統(tǒng)一級(jí)消費(fèi)者（浮游生物）二級(jí)消費(fèi)者三級(jí)消費(fèi)者生產(chǎn)者（浮游植物）分解者（微生物）分解者生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1、生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)的生物種類，種群數(shù)量、種的空間配置（水平分布、垂直分布）、種的時(shí)間變化（發(fā)育、季相）等構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。如：在森林生態(tài)系統(tǒng)中，有各種喬木、灌木和草本植物，有各種動(dòng)物和復(fù)雜的微生物種群。它們各自的數(shù)量、空間的分布和種的時(shí)間的變化就構(gòu)成了森林生態(tài)系統(tǒng)特有的形態(tài)結(jié)構(gòu)。種群數(shù)量生物的空間配置：苔蘚地衣生物的空間配置：草本生物的空間配置：灌叢生物的空間配置：?jiǎn)棠旧鷳B(tài)系統(tǒng)中種的時(shí)間變化發(fā)育：2003年10月生長(zhǎng)情況發(fā)育：2004年5月生長(zhǎng)情況發(fā)育：2004年8月生長(zhǎng)情況發(fā)育：2005年5月生長(zhǎng)情況發(fā)育：虎發(fā)育：虎發(fā)育：北極狐發(fā)育：北極狐生物的季相生物的季相生物的季相生物的季相2、生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間建立起來的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。它是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)中，由食物關(guān)系把多種生物聯(lián)接起來，一種生物以另一種生物為食，另一種生物再以第三種生物為食，……彼此形成一個(gè)以食物聯(lián)接起來的鏈鎖關(guān)系，稱為食物鏈。比如：老鼠以農(nóng)作物為食，而鼬鼠又以老鼠為食，這就構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的食物鏈。再如：碎屑-蘑菇-昆蟲-蛙-蛇-鷹就構(gòu)一個(gè)較為復(fù)雜的食物鏈。按照生物間的相互關(guān)系，一般可把食物鏈分為：捕食性食物鏈，即由一些以其他動(dòng)物為食的動(dòng)物構(gòu)成的食物鏈。例如由狐貍和野兔構(gòu)成的食物鏈。碎食性食物鏈，是由一些食碎屑生物構(gòu)成的。諸如禿鷲、蚯蚓、千足蟲、白蟻、蟻和甲蟲等。寄生性食物鏈，是由一些寄生性生物構(gòu)成的。它們是與其“捕獲物”建立起一種緊密地聯(lián)系，長(zhǎng)期地以“捕獲物”為生。比如：動(dòng)物腸內(nèi)的絳蟲、寄生在動(dòng)物體外的蜱、虱或七鰓鰻以及一些植物如菟絲子、槲寄生等。腐生性食物鏈，由腐生性生物構(gòu)成。如水晶蘭、真菌等。在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往復(fù)雜，各種食物鏈相互交錯(cuò)，形成所謂食物網(wǎng)。能量的流動(dòng)，物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化，就是通過食物鏈或食物網(wǎng)進(jìn)行的。見下圖1——檜樹；2——草本植物；3——節(jié)肢動(dòng)物；4——兔；5——嚙齒動(dòng)物；6——肉食動(dòng)物食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的功能生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息聯(lián)系構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的基本功能。1、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中全部生命活動(dòng)所需要的能量均來自太陽。太陽能在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)是按熱力學(xué)定律進(jìn)行的。熱力學(xué)第一、二定律決定了能量流動(dòng)的規(guī)律。環(huán)境卡片——能量流動(dòng)的1/10規(guī)律在生態(tài)系統(tǒng)中，能量從植物體內(nèi)轉(zhuǎn)移至草食動(dòng)物體內(nèi)時(shí)大約為總能量的1/10，而再轉(zhuǎn)移到肉食動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，為草食動(dòng)物能量的1/10左右。一般說來，能量沿著綠色植物→草食動(dòng)物→一級(jí)肉食動(dòng)物→二級(jí)肉食動(dòng)物逐級(jí)流動(dòng)，而后者所獲得的能量大體等于前者所含能量的1/10，這就是說，在能量流動(dòng)過程中，約有9/10的損失掉了。

2、生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的一切生物（動(dòng)物、植物、微生物）和非生物的環(huán)境，都是由運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)構(gòu)成的。并在地球長(zhǎng)期的演化過程中建立起來了各種循環(huán)體系。其中碳、氫、氧、氮、硫、磷等的循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)基本的物質(zhì)循環(huán)。錳、鋅、銅、鉬、鈷、鈣、鎂、鉀等微量元素，也在生態(tài)系統(tǒng)中的構(gòu)成了各自的循環(huán)。而與人類環(huán)境關(guān)系比較密切的主要有水、碳、氮、三大循環(huán)。水循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)

3、生態(tài)系統(tǒng)中的信息聯(lián)系在生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分之間及各組分內(nèi)部，伴隨著能量和物質(zhì)的傳遞與流動(dòng)還同時(shí)存在著各種信息的聯(lián)系，而這些信息把生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，起著推動(dòng)物質(zhì)流動(dòng)、能量傳遞的作用。信息在生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)為多種形式，主要有營(yíng)養(yǎng)信息、化學(xué)信息、物理信息、遺傳信息和行為信息。環(huán)境專欄—北極狐和北極兔據(jù)科學(xué)家們觀察，生活在北極地區(qū)的北極狐是以北極兔為食的。北極狐一胎可以懷單胎，也可以懷雙胎。而這是取決于北極兔的多少。北極兔的數(shù)量多，懷雙胎；數(shù)量少則懷單胎。這對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡是至關(guān)重要的。難道是北極兔告訴北極狐自己的數(shù)量嗎？顯然不可能，這只能是生態(tài)系統(tǒng)中某些類似物理、化學(xué)等信息在起作用。

北極狐北極兔生態(tài)平衡的概念如果某生態(tài)系統(tǒng)各組成成分在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)協(xié)調(diào)，物質(zhì)和能量的輸出接近相等，結(jié)構(gòu)與功能長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，在外來干擾下，能通過自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到最初的穩(wěn)定狀態(tài)，則這種狀態(tài)可稱為生態(tài)平衡。生態(tài)平衡包括三個(gè)方面：即結(jié)構(gòu)上的平衡、功能上的平衡以及輸入和輸出物質(zhì)數(shù)量上的平衡。生態(tài)平衡是相對(duì)的平衡、動(dòng)態(tài)的平衡。

生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于平衡的相互關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)的演替一些生態(tài)系統(tǒng)，依靠自身的發(fā)展和活動(dòng)的本性，一方面消滅某些物種，另一方面又允許別的物種侵入，以此來改變它們的環(huán)境。因而，在占領(lǐng)這個(gè)地區(qū)的各種生物中，存在著一種漸近的變化。最后，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可能被另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)全部代替。生態(tài)系統(tǒng)中的這種變化過程就叫做演替。1、原生演替如果這個(gè)地域先前沒有生物占領(lǐng)，那么，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)被另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)所代替的過程就稱為原生演替。裸露的巖石表面被生物逐步侵入，最后變成了森林生態(tài)系統(tǒng)就是一個(gè)典型的范例。原生演替2、次生演替開始于次生裸地或原生蕪原（不存在植被，但在土壤或基質(zhì)中