Click to edit Master text styles,*,環(huán)境地學(xué),第七章 環(huán)境地學(xué),7.1 環(huán)境地學(xué)的學(xué)科性質(zhì)、地位與作用,7.2 人類(lèi)-地球環(huán)境復(fù)合系統(tǒng),7.3 人-地環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的整體性及各圈層間的影響與響應(yīng),7.4 環(huán)境地學(xué)的開(kāi)展趨勢(shì),主要內(nèi)容,7.1 環(huán)境地學(xué)的學(xué)科性質(zhì)、地位與作用,7.1.1 環(huán)境地學(xué)的學(xué)科性質(zhì),環(huán)境地學(xué)是以人-地復(fù)合系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究其發(fā)生、演變、組成、結(jié)構(gòu)、特性和功能，及其整體行為對(duì)人類(lèi)以及生物的影響和作用以及人類(lèi)生物對(duì)系統(tǒng)開(kāi)展變化的反響或相應(yīng)，據(jù)此制定合理改造、利用和保護(hù)資源與環(huán)境優(yōu)化控制和調(diào)節(jié)的途徑與措施，使人類(lèi)與環(huán)境相協(xié)調(diào)，到達(dá)可持續(xù)開(kāi)展目的的學(xué)科。,7.1.2 關(guān)于環(huán)境地學(xué)學(xué)科性質(zhì)的幾個(gè)問(wèn)題,研究?jī)?nèi)容：,地球環(huán)境系統(tǒng)變化；物質(zhì)、能量和信息的遷移、轉(zhuǎn)化和交換過(guò)程；環(huán)境質(zhì)量及其演變規(guī)律；以地表環(huán)境系統(tǒng)為中心的延伸與擴(kuò)展；開(kāi)展并完善完整的環(huán)境地學(xué)理論體系。,2.分支學(xué)科：環(huán)境地質(zhì)學(xué)、環(huán)境水文學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、環(huán)境海洋學(xué)、污染氣象學(xué)等。,7.1.2 關(guān)于環(huán)境地學(xué)學(xué)科性質(zhì)的幾個(gè)問(wèn)題,3.研究思想：地球系統(tǒng)科學(xué),演化觀、循環(huán)觀、系統(tǒng)觀、空間尺度觀。,4.研究的問(wèn)題,第一環(huán)境問(wèn)題：是指自然界本身所存在的因素變化產(chǎn)生的對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境的破壞和惡化問(wèn)題。,第二環(huán)境問(wèn)題：是指由于人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)所產(chǎn)生的對(duì)環(huán)境的破壞和惡化問(wèn)題。,7.1.3 環(huán)境地學(xué)的地位和作用,地位：環(huán)境科學(xué)的一門(mén)支柱性、根底性分支學(xué)科。,作用：建立了生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的關(guān)系，起著將各分支學(xué)科有機(jī)聯(lián)系在一起的“紐帶作用。,7.2 人類(lèi)-地球復(fù)合系統(tǒng),7.2 人類(lèi)-地球復(fù)合系統(tǒng),什么是人類(lèi)-地球復(fù)合系統(tǒng)?,人類(lèi)地球環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)是由人類(lèi)社會(huì)和地球環(huán)境兩大系統(tǒng)偶合成的、遠(yuǎn)離平衡態(tài)的、復(fù)雜而有序的開(kāi)放巨系統(tǒng)。,人-地復(fù)合系統(tǒng)主要包括哪幾局部？,大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈、冰凍圈、生物圈和智慧圈。,7.2.1 人類(lèi)-地球環(huán)境復(fù)合系統(tǒng),1氣候系統(tǒng),氣候系統(tǒng)是由大氣圈下層、水圈、冰凍圈、生物圈、,土壤圈和巖石圈上部所組成的整個(gè)體系。它們之間存在著,密切而復(fù)雜的相互作用。,2大氣環(huán)境與邊界層中的空氣污染,大氣是地球系統(tǒng)中最活潑、變化最大的局部，作為人,類(lèi)-地球復(fù)合系統(tǒng)中子系統(tǒng)之一的大氣圈是人類(lèi)生存環(huán)境的,重要組成局部。,大氣環(huán)境及空氣污染,大氣環(huán)境是地球系統(tǒng)中以大氣為中心介質(zhì)的自然環(huán)境，通常指大氣圈中與人類(lèi)關(guān)系密切的臭氧層及其以下的局部，尤其是指邊界層內(nèi)的大氣狀態(tài)。,大氣污染通常是指由于人類(lèi)活動(dòng)和自然過(guò)程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣，呈現(xiàn)出足夠的濃度，到達(dá)了足夠的時(shí)間并因此危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象。,人為排放是造成空氣污染、尤其是局地空氣污染的主要原因。,空氣污染物的分類(lèi)及特點(diǎn),污染物在大氣中的彌散及研究方法,廣義的大氣彌散,泛指進(jìn)入大氣的污染物通過(guò)風(fēng)、,湍流、抬升、下沉、干濕沉降、化學(xué)轉(zhuǎn)化等過(guò)程在空,間逐漸分散、稀釋的現(xiàn)象。,它雖有助于緩解局地大氣污染，但會(huì)擴(kuò)大污染物,的影響范圍，可能會(huì)導(dǎo)致二次污染的形成，或?qū)⑽廴?轉(zhuǎn)移到土壤及水體中去。,其研究方法一般分?jǐn)?shù)學(xué)模擬、室內(nèi)流體物理模擬,如風(fēng)洞、水槽、對(duì)流室模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。,3大氣圈的能量循環(huán)與物質(zhì)循環(huán),大氣圈的能量循環(huán),地球系統(tǒng)的輻射平衡,大氣和海洋的能量交換,大氣和陸地的能量交換,大氣圈的水循環(huán),海洋和大氣間的水汽交換,大氣中的水汽運(yùn)輸,生物圈驅(qū)動(dòng)的水汽循環(huán),海,-,氣耦合系統(tǒng),植物的作用,冰層覆蓋,4氣候系統(tǒng)與大氣圈能量及水分循環(huán)的關(guān)系,5人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣圈的影響及其環(huán)境效應(yīng),溫室效應(yīng)：,CO,2,、,CH,4,、,N,2,O,、,CFCs(,氯氟烴類(lèi),),酸雨,臭氧層屏蔽作用的破壞及影響,光化學(xué)煙霧,5空氣資源的價(jià)值及保護(hù),通過(guò)動(dòng)物的呼吸，新鮮空氣中含有的氧氣由血液輸送到體內(nèi),各組織和細(xì)胞并參與各種生化反響和代謝過(guò)程，才能使生命得,以延續(xù)。,空氣還是第一性生產(chǎn)者植物的呼吸及正常生理反響中必,不可少的物質(zhì)?？諝膺\(yùn)動(dòng)除了能促進(jìn)物質(zhì)、熱量和水汽的交,換，產(chǎn)生形形色色的大氣現(xiàn)象、為人類(lèi)提供清潔的風(fēng)能外，還,是植物種子傳播的重要途徑。,地球大氣溫室效應(yīng)還大大抑制了地面溫度的劇烈變化；保護(hù),了地球上的生物不受宇宙射線和流星的傷害；為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提,供了豐富的原料。,但對(duì)于某個(gè)區(qū)域如城市、山谷、盆地來(lái)說(shuō)，大氣,對(duì)人類(lèi)活動(dòng)排放于其中的污染物的自凈、稀釋能力是有限,的。如果超過(guò)了其大氣環(huán)境容量的閾值，環(huán)境空氣質(zhì)量將,明顯惡化。除了加強(qiáng)宣傳教育，提高環(huán)境意識(shí)，實(shí)行清潔,生產(chǎn)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高森林面積圖7-2之外，保護(hù),空氣資源，改善環(huán)境空氣質(zhì)量還須采取法律手段以及經(jīng)濟(jì),手段。,圖 7-2 19801995世界森林面積的變化,引自世界資源報(bào)告，UNDP,UNEP,WB,WRI，2002,7.2.2 水環(huán)境與海洋環(huán)境,1水循環(huán)的根本類(lèi)型,大循環(huán)：發(fā)生于全球海洋與陸地之間的水分交換過(guò)程，由于廣及全球，故名大循環(huán)，又稱外循環(huán)。,小循環(huán)：發(fā)生于海洋與大氣之間，或陸地與大氣之間的水分交換過(guò)程。小循環(huán)又稱內(nèi)部循環(huán)，前者又可稱為海洋小循環(huán)，后者稱陸地小循環(huán)。,水量平衡是水循環(huán)的數(shù)量表示。即在一定的時(shí)域空間內(nèi)，水分在循環(huán)、轉(zhuǎn)化過(guò)程中，其數(shù)量遵循質(zhì)量守恒定律，收入的水量與支出的水量之間的差額必等于該區(qū)域或水體內(nèi)蓄水的變化量圖7-3。,水循環(huán)是地球上客觀存在的自然現(xiàn)象，水量平衡是水循環(huán)的內(nèi)在規(guī)律。,2水量平衡,圖7-3,全球水文循環(huán)過(guò)程根據(jù),Moore,1996重繪,3水體污染與水體自凈,當(dāng)污染物進(jìn)入河流、湖泊、海洋或地下水等水體后，其含量超過(guò)了水體的自凈能力，使水體的水質(zhì)和水體底質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價(jià)值和使用功能的現(xiàn)象，被稱作為,水體污染,。,污染物進(jìn)入水體后，通過(guò)復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物等方面的作用，使污染物的濃度逐漸降低，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，水體將恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)，這一現(xiàn)象就稱為,水體的自凈作用,。,水體的凈化作用，按其凈化機(jī)制，可分為三種凈化類(lèi)型：,物理凈化：,污,染物在水體中由于混合、稀釋、擴(kuò)散、,揮發(fā)、沉淀等作用，而使污染物質(zhì)在水體中濃度降低的,過(guò)程。,化學(xué)凈化：,污,染物在水體中以簡(jiǎn)單或復(fù)雜的離子或分,子狀態(tài)遷移，并發(fā)生化學(xué)性質(zhì)或形態(tài)、價(jià)態(tài)上的轉(zhuǎn)化，使水質(zhì)發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的變化，但不參與生物作用。,生物凈化：,水,體中的污染物在生物新陳代謝過(guò)程中，,通過(guò)生物的吸收、降解作用使環(huán)境污染物的濃度與毒性,減弱以至消失。,海洋環(huán)境,地球上面積廣闊的連續(xù)水域通稱海洋，其面積占地表總面積的70.8%。海水的形成與地球物質(zhì)整體演化作用有關(guān)。一般認(rèn)為海水是地球內(nèi)部物質(zhì)排氣作用的產(chǎn)物，即水汽和其它氣體是通過(guò)巖漿活動(dòng)和火山作用不斷從地球內(nèi)部排出的。,4海洋環(huán)境及海-氣、海-陸相互作用,a.熱量交換：海洋以對(duì)流、傳導(dǎo)感熱，蒸發(fā)潛熱、熱輻射等形式向大氣輸送能量，這是排熵的過(guò)程。其結(jié)果使海洋上空大氣的運(yùn)動(dòng)變化無(wú)常，形成豐富多彩的天氣現(xiàn)象。,b.動(dòng)量交換：,在海-氣界面上，動(dòng)量交換主要表現(xiàn)在大氣通過(guò)風(fēng)應(yīng)力向海洋提供動(dòng)量，從而形成海浪和洋流，并導(dǎo)致大范圍的能量與物質(zhì)輸送。,c.物質(zhì)交換：,通過(guò)蒸發(fā)與降水實(shí)現(xiàn)的水分交換是海-氣界面物質(zhì)交換最主要的過(guò)程。,海,-,氣相互作用,a.物質(zhì)交換：,入海河流將從陸地?cái)y帶的泥沙輸入,海洋。與此同時(shí)，陸地的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物質(zhì)如N2、P等的化合物也隨之排入海洋。,b.動(dòng)量交換：,在海陸交替的海岸帶，受波浪沖擊,而存在著海蝕作用，使巖石發(fā)生坍塌。,c.海平面變化：,由于全球氣候變暖，使海水膨脹、極地冰原和大陸冰川融化，導(dǎo)致海平面上升。,海,-,陸相互作用,冰雪覆蓋對(duì)全球氣候和環(huán)境具有很重要的影響。由于冰雪具有很高的外表反射率，可大大減少下墊面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收；冰雪具有較低的熱傳導(dǎo)率，可減弱冰雪蓋下面介質(zhì)的熱量垂直傳導(dǎo)。冰川是氣候和地貌的產(chǎn)物，但它又對(duì)氣候和地貌產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。冰川覆蓋的山區(qū)降水量往往高于無(wú)冰川覆蓋的山區(qū)。,5冰雪下墊面對(duì)氣候變化的影響,7.2.3 其他圈層的地位與作用,1巖石圈與人類(lèi)生存、開(kāi)展的關(guān)系,巖石圈是由各種巖石組成的固體地球最外層，其垂直結(jié)構(gòu)包括地殼和上地幔頂部的橄欖巖層。它是土壤和生命所必需的大量礦產(chǎn)資源和多種燃料的源地，與人類(lèi)的生存、開(kāi)展密切相關(guān)。今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，人類(lèi)社會(huì)所需的80%以上的原材料和90%的能源均將取自巖石圈。,2土壤環(huán)境與土地覆被變化的環(huán)境效應(yīng),土壤是指位于地球陸地外表的具有一定肥力而能夠生長(zhǎng)植物的疏松表層，是巖石、地形、氣候、生物、時(shí)間和人類(lèi)活動(dòng)等成土因素綜合作用的產(chǎn)物。,土壤肥力是土壤為植物生長(zhǎng)供給和協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)因素以及協(xié)調(diào)環(huán)境條件的能力。土壤環(huán)境在整個(gè)地球表層環(huán)境系統(tǒng)中處于大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈的交接地帶，是聯(lián)結(jié)無(wú)機(jī)環(huán)境和有機(jī)環(huán)境的紐帶。,土地覆被是指地球表層的植被覆蓋物和人工覆蓋物的總稱。土地利用是土地覆被變化的外在驅(qū)動(dòng)力，而土地覆被也會(huì)通過(guò)反響來(lái)影響土地利用的方式。,土地覆被的特點(diǎn)對(duì)氣候、全球生物地球化學(xué)循環(huán)、陸地生物種類(lèi)的豐度和組成都具有重要的影響。,土地利用與土地覆被變化可通過(guò)改變地表反射率、溫室氣體和痕量氣體的含量來(lái)影響區(qū)域氣候。同時(shí)，影響著能量交換、水交換、侵蝕與堆積、生物循環(huán)和作物生產(chǎn)等土壤主要生態(tài)過(guò)程。,生物圈與人-地環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)中其它各圈層的相,互影響、相互作用，正是促使整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)永不停,息地演化與開(kāi)展的重要一環(huán)。生物圈與土壤、水和,大氣等圈層共同構(gòu)成了人類(lèi)生態(tài)環(huán)境。通過(guò)能量和,物質(zhì)在各圈層內(nèi)及圈層間的流動(dòng)、交換，地球系統(tǒng),的平衡與穩(wěn)定才得以維系。,3生物圈與人地環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的關(guān)系,智慧圈的主體是人，而各種人文過(guò)程與人文現(xiàn)象的,總體所表現(xiàn)的主要特征是其社會(huì)性。人類(lèi)社會(huì)的各種,活動(dòng)都是彼此相聯(lián)并結(jié)合成一個(gè)社會(huì)整體進(jìn)行的。智,慧圈的形成和開(kāi)展歷史，實(shí)質(zhì)上就是人類(lèi)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、,政治、文化和技術(shù)的開(kāi)展不斷對(duì)自然環(huán)境系統(tǒng)影響與,作用，并使之逐漸演變?yōu)槿?地關(guān)系演進(jìn)的歷史。,4智慧圈與人地關(guān)系,7.3,人類(lèi),-,地球環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的整體性及各圈層間的影響與響應(yīng),7.3.1 人-地環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的整體性,人類(lèi)-地球環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的整體行為涉及地球各圈層的相互作用，其中的物理、化學(xué)、生物過(guò)程和人文過(guò)程交織在一起，表現(xiàn)出復(fù)合系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一的整體特性，使全球與地區(qū)、宏觀與微觀、地球環(huán)境與生命過(guò)程緊密結(jié)合。,7.3.2 各圈層間及圈層內(nèi)的相互作用,各圈層間的相互作用最重要的是海-氣相互作用、陸-氣相互作用和陸-海相互作用。,下墊面狀況決定太陽(yáng)輻射在地表的分配,并影響氣候系統(tǒng)。濕地、森林、城市等的地表變化是溫室氣體CO,2,、CH,4,、N,2,O等的重要源。植被可增加地表吸收的太陽(yáng)輻射能，減少地表向下傳輸?shù)臒嵬浚档偷孛嬗行л椛洹?土地覆被一旦發(fā)生變化，便可影響氣候系統(tǒng)的水分交換、侵蝕與堆積、生物循環(huán)和作物生產(chǎn)等土壤主要生態(tài)過(guò)程和養(yǎng)分的遷移；造成土地退化、水資源短缺、生物多樣性減少等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因而，城市建成區(qū)面積所占比例過(guò)大,必然會(huì)導(dǎo)致局地環(huán)境質(zhì)量下降。,7.3.3 人文過(guò)程的干擾,當(dāng)前人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地表系統(tǒng)影響的特點(diǎn)主要表達(dá)在兩個(gè)方面：,人類(lèi)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)造力與日俱增；,對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞的規(guī)模愈來(lái)愈具有區(qū)域性和全球性特征。,1995年歐,洲一些城市的建成區(qū)面積,7.4 環(huán)境地學(xué)的開(kāi)展趨勢(shì),全球性環(huán)境變化,探索地質(zhì)環(huán)境演化的特點(diǎn)和地質(zhì)環(huán)境災(zāi)變預(yù)報(bào)的可能性,環(huán)境變化的時(shí)空尺度效應(yīng),現(xiàn)代新技術(shù)在環(huán)境研究中的應(yīng)用,水,-,巖相互作用,