第2章第1节全球变化的主要过程ppt课件.ppt

第二章 全球变化的主要过程与驱动力,本章内容：,第1节 全球变化的主要过程第2节 全球变化的驱动力,第1节 全球变化的主要过程,全球变化的原因是维持地球系统的平衡关系发生了变化。这种变化是通过维持地球系统状态的某些过程的变异来实现的：初始的变化过程中通过一系列复杂的驱动与响应的反馈作用而放大，并最终导致各圈层性质与全球环境状态的相应改变。如气候变化、海陆分布与地貌形态的变化、生物地带的变化等。,1、气候系统与水文循环过程2、固体地球系统与岩石圈循环过程3、生态系统与生物地球化学循环过程4、人类生态系统与人类活动过程,全球变化的主要过程：,物理气候系统由大气、海洋、冰雪、陆地表面和生物圈组成。,1、气候系统与水文循环过程,如果气候系统的能量收支与时空分布的平衡受到破坏，将导致物理气候系统状态发生改变，即发生气候变化。虽然气候系统中的能量变化主要与大气和海洋的热力学和动力学有关，但能量循环过程很大程度上由气、液和固态水物质所支配，是通过水的循环来实现的，与水循环相联系的各种过程在气候系统中至关重要。,气候变化不仅与气候系统内部的过程有关，也与地球系统的其它子系统的过程密切相关。,1）气候系统能量收支平衡与温室效应,与太阳辐射强度及地球轨道要素相关联的到达地球的太阳辐射能的多少。地球的行星反射率，决定了到达地球的太阳能被直接反射回太空的份额的多少。这二者改变所引起的反射率变化均可导致地球实际接收到的太阳辐射的份额相应改变。进入到地球系统中的太阳能在地球系统中滞留的时间，与地球的温室效应相联系。,引起气候系统能量收支平衡的三个方面：,温室效应,温室气体（CO2、水汽、氧化亚氮、甲烷和氯氟烃等）对太阳的短波辐射进入地球影响不大，却能强烈地吸收地球的长波辐射，从而在地球的表面形成一层保温层，使地球所接收的太阳能不是马上就散失掉，而是在其返回宇宙空间之前反复地加热地球，使地球变得象温室一样温暖，这就是通常所说的“温室效应”。温室气体的增减会增强或减弱地球的温室效应，导致地球表面温度发生相应的变化。,人类活动向大气排放大量的温室气体导致自然平衡受到破坏,45万年以来大气二氧化碳浓度的变化,目前的CO2浓度是42万年的最大值,CO2浓度的变化,2）大气和海洋环流,大气和海水都是流体，地球在吸收和释放热量的过程中驱动着大气和海洋的运动。大气从地面获得的能量是大气直接从太阳获得的能量的2.3倍，因此地面是大气热机的主要热源。穿过大气到达地面的太阳辐射，约有80被海洋吸收，然后，通过长波辐射、潜热释放及感热输送的形式传输给大气。,潜热：即相变潜热的简称，指单位质量的物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时具有的特点之一。固、液之间的潜热称为熔解热(或凝固热),液、气之间的称为汽化热(或凝结热)，而固、气之间的称为升华热(或凝华热)。感热：亦称显热，物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放出的热量，称为“显热”。它能使人们有明显的冷热变化感觉，通常可用温度计测量出来。,海洋主要通过对潜热和感热的输送推动其上面的大气运动，强烈地影响气候；而大气主要通过风应力将动量送给海洋，影响海洋环流，气候系统正是通过大气和海洋的运动实现物质和能量的传输与转化。大气和海洋过程之间在气候尺度内存在着密切的、甚至是共生的耦合关系，气候系统正是通过大气和海洋的运动实现物质和能量的传输与转化。,（1）大气环流,大气环流是指大范围的大气运动状态。其水平范围达数千千米，垂直尺度在10千米以上，时间尺度在12日以上。大气环流反映了大气运动的基本状态，并孕育和制约着较小规模的气流运动。它是各种不同尺度的天气系统发生、发展和移动的背景条件。,大气环流的主要状况（形式）往往决定着全球的或区域的天气和气候类型及其变化。尤其是气候的异常（如大范围旱涝的发生）往往都同大气环流的某种持续异常有关。,全球尺度大气环流形式有：,赤道极地之间的能量梯度作用和地球自转的影响所产生的大气平均经圈环流。赤道地区大洋东、西两侧海水冷暖差异形成的大气纬圈环流，即沃克环流。由于海、陆分布及其物理性质的不同所产生的热力差异而导致的季风环流。,平均经圈环流,主要成员包括东、西风带（包括急流）和准定常的槽脊等。由于太阳直射点季节变化和海陆对此响应的差异，并未出现环绕全球的高压或低压带，而是形成若干个高压或低压中心。这些中心不仅有季节变化，而且存在着明显的年际变化，成为广大地区气候变化的直接原因。在北半球，夏季时向北移，冬季时向南移。环流强度也有变化（冬季增强，夏季减弱），甚至经度上的瞬时经圈环流也有差异。例如中纬度地区各个经度上并不都是逆环流圈，而往往沿整个纬圈有正、逆环流圈相间出现。,东赤道太平洋冷水域的上空大气强烈下沉，西赤道太平洋印度尼西亚海洋大陆上空大气对流强烈，大气以上升为主，形成的一个闭合的东西向环流圈，称为沃克环流。,沃克环流,沃克环流通过大气的遥相关作用影响到世界其它地区，在整个赤道纬圈均存在沃克环流。,沃克环流是赤道地区海气作用的产物，并通过大气的遥相关作用影响到世界其它地区，在整个赤道纬圈均存在沃克环流。,季风环流,季风环流产生了独特的天气气候现象和气候变化。冬季，由于大陆比海洋冷，在西伯利亚形成强大的冷高压，给东亚带来了东北季风，低温干燥，风力强劲，此偏北风强烈时即为寒潮；夏季，由于大陆比海洋暖，在印度半岛的西北部形成热低压，产生著名的印度西南季风，高温、湿润和多雨。偏南气流和偏北气流相遇，往往会形成大范围的降雨带。,大气和海洋以十分复杂的非线性方式紧密联结在一起，形成一个十分敏感的耦合系统，共同承担着地球上能量的传递作用，是热量从赤道向极地传输的重要方式。,大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动，形成表层环流。并通过海气作用导致沃克环流异常，造成大尺度的环流异常与全球气候异常。,（2）海洋表层环流,厄尔尼诺现象拉尼娜现象,海洋环流,海洋环流是海洋盆地的水域中大规模运动。海洋环流由海水的密度分布决定，密度又取决于温度和盐度，所以也称为热盐环流。,北大西洋的寒冷、高密度、高盐度水以深层流（或底层流）的形式向南流，在绕过非洲南端后，除部分向北流到印度洋外，其余的一直向东流入太平洋，在此受温暖和入注淡水的稀释作用，海水密度降低并上升到表面，然后向西运动返回到大西洋以平衡外流的水体。构成了一个跨越大西洋和太平洋之间的水体流动的海洋“传送带”。由此造成的水汽交换量达20106m3/s。,向北流动的供给水平均温度为10，向南流动的深层水为2，每形成1cm3的深水将释放33.48J的热量，一年中由此所释放的总热量达20.91021J，远远超过了地球轨道要素所引起的日照率变化所产生的影响，这些热量的有无对高纬度的温度与大陆冰盖的生消有重大的影响。,有人提出大洋环流-气候关系模式来解释第四纪冰期-间冰期的转换机制，认为：冰期-间冰期的转换是通过大洋传送带的开启与关闭来控制的，在大洋传送带开启的时期维持与现代相当的间冰期气候，当大洋传送带被关闭或严重削弱的时期转变为冰期气候。,是指地球上气候显著变冷的时期。高纬度地区的冰盖扩张，向中纬度推进，高山地区的山岳冰川向低地伸展，引起海平面降低、气候和土壤生物带向赤道方向迁移。在各个大陆以夏季风降水为主的地区，冰期时气候寒冷干燥，植被退化，某些内陆干旱地区沙漠扩张，黄土堆积，湖面收缩下降。在以冬季风降水为主的内陆干旱地区气候则寒冷湿润，湖面上升扩张。,冰期（glacial epoch)：,是指两次冰期之间的温暖时期。冰川退缩，海平面回升，气候和生物带向两极方向迁移。以夏季风降水为主的地区间冰期时气候温暖湿润，湖面扩张，生物繁荣，内陆干旱地区流沙固定，黄土地表会有土壤发育。以冬季风降水为主的内陆干旱区的气候温暖干燥，湖泊收缩或者干涸，沙漠扩张。,间冰期（interglacial epoch)：,冰阶和间冰阶：,冰阶（stadial）：是指间冰期的寒冷阶段。间冰阶（interstadial）：是指冰期中的相对温暖阶段。,冰阶和间冰阶为叠加于冰期和间冰期之中的次一级气候波动。,冰后期：全新世是第四纪最后一次冰期结束至今的 这一段时间，因而又被称之为冰后期，也称之为全新世。,2、水文循环与气候系统中的反馈过程,水是地球上唯一同时以液态、固态或气态的形式存在的物质，它是地球系统许多子系统中必不可少的成分，许多过程都是在水的参与下才得以实现的。,水循环是多环节的自然过程，全球性的水循环涉及蒸发、大气水分输送、地表水和地下水循环以及多种形式的水量贮蓄。降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节，这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。,水循环过程与气候系统的过程是有机联系在一起的。,水循环过程控制着地球的温度和云层的形成、输送和消散，以及其与太阳辐射的关系；气候过程则通过水、热、物质和动能的输送，控制着陆、海表面和大气的相互作用，在气候系统中引起一系列重要的反馈过程。,水在陆地表面过程中的反馈机制,1）水汽反馈,水汽反馈是最重要的一种反馈，为正反馈。大气中的水汽保持地球表面的温度，会使更多的水汽从海洋和陆面上蒸发出来，增强大气的温室效应。,2）云辐射反馈,为短波辐射的极好反射体，能够反射掉入射的太阳能，减少系统可能获得的总的有用能量，使地球变冷；为红外辐射的良好吸收体，具有类似温室气体的作用，吸收其下地表的热辐射，同时自身也放出热辐射，起到减少地面向空间损失热量的作用。,云对大气中辐射影响的方式：,云对短波辐射的反射和对长波辐射的放射约占留在大气中总辐射的50，若只算短波辐射，云占行星反射率的大约2/3。具体哪种作用占主导地位取决于云的温度（高度）和云的光学特性（决定于云中水和冰的比例和云滴的大小）：一般来说，低云以反射作用为主，常导致降温，而高云则以被毯效应为主，常使系统增暖，因此云的反馈既可能是正反馈也可能是负反馈。,3）冰雪圈反馈,冰雪圈过程是水循环过程的一个中间环节，能够有效地调节地球表面的能量收支和温度平衡，包括雪盖和海冰、冰川和冰原。冰雪通过其高反射率和融解成为有效的热汇，在大气热量平衡中起着冷却面的作用。,冰雪圈的反照率具有强烈的正反馈放大作用：温度降低（升高）冰雪覆盖增大（减小）地表反射率增大（减小）吸收太阳辐射减少（增多）温度降低（升高）。通过反馈作用，微小的扰动有可能被放大，并最终导致全球变化。地球上的冰雪覆盖主要分布在极地地区，冰雪过程导致的高纬地区的降温作用使赤道与极地之间的温度梯度增大，纬向西风会因此加强，而季风环流可能会被削弱。,4）海洋的反馈,海洋占地球表面71、占地球水量97以上，辐射到海洋表面的日辐射，大部分都能被吸收，正是海洋贮藏了地球所接收的太阳能并将其转化为驱动物理气候系统的动力。大气环流和气候变化问题，从能量平衡的角度看，要十分重视海洋的作用。海洋对大气运动和气候系统的重大影响，具体表现在以下4个方面：,（1）影响地球大气系统的热力平衡,由于海洋所吸收的能量绝大部分（85左右）贮存在海洋的表层（混合层）中，并以潜热、长波辐射和感热交换的形式传输给大气，驱动大气的运动，控制着大气的温度。因此海洋的热状况及其表面蒸发的强度都对大气运动的能量发生重要影响。海洋作为一种流体，存在各种尺度的运动，海洋环流对地球大气系统的能量输送和平衡也有重要作用。,（2）影响水汽循环。海洋，尤其是低纬度海洋，是大气中水汽的主要源地，通过对蒸发和凝结过程影响水汽循环从而影响气候及其变化。（3）调谐大气运动。受海洋独特的热力学和动力学性质影响，海洋的运动和变化有明显的缓慢性和持续性。海洋的这一特性一方面使海洋具有较强的“记忆”能力，可以把大气环流的变化通过海气相互作用把信息贮存于海洋中，然后再对大气运动产生作用；另一方面，海洋的热惯性使海洋状况的变化有滞后效应；通过海气耦合作用可以使大气中较高频的变化转化为较低频的变化。,（4）降低气候系统的敏感性，调节温室效应。海洋有极大的热容量，相对大气而言，海洋的运动比较稳定，运动和变化比较缓慢，海洋通过有效地调节热量的收支和传输、水汽循环以及生物地球化学循环过程，能够对气候系统的状态进行有效的调节，降低气候系统对某些因素变化的敏感性。,3、固体地球系统与岩石圈循环过程,固体地球系统的主体是形成地球固体表面的岩石圈。受到地球内力和太阳外力的驱动，其过程包括了由地球内力驱动的板块运动和由太阳能直接或间接驱动的风化、侵蚀、搬运、堆积等一系列过程。,决定了地球的洋盆和陆地的形态及分布造成了地表的起伏以及形态各异的地貌，实现了为生态系统提供无机养分以及岩石圈与地幔之间的物质和能量交换，直接或间接地对全球气候系统构成影响。,作用,板块运动过程陆上风化与侵蚀堆积过程海洋沉积过程,内容包括,1）板块运动过程,板块运动带动了大陆的漂移和大洋盆地的开合、火山活动、地震、以及地壳的升降运动。,离散,汇聚,平移,板块运动运动形式：,离散形式,发生在两个相互分离的板块之间的边界。大洋板块与大洋板块彼此分离处的大洋中脊，软流圈地幔物质向上涌出，冷凝成新的大洋岩石圈，导致大洋板块增生、海底扩张、洋盆扩展。陆地上，离散运动使大陆分裂，形成裂谷，如红海、东非裂谷等，它们最终会发展成为新的海洋。,汇聚形式,在两个相互汇聚、消亡的板块之间活动，在地表特征为海沟，年轻造山带。有三种情况：,大洋板块与大洋板块相汇聚，其中部分消减到软流圈内，在板块接触带上形成一系列岛弧带。如日本岛弧。活动大洋板块与大陆的边缘汇聚，在大陆边缘形成年轻的高大山系。如北美西海岸的高大山系。大陆板块与大陆板块汇聚，它导致洋壳消失，两大陆连接并形成高大山脉和高原。如印度板块与欧亚大陆板块碰撞形成的青藏高原。,平移形式,为两侧板块作平行于边界的走滑运动，岩石圈既不增生也不消亡；地表特征表现为转换断层。主要代表是加利福尼亚的圣安德烈斯断层，它是北美板块和太平洋板块的一段边界。,2）陆上风化与侵蚀堆积过程,风化侵蚀和搬运堆积作用导致出露于地表的岩石圈表面遭受破坏，进行取高补低的夷平，与板块运动一道改变地球表面的地貌形态。所有被风化侵蚀的物质最终被搬运到大洋沉积，完成地球固体物质在地球表面的迁移转化过程。风化与侵蚀堆积过程及其所形成的多种多样的地貌形态对在其上发生的气候过程、水文过程和生物过程提供了多样化的空间。,流水作用是最为广泛的侵蚀搬运形式，塑造了多样的地貌形态。水体中所溶解和携带的风化物质的成分和数量会对水质产生影响，进而影响水循环的功能。,侵蚀搬运营力流水,风是重要的侵蚀搬运营力之一，被风侵蚀搬运的物质大多来自干旱地区。沉积在陆上的风尘堆积形成沙漠与黄土等独特的地貌形态。进入到海洋的粉尘物质为海洋生物提供了营养物质，也影响了海洋的生物地球化学循环。（16亿吨/年）进入到大气中的尘埃物质在大气层中停留，对全球气候产生影响。,侵蚀搬运营力风力,风化和侵蚀堆积过程跨越的时间尺度很大，对高大山地的侵蚀夷平作用要在数百万年至上千万年以上才能显现出来。湖泊、湿地的演化历史通常在几百、千至数万年。但发生在陆地表面的土壤侵蚀以及影响则在几十年、甚至几年的时间内就明显地显现出来。风化、侵蚀堆积作用营力的类型与强度及其所形成的侵蚀和堆积地貌形态是受气候条件制约的，随气候条件的不同而不同，当气候发生变化时它们也随着发生变化。,3）海洋沉积过程,浅海大陆架沉积。板块复合带的海沟或边缘海盆地沉积深海沉积。,大洋沉积的主要场所：,由通过河流、冰川、风力和海岸侵蚀等作用从陆地侵蚀搬运而来的碎屑沉积。以石灰岩和蛋白石形式从海水中析出的CaCO3和SiO2的化学沉积，其中，化学沉积部分地是海洋生物作用的结果。也有一定数量的有机质沉积，相对富集在大洋的缺氧层中。,沉积的类型主要包括：,大陆边缘的沉积物：是大江、大河所搬运的陆源物质，此类沉积在海洋沉积中的体积最大，最大的沉积厚度可达 15km以上。大洋中心地区：陆源物质含量很少，沉积物主要来自风尘堆积。沉积过程以海洋中浮游微体生物骨骼的富集居主导地位，主要为碳酸盐和硅酸盐沉积。,沉积的物质：,碳酸盐沉积主要由化学作用（海洋溶解作用）控制，沉积于浅水区，由大洋生物和河流带入。,二者沉积机理不同：,大洋生物从海水中摄取CaCO3转变为骨骼并在死亡后沉积于海底的速率为1.3g/(cm2ka)，由河流带入的陆上风化物和大洋中脊的热液供应的CaCO3的总进入率仅为0.11g/(cm2ka)。碳酸盐补偿深度（CCD）：上覆水层沉降而供应的碳酸盐与溶解而失去的碳酸盐数量相等。,在这个深度上，上覆水层沉降而供应的碳酸盐与溶解而失去的碳酸盐数量相等。在碳酸盐补偿深度（CCD）之上的浅水区内碳酸盐以沉积为主，在此之下的沉积物中，碳酸盐的含量在10以下，甚至不含碳酸盐。,硅酸盐沉积则主要受生物作用（浮游生物生产率）控制，沉积于深水区，海水中SiO2主要受生物因素控制。,海水中的SiO2从表层到洋底均处于不饱和状态，不存在补偿深度。海水中SiO2的循环主要受生物因素控制，其分布主要受生物作用（浮游生物生产率）控制。进入地层的生物成因的SiO2在数量上应与输入海洋的SiO2相一致。其输入主要受两方面影响：一是气候变化；二是海底扩张速度可以影响热液作用输入海水的SiO2，及影响海底风化作用向大洋提供的溶解SiO2。,海底以沉积物的形式累积的物质被埋藏后变成沉积岩，可能在随后发生的造山运动中被抬升，也可能由于温度和压力的增大而转变为变质岩，或部分熔融而转变为岩浆，喷发到陆地表面或海底，形成火山岩。其它的岩浆物质在地下深处缓慢结晶形成深成岩。沉积岩、变质岩和岩浆岩在构造运动的作用下被抬升到侵蚀基准面以上重新接受侵蚀堆积过程，从而完成岩石圈循环过程。,大洋沉积是岩石圈物质循环转换的重要环节,3、生态系统与生物地球化学循环过程,1）生态系统的结构和功能组成：生命物质和非生命物质非生命物质：H2O、CO2、O2、N2等生命物质：,生产者有机体：,消费者有机体：分解者有机体：,植物、蓝藻、光合细菌和化能合成细菌等。,动物等；,细菌、真菌等异样生物,营养级：食物链：食物网：,是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。一般35个。,生态系统中，一类生物被另一类所食，另一类又被第三类所食，从而沿着营养级形成了食物的链状关系，这就是食物链。两个主要类型：即腐食食物链和活食食物链。,食物链彼此交错连结，形成的一个网状结构。,结构：,功能：,生态系统中的生物，不断地把环境中的物质能量吸收，转化成新的物质能量形式，从而实现物质和能量的积累，保证生命的延续和增长，这个过程称为生物生产。,生物生产：,能量流动：,太阳能进人生态系统时，先由植物通过光合作用将光能转化为贮存在有机物中的化学能，然后，这些能量就沿着食物链从一个营养级到另一个营养级逐级向前流动。往往只有1/10的能量传递到下一营养级。,物质循环：,生态系统中各种有机物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还到环境中重复利用，周而复始地循环的过程。,信息传递：,生态系统的各组成部分之间及各组成部分的内部，存在的广泛的、各种形式的信息交流，这些信息把生态系统联系成为一个统一的整体，包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息。,生态系统的过程受环境制约，大气组分、气候、土壤性质以及人类对土地的利用方式等都对生态系统功能及生理学过程产生影响，生态系统中的过程又对环境起调节作用。,大陆与海洋的分异以及地貌与气候的分异造就了多种多样的生态系统，每个生态系统都与特定环境相对应。全球生态系统首先可以区分为海洋生态系统和陆地生态系统两大类型。在陆地生态系统中，气候显然是植被分布和生长的一个重要决定性因素，气候的区域差异制约着植被地域分布的区域差异。,生态系统的运转、生物之间及生物与其环境之间的物质和能量交换是通过一系列的生理过程来实现的。生物量是生态系统的生理学过程的最终表现。,全球每年的NPP估计为451015651015gC，但不同的生态系统的净初级生产力有很大差别,全球变化会导致生态系统的生理学过程及生态系统功能的相应变化，生态系统的变化反过来会对全球变化过程产生影响。,大气中CO2浓度升高必然引起植物生理学过程的变化，影响生态系统的结构和功能。全球气候变化导致动植物种类地理分布范围以及生态系统物种组成的变化，在极端的情况下甚至会导致某些物种的绝灭。生态系统种群组成的变化又进一步引起很多其它物种生境的变迁和生态系统生理学方面的变化，产生一系列正、负反馈过程，进一步影响全球变化。,2）生物地球化学循环过程,地球化学循环过程是有生命行星的一大特征，生态系统正是通过生物地球化学循环实现其养分循环及能量流动。,生物地球化学循环是指氢、氧、碳、氮、磷、硫等有机质的基本化学元素在固体地球、大气圈、水圈和生物圈中的传输转换过程。,借助于生物地球化学循环过程，生命系统在很大程度上控制着大气和海洋的成分以及地壳的风化速度，调节物理气候系统和固体地球系统的过程，影响大气、海洋化学和全球能量平衡以及地表环境特征。,通过生物地球化学循环过程，使得维持地球生命所必需的化学元素可以得到重复利用，没有生物地球化学循环。大气中的氧气会被耗尽，海洋沉积物中对生物有毒的化学物质会太多，营养太贫乏，以至不能维持生物的生命。,重要性：,除生命活动过程之外，大气化学过程、土壤地球化学过程和海洋化学过程是控制生物地球化学循环的三个关键环节。,成土作用过程富集众多的矿物、元素在土壤层中，形成肥力，促进生命活动；经成土过程所形成的土壤结构和有机质的富集使土壤成为CO2、CH4等气体贮存的重要场所。,海洋中磷、氮等元素是生物赖以生存的营养物质，其多寡直接影响到生物繁殖量的增减，也决定海洋表层CO2被提取的程度，此外磷酸盐的沉积还是重要的矿产资源；生物作用的碳酸盐沉积和有机碳沉积是重要的固碳方式，称为生物泵，减少表层水中的碳含量，获得大气更多的CO2对大洋乃至大气的CO2平衡产生重要影响。,大气化学成分在极大程度上是由生物圈（海洋和陆地生态系统）对气体的吸收和排放过程调控的。决定着大气中二氧化碳、臭氧、甲烷等温室气体的含量，进而与全球的温度变化紧密联系在一起。,3）全球碳循环,碳是组成生命组织的基本物质，碳在海洋和陆地生命系统与大气、水圈和地圈之间的运动与转换是地球上生命活动的基本过程之一，也是连接地球各个圈层的一个主要环节。,全球碳的含量为1023gC，绝大部分以有机化合物（1.561022gC）和碳酸盐（6.51022gC）的形式埋藏在沉积岩中。全球近地表活动碳源中的总含碳量约为401018gC，可提取的化石燃料含碳量约41018gC。溶解在海洋中的无机碳是近地表最大的碳源。平衡状态下，海水中的含碳量是大气中的56倍，它对大气CO2的变化具有重大的缓冲作用。土壤是陆地上最大的碳源，而大气中碳的含量比全球植物活体中碳含量的总和还多,在碳循环中，大气中的CO2与陆地植被和海洋之间交换的通量最大。全球生物量的季节变化导致大气中CO2的含量也相应波动。其中，大洋中所溶解的CO2是大气中CO2含量的50倍，是平衡大气CO2的重要的因素。,火山活动所释放的CO2、自然火灾、人类活动引起的化石燃料燃烧和森林破坏等对大气中CO2的含量及碳循环过程亦有重要影响。,学术界仍然持审慎态度,研究碳循环是以大气圈为主体，认为工业革命之前，全球碳循环处于平衡状态，其后，由于化石燃料的燃烧，废气释放到大气中，才干扰并且打破了这种平衡关系，产生“温室效应”，造成全球升温。但是，这样是否将问题过分地简单化了呢？,(1)人们对于全球碳循环机制的认识尚且不够全面，对于各个源与汇之间碳的传输交换条件和影响因素缺乏深入的了解。(2)大气圈是如此巨大的开放系统，它与全球海洋、陆地生态系统、岩石圈和人类文化圈等源和汇之间碳的传输交换十分难以精确度量。,考虑的问题,(3)在全球增温的情况下，海洋环流和海洋生物地球化学过程的气候反馈，陆地生态系统和陆地水文系统的气候反馈，以及CO2浓度对于气候的反馈的研究都刚刚开始，还没有取得令人信服的结果。(4)随着时间推进大气碳含量和温度在不同时间尺度有不同幅度的变化，它们之间存在着某种动态平衡关系。,“源”：向大气中释放温室气体的过程或活动。“汇”：从大气中清除温室气体、气溶胶或温室气体的过程、活动或机制。,在过去150年里，大气与陆地生态系统的碳交换方向和通量发生了多大的变化?在过去150年里，大气与海洋之间的碳交换方向和通量有什么样的时间变化?在过去150年里新构造运动是否引起岩石围释放CO2通量的变化?,值得探索问题,在目前的碳循环模式中是否还有未被考虑到的大气CO2的重要源和汇?在温度升高或者降低的情况下，大气碳各个源与汇之间的传输方向和通量有什么样的变化?,4、人类生态系统与人类活动过程,人类主要地是通过文化的进化来适应环境，即通过创造一种既适应于环境又适合于人类的文化来达到适应环境的目的，人类文化的进化过程也就是人类生态系统发展演化的过程。随着人类的发展，自然生态系统不断为人类生态系统所替代，以工具和火的使用、农业文化的出现、文明社会的产生和工业革命为标志，构成人类文化进化的四次划时代飞跃，形成了由人类与自然环境、以及人类所特有的人为环境和社会环境所构成的人类生态系统。,1）人类生态系统组成：,人化自然：受人类意志明显影响和控制、并已改变了原生状态的自然系统，以农业的出现为标志，距今已有近1万年的历史；人工自然：人类利用自然物质，经过劳动过程创造出来的物质系统，部分是工业革命的产物，距今只有几百年的历史。,人为环境：,社会环境：,大约出现于5000年前，以人类进入文明社会为标志，并随着人类社会的发展而日趋复杂。,人类生态系统的类型：,根据人类开发利用自然环境方式不同,人类生态系统的最初形态，始于约200多万年前，标志：适应环境：影响环境：,采集-狩猎（包括捕鱼）系统：,以人类能够制造工具并利用工具从自然界捕获和采集食物为标志。,主动地适应环境和集体合作生存之道。,高度地依赖于自然环境，而对环境的影响往往是微弱的、局部，人与自然是一体的，仍属于自然中的人。,出现于大约1万多年前，导致了人类食物来源的根本性变化，即人类食物由从野生的动植物中直接获得变为主要地依赖于少数几种为人类所驯化的植物和动物。适应环境：影响环境：,农业生态系统：,主动适应。为以自然为基础的、受人类活动强烈干预的自然-人为复合系统。,以自然环境的破坏为代价，经历了原始农业、传统农业和现代农业三个发展阶段。,在工业革命后产生的，为人口高度集中、以人类为中心的人工复合生态系统。作为消费者人，其消费量大大超过了作为生产者的绿色植物的现存量。没有强大的能流和物质流的输入和输出作保障，城市就会陷入瘫痪状态。作为由人类建造而成的一种人工自然景观，深刻地改变了自然的土地覆盖形式，是人类迄今为止对地表影响最深刻的一种文化形式。,现代城市生态系统：,2）人类生态系统中的物质、能量流动,人类生态系统是建立在人为控制的、大量的物质和能量输入与输出基础之上的人工系统，它的能量和物质转化、迁移都不是闭合的循环过程：为维持系统的正常运转，需要有大量的物质和能量持续不断地输入到系统之中。,能量：,资源：,不是来源于无穷无尽的太阳能，而是来源于贮量有限、不可恢复、且正在迅速减少的矿物燃料（煤、石油和天然气）；,不是使资源重复利用，而是将从地壳中开采出来的有限资源，经过人类选择性的利用之后，在它们不能重复利用的地方排放到环境之中。,从时间角度看，作为工业化系统基础的地质矿产资源的开发利用使得人类与资源形成时的古地理环境相联系，极大地改变了自然过程，破坏了自然生态系统的平衡，有可能从根本上改变未来环境的进程。从空间角度看，借助于各种传输手段，人类能够实现物质和能量在空间的迁移，根据需要来决定在什么地方使用资源、在什么地方排放废弃物，物质和能量在人类生态系统中的空间流向，不再遵从自然规律。,人类生态系统的物质和能量的输入与输出过程超越了空间和时间的限制。,