第一章 地球资源与环境概论

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1、第一章地球资源与环境概论第一节地球环境的基本特征一、地球环境的圈层构造（一）地球环境及其组成环境科学所研究的是人类所赖以生存的地球环境，地球上的其他生物和非生物物质被视为环境要素，与人类息息相关。人类环境有别于其他生物的环境，它包括自然环境和社会环境两部分。自然环境包括人类赖以生存的环境要素，例如空气、阳光、水、土壤、矿物、岩石和生物等，以及由这些要素构成的各圈层，如大气圈、水圈、土壤圈、生物圈和岩石圈。这些要素和圈层构成了人类的生存环境和地理环境。社会环境是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念和机构

2、等。有人认为这些社会要素组成了另一圈层——智能圈或人类圈(noosphere)。（二）地球环境的独特性在茫茫宇宙中，地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球环境丰富多样，适合生物的生存和繁衍：地球上存在着大气、陆地和海洋；距地面15—40km处有一个臭氧层，保护着地球不受高能紫外线的侵袭；大气中含有一定数量的CO2，使地表保持适中的温度，有利于生物的生长；地表上覆盖着一层或厚或薄的土壤，为植物提供营养和生长的基地；甚至地壳的厚度也很适中，它厚到足以把岩浆覆盖在地下足够的深度，又薄到足以维持一定的构造运动和火山活动，使地壳深部和浅部之间保持一定的物质交流。长期以来，人们一直认为，正是由于具

3、备了这种“优越”条件，所以地球才拥有生命。地球的独特性就在于它具备其他天体所不具备的上述条件。近年来，科学研究的进展，使一些科学家提出了不同的看法。他们反因为果，认为地球的独特性在于它是一个靠生命来捕获、转移和储存太阳辐射能，靠生命活动来驱动地球表层的物质元素循环，靠生命过程来调控并保持其远离天体物理学平衡的开放系统。这就是说，不是地球上“优越”的环境条件创造了生命，而是生命活动创造了今天地球的环境。这种观点被称为盖娅(Gaia)假说或盖娅理论。地球表层物质和能量的循环、转换是靠生命活动实现的。如果没有生命捕获、转移和储存太阳能，则来自太阳的辐射能将会散失。生命活动在太阳能的捕获与储存和地

4、球表层物质的迁移转化方面的巨大作用，远远超乎人们的想象。据粗略估算，地质历史上所有生物的累计总质量是地球质量的1000倍以上；水圈中全部的水每2800年通过生物代谢过程一次；大气圈中的氧气每1000年全部通过生物代谢过程—次；沉积岩中全部的碳都是生物固定的，如果没有生物，就没有石灰岩等碳酸盐岩的形成；如果没有生物吸收入类工业化以来排放的CO2，则今天大气圈的CO2将增加1000倍，浓度达到30％以上，在温室效应作用下，地球早已不适合人类和其他一切生物的生存了。因此，地球的现状是生命参与地质历史过程的结果，地球现在的状态也是靠生命活动调节、控制和维持的。（三）地球各圈层的发育地球在大约46亿

5、年前形成的时候，是一个炙热的大火球，还没有圈层的分化。地球外面包围着原始大气，主要由H2、CH4、NH3和水蒸气等组成，是一个还原性的大气圈。我们今天所见的地球各圈层，是经历了亿万年的发育才形成的。水的出现是地球发育史的第一个重大事件。大约在38亿年以前，在某种机制的作用下，地球上出现了水。水分的蒸发和降雨，降低了地表的温度，产生了河流、湖泊和海洋，为地球生命的出现创造了最基本的条件。地球史上第二个重大事件是生命的出现。尽管对生命起源的机制也有种种不同看法，但一般都认为生命起源于海洋，因为当时还原性的大气圈还不能向地球22提供必要的保护，使之免遭强烈紫外线的袭击。频率高达10Hz的太阳辐射

6、足以毁灭一切生命，除非这些原始生命处于海洋水层的保护之下。早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过程中放出CO2，逐渐改变了原始大气的组成。到大约20亿年前，出现了更为进化的细菌和蓝藻等生物。从此，开始了一种新的生命过程——光合作用，大气圈中首次出现O2。经过大约4亿年的积累，到距今16亿年以前，一个含氧的大气圈终于形成。性质极其活泼的O2对大气圈进行了一场“氧革命”，导致还原性的原始大气逐渐向含有CO2、H2O和O3的氧化性大气转化。这一过程不仅进一步改变了大气圈的组成，而且O3在高空的积累逐渐形成了保护地球的臭氧层，为更高等的海洋生物进化和生命登陆创造了条件。此后，生物进化的过程加速。

7、12亿年前出现最早的真核细胞。5亿年前出现海洋无脊椎动物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊蕨的植物开始登陆。哺乳类动物出现在2亿年前。今天，大约有500万至5000万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内的生物圈。生物的出现，将大气圈中大量的CO2转移到岩石圈中，形成了大量的碳酸盐岩石，不仅改变了岩石圈的组成，而且生物与岩石风化物的相互作用，在地表上形成了土壤。可见，土壤圈的形成是与生物圈息息