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1、地球科学概论 旅游与环境学院 自然灾害与减灾 绪论 地球的起源与演化 地球的物理性质 地球的圈层 板块运动与地质作用 大气圈 水圈 地表形态 生物圈 地球环境及其变迁 自然资源及其利用 主讲：魏秀国 地球圈层与地球表层系统 第 4 章 四大圈层 地球表层系统的结构 地球表层系统的功能 人类与地球表层环境 地球科学概论 地球各圈层物质组成 地球内部结构 2 900 km 5 100 km 6 378 km 地幔地表面 外核 内核 中心 地球呈现出圈层结 构，可以划分出内 部圈层与外部圈层 。内部圈层包括地 壳、地幔、地核。 岩石圈包括地壳与 软流圈之上的上地 幔部分。 地球科学概论 地球内部的
2、分层 （引自缪启龙主编地球科学概论） 据地震波在地下不同深度传播速度的分布的研究，地球内部存在着两个主 要的分界面，在分界面上地震波传播速度发生急剧变化。第一个间断面位 于地表以下平均33 km处，称莫霍洛维奇间断面，简称莫霍面；第二个间断 面位于地表以下2 900 km处，称古登堡间断面。这两个间断面把地球内部 分成三大层，即地壳、地幔和地核。这三大部门还可再分为7层。（P68） 地球科学概论 四大圈层 第四章 地球圈层与地球表层系统 外部圈层包括岩石圈、 大气圈、水圈、生物圈 。岩石圈指地球表层由 固体岩石组成的圈层； 大气圈指环绕地球的由 气体组成的圈层；水圈 指地球表层由各种形式 存在
3、的水组成的圈层； 生物圈指地球表层所有 活着的有机体组成的圈 层。 地球科学概论 人在四大圈层中的地位 图表示了三重含义： （1）人类是生物圈的一部分，但又不同于一般 的生物； （2）人类生存在四大圈层的交界面上，四大圈 层是人类诞生与发展的环境； （3）人类对四大圈层均有着重要的作用与影响 。 四大圈层之间及其与人类相互作用、 相互影响，构成了地球表层系统。 生 物 圈 人是生物圈的一部分，又与一般的生物有着本质的区别。人类 与四大圈层之间的关系以及人类在地球表层系统中的位置可以 用下图来表示： 地球科学概论 三大界 通常物质可以划分为无机物与有机物， 自然界可以划分为无机界与有机界。但如
4、果用无机界与有机界来概括表达地球表层 系统，似乎还不够全面。因为人类诞生、 发生发展在地球表层。人类在地球表层系 统中的地位与作用，以及人类与自然环境 之间的相互作用、相互影响，仅仅用无机 界与有机界还难以表达清楚。在自然地理 学中，更有必要来强调一下人类的重要性 。故有人提出了用人文界来表示人类在地 球表层系统中的重要地位与作用，以及人 类与自然环境之间的相互作用、相互影响 。可以这么说，地球表层系统是地球表层 无机界、有机界与人文界相互作用、相互 影响而构成的一个系统。 地球科学概论 地球表层环境（系统）的结构 不同空间尺度的环境系统在空间上相互交叉 、叠置，并且相互联系、相互作用。因此是
5、多级嵌套。 1. 垂直分层 垂直分层现象非常明显：从地核、地幔、地 壳，到水圈、大气圈等；大气圈又可分为对流层、平流层 、中间层、暖层和散逸层。 2. 水平分异 指在水平分布方面的差异与变化。 3. 立体交叉 组成地表环境的岩石圈、水圈、大气圈、生 物圈，不是绝然分开的，而是相互交叉、相互渗透，在空间 上构成了一个立体交叉的结构。 4. 多级嵌套 地球科学概论 地球表层系统的功能 垂直方向上，各个圈层之间、各个圈层内部的各个次级 层次之间。水平方向上，大洋与大陆之间、大洋与大洋之间 、大陆与大陆之间、地区与地区之间。 生物圈与其他圈层之间。 1. 物质传输、能量流动、信息传递 通过研究地表系统
6、物质传输、能量流动和信息传递的过 程与规律，来预测系统的可能变化；通过改变系统的物质流 、能量流或信息流，来改变系统的结构与演化的趋势，从而 达到对地表系统进行优化、调控的目的。 2. 地球表层系统的可预测、可调控功能 地球科学概论 地球系统科学 地球系统科学（Earth System Science） 是20世纪80年代初国际科学界为迎接全球 环境变化的挑战而提出的一门全新的集成 科学。今天，地球系统科学作为一个连接 地球科学、生命科学、计算机科学技术、 对地观测技术和其它相关科学的新兴的跨 学科领域，深刻地影响着人们对地球系统 的认识。 第四章 地球圈层与地球表层系统 地球科学概论 地球系
7、统科学产生的背景 （1）人类活动在导致地球环境变化中的作用日 益增大，并从局部范围步入到全球影响时代，正 威胁着人类自身的生存与发展。 （2）科学技术突飞猛进，传统学科自身的成熟， 促进了各学科之间的紧密联系和相互依赖的认识。 （3）现代技术特别是空间技术的发展，使人类 有能力对地球进行整体观测。 第四章 地球圈层与地球表层系统 地球科学概论 地球系统科学产生的思想基础 （1）板块理论面临的困难使人们意识到，理解地球岩石 圈演化必须研究地幔与地核。 （2）固体地球的演化对水圈和大气圈演化有着重要影响 。 （3）大气圈演化对岩石圈构造运动有重要作用。 （4）水圈演化对大气圈演化具有关键作用。 （
8、5）岩石圈演化导致生物圈重大变革。 （6）宇宙和行星演化对地球系统有着深刻影响。 （7）人类活动是地球演化最重要的营力之一 。 地球科学概论 地球系统科学的内涵 地球是一个由大气圈、水圈、岩石圈、生物 圈和日地空间组成的复杂系统，是一个所有 的组成要素处在相互作用之中的动态系统， 而引发地球系统变化的驱动力，来自于地球 内部、太阳辐射和人类活动。在这种驱动力 作用下，其中某一成分的变化都会引起其它 成分的响应，某一成分的变化往往又是其它 成分共同作用的结果。 第四章 地球圈层与地球表层系统 地球科学概论 人类与地球表层环境 1.地球环境对人类的作用与影响 v地球环境的演化与人类的诞生 v人类是
9、地球环境发展、演化、分异的产物 v地球环境的区域分异与三大人种的形成 v地球环境对人口分布的影响 v地球环境与人体健康 v自然灾害对人类的影响 v地球环境对社会发展的影响 第四章 地球圈层与地球表层系统 地球科学概论 2.人类对地球表层环境的作用与影响 对环境的污染 改变地表环境的结构 改变地表环境 演化的方向 改变了地表环 境变化的速率 改变了地表环境 的物质循环 改变了地表环 境的能量平衡 对资源的消耗与破坏 人类的 影响 地球科学概论 地球的物质组成 n借助于宇宙的丰度和已知的观测事实以及地球物 理资料来构筑地球模型 n必地球作为宇宙天体的一个成员并由宇宙物质 演化而来，地球的元素丰度应
10、与宇宙的元素丰度 大致相同，因此可以根据宇宙丰度构成地球基本 成分的简单模型；地球基本成分及其分布必须 符合深部地震资料所反映的物质密度、比重等物 理参数；地球成分分布必须与地球总的质量和 惯性矩相协调；地球元素分布必须符合地球内 部温度、压力分布的状况。 地壳的结构与物质组成 n主量元素：是指那些在岩石中（地壳中） 含量大于1（或0.1）的元素，在地壳 中大于1的8种元素都是主量元素，除氧 以外的7种元素在地壳中都以阳离子形式存 在，它们与氧结合形成的氧化物（或氧的 化合物），是构成三大类岩石的主体，因 此又常被称为造岩元素。 nOSiAlFeCaNaKMgTiH n 微量元素： n在地壳（
11、岩石）中含量低于0.1的元素， 一般来说不易形成自己的独立矿物，多以 类质同象的形式存在于其他元素组成的矿 物中，这样的元素被称为微量元素。 n 硫（硒、碲）和卤族元素： n金属成矿元素： n 贵金属元素、金属元素 、过渡元素 、稀 有元素 、稀土元素 n放射性元素： 地壳的结构与岩石组成 n岩石是由一种或一种以上的矿物或岩屑组 成的有规律的集合体，是地质作用的产物 。岩石是组成岩石圈的基本单位。岩石类 型复杂多样，可分为岩浆岩、沉积岩和变 质岩三大岩类。 岩浆岩： n侵入岩 n 花岗岩 n火山岩 沉积岩： n 沉积岩仅占地壳岩石总体积的5，但 由于它形成于广泛分布的陆地表面及海洋 盆地中由沉
12、积作用形成，因而，它占据地 表75面积。沉积岩最显著的特征是成层 性，在山区常常可以看到一层层的岩石， 这就是沉积岩。 变质岩： n 地壳内早先形成的岩石（岩浆岩、沉 积岩）为适应新的温度和压力条件，在不 发生整体熔融的固态前提下，矿物成分和 岩石结构发生不同程度的变化，称为变质 作用。经历变质作用后形成的岩石称变质 岩。变质岩形成后还可经历新的变质作用 过程，有的变质岩是多次变质作用的产物 。 地球不同圈层间的物质-能量交换 n不同圈层的能量交换 n（1）地球的热传导 n（2）热流观测 n 大陆热流： n 海底热流： n不同圈层的物质交换 n（1）地壳-地幔物质循环 n（2）海底热泉 地壳-
13、地幔的元素迁移和富集 n（1）流体作用和地球化学循环 n（2）元素的活化和迁移 n（3）元素的沉淀和富集 n潘多拉魔盒-矿床开发 作业1 人类与地球表层环境的关系。 说明： 内容可以选择某一方面的关系展开论述 。字数2000-3000，A4纸打印或手写，统 一在左上角标注地球环境与人类课 程作业。下周课堂交。 第四章 地球圈层与地球表层系统 地球科学概论 地球表层元素组成与人体健康 地壳岩石中元素平均含量g.g-1 人体血液中元素平均含量g.mL-1 元素原子序数 铬 锰 铜 镁 钙 铍 氢 铍 氟 氟 氢 铷 镉 铹 镉 铹 碲铼 汞 铼 汞 铅 铅 钡 钡 碘 锡 锡 碲 碘 铷 铜 绅 绅 锌 铁钙镁钠 钠 钾 钾 磷 磷 铬 锰 铁 人体血液中元素 含量均值 地壳岩石中元素 含量均值 3.人类与环境的协调发展 资源、环境、人口 与可持续发展 中国二十一世纪议程议题 地理学研究的核心内容 资源的 合理利用 人与环境的 协调发展 自然灾害 的防治 地球科学概论