1、圈層間的相互作用第1頁第1頁第十二章 生物圈與水圈、大氣圈、 巖石圈互相作用第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用第二節(jié) 生物圈與大氣圈互相作用第三節(jié) 生物圈與水圈互相作用第四節(jié) 水圈、大氣圈、生物圈互相作用第2頁第2頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用一、生物風化與巖石分解 生物風化作用是指生物在其生命活動過程中對巖石、礦物產(chǎn)生破壞作用。 生物機械風化作用是指，生物在其生命活動過程中對巖石產(chǎn)生機械破壞作用。如根劈作用和動物挖洞掘穴等。 生物化學風化作用是通過生物新陳代謝和生物死亡后遺體腐爛、分解進行。植物和細菌在新陳代謝過程中，常常形成和析出有機酸、硝酸、碳酸和其他一些物質(zhì)，它們對巖石具有較強侵蝕能力。

2、生物尸體逐漸堆積起來，在還原環(huán)境中通過緩慢腐爛分解，形成一種暗黑色膠狀物質(zhì)，即腐殖質(zhì)。它一方面，供應植物必不可少鉀鹽、磷鹽以及含氮化合物，另一方面，腐殖質(zhì)本身就是一種有機酸，對巖石、礦物有著腐蝕作用。 第十二章第3頁第3頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用二、巖石土壤生物 土壤是在一定水熱條件下，巖石與生物互相作用產(chǎn)物，是巖石與生物聯(lián)系紐帶與橋梁。 生物與巖石互相作用形成土壤： 巖石風化形成風化殼，伴隨生物化學風化作用進行和有機質(zhì)積累，風化殼物質(zhì)構成與性質(zhì)發(fā)生改變，并且形成一定結構與肥力，這時土壤便形成了 。 同時，通過生物物質(zhì)循環(huán)，才干把大量太陽能納入成土過程，才干使分散于巖石圈、水圈和大氣圈各

3、種養(yǎng)分匯集于土壤之中，才干使土壤含有肥力并使之不斷更新。 巖石是一切陸地生物固體支撐，沒有固體巖石支撐，很難想象有陸地生物發(fā)生與發(fā)展。并且許多生物，尤其是植物所需要礦物元素，都來自巖石及其風化形成產(chǎn)物。 第十二章第4頁第4頁土壤是生物與巖石互相作用紐帶 土壤不但是生物與巖石互相作用產(chǎn)物，并且還是兩者互相作用紐帶。 植物普通情況下很難直接吸取巖石中礦物質(zhì)，只有通過土壤轉(zhuǎn)換成離子形式，才干被植物吸取。 只有當生物有機質(zhì)在土壤中轉(zhuǎn)變成有機酸時，生物對巖石化學風化作用才干發(fā)生。巖石中水（如地下水）只有轉(zhuǎn)變成土壤水，才干被植物吸取；大氣降水通過植物淋濾、土壤吸取之后，才會滲入巖石轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?。巖石與植物

4、之間其它物質(zhì)互換，也大都需要通過土壤這個中間環(huán)節(jié)。植物-土壤-巖石關系第十二章第5頁第5頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用三、巖石性質(zhì)對生物影響 巖層性質(zhì)影響到地表土壤，不同巖石上發(fā)育土壤會產(chǎn)生不同程度差異，比如灰?guī)r地域普通土壤不發(fā)育，且土壤堿性組份較多，因而植被不發(fā)育，且多灌叢；砂巖區(qū)則往往覆蓋很好土壤，且土壤呈酸性，有利于喜酸植物（松等）生長。 巖石結構、結構主要經(jīng)過其透水性、隔水率和含水率等影響土壤、生物水文條件。第十二章第6頁第6頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用三、巖石性質(zhì)對生物影響巖石元素特性控制生物生長發(fā)育，它為生物提供基本礦物質(zhì)需求，另外，一些特殊元素富集帶往往有與之相應批示性生物

5、，如銅礦帶上常生長銅蘭。 第十二章第7頁第7頁第十二章南京陽山北坡石炭紀二疊紀灰?guī)r上生長灌叢與五通組砂巖上生長松林界線清楚第8頁第8頁第十二章特殊土壤環(huán)境植物 芒萁分布于長江以南，大量生長于酸性紅壤山坡上，是酸性土壤批示植物 鈣質(zhì)土壤批示植物蜈蚣草 檉柳科檉柳屬。灌木或小喬木，枝條細而下垂，葉鱗片狀細小。耐干旱耐鹽堿，常生長于鹽鹼荒灘 第9頁第9頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用三、巖石性質(zhì)對生物影響 在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，各種巖石分布差別造成地殼表面元素分布不均一性。這種不均一性在一定程度上，控制和影響著世界各地域人體發(fā)育和體質(zhì)差別，若元素分布不均一性超出正常改變范圍，則將造成人類地方疾病。

6、第十二章第10頁第10頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用四、巖石圈運動與生物 巖石圈運動造成大陸漂移，大陸位置改變也會造成生物群落面貌巨大改變。比如印度從南極附近高緯度地域漂移到現(xiàn)在北半球低緯度地域，由凍原、冰原變?yōu)闊釒帧⒉菰h(huán)境。 巖石圈運動引起地面高程改變，同樣造成生物面貌改變。比如，青藏高原在上新世海拔相對比較低，植被為亞熱帶森林；而伴隨地面隆升，高原內(nèi)部與北部已經(jīng)演化為干旱草原或寒漠。 第十二章第11頁第11頁中國老第三紀植被分布示意熱帶亞熱帶雨林副熱帶干旱草原與荒漠副熱帶森林暖溫帶落葉闊葉林亞洲東亞世界第12頁第12頁中國新第三紀植被分布示意熱帶亞熱帶常綠林副熱帶常綠落葉混交林副熱

7、帶落葉林暖溫帶落葉林副熱帶暖溫帶草原與森林草原副熱帶暖溫帶荒漠與荒漠草原第13頁第13頁在一些山坡上，由于巖石塊體向下滑動或者蠕動，往往使得山坡上樹木變得傾斜，有些人稱之為醉樹。第十二章廬山仙人洞附近滑坡體上醉漢林第14頁第14頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用五、生物巖石、生物礦床、生物地貌 生物作用形成巖石能夠稱之為生物巖石。沉積在海底主要是生物殘骸，這些生物殘體堆積、固結便形成巖石；硅藻土就是一個主要由硅藻殘骸構成巖石；珊瑚礁，主要由珊瑚骨骼膠結而成，是珊瑚生長過程中，殘骸不斷堆積而形成；事實上一些碳酸鹽巖形成也與生物作用相關。第十二章第15頁第15頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用五、生物

8、巖石、生物礦床、生物地貌 自然界許多礦床形成與生物作用密切相關，甚至一些礦床就是生物作用形成。比如，大量植物殘體積聚形成泥炭，當泥炭被埋藏、變質(zhì)就也許形成煤。大量生物尤其是海洋浮游生物和低等微生物死亡后，在一定溫度、壓力條件下，通過度解、變質(zhì)，就也許生成石油與天然氣。第十二章第16頁第16頁第一節(jié) 生物圈與巖石圈互相作用五、生物巖石、生物礦床、生物地貌 生物對巖石破壞或建造，能夠形成一些地貌類型。 如珊瑚礁 、牡蠣礁 貝殼堤等。第十二章第17頁第17頁生物海岸 海岸能夠依據(jù)海岸物質(zhì)構成劃分為基巖海岸、砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸。但一些海岸比較特殊，很難歸屬于上述海岸類型中，故又劃分出生物海岸。所謂生

9、物海岸是指主要由于生物作用形成海岸。比如，珊瑚礁海岸，主要是由珊瑚作用形成由珊瑚礁構成海岸；紅樹林海岸，主要由紅樹林構成，以紅樹林為特性海岸。珊瑚島與珊瑚礁海岸基巖海岸第十二章第18頁第18頁珊瑚礁島第十二章第19頁第19頁珊瑚礁島第十二章第20頁第20頁珊瑚礁第十二章第21頁第21頁牡蠣礁第十二章第22頁第22頁貝殼堤第十二章第23頁第23頁紅樹林海岸第十二章第24頁第24頁光合作用與生、氣物質(zhì)互換制造碳水化合物 綠色植物在不斷地吸取大氣CO2進行著光合作用，通過光合作用來制造養(yǎng)料，以維持植物發(fā)育與生長。動物生命活動或有機體腐爛過程，是吸取氧氣、放出二氧化碳過程；而植物生命過程卻是吸取二氧化

10、碳、放出氧氣過程。兩者之間以及兩者與巖石圈、大氣圈、水圈之間通過億萬年演化達到了某種平衡，才形成了今天這樣大氣圈。C6H12O6第十二章第二節(jié) 生物圈和大氣圈互相作用 一、生命活動與大氣組分 第25頁第25頁第十二章二、風與生物 三北防護林第26頁第26頁第十二章二、風與生物 三北防護林第27頁第27頁大氣中氧氣、二氧化碳隨時間改變及其與生物演化關系 （陶世龍地球科學導論）大氣二氧化碳含量第十二章三、大氣圈演化與生命起源及進化第28頁第28頁生物對氣候負反饋 當大氣中二氧化碳、甲烷等溫室氣體增長時，氣候?qū)兣c此同時植物光合作用加強。光合作用增強，將會使植物從大氣吸取二氧化碳數(shù)量增長，從而

11、減少大氣二氧化碳濃度，減少溫室效應，使氣候變暖幅度減小或變冷。這就是生物對氣候改變或?qū)厥倚摲答佔饔?。相反，假如大氣二氧化碳濃度減少，將會造成氣候變冷和植物光合作用強度削弱。植物光合作用強度削弱，將使得從大氣吸取二氧化碳數(shù)量減少，從而克制大氣二氧化碳濃度減低速度和氣候變冷幅度，甚至使氣候變暖。第十二章四、生物與氣候改變之間正負反饋作用 第29頁第29頁生物對氣候改變正反饋作用 海洋生物興衰對于地球表層碳循環(huán)起著主要作用。研究表明，對世界大多數(shù)海域來說，鐵不足是海洋生物生產(chǎn)率一個主要限制原因。而落入海洋風塵則是海洋鐵補充主要路徑。干旱區(qū)風塵落入海洋，提升海洋生物生產(chǎn)率，增長了海洋對大氣二氧化

12、碳吸取，促使氣候變冷。當冰期來臨或氣候變冷，風塵沉積速率增大，使海洋生物生產(chǎn)率提升，造成大氣二氧化碳含量減少，從而使氣候進一步變冷。當間冰期來臨或氣候變暖，風塵沉積速率減小，使海洋生物生產(chǎn)率減少，造成大氣二氧化碳含量升高，從而使氣候進一步變暖。（圖a，b）第十二章第30頁第30頁生物對氣候改變正反饋作用 上面闡述了生物與氣候之間一個正反饋機制。事實上，生物與氣候之間正反饋機制尚有一些，只是人們對它們結識不足而已。比如，溫度升高對呼吸作用影響，尤其對土壤微生物影響：溫度升高，引起生物呼吸作用加強，造成大氣二氧化碳升高，促使溫度進一步升高（圖c）。溫度升高引起脅迫，造成生物生長減緩和森林枯萎，從而

13、造成大氣二氧化碳升高，增強了溫度升高趨勢（圖d）第十二章第31頁第31頁第十二章五、大氣污染與植物 大氣污染對植物影響機制： 二氧化硫?qū)χ参镉绊懼饕袃蓚€路徑：一是從植物葉片氣孔進入，溶解在細胞組織水形成亞硫酸鹽，從而干擾植物正常新陳代謝；二是二氧化硫在空氣中與水作用形成酸雨，酸雨直接破壞植物枝葉，影響植物正常生長。 氟化氫通過葉片氣孔進入，與葉片中鈣反應形成氟華鈣，從而干擾酶作用，阻礙植物正常新陳代謝，破壞葉綠素與原生質(zhì)，使細胞失水而枯萎。 氯氣進入葉肉細胞后，能形成酸性物質(zhì)，使葉片葉液中pH值減少，破壞葉綠素，從而克制植物光合作用。 大氣污染對植物影響：（1）大氣污染減少植物壽命；（2）大

14、氣污染減少植物生產(chǎn)率；（3）大氣污染造成植物群落改變；（4）大氣污染造成植物死亡。第32頁第32頁植物凈化空氣作用 植物還能分泌一些揮發(fā)性殺菌物質(zhì)，比如，丁香酚、桉油、松脂、肉桂油、檸檬油等，含有殺菌功效，稱之為殺菌素。每hm2松柏樹或者松林，一晝夜可分泌3060 kg殺菌素，足以清除一個中檔都市空氣中各種細菌。調(diào)查表明，林內(nèi)每立方米空氣中含菌量只有300400個，僅為林邊空地1%，只有都市百貨商店十萬分之一。北京百貨大樓每立方米有細菌400萬個，林蔭大道上為58萬個，綠化公園為1,000個，而林區(qū)卻只有55個。這充足闡明植物含有除塵滅菌、凈化空氣功效。綠化公園百貨商店不同地點空氣中細菌數(shù)量百

15、分比示意圖第十二章第33頁第33頁植物對保持和改進環(huán)境作用植物凈化空氣作用除塵滅菌：大氣中塵埃（包括粉塵和飄塵），常含有致癌物質(zhì)和病原菌，危害人體健康。植物含有吸附塵埃作用。吸碳吐氧：清新空氣。對污染物吸附、吸取：當大氣受到污染時，一些敏感植物就會受到傷害，但尚有一些植物對一些污染物有一定抵抗能力，稱之為抗性植物。無論是敏感植物還是抗性植物，對污染物都有一定吸附、吸取與降解功效，從而含有凈化空氣能力。第十二章第34頁第34頁制造碳水化合物生命起源于水 生物生存離不開水 水多少決定生物種類 C6H12O6第十二章第三節(jié) 生物和水互相作用一、生命與水 旱生植物 水生植物 中生植物 第35頁第35頁

16、干濕度分帶性降水空間分異與生物分帶現(xiàn)象 C6H12O6第十二章二、生物分布與水水生植物 第36頁第36頁植物分布形式與地表水、地下水分布關系 C6H12O6第十二章二、生物分布與水水生植物 額爾齊斯河兩岸帶狀植被騰格里沙漠格狀植被第37頁第37頁植物分布形式與地表水、地下水分布關系 C6H12O6第十二章二、生物分布與水水生植物 月牙泉島狀植被祁連山帽狀植被第38頁第38頁C6H12O6第十二章三、 水質(zhì)與生物水生植物 海水、淡水與生物 海洋生物群落結構湖泊生物群落結構第39頁第39頁C6H12O6第十二章三、 水質(zhì)與生物水生植物 海水、淡水與生物 淡水-微咸水硅藻類型咸水型湖泊硅藻類型第40

17、頁第40頁第十二章三、 水質(zhì)與生物水體污染 ：（1）無機無毒物：氮、磷、無機酸堿和普通無機鹽；（2）無機有毒物：非重金屬氰化物、砷化物及重金屬中汞、鉻等 ；（3）有機無毒物：多屬于碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等自然生成有機物 ；（4）有機有毒物：多屬于人工合成有機物，如有機氯農(nóng)藥、合成洗滌劑等；（5）其它污染物：放射性物質(zhì)、生物污染物質(zhì)、熱污染等。 第41頁第41頁第十二章三、 水質(zhì)與生物生物對污染物吸取與降解 ：（1）活性污泥法 ；（2）生物膜法 ；（3）厭氧生物處理法 ；（4）污水處理塘生物塘。第42頁第42頁第十二章三、 水質(zhì)與生物水體富營養(yǎng)化與生物 ： 水體富營養(yǎng)化是指在人類活動影響下，生

18、物所需要氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等水體，引發(fā)藻類及其它浮游生物快速繁殖，水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，魚類及其它生物大量死亡現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過度到富營養(yǎng)狀態(tài)，不過這種自然過程非常遲緩。而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)工業(yè)廢水和生活污水所引發(fā)水體富營養(yǎng)化則能夠在短時間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，浮游藻類大量繁殖，形成水華。因占優(yōu)勢浮游藻類顏色不同，水面往往展現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮。第43頁第43頁C6H12O6第十二章三、 水質(zhì)與生物水生植物 水體富營養(yǎng)化與生物 太湖藻類爆發(fā)第44頁第44頁C6H12O6第十二章三、 水質(zhì)與生物水生植

19、物 水體富營養(yǎng)化與生物 太湖藻類爆發(fā)河流、湖泊中水葫蘆第45頁第45頁C6H12O6第十二章三、 水質(zhì)與生物水生植物 水體富營養(yǎng)化與生物 太湖藻類爆發(fā)海洋赤潮第46頁第46頁C6H12O6第十二章四、植被與水循環(huán)水生植物 植物蒸騰作用：植物體內(nèi)水經(jīng)過體表向大氣蒸發(fā)散失過程，叫做蒸騰作用。生產(chǎn)單位質(zhì)量干物質(zhì)所消耗于蒸騰作用水質(zhì)量,稱為蒸騰系數(shù)。蒸騰系數(shù)隨植物不同而不同。此數(shù)值常在1251，000之間改變。蒸騰系數(shù)隨氣候不同而不同：為了生產(chǎn)出一樣數(shù)量干物質(zhì),干旱地域植物消耗水將二倍于潮濕地域植物耗水量。 植被對降水影響：森林能夠增加其覆蓋地域及其周圍地域大氣降水量，尤其是在遠離海洋內(nèi)陸地域。植物本

20、身蒸騰作用和土壤蒸發(fā)所消耗土壤水總和，往往是比沒有植物空曠地表土壤單獨消耗于蒸發(fā)作用水可多40%?？梢娫趦?nèi)陸干旱地域，大面積森林存在，能夠降低徑流流失，又能經(jīng)過蒸騰作用增加空氣中水汽，進而提升降水量。 第47頁第47頁C6H12O6第十二章四、植被與水循環(huán)水生植物 植被對徑流影響：大氣降水到達林冠后，雨滴繼續(xù)下落受到阻礙，而使大氣降雨受到阻截損耗，這叫做林冠截流作用。林冠截流水，一部分附著在林木表面被蒸發(fā)到大氣中，很少一部分是被葉子和樹皮直接吸取，其余沿著樹干流向地面。普通來說，林冠能夠截留15%40%降水。由于森林對于降水截留和蓄積，減緩了降水轉(zhuǎn)變?yōu)閺搅魉俣?，調(diào)整了徑流季節(jié)分派。在有森林流域

21、，普遍情況是森林攔蓄了洪水徑流，將其轉(zhuǎn)化為地下水，并源源不斷地補給河流。這樣就消減了洪峰，減小了洪水災害，同時增長了枯水期流量，使河流流量年內(nèi)分派趨于穩(wěn)定。第48頁第48頁植被作用：1、減慢了水分大循環(huán)速度2、加快了局部水分循環(huán)速度3、調(diào)整了洪水/枯水徑流量4、調(diào)整了洪峰徑流5、提升了水利用率植被與水循環(huán)第十二章四、植被與水循環(huán)第49頁第49頁C6H12O6第十二章五、生物與水正反饋作用水生植物 第50頁第50頁一、湖泊效應 因為比熱與熱容量差異，水體覆蓋地面溫度改變遲緩，而沒有水體覆蓋地面溫度改變快速，從而造成不同部位地面溫度差異。在湖泊及其周圍，因為湖泊與周圍地域地面熱容量差異，造成了局地

22、性大氣環(huán)流和小氣候產(chǎn)生。在太陽照射時，湖泊周圍地面升溫比較快，造成大氣加熱上升；而湖區(qū)因為水體熱容量大，溫度升高遲緩，溫度相對于周圍地面比較低，空氣在這里下沉，從而產(chǎn)生了湖泊及其周圍地域局部大氣環(huán)流。第十二章第四節(jié) 水圈、大氣圈、生物圈互相作用第51頁第51頁湖泊效應與水、氣、生互相作用 普通來說湖泊周圍地域降水比較多，氣候比較濕潤，植被也就比較繁茂。植被繁茂又反過來，增長了地面下滲，增強了蒸騰作用，從而增大了大氣濕度、土壤濕度與大氣降水。因此，水庫建造后，經(jīng)常會使水庫周圍地域降水增多、空氣濕度增大，就是這個道理。第十二章第52頁第52頁沙漠化效應與水、氣、生互相作用（王建，） 在干旱半干旱地域，當?shù)孛嬷脖皇艿狡茐?，地面所吸取太陽輻射能明顯減少。白天在陽光照射下，地面強烈增溫，使地面長波輻射增強。又由于地面散失熱量諸多。