第11章地球環(huán)境及其變遷環(huán)境變遷與氣候變化生物絕滅與環(huán)境變遷人類在環(huán)境變遷中的作用氣候變化的現(xiàn)實(shí)意義

英國學(xué)者估計(jì)：平均氣溫如下降1~2°C，英國中北部農(nóng)作物生長季節(jié)比現(xiàn)在縮短一個月；后果是糧食減產(chǎn)，冬季供暖時間加長，多耗燃料。相反，如升高1~2°C，會加劇冰蓋融化和海平面上升，導(dǎo)致海水入侵和沿海地區(qū)地下水鹽度增高，危及城市供水和農(nóng)作物生長。

地面氣溫升降在地理上是不均衡的，赤道帶如增高1°C，高緯度區(qū)就要增加10~20°C。將造成全球大氣環(huán)流和洋流的變化，也將引起生態(tài)失衡，給人類生存帶來巨大沖擊。地史中的大冰期

地球歷史中曾多次出現(xiàn)大規(guī)模冰期和暖期的交替。地球歷史中三次全球性大冰期出現(xiàn)于：第四紀(jì)（2.6百萬年以來

）、石炭-二疊紀(jì)（3.59-2.51億年前）和新元古代中期（約8.5-6.35億年前）。

大冰期成因（不符合米蘭科維奇學(xué)說）的兩種常見解釋：1.黃赤交角大波動（ε=0°~90°）周期大冰期時ε=90°，地球發(fā)生冰蓋的一極正好背向太陽。2.太陽的銀河年周期太陽從遠(yuǎn)銀心點(diǎn)向近銀心點(diǎn)運(yùn)動速度加快，在慣性影響下，日地距離增大,地球上接受太陽熱量減少。銀河年并不是等速周期，有愈來愈快的趨勢。末次冰盛期(~21ka)與現(xiàn)代北半球高緯冰蓋分布全新世末次冰期全球氣候變化研究的三大支柱深海沉積記錄極地冰芯記錄中國黃土記錄氧同位素地層劃分：冰期為偶數(shù)間冰期為奇數(shù)極地冰芯記錄最近得到的極地冰巖心和深海沉積高分辨率記錄，顯示出在長期的氣候逐漸變化過程中，發(fā)生過一系列大幅度（±5°C）的突然變化，時間尺度僅有幾十到幾百年。以往雖發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)存在頻繁的冰期、間冰期轉(zhuǎn)換，但認(rèn)為末次冰期結(jié)束后近1萬年來的氣候變化是相當(dāng)穩(wěn)定的，未感到氣候突變帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。極地冰巖心青藏高原紅土黃土戈壁沙漠邊緣海中國黃土分布圖3西安北京中國黃土記錄黃土與深海沉積中的冰川旋回黃土-古土壤序列中的9個氣候事件可以與太平洋深海鉆孔中的9個氧同位素（δ18O）氣候事件很好對比，都以10萬年的短偏心率周期最為明顯。

新仙女木事件

1.3萬年前末次冰期消退，氣候轉(zhuǎn)暖，溫帶動物群返回北歐和加拿大東北部。北美大陸冰蓋迅速融化，形成一個巨大的阿格茲湖，排水通道流向墨西哥灣。冰后期增溫導(dǎo)致湖盆東側(cè)的冰原破裂崩塌，大量淡水突然涌入北大西洋。墨西哥灣卻因淡水流入減少而鹽度、密度顯著增大，墨西哥灣流暖水未到北部就下沉，向高緯度輸送的熱量減少。北大西洋的大量淡水很快形成海上冰蓋，導(dǎo)致重返冰期氣候。因喜寒性花卉植物

仙女木

（Dryas)

重新折返，稱為新仙女木事件。新仙女木事件降溫幅度總體變暖背景下產(chǎn)生一系列溫度激烈震蕩，降溫

幅度達(dá)到5oC±,

低溫持續(xù)期延續(xù)

500~1000年。根據(jù)格林蘭冰巖心和瑞士湖泊沉積物中氧同位素含量對比，證明兩地發(fā)生的降溫事件在時間上、幅度上都可以很好對比。全球大洋熱量傳送帶示意圖間冰期內(nèi)的氣候突然變化

Eemian間冰期(距今12.5萬年前)的全球氣溫比現(xiàn)在高約2oC,海平面高約5m。就在間冰期的全盛期突然出現(xiàn)持續(xù)70年的惡劣天氣，溫度降幅達(dá)到5oC。事件成因以及到底是區(qū)域性或全球性尚待研究。。較流行的解釋：間冰期增溫導(dǎo)致冰山大規(guī)模崩塌，大西洋海水的溫度、鹽度降低，影響到海洋傳送帶環(huán)流模式突變，所以在總體變暖趨勢中出現(xiàn)突然變冷的插曲。海因里希事件

末次冰期內(nèi)的氣候快速波動H.Heinrich(1988)在北大西洋（47oN/19oW附近）3個鉆孔的深海沉積物研究中，首先發(fā)現(xiàn)存在6個氣候迅速變冷層。。沉積特征：暖水型有孔蟲含量減少，海水鹽度降低和粗粒碳酸鹽（>150μm）碎屑快速堆積。發(fā)生時間：末次冰期之內(nèi)（90年代測得6個事件層年齡為1.43萬、2.1萬、2.8萬、4.1萬、5.2萬和6.9萬年前，多數(shù)間隔在1.1萬年左右），單層形成時間僅上千年或幾百年。證明冰期內(nèi)也存在氣候快速波動。事件原因：冰期中北極區(qū)冰蓋迅速擴(kuò)張，周緣冰山大量南移至中緯度地區(qū)，帶來低溫淡水并使攜帶的巖屑降落海底。形成機(jī)制：海因里希事件（Heinrichevents)出現(xiàn)的間隔明顯短于歲差旋回（1.9∽2.1萬年），確切原因尚待研究。未來氣候變化化變面平海的

后

今

與

去

過第11章地球環(huán)境及其變遷環(huán)境變遷與氣候變化生物絕滅與環(huán)境變遷人類在環(huán)境變遷中的作用現(xiàn)生物種的數(shù)量植物低等無脊椎動物高等無脊椎動物脊椎動物藻類約26,900種原核生物約4,760種腔腸動物約9,800種魚類約19,100種菌藻類約47,000種原生動物約30,800種棘皮動物約5,000種兩棲類約4,200種高等植物約248,500種扁形動物約12,000種環(huán)節(jié)動物約12,000種爬行類約6,300種線蟲動物約12,000種軟體動物約50,000種鳥類約9,000種海綿動物約5,000種昆蟲類約751,000種哺乳類約4,000種昆蟲以外的節(jié)肢動物約423,000種生物絕滅類型與規(guī)模生物絕滅（extinction)：指一個物種的個體完全消失而不留下后裔（終極絕滅）。假絕滅：某個物種通過線系漸變型式由祖先種演變?yōu)楹笠岱N，前者雖絕滅，但物種譜系仍繼續(xù)。

絕滅背景值：每百萬年平均絕滅0.1~1個物種，僅有區(qū)域或局域意義，可視為正常情況。

集群絕滅（massextinction)：地史中的某些特殊時期，出現(xiàn)許多生物門類全球性、近同時突然絕滅，物種級絕滅率高達(dá)>90%。反映了地球表層生態(tài)環(huán)境的巨變。白堊紀(jì)未恐龍等生物大絕滅原因假說－小行星撞擊K/T界線黏土意大利古比奧剖面

K/T界線黏土中的

銥異常

沖擊變質(zhì)作用記錄

震裂錐

沖擊頁理

熔長石

地球上的隕擊坑月面隕擊坑巖礫角擊隕月面隕擊坑地史中最大的生物絕滅事件

長興剖面P－T之交162屬333種海生生物的生存年代P/T界線與牙形石演化序列二疊紀(jì)的階梯狀生物絕滅長興煤山P/T界線剖面的

碳同位素曲線P/T界線的銥異常界線黏土中的大量

微球粒

鐵質(zhì)球粒石鐵質(zhì)球粒

高溫石英黃鐵礦聚合體

鋯石黏土礦物生物的演化階段

繁榮期（絕滅前原先生物群）

絕滅期（可分步驟實(shí)現(xiàn)）

殘存期（剩下少量殘留種，有的種個體反而興盛）

復(fù)蘇期（少量新種出現(xiàn)）

輻射演化期（大量新種出現(xiàn)）輻射/復(fù)蘇/殘存/大絕滅殘留種：少量物種經(jīng)歷集群絕滅浩劫后幸存下來。復(fù)活種：有的物種能逃離惡化的環(huán)境在某個避難所生存，待環(huán)境條件好轉(zhuǎn)后再回到原先的分布區(qū)。先驅(qū)種：有些門類的物種原先并不顯眼，但由于優(yōu)越的生理功能或很強(qiáng)的抗災(zāi)變生態(tài)習(xí)性，能渡過浩劫而獲得輻射演化的機(jī)會。人類在環(huán)境變遷中的作用

溫室氣體排放與全球變暖

土地利用與土地退化生物多樣性的減少二氧化碳=55%

氧化氮6%+氟里昂15%+甲烷24%=45%

溫室氣體類型

大氣環(huán)境狀況全球大氣中CO2濃度升高

溫室效應(yīng)

全球變暖溫室氣體與全球變暖工業(yè)革命以來，燃燒化石燃料、砍伐森林等使大量溫室氣

體排放到大氣中，產(chǎn)生溫室效應(yīng)。

大氣中CO2濃度：由1870年的280×10-6(ppm)到1958年的

315ppm（年平均增長率0.1%），再到1985年的

345ppm

（年平均增長率0.3%）。地表平均溫度：過去100年上升0.5-0.7oC,其間11個最暖年中有7個發(fā)生在最近10年，極端天氣事件（厄爾尼諾、沙塵暴）的頻率和強(qiáng)度都在增加。按此趨勢：地球表層將以O(shè).3oC/每10年速率增溫，到21世紀(jì)中期將比工業(yè)革命開始前的“自然背景溫度”提高1.5-4.5oC。氣候變化的空間分異以我國50

~

80年代為例，既有全球趨勢又有地區(qū)分異：

逐步升溫地區(qū)---東北、華北、新疆中部，升溫率

0.1~0.4oC/10年。緯度更高的黑龍江北部和新疆北部可高達(dá)0.2

~0.4oC/10年。

逐步降溫地區(qū)---秦嶺、淮河以南、南嶺以北、四川盆地及長江中下游，降溫率0.1oC/10年。降溫中心的四川盆地達(dá)到0.14

~0.16oC/10年。

先降后升地區(qū)---青藏高原、嶺南。70年代前降溫，80年代起轉(zhuǎn)為升溫，升溫率<0.1oC/10年。

a-北半球氣溫變化;b-大氣中CO2含量;c-太陽活動周期平均相對黑子數(shù);d-巨行星地心匯聚時地球冬至日公轉(zhuǎn)半徑改變量;e-地球自轉(zhuǎn)速度。氣候波動與不確定性當(dāng)前學(xué)術(shù)界對全球氣候變暖趨勢雖已有了共識，但還存在一些重大的不確定性。國內(nèi)有人從天文氣候?qū)W已知周期規(guī)律角度提出：21世紀(jì)早期地表溫度可能轉(zhuǎn)為下降，21世紀(jì)中期重新反彈回升。國外也有人提出：目前全球變暖的趨勢可能重演地質(zhì)歷史中發(fā)生過的突然變冷事件

----大西洋暖流傳送帶突然關(guān)閉，導(dǎo)致氣候迅速變冷。

土地利用與土地退化

不適當(dāng)土地利用的嚴(yán)重后果：美國（30年代）、前蘇聯(lián)（60年代）由于濫墾草原，引發(fā)過

“黑風(fēng)暴事件”。美索不達(dá)米亞平原（六千年前）因土壤次生鹽漬化荒蕪。中國北方土地荒漠化原因：過度樵柴

占32.4%，過度放牧占29.4%，草原過度農(nóng)墾（主要在沙漠邊緣地區(qū)）占23.3%，

其他人為因素占9.4%，人為因素共計(jì)占94.5%。

自然風(fēng)力引起的沙丘前移入侵僅占5.5%。

許多沙漠是在當(dāng)?shù)夭焕麣夂驐l件下加上人類不適當(dāng)活動而形成：羅布泊漢晉時期是著名的樓蘭綠洲，60年代還有水面;毛烏素沙漠至少唐時仍水草豐滿。按目前無節(jié)制截水趨勢，塔里木河將在110年內(nèi)干枯！居延海殘存的胡楊林綠洲也將消失。

沙漠侵蝕耕地生物多樣性減少與過去5億年中的五次大滅絕相匹敵，目前世界正處于另一次重要物種滅絕的邊緣！

主要原因：人為因素（人類引起的環(huán)境污染、熱帶森林銳減、珊瑚礁破壞、濕地消失等）造成。

按熱帶生境破壞的趨勢預(yù)測：1975~2015年間，世界物種每10年將滅絕1%~11%。有一種中度的預(yù)測，今后25年內(nèi)4%~8%的熱帶森林物種將滅絕。

熱帶雨林的大量破壞，還將大大改變C、N等營養(yǎng)元素和微量元素的源、匯分布，破壞它們在地球系統(tǒng)中的循環(huán)，給自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會

帶來巨大影響。環(huán)境污染人類在生產(chǎn)生活過程中，向大氣、水、土壤等環(huán)境媒介排入大量三廢（廢氣、廢水、廢渣），引起環(huán)境污染或?qū)е颅h(huán)境破壞。生產(chǎn)性污染物：工業(yè)生產(chǎn)的三廢（酸雨）、農(nóng)藥殘留。

生活性污染物：垃圾、糞便、污水。放射性污染物：核工業(yè)、核武器、醫(yī)用放射源。

實(shí)例：

切爾諾貝利核電站核泄漏事件（1986年4月）

西歐二惡英(強(qiáng)致癌物）事件（1999~2001）

淮河治理已經(jīng)達(dá)標(biāo)又遭廢水重新污染（2001）工業(yè)煙囪與酸雨工業(yè)

污染中國酸雨分布區(qū)全球何處生態(tài)最優(yōu)？

據(jù)《中國國家地理》2001年第8期補(bǔ)充答案實(shí)在令人尷尬：無人區(qū)朝鮮半島中部北緯39°附近的無人區(qū)（人為劃定的非軍事區(qū)），長240km,寬4km,總面積約1000km2。一度曾炮火連天，是被現(xiàn)代戰(zhàn)爭摧毀的焦土。一旦人類撤離，排除了一切人為活動對自然生態(tài)的干擾，大自然竟能如此神速地化腐朽為神奇，魔術(shù)般地轉(zhuǎn)變?yōu)橐蛔r半島上最優(yōu)生態(tài)的野生動植物世界。曾作為原子彈實(shí)驗(yàn)場的太平洋比基尼島，也早已恢復(fù)了熱帶植被和海洋生物世界，僅海蟹體內(nèi)可能殘留放射性物質(zhì)而不宜食用。一項(xiàng)研究表明：地球上如果沒有人無損大局，然而如果沒有昆蟲則將大難臨頭。沒有了昆蟲，則許多有花植物將無法傳粉而絕種，其結(jié)果是導(dǎo)致許多食草動物將因食物匱乏而數(shù)量銳減，又勢必影響到食肉動物的生存············這一系列連鎖反應(yīng)必然導(dǎo)致一場生態(tài)災(zāi)難。。人口大爆炸式發(fā)展19.5個世紀(jì)，0.25倍0.5個世紀(jì)，2.4倍21世紀(jì)內(nèi)，人口將突破100億，其中94%的增長出現(xiàn)在發(fā)展中國家世界人口爆炸（美前副總統(tǒng)——阿爾?戈?duì)枺┤祟悷o節(jié)制的掠奪地球資源加重了地球的負(fù)擔(dān)（1）70%的熱帶雨林毀滅于20世紀(jì)（2）現(xiàn)存生物物種正以成千倍的速率加快滅絕（3）中國80%的河流受到污染，酸雨分布占國土面積的40%，垃圾占地面積達(dá)5104km2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2000億元/年自然災(zāi)害的