环境地球化学中科院第三章全球变化152页PPT
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(推荐)《环境地球化学》PPT课件
(Environmental Geochemistry)
1
主要参考文献：
杨忠芳等，现代环境地球化学。北京：地质出版社，1999。 戎秋涛，翁焕新编，环境地球化学，北京：地质出版社，1989。 中国科学院地球化学研究所编，高等地球化学，北京：科学出版社，1998,379433 黄润华，贾振邦编，环境学基础教程，北京：高等教育出版社，1999，1-11
21
一般讨论的问题是指自然环境，具体可划分为：
• 生存环境； • 地理环境 ； • 地质环境 ； • 宇宙环境.
环境地球化学研究的环境主要指地理环境，是指与人类 生存活动密切相关的4个地球化学系统，即大气系统、水系 统、土壤和生物系统、表层岩石圈系统。
22
原生环境或第一环境(自然成因的环境)
指地球自身形成过程及随后的长期地 质历史中，在各种地质营力作用下形成 的自然环境，其基本的组成要素包括有 天然的岩石、大气、土壤、地表水、地 下水与植物等。这类环境的物质成分特 点和结构特征是天然形成的。
Eldon D Enger, Bradley F. Smith, Environmental Science, A study of Interrelationships, 北京：清华大学出版社，2000 刘本培，蔡运龙主编，地球科学导论，北京：高等教育出版社，2000，139301
钱易，唐孝炎主编，环境保护与可持续发展，北京：高等教育出版社，2000
环境地球化学以其宏观与微观结合的工作方法多种环境因子的界面作用原理对比识别自然变化与人为干扰的关系等学科特长来认识和解决典型区域的环境问题过去全球变化中环境信息的提取过去全球变化中环境信息的提取提取过去全球历史演变过程中地质和地球化学的记录可预测未来地球环境的演变并为评价现今的环境提供了对照的基准
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主要参考文献：
杨忠芳等，现代环境地球化学。北京：地质出版社，1999。 戎秋涛，翁焕新编，环境地球化学，北京：地质出版社，1989。 中国科学院地球化学研究所编，高等地球化学，北京：科学出版社，1998,379433 黄润华，贾振邦编，环境学基础教程，北京：高等教育出版社，1999，1-11
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一般讨论的问题是指自然环境，具体可划分为：
• 生存环境； • 地理环境 ； • 地质环境 ； • 宇宙环境.
环境地球化学研究的环境主要指地理环境，是指与人类 生存活动密切相关的4个地球化学系统，即大气系统、水系 统、土壤和生物系统、表层岩石圈系统。
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原生环境或第一环境(自然成因的环境)
指地球自身形成过程及随后的长期地 质历史中，在各种地质营力作用下形成 的自然环境，其基本的组成要素包括有 天然的岩石、大气、土壤、地表水、地 下水与植物等。这类环境的物质成分特 点和结构特征是天然形成的。
Eldon D Enger, Bradley F. Smith, Environmental Science, A study of Interrelationships, 北京：清华大学出版社，2000 刘本培，蔡运龙主编，地球科学导论，北京：高等教育出版社，2000，139301
钱易，唐孝炎主编，环境保护与可持续发展，北京：高等教育出版社，2000
环境地球化学以其宏观与微观结合的工作方法多种环境因子的界面作用原理对比识别自然变化与人为干扰的关系等学科特长来认识和解决典型区域的环境问题过去全球变化中环境信息的提取过去全球变化中环境信息的提取提取过去全球历史演变过程中地质和地球化学的记录可预测未来地球环境的演变并为评价现今的环境提供了对照的基准
全球环境变化的主要特征与过程概述ppt
陆地与海洋的C、N、P、S元素的循环
大气作用下的C、N、P、S元素的循环
地球表层生物的地球化学循环
1、碳循环
植被610Gt
驱动力：太阳活动、火山活动、大气环流的 长期变化，厄尔尼诺-南方涛动等自然因子和 大气温室效应的增强等人为因子。
几天至几个季度
典型事件：大气环流的季节震荡，气温、 降水和地表经历的季节波动，植物群落季 相与农事季节的更替，土壤-植物-大气之间 生物地球化学循环的年际变化。
驱动力：太阳辐射量输入的年循环。
三、地球系统内部的反馈作用
• 全球环境变化在太阳辐射与活动、地球内 部因素与人类活动下，由地球系统中一系 列复杂的作用与反馈过程来实现的。
§3.3 全球环境变化的三大循环过程
（Three cycle process of global environmental change ）
一、生物循环
• 生物循环包括
• 局地尺度：空间范围<10km。特征事件事件有 火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气系统(如 龙卷风、山谷风、海陆风)、植物物候期随地形的 变化、植被冠层的微气象、土壤的养分循环、点 源和线源污染事件等。(几s~1a）
三、时空尺度的联系性
• 全球系统中各种事件和过程的时间尺度与空间尺 度是相关联的。 一般说来，较大空间尺度的事件 和过程，其时间尺度的范围也较大；较小空间尺 度的事件和过程，其时间尺度的范围也较小。全 球气候变化的空间尺度可达20 000km以上，相应 的时间尺度为几十年到百年，而植被冠层微气象 变化的空间尺度仅为数厘米到数米，相应的时间 尺度是几秒到几分钟。
• 区域尺度：空间范围100~20000km，地域单元有大
陆、大洋陆地上的自然地带以及海区。特征事件季风 和大型天气过程、海流、厄尔尼诺一南方涛动、岩石 围板块构造运动与造山运动、冰期一间冰期交替、气 候带与地带性植被一土壤的形成等。(1a~十几亿a）
大气作用下的C、N、P、S元素的循环
地球表层生物的地球化学循环
1、碳循环
植被610Gt
驱动力：太阳活动、火山活动、大气环流的 长期变化，厄尔尼诺-南方涛动等自然因子和 大气温室效应的增强等人为因子。
几天至几个季度
典型事件：大气环流的季节震荡，气温、 降水和地表经历的季节波动，植物群落季 相与农事季节的更替，土壤-植物-大气之间 生物地球化学循环的年际变化。
驱动力：太阳辐射量输入的年循环。
三、地球系统内部的反馈作用
• 全球环境变化在太阳辐射与活动、地球内 部因素与人类活动下，由地球系统中一系 列复杂的作用与反馈过程来实现的。
§3.3 全球环境变化的三大循环过程
（Three cycle process of global environmental change ）
一、生物循环
• 生物循环包括
• 局地尺度：空间范围<10km。特征事件事件有 火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气系统(如 龙卷风、山谷风、海陆风)、植物物候期随地形的 变化、植被冠层的微气象、土壤的养分循环、点 源和线源污染事件等。(几s~1a）
三、时空尺度的联系性
• 全球系统中各种事件和过程的时间尺度与空间尺 度是相关联的。 一般说来，较大空间尺度的事件 和过程，其时间尺度的范围也较大；较小空间尺 度的事件和过程，其时间尺度的范围也较小。全 球气候变化的空间尺度可达20 000km以上，相应 的时间尺度为几十年到百年，而植被冠层微气象 变化的空间尺度仅为数厘米到数米，相应的时间 尺度是几秒到几分钟。
• 区域尺度：空间范围100~20000km，地域单元有大
陆、大洋陆地上的自然地带以及海区。特征事件季风 和大型天气过程、海流、厄尔尼诺一南方涛动、岩石 围板块构造运动与造山运动、冰期一间冰期交替、气 候带与地带性植被一土壤的形成等。(1a~十几亿a）
环境地球化学原理 PPT课件
1.1 环境和环境问题
环境问题
•指由于人类活动或自然原因所引起的环境质量下降，对人类的生产、 生活和健康造成有害影响的现象。
环境质量:一般是指一定范围内环境的总体或环境的某些要素对人类 生存、生活和发展的适宜程度。
•环境问题多种多样，归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾 害引起的原生环境问题，也叫第一环境问题。如地震、洪涝、干旱、 台风、崩塌、滑坡、泥石流等。一类是人类活动引起的次生环境问题， 也叫第二环境问题和“公害”。次生环境问题一般又分为环境污染和 环境破坏两大类。
•全球气候变化成为一个受到普遍关注的全球 环境问题，主要原因是由于人类在自身发展 过程中对能源的过度使用和自然资源的过度 开发，造成大气中温室气体的浓度以极快的 速度增长，使得温室效应不断强化，从而引
温室气体包括CO2、CH4、 N2O、CFCs（氯氟化碳）、 O3、H2O
1.1 环境和环境问题
思考题
环境地球化学原理
教学大纲
• 上课方式: 授课,主题研讨
• 第一章 绪 言 §1.1 环境和环境问题 §1.2 环境地球化学 §1.2.1 定义、研究内容、研究对象和范围、研究意义 §1.2.2 研究进展以及有关参考书和文献
•位素基础 §2.1 基本概念 §2.1.1 同位素、同位素分类 §2.1.2 同位素丰度 §2.2 放射性同位素 §2.2.1 放射性原子的衰变机制、放射性衰变与增长 §2.2.2 放射性同位素的环境意义 §2.3 稳定同位素 §2.3.1 基本特点 §2.3.2 稳定同位素分析结果的表达和标准 §2.3.3 同位素分馏 §2.3.4 稳定同位素的环境意义 §2.3.5 稳定同位素的分析方法
代，1998年是有器测记录以来最热的一年； 20世纪内两次增温期最为明显：1910-1945，1976-2000。
地球化学ppt课件
研究对象
地球及其子系统中的化学元素、同位素及其化合物，以 及它们之间的相互作用和演化关系。
地球化学元素与同位素
01 元素
自然界中由相同核电荷数（质子数）的原子组成 的单质或化合物。
02 同位素
具有相同质子数和不同中子数的同一元素的不同 原子。
03 元素与同位素在地球化学中的应用
通过元素与同位素的分布、分配、迁移和转化研 究地球各圈层之间的相互作用和演化关系。
05
地球化学在灾害防治中应用
地震预测预报中地球化学方法
01
02
03
地球化学异常识别
通过监测地震前后地下水 中化学成分的变化，识别 与地震有关的地球化学异 常。
异常成因分析
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
油气资源勘查中地球化学方法
油气地球化学勘探
通过分析地表土壤、岩石、水等介质 中烃类气体和轻烃等油气相关化合物 的含量和分布特征，推断地下油气藏 的存在和分布范围。
油气成因与演化研究
油气资源评价
综合地球化学、地质、地球物理等多 学科信息，对油气资源潜力进行评价 和预测。
利用地球化学方法分析油气成因类型、 成熟度、运移路径等，揭示油气藏的 形成和演化过程。
元素及同位素分析技术
元素分析
利用光谱、质谱等分析技术，对样品中的元素含量进行测定。常用的元素分析方法包括原子吸 收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。
同位素分析
通过测定样品中同位素的丰度比，研究地球化学过程和物质来源。同位素分析方法包括质谱法、 中子活化法等。
地球及其子系统中的化学元素、同位素及其化合物，以 及它们之间的相互作用和演化关系。
地球化学元素与同位素
01 元素
自然界中由相同核电荷数（质子数）的原子组成 的单质或化合物。
02 同位素
具有相同质子数和不同中子数的同一元素的不同 原子。
03 元素与同位素在地球化学中的应用
通过元素与同位素的分布、分配、迁移和转化研 究地球各圈层之间的相互作用和演化关系。
05
地球化学在灾害防治中应用
地震预测预报中地球化学方法
01
02
03
地球化学异常识别
通过监测地震前后地下水 中化学成分的变化，识别 与地震有关的地球化学异 常。
异常成因分析
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
油气资源勘查中地球化学方法
油气地球化学勘探
通过分析地表土壤、岩石、水等介质 中烃类气体和轻烃等油气相关化合物 的含量和分布特征，推断地下油气藏 的存在和分布范围。
油气成因与演化研究
油气资源评价
综合地球化学、地质、地球物理等多 学科信息，对油气资源潜力进行评价 和预测。
利用地球化学方法分析油气成因类型、 成熟度、运移路径等，揭示油气藏的 形成和演化过程。
元素及同位素分析技术
元素分析
利用光谱、质谱等分析技术，对样品中的元素含量进行测定。常用的元素分析方法包括原子吸 收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。
同位素分析
通过测定样品中同位素的丰度比，研究地球化学过程和物质来源。同位素分析方法包括质谱法、 中子活化法等。
地球化学 课件
2、地球化学的学科特点
1）地球化学研究的主要物质系统是地球、地壳及地质 作用，因此它是地球科学的一部分。地球化学针对自然作 用过程提出问题，应用地球化学的理论和方法进行研究， 最后得出对自然作用化学机制的认识。
地球化学的学科特点
2）地球化学着重研究地质作用中物质的化学运动规律。在 地球科学中，地球化学与同是研究地球物质组成的结晶学、 矿物学、岩石学和矿床学等学科的关系尤其密切。矿物学、 岩石学和矿床学往往借助并引进地球化学的理论，来研究 各自学科的问题。地球化学研究系统或过程中微量元素和 同位素的特征和演变，地球化学的基本原理具有普遍性， 有更深刻的意义。现代地球化学是地球科学中研究物质成 分的主干学科和基础学科，通过地球化学研究，可以更好 地回答：岩浆形成的深度和温度、各类变质岩的形成温度 和压力、沉积物是否进入地幔、金属矿床和石油的形成环 境和条件等各类问题。
Schematic diagram showing various input and output fluxes of elements into and out of the ocean.
地球化学的研究思路
（2）自然界物质的运动和存在状态是环境和体系介质条件 的函数。地球化学将任何自然过程都看成是热力学过程， 特定的环境和物理化学条件对具有独立个性的原子产生作 用，使后者产生规律的变化。应用现代科学理论来解释自 然体系化学变化的原因和条件，有可能在更深层次上探讨 和认识自然作用的机制。
地球化学的学科特点
5）地球化学在密切关注人类生活和生产活动中发展，它运 用学科自身的知识、理论、研究思路和工作方法研究矿产 资源、资源利用以及农田、畜牧、环境保护等多方面的问 题。因此，地球化学也是应用性很强的学科。当前，环境 地球化学已成为环境科学中的核心组成部分，诸如：酸雨 的形成、臭氧空洞的成因、全球变暖和温室效应、水和土 壤环境的污染等，都是环境地球化学关注的问题，对环境 问题的认识和分析也要求应用地球化学的理论和知识。另 外，如金属矿产和石油等大部分不可再生的资源的找寻和 勘探，也需要地球化学方法和手段的支持。
地球化学ppt课件
即碳酸钙的氧同位素组成是温度的函数。温度升高时，相对 较轻的16O由于有较高的活性，易于迁移，在同位素交换反应 中将优先被吸收进生物壳体内，致使18O含量相对减少，δ180 值随温度的上升而下降。
最适用于有孔虫同位素分析的关系式： t＝16.9－4.4(δs－δw)＋0.10(δs－δw)2 式中，δs：壳体中氧同位素值，δw：水体的氧同位素值
环境地球化学 第21页
+ 冰期与间冰期对碳酸盐溶解作用的影响不同，也会引起 海水中CO2总含量的变化。 经计算，末次冰期极盛期的CO2含量稍高于间冰期， 两者的比值为1.15±0.5。
这样，由海水表温、盐度、冰川体积等因素变化引 起的大气CO2浓度变化仅占实际变化的5％。因此，如果 当时不存在其它海水化学性质的变化，则大气CO2含量将 保持近于恒定。
环境地球化学 第4页
4氧同位素应用
（l）查明地质时期海水古温度的变化趋势
通过生物氧同位素研究法确定了自晚白垩纪（约7000 万年前）以来全球气候有逐渐变冷的趋势。
Emiliani（1954）根据底栖有孔虫δ180值逐渐递增的 趋势，确定了自白垩纪以来，全球大洋深水平均温度曾从 13oC逐渐下降到目前的2oC左右。
由于在任何时候、任何地区，底栖有孔虫氧同位素温 度始终低于浮游有孔虫的氧同位素温度，表明大洋的底层 水系由高纬地区的表层水下沉扩散而来，所以，从新生代 底层水的这种变冷趋势可以推出高纬地区的表层水以致大 气圈也存在着逐渐变冷的趋势。
环境地球化学 第5页
南
北 半 球
极 冰 盖
南极海冰 大量形成
冰形
盖成
环境地球化学 第24页
热带东太平洋V19-30柱状样15万年来浮游有孔虫N.dutertrei与底栖有孔虫 U.sentioncosa碳同位素组分的差值（Δδ13C） 变化图
最适用于有孔虫同位素分析的关系式： t＝16.9－4.4(δs－δw)＋0.10(δs－δw)2 式中，δs：壳体中氧同位素值，δw：水体的氧同位素值
环境地球化学 第21页
+ 冰期与间冰期对碳酸盐溶解作用的影响不同，也会引起 海水中CO2总含量的变化。 经计算，末次冰期极盛期的CO2含量稍高于间冰期， 两者的比值为1.15±0.5。
这样，由海水表温、盐度、冰川体积等因素变化引 起的大气CO2浓度变化仅占实际变化的5％。因此，如果 当时不存在其它海水化学性质的变化，则大气CO2含量将 保持近于恒定。
环境地球化学 第4页
4氧同位素应用
（l）查明地质时期海水古温度的变化趋势
通过生物氧同位素研究法确定了自晚白垩纪（约7000 万年前）以来全球气候有逐渐变冷的趋势。
Emiliani（1954）根据底栖有孔虫δ180值逐渐递增的 趋势，确定了自白垩纪以来，全球大洋深水平均温度曾从 13oC逐渐下降到目前的2oC左右。
由于在任何时候、任何地区，底栖有孔虫氧同位素温 度始终低于浮游有孔虫的氧同位素温度，表明大洋的底层 水系由高纬地区的表层水下沉扩散而来，所以，从新生代 底层水的这种变冷趋势可以推出高纬地区的表层水以致大 气圈也存在着逐渐变冷的趋势。
环境地球化学 第5页
南
北 半 球
极 冰 盖
南极海冰 大量形成
冰形
盖成
环境地球化学 第24页
热带东太平洋V19-30柱状样15万年来浮游有孔虫N.dutertrei与底栖有孔虫 U.sentioncosa碳同位素组分的差值（Δδ13C） 变化图
生物地球化学—全球变化分析PPT模板
04 5 .4 净 初级 生产量
05 5 .5 净 生态 系统生产 06 5 .6 净 初级 生产量去
量和涡度相关研究
向
生第
态 系 统 碳 循 环
章 生 物 圈 ： 陆
地
5
01 5 . 7 初 级生 产量和
生物量遥感监测
03 5 . 9 净 初级 生产量
和全球变化
05 5 . 1 1 土 壤有机质和
6.3.1系统内养分年循环 6.3.2凋落物 6.3.3系统内循环的养分质量平衡 6.3.4养分利用率
第6章生物圈：陆地系统的生物地球化学循环
6.4土壤生物地球化学循环
6.4.1土壤微生物生物量和降解过程 6.4.2氮循环 6.4.3土壤含氮气体释放 6.4.4土壤磷循环 6.4.5硫循环 6.4.6林火转化作用 6.4.7动物的作用
第7章湿地生态系统
7.8湿地与全球变化
7.8.1全球湿地损失 7.8.2海平面上升与海水入侵 7.8.3升温 7.8.4co2浓度上升 7.8.2海平面上升与海水入侵 7.8.3升温 7.8.4CO2浓度上升
第8章陆 地水体
0 1
8.1引言
0 4
8.4河口
0 2
8.2湖泊
0 5
8.5陆地水体 的人类影响
part one
03 译 者 的 话
译者的话
part one
04 前
言
前言
part one
05 致
谢
致谢
part one
06 第 1 篇 过 程 与 反 应
第1章简介
1.1什么是生物 地球化学？
1.2地球是一个 化学系统
1.3研究尺度
1.4Lovelock 的盖亚假设
地球化学循环与全球变化
地球化学循环与全球变化地球是我们人类的家园，而地球化学循环是支撑地球生物圈的重要环节。
全球变化则是我们当前面临的一大挑战。
本文将探讨地球化学循环和全球变化之间的关系以及对我们生活的影响。
一、地球化学循环的基本概念和过程地球化学循环指的是地球上各种元素和化合物在不同环境中进行的循环过程。
它包括气候系统、水循环、碳循环、氮循环等多个子循环。
地球化学循环的主要特点是元素的转化和迁移，通过大气、水、岩石等介质实现。
1. 气候系统循环气候系统循环主要指的是水分在大气和地表之间的转化过程，包括蒸发、降水、融化等。
水蒸发从地表进入大气，形成云雾，最终以降水形式返回地表。
这个过程使得地表水能够循环利用，维持生态平衡。
2. 碳循环碳循环是指碳元素在地球上不同储存库之间的循环过程。
其中，陆地碳汇包括森林、土壤和植被等，海洋碳汇包括海水和海洋生物等。
碳通过光合作用和呼吸作用在生物体之间循环，并通过燃烧、溶解等过程释放到大气中。
3. 氮循环氮循环是指氮元素在大气、土壤和生物体之间转化的过程。
氮气在大气中被固定后，通过植物吸收进入生物体内，随后再通过分解作用等过程返还到土壤中。
氮的转换过程对维持生态系统的正常运转至关重要。
二、全球变化对地球化学循环的影响全球变化包括气候变化、生物多样性丧失、土地退化等多个方面的问题，这些问题对地球化学循环产生了深远的影响。
1. 气候变化对循环过程的改变气候变化导致全球降雨模式的变化，进而影响水循环和碳循环。
降雨量的减少会导致地表水资源的匮乏，影响生态系统的平衡。
气候变暖则加剧了碳循环过程，导致碳排放增加，进而加速全球变暖的过程。
2. 生物多样性丧失对循环过程的破坏生物多样性是维持地球化学循环健康的重要因素。
对于水循环来说，植物通过蒸腾作用调节着地球上的水分分布；对于碳循环来说，森林等植被是重要的陆地碳汇。
而当生物多样性遭受破坏时，这些循环过程会受到严重影响，甚至导致不可逆转的后果。
3. 土地退化对循环过程的损害土壤是地球化学循环的关键环节之一，它既是碳和氮等元素的储存库，也是水分和营养物质的重要承载体。
地球化学循环与全球变化
地球化学循环与全球变化地球化学循环是指地球上各种元素和化合物在大气、水、土壤、岩石等不同环境介质中的迁移和转化过程。
各种元素和化合物通过地球化学循环不断地在不同的介质之间相互转移，形成了地球系统中不同部分之间复杂而紧密的联系。
地球化学循环对地球上的各种自然现象和生命活动都起着重要的影响。
而全球变化则是这些地球化学循环过程所引发的种种变化，涵盖了气候变化、资源变化、生态系统变化等诸多方面。
地球化学循环中最为人所熟知的是碳循环。
碳存在于大气中的二氧化碳形式，也存在于海洋中、土壤中、植被中等多种媒介中。
生物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，进而作为食物链的基础供给其他生物。
同时，地球上的生物和化石燃料的燃烧也会释放二氧化碳进入大气。
这种碳的转移和转化过程对全球气候有着重要的影响。
随着工业化和人类活动的加剧，大量的二氧化碳被排放到大气中，导致温室效应加剧，进而引起全球变暖。
除了碳循环外，还有氮循环、磷循环等地球化学循环对全球变化起着重要作用。
氮循环是指氮在大气、土壤和生物体之间不断转化的过程。
大气中的氮气通过闪电和化学反应转化为可利用的形式，并被植物吸收合成氨基酸等有机物，最终通过动物的摄食、排泄等过程再次进入土壤和大气循环中。
全球人工化肥的广泛应用改变了氮循环的速率和规模，从而影响了生态系统的稳定性。
磷是植物和动物生长所必需的养分之一，磷循环在生态系统中起着重要的作用。
磷通过岩石的风化和溶解进入土壤和水体中，又通过植物和动物的摄取和释放循环迁移。
磷的过量排放和使用不当会导致水体富营养化和藻类爆发，破坏水体生态平衡。
因此，合理利用磷资源，控制磷的排放和水体的污染，对于维护生态系统的健康至关重要。
地球化学循环不仅与自然界有着密切的联系，而且也受到人类活动的严重干扰。
例如，大规模的森林砍伐导致了碳循环中的有机碳向大气中的释放加剧，进而加速了气候变化的速度。
此外，人类的工业和农业活动也对地球化学循环产生了巨大的影响。
环境地球化学中科院第三章全球变化(1)幻灯片
全球变化学的理论基础是地球系统科学 （earth system science），它是研究地 球系统各组成部分之间的相互作用，发生 在地球系统内的物理、化学和生物过程之 间的相互作用，以及人与地球系统之间的 相互作用的一支新兴学科。它以整个地球 为研究对象，但并不是一门凌驾于所有地 球科学、环境科学和宏观生物学之上的 “超级学科”，而是以学科之间的交叉地 带作为其主要研究领域的一门交叉学科。
Geology is a science...
...just like chemistry and physics!
Fig. 1.3
Geologists face the special challenge of not being able to do experiments in the sense that
环境地球化学中科院第三 章全球变化(1)幻灯片
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从科学上看，全球性环境问题是地 球系统整体性行为的结果，涉及到地 球系统各层圈的相互作用，生命系统 与无生命系统的相互作用，以及地球 系统中三大基本过程的相互作用，最 终影响到地球可居住性这样一个重大 战略性问题。
另一方面，全球变化的研究又具有 十分明确的应用目标，它的研究成果 直接用于自然资源的合理开发利用， 农林牧副鱼的合理布局，水、土、气 污染的控制以及全球环境问题上的重 大决策，为保护和改善几代人的生存 环境作出贡献，具有全局性的战略意 义。
二、全球变化研究计划概述
全球变化研究是本世纪80年代以来 国际科学界所组织的意义深远、规模最 大的一项合作研究计划，涉及地球科学、 宏观生物学、天体科学、遥感技术等众 多的自然科学和社会科学学科领域，具 有高度综合和交叉学科研究的特点以及 跨世纪的影响，代表了当今世界科学的 发展趋势，吸引了全世界众多的科学团 体和科学家的积极参与。
环境地球化学中科院水体地球化学幻灯片
水体中营养物质含量增加，将导致水生生物， 主要是各种藻类大量繁殖。藻类过度旺盛的生 长繁殖将造成水中的溶解氧急剧变化，使水体 处于严重缺氧，而造成鱼类大量死亡。硝酸盐 超过一定量时也有毒性，亚硝酸盐能在人体内 与仲胺合成亚硝胺，有使人得癌、致畸和影响 遗传等危险。
3．重金属
这里的重金属主要是指汞、镉、铅、铬，以及 类金属砷及其化合物，也包括具有毒性的锌、 铜、钴、镍、锡等。重金属以汞毒性最大，镉 次之，铅、铬、砷也有相当的毒性，被人们称 为“五毒〞。
溶解氧
耗氧量 解氧
有机废物含量 体)
污水排放口
下
游
耗氧量
溶解氧
有机废物含量 体)
剩余溶 ( 低污染水
溶解氧 不足
(高污染水
污水排放口 下
游
水体中有机废物与溶解氧含量的关系
2．植物营养物
植物营养物主要是指氮、磷、钾以及硫及其化合 物，它们是植物生长发育所需要的养料，但过多 的营养物质进入水体，将恶化水体质量，影响鱼 类的生长和危害人体安康。
等大大增加，造成了对水体的污染，
从而影响，甚至危及人类的生存与开
展。
第一节 水体污染物与水体污ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源
水体是指河流、湖泊、池塘、水库、 沼泽、海洋以及地下水等水的聚集体。 在环境学中，水体不仅包括水本身，还 包括了水中的悬浮物、溶解物质、胶体 物质、底质(泥)和水生生物等。
1984年公布的中华人民共和国水污染防治法 中为“水污染〞下了明确的定义，即水体因某 种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或 者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有 效利用，危害人体安康或者破坏生态环境，造 成水质恶化的现象称为水污染。
呼吸作用(全日进行、使DO减少)
3．重金属
这里的重金属主要是指汞、镉、铅、铬，以及 类金属砷及其化合物，也包括具有毒性的锌、 铜、钴、镍、锡等。重金属以汞毒性最大，镉 次之，铅、铬、砷也有相当的毒性，被人们称 为“五毒〞。
溶解氧
耗氧量 解氧
有机废物含量 体)
污水排放口
下
游
耗氧量
溶解氧
有机废物含量 体)
剩余溶 ( 低污染水
溶解氧 不足
(高污染水
污水排放口 下
游
水体中有机废物与溶解氧含量的关系
2．植物营养物
植物营养物主要是指氮、磷、钾以及硫及其化合 物，它们是植物生长发育所需要的养料，但过多 的营养物质进入水体，将恶化水体质量，影响鱼 类的生长和危害人体安康。
等大大增加，造成了对水体的污染，
从而影响，甚至危及人类的生存与开
展。
第一节 水体污染物与水体污ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源
水体是指河流、湖泊、池塘、水库、 沼泽、海洋以及地下水等水的聚集体。 在环境学中，水体不仅包括水本身，还 包括了水中的悬浮物、溶解物质、胶体 物质、底质(泥)和水生生物等。
1984年公布的中华人民共和国水污染防治法 中为“水污染〞下了明确的定义，即水体因某 种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或 者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有 效利用，危害人体安康或者破坏生态环境，造 成水质恶化的现象称为水污染。
呼吸作用(全日进行、使DO减少)
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D eposition, b u ria l, a n d lith ifica tio n
R ocks under high term peratures and pressures
in deep crust and m a n tle
R e crista lliza tio n in so lid sta te
Tim e ...
Fig. 1.3
A D ifferentiating Planet
Fig. 1.6
L ith o s p h e re H yd ro sp h ere Atm osphere B iosphere
Fig. 1.9
C hapter 2: M inerals: B uilding B locks of R ocks
O ur Solar System
G eology is a science...
...just like chem istry and physics!
G eologists face the special challenge of not being able to do experim ents in the sense that chem ists and physicists do.
另一方面，全球变化的研究又具有 十分明确的应用目标，它的研究成果 直接用于自然资源的合理开发利用， 农林牧副鱼的合理布局，水、土、气 污染的控制以及全球环境问题上的重 大决策，为保护和改善几代人的生存 环境作出贡献，具有全局性的战略意 义。
二、全球变化研究计划概述
全球变化研究是本世纪80年代以来 国际科学界所组织的意义深远、规模最 大的一项合作研究计划，涉及地球科学、 宏观生物学、天体科学、遥感技术等众 多的自然科学和社会科学学科领域，具 有高度综合和交叉学科研究的特点以及 跨世纪的影响，代表了当今世界科学的 发展趋势，吸引了全世界众多的科学团 体和科学家的积极参与。
世界气候研究计划（WCRP）
国际地圈－生物圈计划（IGBP）
全球环境变化中的人类因素计划（HDP）
WCRP着重研究气候系统中物理方面的问题， IGBP则着重研究地球系统中的生物地球化学问题。
1．世界气候研究计划（WCRP）
WCRP目的是扩充人类对气候机制 的认识,探索气候的可预报性及人类对 气候的影响程度,它包括对全球大气、 海洋、海冰与陆冰以及地表的研究。
从科学上看，全球性环境问题是地 球系统整体性行为的结果，涉及到地 球系统各层圈的相互作用，生命系统 与无生命系统的相互作用，以及地球 系统中三大基本过程的相互作用，最 终影响到地球可居住性这样一个重大 战略性问题。
第一节、 全球变化学的概念
一、 定 义 全球变化学是研究地球系统整体行为 的一门科学。它的主要目的是了解地球 系统是如何工作、如何运转的；研究地 球系统过去、现在和未来的变化规律和 控制这些变化的原因和机制，从而建立 全球变化预测的科学基础，并为地球系 统的管理提供科学依据。
全球变化学的理论基础是地球系统科学 （earth system science），它是研究 地球系统各组成部分之间的相互作用，发 生在地球系统内的物理、化学和生物过程 之间的相互作用，以及人与地球系统之间 的相互作用的一支新兴学科。它以整个地 球为研究对象，但并不是一门凌驾于所有 地球科学、环境科学和宏观生物学之上的 “超级学科”，而是以学科之间的交叉地 带作为其主要研究领域的一门交叉学科。
o f n e w m in e ra ls
Fig. 3.1
Sm all-scale Folds
Sm all-scale Faults
Phil D om brow ski
Fig. 10.1
Tom Bean
Fig. 在于人类本身对环境的影响已经接近 并超过自然变化的强度和速度，正在 并将继续对未来人类生存环境产生长 远的影响。
Breck P. Kent
C hapter 4
Igneous R ocks
S olids from M elts
Ionic R adii D eterm ine Packing G eom etry
Photom icrograph of B asalt
Fig. 2.13
R em ote M ethods
M e ltin g o f ro cks in hot, deep crust and u p p e r m a ntle
C rysta lliza tio n (so lid ifica tio n
of magma)
W eathering and erosion of rocks
exposed at surface
从90年代开始，全球变化将开始一系 列的核心计划，成为未来10－20年世界 科学最活跃的一个研究领域。估计可能 在学科之间的交叉地带产生许多新的思 想和理论，并在物理、化学和生物过程 相互作用的基本理论方面有新的突破。 同时，由于交叉、综合、相互作用过程 研究的需要，可能在学科研究方法上产 生重要的变革。
Interpretation of S eism ic S ection
R o c fk o r m i n g p ro c e s s
S ource of m a te ria l
Fig. 4.1
M ajor R ock G roups
IG N EO U S
SED IM E N TAR Y M E TAM O R P H IC
这些重大的全球环境问题已经远远 超过了单一学科的范围，迫切要求从整 体上来研究地球环境和生命系统的变化， 从而提出了地球系统的概念，它是由大 气圈、水圈、陆圈和生物圈组成的一个 整体。
观测技术的发展，特别是卫星遥感技 术的发展，提供了对整个地球系统的行 为进行监测的能力；计算机技术的发展， 为处理大量的地球系统的信息，发展复 杂的地球系统的数值模式提供了工具。 技术的发展加上自然科学各分支学科自 身的进步，到了今天才有可能从整体上、 从学科间的相互作用来研究地球系统和 它的变化。
R ocks under high term peratures and pressures
in deep crust and m a n tle
R e crista lliza tio n in so lid sta te
Tim e ...
Fig. 1.3
A D ifferentiating Planet
Fig. 1.6
L ith o s p h e re H yd ro sp h ere Atm osphere B iosphere
Fig. 1.9
C hapter 2: M inerals: B uilding B locks of R ocks
O ur Solar System
G eology is a science...
...just like chem istry and physics!
G eologists face the special challenge of not being able to do experim ents in the sense that chem ists and physicists do.
另一方面，全球变化的研究又具有 十分明确的应用目标，它的研究成果 直接用于自然资源的合理开发利用， 农林牧副鱼的合理布局，水、土、气 污染的控制以及全球环境问题上的重 大决策，为保护和改善几代人的生存 环境作出贡献，具有全局性的战略意 义。
二、全球变化研究计划概述
全球变化研究是本世纪80年代以来 国际科学界所组织的意义深远、规模最 大的一项合作研究计划，涉及地球科学、 宏观生物学、天体科学、遥感技术等众 多的自然科学和社会科学学科领域，具 有高度综合和交叉学科研究的特点以及 跨世纪的影响，代表了当今世界科学的 发展趋势，吸引了全世界众多的科学团 体和科学家的积极参与。
世界气候研究计划（WCRP）
国际地圈－生物圈计划（IGBP）
全球环境变化中的人类因素计划（HDP）
WCRP着重研究气候系统中物理方面的问题， IGBP则着重研究地球系统中的生物地球化学问题。
1．世界气候研究计划（WCRP）
WCRP目的是扩充人类对气候机制 的认识,探索气候的可预报性及人类对 气候的影响程度,它包括对全球大气、 海洋、海冰与陆冰以及地表的研究。
从科学上看，全球性环境问题是地 球系统整体性行为的结果，涉及到地 球系统各层圈的相互作用，生命系统 与无生命系统的相互作用，以及地球 系统中三大基本过程的相互作用，最 终影响到地球可居住性这样一个重大 战略性问题。
第一节、 全球变化学的概念
一、 定 义 全球变化学是研究地球系统整体行为 的一门科学。它的主要目的是了解地球 系统是如何工作、如何运转的；研究地 球系统过去、现在和未来的变化规律和 控制这些变化的原因和机制，从而建立 全球变化预测的科学基础，并为地球系 统的管理提供科学依据。
全球变化学的理论基础是地球系统科学 （earth system science），它是研究 地球系统各组成部分之间的相互作用，发 生在地球系统内的物理、化学和生物过程 之间的相互作用，以及人与地球系统之间 的相互作用的一支新兴学科。它以整个地 球为研究对象，但并不是一门凌驾于所有 地球科学、环境科学和宏观生物学之上的 “超级学科”，而是以学科之间的交叉地 带作为其主要研究领域的一门交叉学科。
o f n e w m in e ra ls
Fig. 3.1
Sm all-scale Folds
Sm all-scale Faults
Phil D om brow ski
Fig. 10.1
Tom Bean
Fig. 在于人类本身对环境的影响已经接近 并超过自然变化的强度和速度，正在 并将继续对未来人类生存环境产生长 远的影响。
Breck P. Kent
C hapter 4
Igneous R ocks
S olids from M elts
Ionic R adii D eterm ine Packing G eom etry
Photom icrograph of B asalt
Fig. 2.13
R em ote M ethods
M e ltin g o f ro cks in hot, deep crust and u p p e r m a ntle
C rysta lliza tio n (so lid ifica tio n
of magma)
W eathering and erosion of rocks
exposed at surface
从90年代开始，全球变化将开始一系 列的核心计划，成为未来10－20年世界 科学最活跃的一个研究领域。估计可能 在学科之间的交叉地带产生许多新的思 想和理论，并在物理、化学和生物过程 相互作用的基本理论方面有新的突破。 同时，由于交叉、综合、相互作用过程 研究的需要，可能在学科研究方法上产 生重要的变革。
Interpretation of S eism ic S ection
R o c fk o r m i n g p ro c e s s
S ource of m a te ria l
Fig. 4.1
M ajor R ock G roups
IG N EO U S
SED IM E N TAR Y M E TAM O R P H IC
这些重大的全球环境问题已经远远 超过了单一学科的范围，迫切要求从整 体上来研究地球环境和生命系统的变化， 从而提出了地球系统的概念，它是由大 气圈、水圈、陆圈和生物圈组成的一个 整体。
观测技术的发展，特别是卫星遥感技 术的发展，提供了对整个地球系统的行 为进行监测的能力；计算机技术的发展， 为处理大量的地球系统的信息，发展复 杂的地球系统的数值模式提供了工具。 技术的发展加上自然科学各分支学科自 身的进步，到了今天才有可能从整体上、 从学科间的相互作用来研究地球系统和 它的变化。