2地球系统与人类生态系统

采集－狩猎（包括捕鱼）系统
• 是人类生态系统的最初形态，它始于约200多 万年前，以人类能够制造工具并利用工具从自 然界捕获和采集食物为标志。以主动地适应环 境和集体合作为生存之道。
– – – – – – 依靠自身体力 就近采集野生植物、捕猎野生动物， 利用石头、动物骨头等制造工具。 他们通常几十人组成一个群体，彼此合作 人口数量少、迁徙性大 对环境的影响往往是微弱的、局部的，人与自然是 一体的，仍属于自然中的人。
光合 作用 起源
早期为化学进化阶段（40～38亿年前）
中期为细胞进化阶段（38～7亿年前） 晚期（7亿年前以后）为多细胞复杂 生命进化
人 类 起 源 被 子 植 物 和 哺 乳 动 物 起 源 陆 地 动 植 物 起 源
动 脊物 陆椎形 地动态 维物及 管起物 束源种 植 多 物 样 起 性 源 大 增 长
• 从生命出现算起为一天 • 恐龙约绝灭于午夜前半小 时 • 现代人出现于午夜前不到 １分钟
• 人类的可能祖先南猿属出现于300～400 万年前，而人类直接祖先直立人只有约 二百万年的历史 • 如果把地球有生命的历史比作一天，则 生命登陆在晚上10点左右，恐龙出现在 晚上11点半左右，而直立人则是在午夜 前第36秒才出现的。
人
肉食类哺乳动物 (豺、豹、虎)
人
野生肉食类 鸟类 爬行类 (龟、海龟) 家养植食类(绵 羊、山羊、猪、牛) 小羚羊 大羚羊 其他大蹄类 啮齿类 (斑马、长颈鹿) 狒狒 昆虫 数目有限的植物种 家禽偏爱的植物 杂草 已驯化植物种 野生植食类
萨王纳植被型的大量植物种
太阳能
太阳能
人 小肉食类 (北极狐) 大型肉食类 (洞熊) 狼獾 岩羚羊 小羚羊 (高鼻羚羊等) 啮齿类 北极兔 捕食关系 大型植食类 (驯鹿、麝、野 牛、林犀、猛 犸、美洲野 牛、糜、马鹿)
• 作为动物中惟一能够制造和使用工具的有“文 化”的特殊动物，人类以“文化”作为其对环 境适应形式，所谓文化是指人类特有的对所处 环境的适应方式的表现。人类不是通过改变自 身的生理特性来适应环境，而是通过创造一种 既适应于环境又适合于人类的文化来达到适应 环境的目的，因此，人的进化主要地不是自身 的生理的进化，而是“文化”的进化，人类的 发展过程就表现为人类文化的进化过程。
动 物 外 骨 骼 出 现
动 植 物 躯 体 结 构 复 杂 化 、 多 样 化
性 和 有 性 生 殖 起 源
• 6亿年前 多细胞 生物繁 盛于海 洋 • 4.4亿年 前生物 登陆 • 6500万 年前哺 乳动物 和被子 植物出 现 • 200万年 前直立 人出现
2. 3 人类生态系统
人类圈的形成和 发展
•距今20亿年前以来，板块运动
– 以板块运动方式进行的造山运动出现，大陆 裂谷产生，标志着现代意义的板块运动的开 始。自此之后，地壳的演变主要表现为大陆 的合并与解体的板块运动旋回阶段。
• 大气演化
– 原始大气 – 还原性的第二代大气 – 具有氧化性质的第三代大气
• 海洋的演化与大气圈的演化大体同步。
岩石圈=地壳+地幔固态顶部
地壳分大陆壳和大洋壳
大陆壳 岩石圈 大洋壳
大陆壳
• 以工具和火的使用、农业文化的出现、文明社 会的产生和工业革命为标志，人类文化进化的 进程有四次划时代的飞跃，每次飞跃都带来由 人类与其环境组成的人类生态系统的变化，使 得人类对环境的适应能力增强、生存状况得到 改善、人口增加、生存空间扩展。经过四次飞 跃，形成了由人类与自然环境、以及人类所特 有的人为环境和社会环境所构成的人类生态系 统（图2-5）。
太古代
约 20 亿年前
元古代 蒸发岩
黄铁矿 成铁建造
硫酸盐还原Hale Waihona Puke Baidu菌 红层
大气 O2 含量相对变化 大气中 CO2 含量相对变化
生命的进化经历了三个阶段
生命起源
46 40 前 生 命 的 化 学 进 化 生 命 起 源 35 代光 谢合 途作 径用 进起 化源
时 间
30
真核细胞出现
25 20 15 (亿 年 ) 真 起 7 生物登陆 核 源 6 5 细 4 3 胞 2 01 真 核 生 物 多 细 胞 化
工业革命
• 人类的主要生产过程建筑在各种矿产资 源和化石能源的基础之上。 • 现代城市生态系统是人口高度集中、以 人类为中心的人工复合生态系统。 • 资本主义市场经济体系
14～15世纪后的500年中资本主义市场经济体系的建立 • 拉丁美洲大量移民，从事农业开发，给拉丁美洲带去 了封建社会的大庄园和天主教。 • 北美洲的殖民者对当地的印第安人进行大肆的杀戮， 彻底地摧毁了当地土著人的社会系统。澳大利亚的土 著居民亦遭受了同样的命运。 • 印度和东南亚各国在政治上被殖民者征服，接受了殖 民者的统治 • 中国被迫建立通商港口，国家虽然保存了社会的完整 性，但经济却被纳入到为资本主义世界经济系统服务 的方向。 • 日本明治维新， “东洋道德西洋艺”，使得日本迅速 发展为资本主义经济强国。
格 陵 兰 冰 盖 芬 诺 斯 堪 的 亚 冰 盖 白 令 陆 桥 科 迪 勒 拉 冰 盖 劳 伦 冰 盖
巺 他
冰 盖 北 冰 洋 海 冰
2百 万 年 之 前 0.5百 万 年 之 前
1万 年 之 前 1万 年 之 后
农业革命
• 农业导致了人类食物来源的根本性变化，即人类食物 由从野生的动植物中直接获得变为主要地依赖于少数 几种为人类所驯化的植物和动物， • 人类必须不断向系统内投入物质和能量，因此，农业 生产是一项有人的劳动投入的生产 • 农业生态系统是一种以自然为基础的、受人类活动强 烈干预的自然－人为复合系统， • 它以物质循环的非封闭性而显著地区别于自然生态系 统。 • 农业生态系统自出现以来已经历了原始农业、传统农 业和现代农业三个发展阶段。
2. 地球系统
2.1 从地球圈层到地球系统
按空间范围划分的地球
• • 地区(local)——区域(regional)——全球（ global）
按圈层划分的地球
• 从地心到大气层的最外层，可分为地核 、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物 圈、人类圈等。
地球圈层结构的形成
–在早期地球增生的过程 中，熔融状态的铁因比重 大而不断向地球中心富集， 导致地球物质发生分异作 用，形成富铁的地核； –上部较轻的物质形成地 幔， –地幔表层冷却形成原始 的地壳； –地球内部的气体逸出形 成原始的大气圈， –水汽冷凝成大洋。
• 采集－狩猎系统、农业系统和工业城市 系统构成了人类生态系统的三种类型。 其中，采集-狩猎系统在人类的历史上出 现最早，持续时间最长，由人类所驯化 的植物与动物组成的农业生态系统或几 乎全部由人类自己构建的城市系统是目 前人类生态系统的两种最具代表性的形 式。
• 三百多万年前生活在非洲的南猿属是人 类可能的祖先，他们以野生植物和被食 肉动物杀死的动物的腐尸为食，与其它 动物没有严格的区别，在生存竞争中并 不占有优势。
• 200 万年前左右出现的直立人是能够制造工具 、并利用工具获取食物的动物，虽然他们最初 所制造的工具还相当简单，只是一些简单的打 制石器和一些现成的树枝木棒，但这完成了从 猿到人的转化，使人类成为具有“文化”的特 殊动物，从此开始了以文化进化为特征的人类 进化过程。 • 制造工具以及随后学会的对火的使用，大大地 增强了人类的能力，人类的居住空间得到了第 一次扩展，人口数量也有所增加。
生物圈
岩石圈形成和演化的三个 阶段
原始地壳的形成与破坏
陆壳增生
板块运动
原始地壳的形成与破坏
– 如果早期地球有熔融表面冷却，有可能形成 一个不稳定的超铁镁质的固体地壳。这些原 始地壳就是最早的原始大洋壳。 – 原始的地壳并没有被保存下来，它们在随后 的岩浆活动与陨石撞击等演化过程中被破坏 掉了，根据地壳中所发现的最老的岩石推断 ，原始地壳破坏的过程发生在距今40亿年之 前。
人类影响 生物
陆地- 生物 耦合
海冰
海洋
海- 冰耦合
河流 湖泊 陆地
海洋变化：环流、 生物化学
地表变化：地形、土地利用、 植被、生态系统
生 物 圈 与 生 态 系 统 的 概 念
宇宙 生物圈 地球 生态系统
宏观 世界
有机组织
群落
细胞
微观 世界 原子
种群 生物个体
• 生物圈是地球生物群落栖息地，包括有生命 组分和无生命组分。在生物圈中：
人
社会环境
人化自然 人 为 环 境 自然环境
人工自然
采集－狩猎系统
农业系统
工业城市系统 时间
1 万年前
十八世纪中叶前
• 在人类生态系统中，自然环境从地球诞生之日 就开始出现，经过45亿年的演化成为现代的形 式。人为环境中首先出现的是人化自然（受人 类意志明显影响和控制、并已改变了原生状态 的自然系统），以农业的出现为标志，距今已 有近1万年的历史；而人工自然（人类利用自然 物质，经过劳动过程创造出来的物质系统）部 分是工业革命的产物，距今只有几百年的历史 。社会环境大约出现于5000年前，以人类进入 文明社会为标志，并随着人类社会的发展而日 趋复杂。
文明社会
• 在文明社会里，人们的行为受到道德、宗教、法 律等多重社会因素的调节与制约 • 人们按照一定的社会法则、生活方式及社会分工 而形成不同层次的有组织的社会单元。 • 社会分工推动了社会进步，书写文字的出现与文 化科学技术的发展为文化传播提供了更为有利的 条件，人类文化进化的速度从此大大加快。 • 进入文明社会之后，世界经历了小规模城邦文明 和河流沿岸文明之后，出现了波斯、希腊、罗马 和中国等帝国文明。
– 最小的单元就是物种，由所有关系相近且可以杂交遗传 的生物体组成。支持一个物种生存的植物群落和自然环 境叫生境。 – 生活在某一区域的某种物种的所有个体被称为一个种群 。 – 在任何地方都可以找到两种或两种以上的有相互作用的 物种聚集在一起，称为群落，包括各种动物、植物、真 菌和微生物之间的相互作用。 – 一个具有典型植物群落（如沙漠、热带雨林）的地区被 称为植物区系。 – 一个群落的动物、植物、细菌和微生物以及支撑它们的 自然环境被称为一个生态系统。 – 地球上的所有生态系统构成了生物圈。
人类生 全球生 态系统 态系统 固体地 球系统
岩石圈循环
人类活动
地球内能
按环境状态和过程划分的子系统
气候系统
太阳能 输入变化 大气变化：成分、环流 水文循环变化
大气层
气溶胶： O 3 ，等 CO 2 ， H 2O ， O2 ， N2 ， 大气- 冰雪 耦合 热量 交换
云层
大气- 生物 耦合
降雨- 蒸发 陆面辐射 风压
陆壳增生: (40亿年前至20亿年前)
现存最古老的若干陆壳的年 龄为距今39～35亿年， 到30亿年以前，陆地范围尚 不很大，但可能已出现板块 运动的雏形（微板块运动） 。 30～27亿年前（特别是29～ 28亿年前）及19～17亿年是 两个世界范围的造山运动与 陆壳形成时期，估计有50％ ～80％的陆壳是30～27亿年 前形成的。 经过距今19～17亿年、13～ 11亿年、8～6亿年造山运动 ，陆壳面积已与现代接近。
按过程划分的地球子系统
状态（IGBP:地圈－生物圈）：
Geosphere 物理气候系统：大气－海洋：气候 固体地球系统：海陆分布/大地貌格局 Biosphere :全球生态系统：生态类型区/土地覆盖
• 过程：
– 水文循环过程 – 生物地球化学循环 – 岩石圈循环
太 阳 能
物理气候系统
生物地球 化学循环 水循环
南猿属
农业人类
山羊
采 集 -狩 猎者
竞争关系 捕食/互利关系
寒冷干草原、冻原和北方植被型的大量植物种
太阳能
• 距今四万年前以来的“完全的现代人” 智人时期，他们已能够利用石头、动物 骨头等发明制造了比较精巧的成套工具 ，包括形状规整、两面平行的石片，还 有骨器和鹿角器。技术的进步使得这些 祖先们能够适应更为恶劣的环境，从而 生活在更为广泛的地区，从北极圈到热 带地区，
大气圈
地壳 地幔 地核
上地幔 岩石圈
•地核的外核结晶过程中释 放的热量，向其上地幔的 传递，驱动了外核的对流， 导致地球磁场的形成。
岩石圈
上地幔（塑性）
下地幔 （固态）
外核（液态）
内核（固态）
地球表层圈层：
岩石圈 水圈 大气圈 生物圈：指地 球上所有的生 物有机体。上 至大气平流层 的中部，下至 深海海底，厚 度30公里左右。