导论-第8章 地球系统科学、生态学和环境科学

生态发展的模型
生 物 演 化 图
（二）地球系统科学的产生 地球科学是包括地质科学、水文科学和大气科学的 知识体系。进入80年代，人地新型关系将地球系统作 为互相作用的集合，在此基础上产生了地球系统科学。 美国国家航空和宇宙管理局（NASA）出资资助美国 大学地理系的地球系统科学研究，每5年出一本《地球 系统科学报告》。联合国《21世纪议程》将地球系统 科学作为可持续发展战略的科学基础之一。
2. 生态学致力于生物圈的功能研究。 3. 生态学为可持续发展提供理论基础。
§8.3 环境科学
• 8.3.1 环境问题和环境科学的产生 古希腊文明
• 对自然的开发越深入，对自然环境的破坏越严重。 • 大多数古代文明都这样毁灭了，唯有中华文明靠“天人 合一”、“天地人和”、“阴阳调和”的天人观，绵延 5000多年，并且至今仍充满活力。
埃尔顿的《动物生态学》
克莱门茨和席耳福德 《生物生态学》
1935年，坦斯勒提出 “生态系统”概念， 是生态学的重大突破！
1942年，林德曼发表关于 食物链和金字塔营养结构 的研究报告，确立了生态 系统物质循环和能量流动 理论，为研究现代生态学 奠定了科学基础。
食物链
金字塔营养结构
1922年，美国人哈伦·巴洛斯首次提出“人类生态学” 概念，标志着生态学的重点从研究以生物为主体的生态 转向研究以人为主的生态。
• 经典物理中的力学、热学和电磁学也广泛用于地球科 学，20世纪60年代，物理学家对地热场现状的描述达 到了全球规模。
地热场 • 1968年在纽斯卡特尔召开的会上，地球物理场（热场、 磁场）的研究被称为古地球物理学。
• 生物学的发展经历了形态学、解剖学、细胞学、分子生物学 等阶段。第二次世界大战以后，分子古生物学的研究进展迅 速。它的研究大大推进了人们对地球生命起源的认识和生物 演化历史的理解。
◆源自文库
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• 地球系统科学的三个研究层次
全球变化：全球变化是地球系统科学的核心问题。 包括温室效应、海平面上升、海岸线变迁、湖泊 变迁等自然环境变化。
区域模型：卫星和计算机可以同步处理地球上任 何地区的信息，加速了全球变化在全球范围内的 研究。 宏观调控信息系统：运用环境工程，解决生态农 业、生态工业内部及其两者之间的匹配问题。
地形
气候
动物群
3. 考察环境变化对人类生存的影响。 4. 研究区域环境污染综合防治的技术。 5. 加强对自然系统的研究。
地球系统科学、生态学、环境科学 和人类的前途命运密切相关
什么是温室效应 我们知道温室有两个特点： 温度较室外高，不散热。 生活中我们可以见到的玻 璃育花房和蔬菜大棚就是 典型的温室。使用玻璃或 透明塑料薄膜来做温室， 是让太阳光能够直接照射 进温室，加热室内空气， 而玻璃或透明塑料薄膜又 温室效应 可以不让室内的热空 气向外散发，使室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利 于植物快速生长的条件。而地球的大气层和云层也有类似的保 温功能，故俗称温室效应（Green effects）。
• 8.1.1 地球系统科学的创立 （一）地球科学的产生 ＊ 1678年，牛顿将力学定律运用于研究地球的静态 和动态特征，得出地球偏率的结论。 ＊ 根据力学定律，牛顿、康德对潮汐摩擦进行研究， 得出地球自转变慢的结论。
＊ 20世纪，泰勒用力学 的方法研究全球构造，使 地球科学开始摆脱描述阶段。 对地球自转的研究
生态系统的结构（松树）
• 8.2.1 生态学的产生和发展 公元前4世纪，希腊的亚里士多德不仅描述了不同 类型动物的栖息地，而且将其分为陆栖和水栖两类。 介绍农牧渔猎的专著——公元6世纪中国农学家贾 思勰的《齐民要术》。
《 齐 民 要 术 》 贾思勰 《齐民要术》
• 18世纪初出现了现代生态学的轮廓 1798年，马尔萨斯的 《人口论》开阔了生 态学的视野。 1859年，达尔文的《物种起源》提 出自然选择理论，强调生物进化是 生物和环境相互作用的产物。
达尔文和《物种起源》
生态学ecology （由两个希腊词根构成）
likos—房子、住所；
logos—科学、研究； 1869年，德国人海克尔首先提出生态学的概念。
通过研究有关植物、动物和微生物之间依存关系 及其和环境之间的相互作用，生态学成为了一门 独立的科学。
20世纪以前 生态学主要描述 个体的生理特性 20世纪上半叶 生态学进入了定量阶段 提出了若干种群动态模型 瓦尔明的《植物生态学》
• 8.2.2
生态学的研究内容
生态学研究生物与环境、生物与生物之间的互相关系。
生态学主要以种群、群落和生态系统的研究为核心。
随着全球环境问题日益受到重视，如温室效应、臭氧层 破坏、酸雨、沙漠化、生物多样性丧失等，全球生态学 应运而生。
沙漠化
酸雨的成因
•
8.2.3
生态学的发展趋势
1. 生态学向各学科的渗透，出现了能量生态学、数学生态学、 城市生态学、行为生态学、化学生态学、灾害生态学等学 科。
• 8.3.2 环境科学的研究内容 1. 探索全球范围内自然环境的演化规律。 2. 揭示人类活动和自然环境的关系。
人类活动
植被 坡地稳定 性沉积物 生成风化 CO2含量 反照率 蒸腾 土表覆盖 有机物含量 土壤动物群 养分循环结构 土壤 蒸发蒸腾 土壤结构 地表滞流 养分循环 截留 水 覆盖 食物 小气候
• 8.1.2
◆
地球系统科学的研究对象和发展趋势
地球系统科学通过研究大气圈、水圈、岩石圈和生物 圈组成的地球表层系统，探讨地球系统各圈层相互作 用的物理、化学、生物机制，分析人类活动引起的地 球生态环境变化。 地球系统科学中的时间尺度是一个关键指标。 地球系统科学应该能够阐明产生于10年至100年时间尺 度内的各种地球环境现象、过程。
• 工业化提高了社会生产力水平，同时也带来严重的环境 污染，威胁人类的生存。
1952年伦敦烟雾事件
1949年日本熊本县水俣市的水俣病事件
20世纪50年代，美国海洋生物学家卡逊提出了人类所面临 的环境污染问题。1962年，卡逊的《寂静的春天》一书引 起全球性轰动，成为世界上第一部环境科学的研究力作！
高等教育出版社
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第八章 地球系统科学、生态学 和环境科学
讨论： 1. 地球系统科学、生态学和环境科学是三门毫不相干 的学科吗？ 2. 说出这三门不同学科的研究对象分别是什么？
§8.1 地球系统科学
• 地球系统科学将地球大气圈（atmosphere） 、水圈 （hydrosphere） 、岩石圈（lithosphere） 、生物圈 （biosphere）作为一个相互作用的系统，研究期间的 物理、化学和生物的过程，并和人类生活、生产联系 起来，认识现状和过去，预见未来。
• 地球科学仍处在发展中：
地球系统科学的研究需要自然科学 和社会科学多学科的综合。 地球系统科学正在推动可持续发展的研究。
地球系统科学关注人类活动对地球系统 的存在、运动和发展的影响。
§8.2 生态学
• 生态学是研究生命系统和环境系统之间相互作用的机 理、规律的科学。生命系统包括动物、植物和微生物； 环境系统包括光、温、水、营养物等理化因素。