地球系统简介

分类
纵波 横波
纵波 （P波） primary
横波 （S波） primary
特点
传播速度
传播介质状态
较快
固体、液体
较慢
固体
圈层划分
地核
利用时间差预警
横波比纵波强得多，振幅是纵波的3～10倍，是造成 地震灾害的主要因素。利用这两种波速的时间差， 一旦监测到纵波，就赶在破坏性强的横波到来之前 发出预警呢？
➢ 假设生命一定要利用流动的 媒体－海洋、大气或二者兼 有－作为原料和废弃物的传 送带，则孕育生命活动的星 球上的大气将和无生命存在 的星球的大气截然不同。
Lovelock J, 1979. Gaia: A New Look at Life on Earth
火星上没有海洋，生命若想委身于此，就必须
日本自2004年2月起开始测试全国地震预警系统， 到2006年6月止，共发布了855次预警，其中只有 26次是假警报。在2007年10月正式投入使用后该 系统暴露出很大局限性，在数据分析、计算上出了 很多问题。
地壳
地幔 地核
洋壳(6km)
平均17km
陆壳(33km)wenku.baidu.com
33km
2900km
地壳：位于莫霍面以上，平均厚度为17千米；
地幔
地幔 地核
33km
软流层
1000km
2900km
上地幔 下地幔
地幔:位于莫霍面与古登堡面之间，厚度约 为2800千米; 分为：上地幔和下地幔。
地幔
软流层 上地幔
地幔:由富含镁铁的硅酸盐
类组成由上而下,铁、镁含
莫霍面 量渐增
呈固态
岩石圈
软流层:上地幔上部， 可能是岩浆的主要发源 地之一
地幔
岩石圈——
固体地球系统 岩石种圈地貌形态
地圈
地球
物理气候系统 大气圈
系统
水圈
生物圈 全球生态系统
生物地球 水循环 固体地球
化学循环
物质循环
决定着地球表 层水分和能量 的交换和分布， 形成全球气候
总——分——总
地球系统的圈层结构、物质组成及其基本性质
地壳 地幔 外地核（液） 内地核（固）
地球内部圈层划分依据 ——地震波
睡的好香
曾
现
啊 ZZzzz
经
在
“地毯”都没 有,咋睡觉啊?
4.生物圈
1. 生物圈是地球上所有动物、植物和微生物等生物有 机体及其活动空间的总称。
2. 生物圈占据了包括大气圈对流层下部、几乎整个水 圈以及岩石圈表层的薄层范围。地表面以上100米至 水面200以下米之间，集中了绝大部分生物。
3. 迄今为止，生物圈是地球环境特有的组成部分。生 物圈的两个重要部分：植被和海洋浮游生物。
冰雪圈的重要性：淡水来源，反照率。
卫星观测到的北半球雪盖和海冰月平均分布
整个极地生态系统，从浮游动物到海鸟到譬如海豹之类的大型生 物，与北极海冰关系密切。北极海洋附近的降雪减少，海豹们难 以寻觅雪洞作为藏身之处来取暖并躲避北极熊。剩余的全年结冰
的区域将成为本世纪末北极熊和环斑海豹的最后立足之地。
内容
第一章：大气概述 第二章：千变万化的天气现象 第三章：气象灾害 第四章：天气预报与气候预测
考核
• 每一章留一道作业题，打印，交到任课老师 （投到任课老师的信箱里）。课程结束后， 四道大作业的综合评分即为最后成绩。
• 信箱地址：海洋环境学院2楼，进门右手边
第一章 大气概述
授课：赵传湖 海洋环境学院408 Email: chzhao@ouc.edu.cn
Lovelock J, 1979. Gaia: A New Look at Life on Earth
最终形成：盖娅假说（Gaia Hypothesis）
地球类似于一个生命有机体，其表面的沉积物和 大气层的温度、反应气体的化学、氧化还原状态 及pH值等，是由生命有机体的代谢、行为、生长 和繁殖保持动态平衡的。
4. 生物圈产生的“泵”的作用：以生物过程推动能量、 水、物质、动量的输送。
2.3亿年前恐龙开始出现
6500万年前恐龙灭绝
3亿年出现最早的森林
4亿年前陆地出现生物 38亿年前生命出现
5.4亿年前生命大爆发 240万年前人类出现
近万年的 人类文明史
5.人类圈
对人类赖以生存的地球系统有了 不断深化的认识
5. 拉伍格克著，肖显静，范祥东译。2007。盖娅：地球生命 的新视野。上海：世纪出版社，上海人民出版社，P175.
6. 郭豫斌。2009。地球之谜。西安：陕西人民出版社，P232.
故事的开始
如何做红烧肉？
➢ 本科生：把肉放锅里加些东西煮； ➢ 研究生：这个是不行的，要写出多少肉，多少其
他的佐料，怎么煮，煮多长时间； ➢ 博士：过了一个月，出了一本书，书名叫“如何
核心思想：地球是活着的，地球本身就是一个
巨大的有机体，具有自我调节的能力。
Gaia（Gaea）
在希腊神话里，盖娅是大 地女神、大地之母，所有 神灵中德高望重的显赫之 神。她是世界的开始，在 诸神之中最早出现；她是 天神和十二泰坦巨神等神 祗的母亲，是宙斯的祖母， 所有天神都是她的子孙后 代。至今，西方仍常以 “盖娅”代称地球。
科学认识天气
海洋气象学系 2011年8月
积雨云是对流云发展到极盛阶段，常产生较强的阵性降水， 并伴有大风、雷电等现象，有时还出现强的降雹（叫冰雹 云），有时有龙卷风产生。
目标
➢了解大气系统的结构及在地球系统中的作 用，对大气中千变万化的天气现象和主要 气象灾害有所认识，了解当今的天气预报 水平与依赖技术。
§1.1.2 地球系统
地球圈层
‹ 地核
‹ 地幔
‹ 岩石圈
‹ 水圈
地
‹ 大气圈 球
‹ 生物圈
外 部
‹ 人类圈 圈
层
1.水圈
海洋表层环流
垂直结构
垂直速度
Titanic 的悲剧
对于泰坦尼克号海难事故，最普遍为人们所接受 的是泰坦尼克号撞上在海上漂流的巨型冰山。
• 气象原因：
➢ 海雾导致能见度低，冰山距船只有460米时才被 发现，而这艘万吨巨轮又是以每小时22.5海里的 高速向前行驶。
➢ 深层洋流。
深海环流
全球温盐环流构成的输送带
2. 冰雪圈
冰雪圈的5个组成部分：海冰、大陆冰原、季节性雪 盖、永动土和高山冰川，前两者是最重要部分。
相对于液态和气态的水，冰和雪具有相对的稳定性。
冰雪圈覆盖全球海洋的7％，多年冰覆盖陆地表面的 11％，但其覆盖范围可变。
冰雪圈的分布范围对地球表面温度非常敏感。冰、雪 和冻土分为常年（多年）性和季节性。
对人类在地球系统中的位置有 了比较清醒的认识
自20世纪80年 代起，科学家
开始认识到
人类已经有能力影响大范围的， 甚至全球的环境－地球系统。
在当代科学技术的支持下，人类可以 调整自身的行为，使地球环境遵循自 然规律，向着有利于人类的方向发展。 （观测、模拟、行动）
Schellnhuber（1999）
做红烧肉”，打开目录，“第一章，如何养猪”。
内容
地球 系统
大气成 分演化
大气 结构
天气 变化
气候 变化
气候 与天气
……
§1.1.1 认识地球
《淮南子》：天道曰 圆，地道曰方。 古巴比伦：大地是龟 背般隆起的空心山，四 面环海，上盖天罩。
毕达哥拉斯第一个指出天地是球形的，亚里士多 德第一个给出了证据。同时的张衡认为“天如鸡 子，地如鸡中黄”。
利用大气，由此产生了通过大气分析进行生 命探测的想法：检查简单的地球大气化学 构成知识在什么程度上为生命提供证 据？？
Lovelock J, 1979. Gaia: A New Look at Life on Earth
地球大气被其表面上的 生命即生物圈积极地维 持和控制。认为，大气 圈可能是生物圈的外延。 这使得作者更加关注地 球以及地球大气层的本 质。
古登堡面地壳和上地幔顶部（软 流层以上），由坚硬 的岩石组成的圈层部 分。
地核
地壳 地核:组成物质可能是高温高压状态下的 铁和镍
外核:呈液体或熔融状态,它们相对地壳 流动,可能是地球磁场产生的主要原因.
内核:呈固态
外核
地
核
内核
地核:位于古登堡面以下直至地心，厚度 约3400千米。 分为：内核和外核。
小结一
1. 地球是活着的，地球本身就是一个巨大的有机体， 具有自我调节的能力。
2. 对盖娅学说的发展：盖娅不是一个超级生命，而 是多个不同层次的生态系统。
系统地综合分析
地球系统科学
§1.1.2 地球系统
广义：地球系统科学跨越一系列自然科学与社会
科学，地球系统是把地球看成一个由相互作用的地 核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈（包括 人类社会）和行星系统等组成部分构成的统一系统。 重点研究各组成部分之间的相互作用，以解释地球 的动力、演化和全球变化（毕思文，2009）。
地球系统的内涵
精髓：系统地球观。 强调：地球的各个组成作为统一的整体
① 大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等之间的相互作用 ② 物理的、化学的和生物的基本过程的相互作用 ③ 人类与地球科学内部作用
相互联系起来进行综合研究。
§1.1.2 地球系统的组成
地球圈层 ‹ 地核 ‹ 地幔 ‹ 岩石圈 ‹ 水圈 ‹ 大气圈 ‹ 生物圈 ‹ 人类圈
中国地球仪
• 这个地球仪是1623 年专为当时的明朝 皇帝所制，是已知 最早的描绘中国领 土的地球仪，融合 了东西方文化。在 对日食、子午线以 及磁倾角等信息的 处理上已经非常准 确了。
它是一个用彩漆描绘的木质地球仪，它的制作人据说是耶稣传 教士曼纽尔‧迪亚士(Manuel Dias)和龙华民(Nicolo Longobardi) 。 地球仪的制作距今已经三百八十多年（1623年），色彩仍很鲜 艳瑰丽，面漆脱落尚不很严重。地球仪在原存放于紫禁城中， 清灭亡后，逐散落民间。在1938年被一位英国人佩塞维尔爵士 得到。他于1961年将此地球仪捐赠给大英博物馆，现仍收藏在 该馆。
汶川地震的震中映秀与受灾最严重的北川的直线距 离约120公里，如果在映秀监测到纵波后就立即向北 川发出预警，那么北川就可以有约30秒的反应时间， 甚至足以组织学生撤离教学楼了。
地震速报系统示意图
日本人的做法
日本在全国建了1000个地震台，大约20公里就有 一座，在烈度达到5弱以上时发出预警。
• 参与火星研究计划的讨论（NASA，美国航天局， 实验计划基于火星上的生命迹象和地球上的非常相 似，具体做法是抽取火星土壤样本并判断其支持细 菌、真菌或其他微生物生存的适宜程度）。
机遇 号火 星探 测器
Lovelock J, 1979. Gaia: A New Look at Life on Earth.
提出问题： 我们怎么能够确信火星的生命的方式（若有的话） 会在基于地球生命方式而设计的实验之下呈现自身？ 生命是什么？思考生命的本质，希望能找到将生命 作为一个物理过程来对待的综合定义。
Lovelock J, 1979. Gaia: A New Look at Life on Earth.
➢ 生命的过程需要一个超过某 些最小值的能量的流动，使 其启动并持续下去（贝尔纳， 薛定谔，魏格纳等）。
§1.1.1 认识地球
我们的定位：从 太空中看地球， 不仅仅是站在人 类的角度去看。
§1.1.1 认识地球
太空研究真正意外 的收获是，在人类 历史上我们有机会 第一次从太空遥望 地球，从地球之外 观看我们这个蓝色 星球的美景中所获 得的信息，引发了 一整套全新的问题 和问答（Lovelock
J,1979）。
参考书
1. 徐玉貌，刘红年，徐桂玉。2000。大气科学概论。南京： 南京大学出版社，P219.
2. 毕思文，耿杰哲。2009。地球系统科学。武汉：中国地质 大学出版社，P316.
3. 越家康译。2010。是你，制造了天气：气候变化的历史与 未来。北京：人民文学出版社，P329.
4. 叶笃正，周家斌。2009。气象预报怎么做如何用。北京： 清华大学出版社，P224.
James Lovelock
洛夫洛克，1919年7月 26出生于英格兰，毕业 于哈佛大学，从上世纪 60年代开始，以气象学 家的身份开始研究地球。 被称为“独立科学家”， 和其他科学家不同，他 没有大学教职，不属于 任何研究机构，没有学 生。
Lovelock J, 1979. Gaia: A New Look at Life on Earth.
§1.1.2 地球系统
• 在地球演化历史（46亿年）过程中，各圈层在地 球上出现的时间有先后，每一个圈层本身有各自的 特点和运动、演化规律，构成一个复杂的子系统。
大气圈 岩石圈 大洋
……
气象学 地质学 海洋学
相互作用 地球 系统
§1.1.2 地球系统
决定着地壳的 生消，形成地
球系统的海陆
分布格局与各