生物地球化学循环

含
potassium 140 g
sulfur
140 g
量
sodium
100 g
chlorine 95 g
162 mL 67.6 mL 103 mL 63 mL
5钾.4：60.c2%m 4硫.0：70.c2%m 4钠.6：90.c14m% 3氯.9：80.c13m%
magnesium 19 g
10.9 mL
e
1
0.29 0.25 Sb
0
5
1.21
0.67 6
Cr
61.0 31.0 M 0.78 0.43 V
7
g
3
82.4 32.6 Bi 8
0.37
0.21 1
Cu
22.6 11.4 C 1.54 1.63 Zn
1
a
3
74.2 32.7 Mo 8
2.0 2.54
F
478 197. B 469 134. Li
东亚-气候环境重点实验室
2007年4月
2
内容
1 什么是生物地球化学循环（What）
2 研究生物地球化学循环的重要性（Why) 3 生物地球化学循环的驱动力（Who） 4 生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW) 5 常见的生物地球化学循环 (World focused BGC) 6 碳循环问题（Global Warming problem BGC）
湿地松 12.4 0.97 4.80 2.33 1.13 2.19 49.1 34.9 199 2.67 25.5 19.7 5.06 24.2 5.13 草本层
马尾松 15.3 0.43 4.94 2.65 1.54 4.04 57.8 57.0 665 5.58 63.9 19.8 12.1 37.6 8.79
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生物地球化学循环讲义
Introduction to Biogeochemical Cycles 延晓冬 Yan Xiaodong
中国科学院大气物理研究所
东亚-气候环境重点实验室
2007年4月
3
什么是生物地球化学循环？
• 什么是地球系统
0.17 62.7 15.3 85.2 35.5 0.09 0.06 0.05 0.15 14
0.2
0.16 52.6 11.4 33.5 25.6 0 0.01 0.02 0.01 0.67 0.29 0
3.54 88.4 43 42 29.8 0.08 0.06 0.06 0.23 3.13
0.15
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2007年4月
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缓解和控制的机制和方法探索
• 与生物地球化学 循环有关的主要 人类活动影响： • 温室效应 • 酸雨 • 农药富集 • 水生生态系统 富营养化
大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈和人类构成的相互作用着的系统 地球系统是封闭系统（为什么？），但非孤立系统（为什么？）
• 什么是封闭系统
与外界没有物质交换（或净交换为零）的系统 只有在封闭系统中才能讨论物质循环问题
• 什么是孤立系统
与外界既无物质交换又无能量交换的系统
• 什么是生物地球化学循环 物质在地球系统中在各圈层中互相传输或转化，使物质 总量不变的过程之和
• 与能量的单向流动不同，生物地球化学循环使物质通 过生物圈过程重复使用
• 人类已经显著地改变了地球的生物地球化学循环 • 改变了通量 • 产生出新的物质转移路径 • 可能使某些储库储量改变量巨大可导致循环链断裂
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生物地球化学循环讲义
重量百分率
46.6 27.7 8.1 5.0 3.6 2.8 2.6 2.1 1.5
百度文库
氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁 其它所有
7
人
Element
M7700a--ksksggo动动f e物物le或m或e人nt Volume of i体人n 中a体7元中0-素k元g含素p量e含rs量on purified element
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北京河湖中元素含量（％）
湖河名
P
Na K Ca Mg Mn Al Zn Fe Si Pb Cu
后海 前海 北海 昆玉河 八一湖 玉渊潭 动物园 北护城河 亮马河 朝阳公园 柳荫公园 红领巾公园 陶然亭 圆明园
0.1 46.4 7.02 33.7 30.8 0.02 0.07 0.1 0.46 1.9
湿地松 5.40 0.18 22.5 2.31 10.4 42.7 77.4 87.4 413 95.2 4851 27.7 37.8 1230 61.3 土壤层
马尾松 7.36 0.20 21.7 0.56 9.90 53.1 81.8 33.0 242 98.0 5571 36.9 44.3 1256 52.4
表3 不同区域大气沉降重金属年输入量
区域
Hg
Cd
上兰（远郊区）
3.17
4.30
小井峪（近郊区）
4.10
5.71
金胜（工矿区）
6.06
8.65
新城（北城区）
3.57
5.34
亲贤（南城区）
5.39
7.56
晋祠（风景区）
3.54
5.16
平均
4.48
5.79
g/(hm2⋅a) Pb
279.53 326.20 432.20 335.70 393.60 315.90 347.19
生物地球化学循环与全球变化 延晓冬
中国科学院大气物理研究所 东亚区域气候－环境重点实验室
全球变化东亚区域研究中心 Tel: 82995136 Fax: 82995133
Email: yxd@tea.ac.cn
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Introduction to Biogeochemical Cycles 延晓冬 Yan Xiaodong
2镁.2：20.c03m%
iron
4.2 g
0.53 mL
8铁.1：0m.0m06%
fluorine 2.6 g
1.72 mL
1氟.2：00.c00m4%
zinc silicon
2.3 g 1.0 g
0.32 mL
6锌.9：0m.0m03%
0.43 mL
7硅.5：0m.0m01%
8
全国土壤(A层*) 化学组成(μg/kg )
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为什么研究生物地球化学循环？
• 许多物质及对于生命的存在和持续具有决定性的作用 • 决定生命能否存在 • 决定生命存在的最大数量 • 不同物质的生物地球化学循环的特征差别巨大
海水与生 命中元素 含量比较 类似！
15
内容
1 什么是生物地球化学循环（What）
2 研究生物地球化学循环的重要性（Why)
3 生物地球化学循环的驱动力（Who） 4 生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW) 5 常见的生物地球化学循环 (World focused BGC) 6 碳循环问题（Global Warming problem BGC）
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1
要求掌握的内容
1 什么是生物地球化学循环（What） 2 研究生物地球化学循环的重要性（Why) 3 生物地球化学循环的驱动力（Who） 4 生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW) 5 常见的生物地球化学循环 (World focused BGC) 6 碳循环问题（Global Warming problem BGC）
重量百分率
体
oxygen
43 kg
中
carbon 16 kg hydrogen 7 kg
元
nitrogen 1.8 kg
素
calcium 1.0 kg phosphorus 780 g
37 L 7.08 L 98.6 L 2.05 L 645 mL 429 mL
3氧3：.561c％m 碳碳：：212.82% 4氢6：.210c%m 1氮2:.72.6c%m 8钙.6：41.c4%m 7磷.5：41.c1%m
N P K Ca Mg Fe Na Zn Mn Cr Ti Cu Pb Ba Sr
湿地松 7.66 0.29 2.01 2.83 0.76 0.41 17.3 17.7 246 2.11 2.03 5.24 1.03 12.9 3.53 乔木层
马尾松 10.1 0.43 2.49 3.78 0.79 0.19 22.3 22.6 645 2.06 2.82 7.04 1.73 24.9 11.7
0
0.24 45.9 7.23 43.3 29.5 0.06 0.44 0.45 0.64 2.51
0.01
0.06 29.4 5.63 30.6 24.3 0.02 0.41 0.21 0.5 0.73
0
0.06 67.4 9.71 38 29.9 0 0.01 0.02 0.01 0.56
2.62 70.9 14.4 31.6 33.6 0.01 0 0.02 0.01 0.41
• “迷失的碳汇”
• 生物圈在全球碳循环中的作用 • 海洋在全球碳循环中的作用 • 京都议定书
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中国科学院大气物理研究所
32.5 15.4 I
7
a
7
8
3.76
4.44 3
Hg
0.06 0.08 B 47.8 32.5 Na
5
0
5
1.02 0.62 Fe 6
2.94 0.98
49
中国森林土壤背景
10
中国植物器官中元素含量％（常绿阔叶林）
11
中国植物器官中元素含量（人工常绿针叶林）
常量元素 (g／kg)
微量元素 (mg／kg)
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太阳辐射输入
植物
自养细菌
藻类
化石燃料
6.81 72.1 37.5 49 26.8 0.01 0.03 0.03 0.02 11.3
2.14 76 34.5 24.8 33.7 0.08 .0.38 0.32 0.42 10.1 0.12 0.01
1.05 44.7 15.7 32.7 35.2 0.07 0.4 0.24 1.17 3.25
元 均值 标准 元 均值 标准 元素 均值 标准 元素 均值 标准
素
差
素
差
差
差
As
11.2 7.86 K 1.86 0.46 Ni
3
26.9 14.3 Ge 6
1.70 0.30
Cd
0.09 0.07 A 0.13 0.09 Pb
7
9
g2
8
26.0 12.3 Sn 7
2.60 1.54
Co
12.7 6.40 B 1.95 0.73 Se
岩石圈
土壤圈
光合作用
大气圈
风 输 沉 降 排 放
风搬运
5
物种
体积丰度
来源
数量特征
大
氮气 氧气
气
水汽 氩气
化
二氧化碳 氖气
学
氦气 甲烷
组
氪气 氢气
成
氧化亚氮
一氧化碳
二氧化硫
臭氧
氙气
氮氧化物
其它
6
地壳中的元素丰度
元素
Oxygen Silicon Aluminum
Iron Calcium Sodium Potassium Magnesium All others
0.01
2.41 85.8 28 49.7 40.7 0.07 0.11 0.42 0.23 1015
0.04
0.11 78 12.4 18.1 27.4 0.01 0.1 0.16 0.1 4.9
0
0.09 18.9 5.25 44 22.8 0.11 0.14 0.56 0.83 2.97
0 13
大 气 沉 降 输 入 陆 面
14
g/kg
海
洋
氧(O) 857.0
中
氢(H) 108.0
主
氯(CI) 19.0
要
钠(Na) 10.00
元
镁(Mg) 1.350
素
硫(S) 0.885
含
钾(K) 0.380
量
碳( C ) 0.028
硅(Si) 0.003
氮(N) 0.0005
磷(P) 0.00007
铝 (Al) 0.00001