地球系统科学、生态学和环境科学

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2、强化生态学为社会服务的功能，即通过探索解决 经济发展和环境保护之间的矛盾，实现生态学的自 然、经济、社会功能。包括的内容主要有： 生物生产力的管理。通过改善光合作用的程度，提 高不同营养级生物产品利用效益。 人工生物群落的稳定性。世界自然保护大纲的三大 目标是：保护生态过程和生命支持系统；保护遗传 基因多样性；保护现有物种，促进生物资源的永续 利用。 生态指标体系。建立生态定位站和数据库。动态监 测物种变化，及时提出预报。
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德国联邦政府与德国科学基金会、美国国 家科学基金会相继投入巨资，拟定了分别 为期15年和10年的“地球工程学—地球系 统”等大型研究计划。
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2001年１月，中国科学院院长路甬祥把对“地球系 统整体行为的集成研究”列为新世纪科学家要勇敢 面对的第九大挑战。 2002年10月温家宝同志在中国地质学会80周年纪 念大会上讲话时也强调，必须实现“传统地质工作 向以‘地球系统科学’为核心内容的现代地质工作” 的转变。 我国自然科学基金委地学部也于2002年3月提出了 21世纪初的地球科学战略重点，拟定了“以地球系 统各圈层的相互作用为主线，从我国具有优势的前 沿领域寻找主攻目标”的“十五”优先资助领域战 略。 8
三门具有密切 的内在联系而 又不能互相替 代的姊妹科学
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8.1 地球系统科学
从研究包括人类在内的地球系统角度研 究人类和地球表层关系产生地球系统科学。

地球系统科学的创立 地球系统科学的研究对象及发展趋势
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8.1.1 地球系统科学的创立

地球系统科学最早由美国国家航空与宇航管理局 （NASA）1983年提出。20世纪80年代中期以来，地 球科学发展迅猛，科学家明确提出物理过程与生物过程 相互作用的观点，进而形成了“地球系统”思想。90年 代，这一观点成为地学界共识，美、英、日等国纷纷制 定相关计划，这一学科得以确立并蓬勃发展起来。 1992年美国22所大学将地球系统科学教育纳入课程之 内； 与此同时，联合国《21世纪议程》将地球科学作为可持 续发展战略的科学基础之一。
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从人类诞生以来，从未停止探索地球奥秘的 步伐，但仍远不能达到预防自然灾害、消除 巨大损失的目的。人类对地球的开发、利用、 探索研究活动由来已久，地质学、地理学、 气象学、海洋学和生态学都有悠久历史，但 这些已形成系统研究方法和知识体系的专门 学科，已经不能适应新形势下的需要。鉴于 地球各个圈层间复杂而微妙的相互作用，地 球系统科学自然应运而生。
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环境科学研究人类活动对自然界的影响， 力图发现由人的活动给地球环境带来的各 种干扰、危害和负担，并研究人类如何能 解决这些问题。 基于对地球的自然状况和自然规律的研究， 环境科学向人们提供如何能尽量保护自然、 又能使人类得到发展的科学理论和指导原 则。
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目前已在世界环境科学界达成共识的原则是： 人类要在尊重自然的基础上，来提高自己的 生活质量，只有这样，人类才能与自己生存 的星球共存。
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日本米糠油事件：1968年日本九州爱知县一个食 用油厂在生产米糠油时，因管理不善，操作失误， 致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体 多氯联苯，造成食物油污染。因食用被多氯联苯 污染的食物而得病的人，初期症状是皮疹、指甲 发黑、皮肤色素沉着、眼结膜充血，后期症状转 为肝功能下降、全身肌肉疼痛等，重者会发生急 性肝坏死、肝昏迷，以至死亡。1978年，确诊患 者人数累计达1684人。
工业化后，随着生产力的提高也带来了环 境污染。
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世界著名的“八大公害事件
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比利时马斯河谷烟雾事件:1930年12月1-5 日，比利时马斯河谷工业区内13个工厂排 放的大量烟雾弥漫在河谷上空无法扩散， 使河谷工业区有上千人发生胸疼、咳嗽、 流泪、咽痛、呼吸困难等，一周内有60多 人死亡，许多家畜也纷纷死去.
定了基础。

20世纪50年代，生态学进入现代生态学发展时期，扩 展了人类影响自然环境的广度和深度 。 自20世纪60年代以来，生态学和当代国际重大社会问 题密切相关，成为解决国际重大社会问题的理论基础。
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8.2.2 生态学的研究内容

1、生态研究生物与环境、生物与生物之 间的相互关系。 2、生态学主要以种群、群落和生态系统 的研究为核心。 3、随着全球环境问题日益受到重视，全 球生态学应运而生，并正在成为人们关注 的领域。
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日本水俣病事件：从1949年起，位于日本 熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯 乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含 汞（Hg）的催化剂，大量的汞便随着工厂 未经处理的废水被排放到了水俣湾。1954 年，水俣湾开始出现一种病因不明的怪病， 叫"水俣病"，患病的是猫和人，症状是步态 不稳、抽搐、手足变形、神经失常、身体 弯弓高叫，直至死亡。
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从研究包括人类在内的地球系统角度研究 人类和地球表层关系产生地球系统科学。 从环境质量演化的角度研究人类和地球的 关系及地球的变化产生了环境科学。 从生物的生存环境角度研究地球的变化产 生了生态学。



研究对象一致，研究角度不同，三者研究 领域既有交叉又有差异。
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目录
地球系统科学
生态学 环境科学
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8.2.3 生态学的发展趋势
学科渗透，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、化 学生态学、灾害生态学等等。 生物圈功能研究：生物圈功能的开发给生态 学提出了工艺性的技术问题，也要求生态学 提供解决现实生态问题的科学对策。 为可持续发展提供理论基础：

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其他
森林生态学 中国生态农业建设的历程和成绩 中国的水资源状况 中国湿地利用

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8.3 环境科学

环境是指与人类密切相关的影响人类生活和生产活 动的各种自然力量和作用的总和。 国际环境教育界提出的 “环境”定义要点： 1）人以外的一切就是环境； 2）每个人都是他人环境的组成部分。 环境科学把人类的环境分为两大方面： 自然环境：主要包括，大气环境、水环境、土 壤环境、生态环境和地质环境； 社会环境：主要包括，居住环境、生产环境、 文化环境和交通环境。
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美国洛杉机光化学烟雾事件：从20世纪40 年代起，已拥有大量汽车的美国洛杉矶城 上空开始出现由光化学烟雾造成的黄色烟 幕。它刺激人的眼睛、灼伤喉咙和肺部、 引起胸闷等，还使植物大面积受害，松林 枯死，柑橘减产。1955年，洛杉矶因光化 学烟雾引起的呼吸系统衰竭死亡的人数达 到400多人，这是最早出现的由汽车尾气造 成的大气污染事件。

把地球作为一个有生命的整体来进行研究， 开始一次全新的工业革命，让人与地球生命 系统的和谐关系成为21世纪的主宰，是近年 来环境科学发展的重要飞越。环境是一种 “公共财产”。
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8.3.1 环境问题和环境科学的产生

环境问题早在远古时代就存在，并且古人 用相应的简单措施对付。但由于古代世界 人口数量有限，生产规模小消费小，环境 问题没有成为人类生活的重大问题。
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二、三个研究层次（见P135页）

全球变化：核心问题，包括自然环境变迁，生物量 变迁及人类活动的生态效应。
区域模型：依靠信息将区域和全球变化连接起来， 探讨地球系统全球层次和区域层次之间的相互作用 以及人类行为对全球变化的反聩。


宏观调控信息系统：运用环境工程，解决生态穿凿、 生态工业内部及其两者之间的匹配问题。
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日本富山骨痛病事件：19世纪80年代，日本富山 县平原神通川上游的神冈矿山实现现代化经营，。 然而在采矿过程及堆积的矿渣中产生的含有镉等 重金属的废水却直接长期流入周围的环境中，在 当地的水田土壤、河流底泥中产生了镉等重金属 的沉淀堆积。镉通过稻米进入人体，首先引起肾 脏障碍，逐渐导致软骨症，妇女得上一种浑身剧 烈疼痛的病，叫骨痛病，重者全身多处骨折，在 痛苦中死亡。从1931年到1968年，神通川平原地 区被确诊患此病的人数为258人，其中死亡128人。


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生态学的产生与发展 生态学的研究内容 生态学的发展趋势

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8.2.1 生态学的产生与发展
古希腊 亚历士多德 古中国 贾思勰 法国 布丰 1798年 马尔萨斯 《人口论》 1895年 达尔文 《物种起源》

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1869年，海克尔首先提出生态学的概念。 1935年坦斯勒提出“生态系统”概念。 1942年林德曼提出食物链和金字塔营养结构，确立了 生态系统物质循环和能量流动理论，为现代生态学奠
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美国多诺拉烟雾事件:1948年10月26-31日， 美国宾夕法尼亚州多诺拉镇持续雾天，工 厂排放的烟雾被封锁在山谷中，使6000人 突然发生眼痛、咽喉痛、流鼻涕、头痛、 胸闷等不适，其中20人很快死亡。这次烟 雾事件主要由二氧化硫等有毒有害物质和 金属微粒附着在悬浮颗粒物上。
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伦敦烟雾事件:1952年12月5-8日,伦敦城市 上空高压，大雾笼罩，连日无风。而当时 正值冬季大量燃煤取暖期，煤烟粉尘和湿 气积聚在大气中，使许多城市居民都感到 呼吸困难、眼睛刺痛，仅四天时间内死亡 了4000多人，在之后的两个月时间内，又 有8000人陆续死亡。这是20世纪世界上最 大的由燃煤引发的城市烟雾事件。
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7 日本四日市哮喘病事件：1955年日本第一座石油化
工联合企业在四日市上马，1958年在四日市海湾打 的鱼开始出现有难闻的石油气味，使当地海产品的 捕捞开始下降。1959年由昭石石油公司投资186亿 日元的四日市炼油厂开始投产，四日市很快发展成 为"石油联合企业城"。然而，石油冶炼产生的废气 使当地天空终年烟雾弥漫，烟雾厚达500米，其中 漂浮着多种有毒有害气体和金属粉尘，很多人出现 头疼、咽喉疼、眼睛疼、呕吐等不适。从1960年起， 当地患哮喘病的人数激增，一些哮喘病患者病甚至 因不堪忍受疾病的折磨而自杀。到1979年10月底， 当地确认患有大气污染性疾病的患者人数达775491 人，典型的呼吸系统疾病有：支气管炎、哮喘、肺 气肿、肺癌。
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三、地球系统科学研究的发展趋势

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。
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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。 生态学的英文名称是ecology，由两个希腊词根构 成：likos(房子、住所)、ologs（科学、研究）。 生命系统包括动物，植物，微生物。 环境系统主要包括光、温、水、营养物等理化因素 。
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生态学的发展特征：
1、多学科跨部门的综合研究：国际性研究计划
世界气候研究计划（WCRP） 国际地圈生物圈计划（IGBP） 全球环境变化的人类因素计划（HDP） 国际岩石圈计划（ILP） 深海钻探计划/大洋钻探计划（DSDP/ODP） 全球海洋生态系统动力学研究（GLOBEC） 世界大洋环流实验计划（WOCE）


8.1.2 地球系统科学的研究对象及
发展趋势

一、研究对象
大气圈 水 地球系统科学 圈 岩石圈 生物圈
主要研究组成的地球表层系统，探讨各个圈层相互 作用的体制，分析人类活动引起的生态环境变化，提 高地球系统的生命承载能力。
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地球系统科学中时间尺度是一个关键指标。对地 球上的生物存在威胁的诸如气候变化、大气成份 变化，土地覆盖变化等，10年到100年的时间尺 度尤为重要。 由于方法的限制，传统的地质、海洋、地理科学 只能基于长时间尺度或定时预测。虽然，水文、 气象基于物理客观规律，但是，也只能实现以天、 旬为时间尺度的预测。上述两类时间尺度的研究 均未能建立起时间尺度为50年的理论体系；而生 物过程的时间尺度既可以放大，也可以缩小，其 时间尺度必须基于地球系统科学。
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六大污染事故

在20世纪，世界上最闻名的"六大污染事故"
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意大利塞维索化学污染事故 1976年7月意 大利塞维索一家化工厂爆炸，剧毒化学品 二恶英扩散，使许多人中毒。事隔多年后， 当地居民的畸形儿出生率大为增加。