研究對象－地球第一章

宇宙中的地球（自學內容）第二章行星地球簡史第三章地球的物質組成第四章大氣圈—地球的藍色外殼第五章生物圈—大自然的精華第六章水圈—地表變化的主要媒介第七章地球表部圈層的相互作用第八章地球的內部圈層第九章巖石圈內部物質的轉化第十章巖石圈的變形與變位第十一章重力、地磁與核幔作用第十二章新地球觀—地球系統科學第十三章人與資源第十四章維護我們的生存環境地球的時空特征及物質組成地球圈層特征和相互作用地球科學應用地球科學方法論天文學…地理學…地質學研究對象－地球第一章宇宙中的地球（自學內容）地球的時空特征1第十二章

新地球觀－地球系統科學第十二章

新地球觀－地球系統科學2一、地球是一個系統二、地球動力系統三、開放的地球系統四、圈層間的強相互作用五、不可逆的進化六、均變與災變七、各種時間尺度的周期性變化一、地球是一個系統3系統論系統：指由若干相互聯系、相互作用的要素所組成的具有一定功能的有機整體。整體性,關聯性,等級結構性,動態平衡性,時序性等是所有系統的共同基本特征；這些既是系統所具有的基本思想觀點,也是系統方法的基本原則；表現了系統論不僅是反映客觀規律的科學理論,且具有科學方法的含義.系統論系統：指由若干相互聯系、相互作用的要素所組成的具有一定4系統論系統論5系統論整體性：常常又被說成系統整體大于部分。其實質是說系統的整體具有系統中部分所不具有的性質，系統整體不同于系統的部分的簡單加和即機械和。層次性：高層次系統是由低層次系統構成的，高層次包含著低層次，低層次屬于高層次。高層次和低層次之間的關系，首先是一種整體和部分，系統和要素之間的關系。系統論整體性：層次性：6系統論開放性：系統具有不斷地與外界環境進行物質、能量、信息交換的性質和功能，系統向環境開放是系統得以向上發展的前提，也是系統得以穩定存在的條件。穩定性：在外界作用下開放系統具有一定的自我穩定能力，能夠有一定范圍內自我調節，從而保持和恢復原來的有序狀態，保持和恢復原有的結構和功能。系統論開放性：穩定性：7Formore……（一）系統整體性原理（二）系統層次性原理（三）系統開放性原理（四）系統的目的性原理（五）系統突變性原理（六）系統穩定性原理（七）系統自組織原理（八）系統相似性原理（1）結構功能相關律（2）信息反饋律（3）競爭協同律（4）漲落有序律（5）優化演化律Formore……（一）系統整體性原理（1）結構功能相關8地球系統科學大氣圈：氣象學、大氣物理學水圈：海洋學、陸地水文學、水文地質學、冰川學生物圈：生物學遠古大氣圈、水圈和生物圈：地質學地殼：地質學、地理學、地球物理學、地球化學地幔與地核：地球物理學、地球化學、宇宙化學過去的地球科學都局限在某一特定的時間、空間范圍來研究。地球系統科學大氣圈：氣象學、大氣物理學過去的地球科學都局限在9地球系統科學從整體論（Holism）的觀點出發，研究地球這個大系統內各個子系統，即各圈層內部以及圈層之間的運動變化的全過程、形成機制以及可能發生的變化趨勢。地球系統科學則更注意把地球當做一個行星從整體上來認識，進行各種時間尺度的演化研究，而不受地球各原有分支學科的局限。地球系統科學10新地球觀地球系統科學ppt課件11新地球觀地球系統科學ppt課件12一、地球是一個系統二、地球動力系統三、開放的地球系統四、圈層間的強相互作用五、不可逆的進化六、均變與災變七、各種時間尺度的周期性變化一、地球是一個系統13速度

太陽系

220km/s

地球公轉30km/s

地球自轉

(赤道)230m/s

空氣流動0-n×10m/s

水的流動0-nm/s

巖石圈0-ncm/a

地幔0-nmm/a地球是一個動力系統，地球上所有物質都在不斷地運動。速度太陽系214地球上不同物質（水、空氣、生物、固體巖石圈、固態地幔和液態外核）的運動都有其獨特的動力學機制，它們均受到地球內部和外部因素的影響。

地球內部：地球重力場、地球自轉及其速度 變化、溫度差異、壓力變化、物質成 分不均一等

地球外部：月球、行星、太陽系以至于銀河 系的引力和輻射影響等地球上不同物質（水、空氣、生物、固體巖石圈、固態地幔和液態外15一、地球是一個系統二、地球動力系統三、開放的地球系統四、圈層間的強相互作用五、不可逆的進化六、均變與災變七、各種時間尺度的周期性變化一、地球是一個系統16地球是一個開放系統，自誕生以來，整個系統與周圍環境之間就一直發生著質量、能量與動量的交換。

地球從宇宙中接受質量和能量 星子吸積,隕擊 太陽輻射能，宇宙射線

地球系統不斷地耗散能量 熱量散失 轉動慣性能消耗，自轉減慢地球是一個開放系統，自誕生以來，整個系統與周圍環境之間就一直17地球是宇宙巨系統中的一份子影響地球各圈層的運動變化的宇宙因素：地球自身軌道的變化：地球自轉速度的變化，地極移動，地球繞太陽系質心公轉軌道半徑或偏心率的變化，黃赤道交角的變化宇宙星體對地球的影響：月球、太陽或大行星對地球引力的變化，太陽輻射能（如黑子）的變化，隕石撞擊作用太陽系的變化：太陽系穿越銀道面以及太陽系在銀河系內公轉一周地球是宇宙巨系統中的一份子地球自身軌道的變化：地球自轉速度的18一、地球是一個系統二、地球動力系統三、開放的地球系統四、圈層間的強相互作用五、不可逆的進化六、均變與災變七、各種時間尺度的周期性變化一、地球是一個系統19地球系統由多個子系統（圈層）構成。子系統間具有強相互（非線性相互作用）作用。地球系統的復雜性：地球各子系統間發生的強相互作用而自發地涌現出系統總體性狀、結構與動力學行為。耦合作用：兩個（子）系統通過相互作用，批次影響一致緊密地聯合起來。解耦作用：通過互相作用后，兩體系解除耦合關系，仍分別各具特色、自成體系的現象。圈層間的相互作用地球系統由多個子系統（圈層）構成。圈層間的相互作用20二十世紀八十年代美國JohnMartin提出了“鐵假說”，認為海水中鐵元素的缺乏，限制了浮游植物的生長，因為海洋浮游植物的生長必須有微量的鐵，而鐵在現代氧化環境下的海水中極難溶解。冰期時風塵大作，為大洋帶來鐵元素、提高生產力，從而降低大氣二氧化碳，正好解釋了極地冰芯中溫室氣體(CO2,CH4)的濃度、大氣降塵的濃度與冰蓋體積一起變化的記錄。為了檢驗“鐵假說”，近年來在東太平洋和南大洋先后進行了“鐵肥試驗”，從船上將二價鐵傾入海中，果然誘發出藻類勃發，生產力增加高達數十倍，證明了鐵的確是大洋生產力的限制因素，而且風塵增加可能是冰期中大氣CO2減少的原因，也證明了陸地-海洋-生物-大氣之間環環相扣的因果關系。陸地-海洋-生物-大氣之間環環相扣:鐵假說二十世紀八十年代美國JohnMartin提出了“鐵假說”，21一、地球是一個系統二、地球動力系統三、開放的地球系統四、圈層間的強相互作用五、不可逆的進化六、均變與災變七、各種時間尺度的周期性變化一、地球是一個系統22地球的演化在時間演化上具有不對稱性和單向性，即不可逆性。經過隕石研究、高溫高壓試驗以及宇宙化學、天體物理學、天文學、地質學和生物學研究，人們已經認識到整個地球都經歷了由簡單到復雜、由低級到高級的不可逆演化過程。地球的演化在時間演化上具有不對稱性和單向性，即不可逆性。23生物界 由低級到高級、由簡單到復雜的不 可逆進化地球

地球是如何演化的？生物界地球24太陽系的起源(星云說)

太陽周圍的固體與氣體物質，經過約500萬年快速旋轉和冷凝；以固體顆粒(小圓球狀的星子)為中心，通過反復隨機碰撞吸積、增大質量；逐漸形成太陽系的八大行星。太陽系的起源(星云說)太陽周圍的固體與氣體物質，經25一、地球是一個系統二、地球動力系統三、開放的地球系統四、圈層間的強相互作用五、不可逆的進化六、均變與災變七、各種時間尺度的周期性變化一、地球是一個系統26均變論（郝頓和萊伊爾）許多大變化是由一系列微小的變動逐漸積累而形成的災變論（居維葉）生物演化過程中，“沒有一種緩慢進行的原因能產生突然的效果”，“所以地球上的生命進程曾多次被可怕事件所打斷”，“地球表面曾經歷過相繼的革命及各種災變”。均變論（郝頓和萊伊爾）27地球的演化，并不是勻速、線性地發展的，而是進行著變速的演化，表現為相對均勻變化與突變（災變）交錯相間的特征。地球演化過程中既有“均變”，也有“災變”，呈現為一種穩定期與活躍期相間的變化過程，常常是一個較長時期的、相對穩定的發展與一個較短時間的、激烈變化的“災變”事件交替地演化。地球的演化，并不是勻速、線性地發展的，而是進行著變速的演化，28新地球觀地球系統科學ppt課件29穩定期（均變期）是一種非平衡的相對靜態，演化呈現為相對有序的特征。這一時期表現為：大氣圈的年平均溫度基本穩定；氣候帶的劃分基本固定；海平面變化幅度較小；生物穩定地繁衍、復蘇或發育；地磁極變化幅度較小；地層內表現為連續沉積，地層之間呈現為整合接觸關系；地球內部熱能處于平穩地積累和釋放狀態，巖漿活動稀少或微弱；變質作用主要發生在地殼下部，以埋藏變質為主；巖石圈內的構造應力平穩地積累或調整，主應力方向不太明顯，差應力值較小巖石圈板塊小幅度地升降，其水平位移量也相當微弱，巖石僅發生微弱的變形。穩定期（均變期）大氣圈的年平均溫度基本穩定；30活躍期（突變期或災變期）呈現為極不平衡的無序狀態。常表現為：發生異常氣象，大氣溫度劇變，氣候帶遷移海平面大幅度升降生物種群滅絕地磁極翻轉；地層中出現沉積間斷，地層間呈現出角度不整合接觸關系；地球內部熱能大量釋放，巖漿活動與各種變質作用劇烈；巖石圈內構造應力猛烈釋放，巖石發生強烈變形，構造應力的定向性明顯，差應力值較大，板塊升降幅度與水平位移量都較大。常發生大規模的隕擊事件，各天體對地球的引力作用常出現某種的異常變化。活躍期（突變期或災變期）發生異常氣象，大氣溫度劇變，氣候帶遷31災變事件以一定的先后次序依次發生：首先，以一次巨大的隕擊作用作為誘發因素，引起全球電磁場劇變和地磁極的翻轉；隕石撞擊巖石圈表層引起大爆炸，粉塵升到大氣圈上部，遮蔽了太陽幅射能，造成全球氣溫驟降；巨大的隕擊坑使地表地形發生巨大變化，也可引起海平面的劇烈變化，發生海嘯；隕擊作用產生的粉塵落到地面上之后，形成一層富含鉑族元素或重稀土元素異常的粘土層；隕擊作用后幾年到數萬年的時間內，大氣與海洋環境的巨大變化，不能適應環境的生物大量滅絕。災變事件以一定的先后次序依次發生：首先，以一次巨大的隕擊作用32新地球觀地球系統科學ppt課件33新地球觀地球系統科學ppt課件34新地球觀地球系統科學ppt課件35新地球觀地球系統科學ppt課件362-5萬年前重約7萬噸的隕石，以每