地球系统科学第一讲
09-地球系统科学
一、地球是一个系统 二、地球动力系统 三、开放的地球系统 四、圈层间的强相互作用 五、不可逆的进化 六、均变与灾变 七、各种时间尺度的周期性变化
一、地球是一个系统
• 地球系统科学—新的地球观
–大系统，学科众多，相互交叉
• 从整体论（Holism）角度研究 • 从宇宙体系角度来全面认识行星 地球：将地球作为一个行星
活跃期（灾变） 活跃期（灾变）
突变期或灾变期，呈现为极不平衡的无序 状态。 • 常表现为发生异常气象，大气温度剧变， 气候带迁移 • 海平面大幅度升降 • 生物种群灭绝 • 地磁极翻转； • 地层中出现沉积间断，地层间呈现出角 度不整合接触关系；
活跃期
• 地层中出现沉积间断，地层间呈现出角 度不整合接触关系 • 地球内部热能大量释放，岩浆活动与各 种变质作用剧烈； • 岩石圈内构造应力猛烈释放，岩石发生 强烈变形，构造应力的定向性明显，差 应力值较大，板块升降幅度与水平位移 量都较大。 • 常发生大规模的陨击事件，各天体对地 球的引力作用常出现某种的异常变化。
• 地磁极变化幅度较小； 地磁极变化幅度较小
稳定期
–地层内表现为连续沉积、地层之间呈现为整 合的接触关系 –地热能稳定积累，热活动微弱；岩浆活动稀 少和微弱；以埋藏变质为主； –构造应力逐渐积累与调整，主应力方向不明 显，差应力值小；板块稳定升降，水平位移 量较小；岩石变形微弱； –陨击作用微弱，各天体处于相对稳定。
• 1998年Zahnle认为地球上水主要由富含冰 (固体的H2O)的慧星撞击地球所致。 • 关于水的起源，留下的证据不足，也许 两种成因──岩浆排气与慧星撞击可能都 同时存在。 • 一般认为85%的大气圈与水圈(海洋)是在 44亿年前形成的。
《地球的系统》课件
地球的大小
地球的平均半径约为6371公里，赤道半径约为6378公里，极半径约为 6357公里。
地球的表面积约为5.1亿平方公里，其中海洋面积约占70%至71%，陆地 则占29%至29%。
地球的大小和表面积对于地球的气候、生态系统和人类生活等方面都有 重要影响。
季风气候等。
极地气候
全年低温少雨，极端寒冷或酷 热。包括极地苔原气候、极地
冰原气候等。
高山气候
因海拔较高而形成独特的气候 特征，温差大，降水多。
05
地球的水循环系统
水循环过程
蒸发
水从地表、植物表面等蒸发进入大气中。
径流
降水在地表形成水流，经过河流、湖泊等水 体最终汇入海洋或内陆湖泊。
降水
蒸发形成的水汽在一定条件下形成云，进而 形成雨、雪等降水形式。
04
地球的气候系统
大气层
大气层结构
大气的作用
从下往上分为对流层、平流层、中间 层和热层，每层有不同的温度和压力 变化。
保护地球免受太空射线、陨石等有害 物质的伤害，调节地球温度，影响气 候变化。
大气组成
大气主要由氮、氧、氩等气体组成， 还包含水蒸气、臭氧、二氧化碳等成 分。
气候变化
温室效应
大气中温室气体（如二氧化碳和 水蒸气）的增加导致太阳辐射无 法完全逸出地球表面，引起全球
蒸散发
水体表面的水分蒸发和植物蒸腾作用，以及 地表水体向大气的蒸发。
水资源分布与利用
淡水资源
地球上淡水资源有限，主要分布 在南极洲、北极地区、高山冰川
和河流湖泊等地区。
水资源利用
人类通过开采、引水等方式利用 水资源，主要用于农业灌溉、工
地球系统科学讲义
目录1.全球变化 (2)●三个问题：当前全球环境问题（温室效应和全球变暖P2）、早期全球变化（短时间尺度的全球变化P2）、地球系统的运行（雏菊世界P7）●人类可以在很多方面改变环境：全球变暖、臭氧层空洞、森林砍伐和物种灭绝（我们最应该关注的变化P4）●人类活动的影响可以通过历史时期的资料来证实：冰芯记录二氧化碳浓度变化（探寻1958年以前二氧化碳浓度P3）、K-T边界与白垩纪—古近纪物种大灭绝的对应（白垩纪—古近纪大灭绝研究进展P5）2. 气候模型与温室效应 (8)3. 海洋环流 (12)（为什么会形成海洋环流？P13表层海洋环流和深层洋盆环流的作用机制是什么，他们之间的相互关系如何？P13海洋环流在全球气候系统中扮演什么角色？P13）4. 大气圈、冰冻圈、岩石圈补充知识 (17)（P17 冰冻圈相关知识P18 岩石圈知识点补充地震监测、地磁测年、威尔逊循环P20 大气圈知识点补充行星尺度天气系统）5. 碳和营养元素的循环 (20)（P24 短期有机碳循环：P26 长期有机碳循环：碳泄漏、沉积岩中的有机碳P26 无机碳循环海气碳交换、化学风化、碳酸盐矿物沉积P28 碳酸盐-硅酸盐地球化学循环）6. 地球和生命起源 (29)7. 生命对大气的影响_地球上氧气含量的上升 (34)（早期生命对大气的影响P34氧气含量上升的地质证据P35现代大气中氧气含量的控制机制P37）8. 地球历史上的气候调节 (41)（P46 寒武纪以来的气候调节石炭-二叠纪大冰期以及温暖的中生代）9.更新世冰期 (47)10. 全新世以来的气候变化 (50)（全新世气候主要特点及控制因素 P53代用数据在全新世气候研究中的重要性全新世暖期和冷期全新世气候最佳适宜期 P50中世纪暖期 P51小冰期 P51火山与气候 P52）11.全球近期和未来气候 (53)（基于人为排放CO2的全球气候估算与预测P53全球变暖的影响、适应与减缓P55）1.全球变化幻灯片2第一讲全球变化幻灯片3温室效应和全球变暖温室效应全球变暖●真实存在的自然过程●地球本身释放的温室气体的保温作用●有数据支撑的一个假说●人类活动下化石燃料的燃烧增加排放的温室气体的增温作用幻灯片16全球变化-尺度的重要性●空间尺度的重要性-什么现象是全球性的，什么现象是局地的●时间尺度的重要性-地质历史时期地球发生了哪些变化，现阶段不同时间尺度的现象哪个会占主导幻灯片17短时间尺度的全球变化●全球变暖：认识——争议——统一幻灯片19对二氧化碳浓度的观测●Keeling曲线：夏威夷最高点Mauna Loa山山顶（海拔4300米），此地空气来自广袤无人的西太平洋上空，基本可排除点源污染的影响●幻灯片21Keeling曲线证明的事实●近50年二氧化碳的浓度在增加●这种增加趋势在去1958年以前就存在●近50年二氧化碳浓度呈现加速增长趋势●二氧化碳浓度存在着规律的年内波动趋势●一些自然现象可以在短暂数年内影响变化趋势，但并不对总体变化趋势构成影响幻灯片22Keeling曲线不能证明的事情●1958年以前大气中的二氧化碳是如何变化的●二氧化碳是从什么时候开始增加的●幻灯片23探寻1958年以前二氧化碳浓度●在实测数据难以获得的情况下，我们应该如何去了解历史上的二氧化碳浓度？●南北两极冰盖中能够找到答案！通过钻取冰芯可以获得冰盖中久远年代封存的气泡，并获得历史上的二氧化碳浓度值。
地球形状与地球系统科学a1-院士讲座a1
The distribution of global continental earthquakes
1.the eastern Mediterranean seismic region;2 the Iranian-Arabia seismic region 2.the Mongolian-Chinese seismic region;4.the north American seismic region
地球现今非对称构造及动力模型构想
一、全球板块群组运动的规律性 二、地幔上层北向流模式构想 三、大地水准面双重非对称 四、全球地震2006
张健
一、全球板块群组运动的规律性
1.欧亚与北美板块的张裂与聚合运动 1.欧亚与北美板块的张裂与聚合运动 2.南美、非洲、印度、澳洲板块的群体NNE向运动 2.南美、非洲、印度、澳洲板块的群体NNE向运动 南美 NNE 3.西太平洋板块整体NWW向运动及其前缘的分段 3.西太平洋板块整体NWW向运动及其前缘的分段 西太平洋板块整体NWW 4.东太平洋边缘带几个小板块向东的俯冲 4.东太平洋边缘带几个小板块向东的俯冲 5.南极板块向南大西洋的跟随运动 5.南极板块向南大西洋的跟随运动
The seismic tectonic map of the North Hemisphere
地球系统科学~知识整理
第一章、地球系统科学1、如何认识一个系统：1物质组成2系统各部分中的过程3系统各部分之间的相互作用－反馈2、地球系统科学的定义地球系统科学：将地球大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈作为一个相互作用的系统，研究它们之间的物理、化学和生物的过程，并与人类生活和活动结合起来，借以了解现状和过去，预见未来。
从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间度从几百年到几百万年。
3、地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）、冰雪圈、生物圈和人类圈组成的有机整体。
是作为相互作用过程的集合，而不是单个部分的组合。
4、水体：天然或人工聚集的水成为水体。
5、水圈：地球表层水体的总称。
（水圈中的水以三相存在，分布于地表、地下和大气中。
）6、生物圈：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。
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。
其核心部分，即地表面以上100米至水面200以下米之间，集中了绝大部分生物。
7、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而言，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。
水的冰点恰好位于地球表面最高和最低温度之间约一半之处。
冰、雪和冻土分为常年（多年）性和季节性。
季节性冰、雪和冻土产生的季节影响和年际影响非常显著。
因常年性冰、雪和冻土的分布稳定少变，在十到百年尺度以上，可以产生比较固定的影响过程和影响趋势。
冰雪圈的重要性：（1）稳定的对太阳辐射的高反射率，影响地表能量收支。
（2）极地大气－冰－开放海洋的能量交换过程。
（3）约占总水量的2％，占有地球上近80％的淡水资源。
（海平面）补充：岩石圈地球是由一个物质分布不均匀的同心球层构成，它包括地壳、地幔和地核。
第一讲 地球的宇宙环境(高考地理一轮复习课件)
影响 因素 日 照 时 数 纬度 地势 天气 年 太 阳 辐 射 总 量 纬度
原因 极圈以内地区有极昼、极夜现象，极圈以外 地区夏季日照时数多于冬季 一般地势高的高原日照时数多于地势低的盆 地 多阴雨天气的地区，日照时数少；多晴朗天 气的地区，日照时数多 纬度低，正午太阳高度角大，获得太阳辐射 多 地势高，大气稀薄，透明度高，固体杂质、 水汽少，到达地面的太阳辐射多 晴天多，到达地面的太阳辐射多。由此可知， 山地背风坡太阳辐射强
面的太阳辐射量分布图 ”，读图完成（1）～
（2）题。 （1）图中
太阳辐射丰富区丰富的 共同原因有 ①纬度低 上空臭氧少 A.①② C.②③ B.③④ D.①④ （
C ）
④
②海拔较高
③云量少，晴天多
（2）太阳能作为一种新能源，在未来的经济发展中 意义非凡，关于我国太阳能分布的叙述，正确的是 （ D ） ①我国太阳能丰富区与经济发达区不一致 这样的新能源 发达的地区 能源 ②我国
地环绕，降水量极少，晴天多，日照时间长。2 400小 时＜乙＜2 600小时。乙位于祁连山东南段，可受到来 自太平洋的东南季风的影响，降水较多，晴天偏少，日 照时间较短。
例14
B
C
( 真题对接)日照时数是指每天从日出到日落之间太阳直接 照射到地面上的实际日照时间，以小时为单位。读“我国 部分地区年日照时数等值线图”，回答下列问题。
(2011·海南地理)能被植物光合作用利用的太阳辐射，称为光合有效辐射 (PAR)。下图示意1961～2007年我国年平均PAR强度的空间分布。据此完成 (1)～(2)题。 (1)如仅考虑光合有效辐射，我国农业生产潜力最大的地区是( ) A．长江中下游平原 B．四川盆地 C．华北平原 D．青藏高原 (2)乙地PAR值高于 甲地的主要原因是 ( ) A．纬度高 B．植被少 C．地势高 D．云雨少
第1章 地球系统
1908年通古斯大爆炸 自 然之谜
1906年6月30日，在俄罗斯帝国西伯 利亚森林的通古斯河畔，突然爆发出一 声巨响，巨大的蘑菇云腾空而起，天空 出现了强烈的白光，气温瞬间灼热烤人， 爆炸中心区草木烧焦，七十公里外的人 也被严重灼伤，还有人被巨大的声响震 聋了耳朵。
第三节
地球的整体性质
地球的物理化学性质和运动
宇宙的构成
天体体统
总星系——河外星系 ——银河系 —太阳系以外的星系 —太阳系 －地月系以外的行星系统 －地月系
河外星系
河外星系是银河系以外 的恒星系的总称。观察 所及河外星系有10亿个， 有的有几百万颗恒星， 有的甚至有几百亿、上 千亿颗恒星。按外形可 分旋涡星系、椭圆星系、 不规则星系等。肉眼可 见的河外星系有仙女座 星系、大小麦哲伦云等。
看这位父亲， 没有了重力， 想要推着自 己的孩子遛 弯都不行
感 觉 自 己 就 像 羽 毛 一 样 。 飘 着 的 感 觉
宇 宙 中 的 人
如果地球重力突然增加又会怎样？
不分 分明 适中 适中 短 短 适中 适中
昼夜：长
长
只有一个地球
地外文明探索：
１９６０年美国奥兹玛计划 １９６８年苏联人监听地球附近的１２颗恒星 １９７２年美国执行第二期的奥兹玛计划
１９７２年美国发射“先驱者１０号”，“先驱者１１号”飞向宇宙深处
１９７４年美国向银河系内的球状星团Ｍ１３发出了第一份电讯 １９７７年美国相继发射了“旅行者１号”和“旅行者２号”飞船 ８０年代初，美国国家科学院西替计划 长生鸟计划（1995 、1996美国），比塔计划（1995美国），米塔计划（1985-1990 阿根廷） 雪兰第普计划 （1978—1997美国）， 南雪兰第普计划（澳大利亚，1998） 结论：在宇宙空间中出现原始生命的的概率是极小的，椐统计只有104000分之一。 第４４届联大主席加尔巴忧心忡忡地说:要使各国政府能够认识到，如果地球上的生态 平衡不能得以保持，生物系统不能得以保护，任何发展理论和发展计划都等于零
2第二章-地球系统
V30=403m/s
Vφ =465×COS（φ）， φ为纬度。
V60=233m/s
从北极上空看,地球作逆时针方向旋转 从南极上空看,地球作顺时针方向旋转
（二）地球自转运动的地理意义 1、地面方向及地理坐标的确定
2、昼夜交替及太阳辐射能在地表的分配
南极：最低温-90 ℃ 突尼斯：最高温61 ℃
（二）地球形状的地理意义
成地球上热量的带状分布和所有与地表热状况 相关的自然现象（如气候、植被和土壤等）的 地带性分布
二、地球的大小及其地理意义
大小：地球赤道半径a为6378.140km，极半径c 为6356.755km，总面积5.1×108 平方公里，总 体积10820×108km3，总质量5.98×1027克。
地球上的科氏效应
地球上的科氏效应
太平洋上空 热带气旋云图
地球上的科氏效应-三角洲发育
京广线上的火车自北京向广州急驶时，铁 轨哪一侧更易受到磨损？ 西侧 黄河流经晋陕之间，哪边是悬崖？哪边是阶地？
(因为此处黄河自北向南流，所以，西侧陕西被侵蚀成悬崖， 东侧山西堆积成阶地）
4、地球形状的形成与弹性变形产生
由于月球和太阳的
引力，地球体发生
弹性变形，在洋面
上则表现为潮汐。
惯
性
离
心
力
5、产生了地方时
地方时：经度不同的地方，造成时刻不同，这种各地 不同的时刻，称为~。把太阳位于某一经线正上空时， 作为12点。 区时：每隔15个经度划分一个时区，规定每个时区以 本时区中央经线的地方时，作为全区共同使用的时刻。 世界时：以零时区的中央经线中天时刻（12点）为标 准，又称格林尼治时间。
（3）不连续面 ——波速发生突然变化的面
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
不稳定
P2 平均地表温度 P2 P1 稳定平衡态 不稳定 平衡态
平衡系统对强迫的响应
• 在自然界中，简单的扰动很少存在，更多 的是持续的强迫在影响系统，在强迫下， 稳定的负反馈循环很可能回不到初始的稳 定平衡状态。那么在太阳光度增加的强迫 下，雏菊世界会何处何从？
太阳光度增加对雏菊世界的影响
平均地表温度
全球变化—单一学科不能解决的问题
• 哥本哈根会议上各国代表的政治博弈
温室效应和全球变暖
温室效应 • 真实存在的自然过程 • 地球本身释放的温室气体 的保温作用 全球变暖 • 有数据支撑的一个假说 • 人类活动下化石燃料的燃 烧增加排放的温室气体的 增温作用
短时间尺度的全球变化
• 全球变暖：认识——争议——统一
• 进阶读物
• Rui Xin Huang-Ocean Circulation_ Wind-Driven and Thermohaline Processes (2009) • G. Tyler Miller, Scott Spoolman-Sustaining the Earth , Tenth Edition -Brooks Cole (2011)
稳定平衡状态和不稳定平衡状态
不稳定 平衡态 稳定平衡态 稳定平衡态
正反馈循环的稳定性
玩具被拿走 孩子吵闹水平 父母生气水平取决 于孩子吵闹水平
孩子吵闹水平取决 于父母生气水平
父母生气水平 孩子吵 闹水平 父母生 气水平
反馈循环（正）
自然系统反馈循环与理想模式的不同
• 自然系统的成分通常是能量和质量的累加 或者蓄积，而且它们的响应不仅仅取决于 瞬间刺激，还与以前刺激的积累有关。响 应还经常具有一定的滞后时间。在以上孩 子与父母的例子中，如果父母和孩子的生 气都是累积的，那么这种正反馈会逐步升 级直到失控。
• 6550万年前小行星撞击墨西哥尤卡坦半岛 希克苏鲁伯地区（2010年科学杂志）；证 据，全球K-T地层分界线富铱黏土层
小结
• 三个问题：当前全球环境问题、早期全球 变化、地球系统的运行 • 人类可以在很多方面改变环境：全球变暖、 臭氧层空洞、森林砍伐和物种灭绝 • 人类活动的影响可以通过历史时期的资料 来证实：冰芯记录二氧化碳浓度变化、K-T 边界与白垩纪—古近纪物种大灭绝的对应
• 基本教材
• • • Lee R. Kump,James F. Kasting,Robert G. Crane-The Earth SystemPearson (2009) Brian J. Skinner, Barbara W. Murck-The Blue Planet- An Introduction to Earth System Science -Wiley (2011) Steven M. Stanley-Earth System History, 3rd Edition-W. H. Freeman (2009)
自然界的平衡
• 对于只包含一个简单反馈循环的系统来说 ：如果反馈循环是负的，该系统就有一个 稳定的平衡状态；而反馈循环是正的，该 系统则很难达到平衡状态或只能瞬间维持 一个不稳定的平衡状态。 • 自然系统往往同时包含了正负反馈循环子 系统，因此简单的反馈图难以表达自然系 统规律，需要运用数学方法分析
地球系统对强迫的反馈
• 前面曾经提到为了解释早年地球生命存在 于太阳辐射强度的佯谬， James Lovelock 提出了Gaia假说，但一直苦于难以验证， 但是后来他找到了一个充满想象力的验证 方法。
雏菊世界
• 上世纪80年代大型计算机兴起以后，他设 计了一个叫做“雏菊世界”的模型，并通 过计算机模拟得到了很好的验证，给Gaia 假说提供了依据。
北极海冰最小范围变化
北极海冰融化的效应
积极效应 • 欧洲北美贸易的“西北海 上通到”每年可以通航数 周 • 环北冰洋带的城市可能得 到发展 负面效应 • 北极熊以及因纽特人生存 危机 • 格陵兰冰盖加速融化导致 海平面升高
海冰融化是否会导致海平面升高
• 阿基米德定律：浸没在液体中的物体受到 向上的浮力作用，浮力的大小等于被取代 的液体的重量
对二氧化碳浓度的观测
• Keeling曲线：夏威夷最高点Mauna Loa山 山顶（海拔4300米），此地空气来自广袤 无人的西太平洋上空，基本可排除点源污 染的影响
Keeling曲线
Keeling曲线证明的事实
• • • • • 近50年二氧化碳的浓度在增加 这种增加趋势在去1958年以前就存在 近50年二氧化碳浓度呈现加速增长趋势 二氧化碳浓度存在着规律的年内波动趋势 一些自然现象可以在短暂数年内影响变化 趋势，但并不对总体变化趋势构成影响
雏菊世界模型简介
雏菊覆盖度与地表温度
平均地表温度
雏菊覆盖度
雏菊覆盖度
平均地表温度
雏菊覆盖度与地表温度
考虑极限值的雏菊覆盖度对温度 变化的响应
最佳生长温度
雏菊覆盖度 最低温度
最高温度 平均地表温度 平均地 表温度 雏菊覆 盖度
平均地 表温度
雏菊覆 盖度
雏菊世界的平衡状态
P1 雏菊覆盖度 P1 P2 平均地 表温度 平均地 表温度 稳定 雏菊覆 盖度 雏菊覆 盖度
太阳光度的变化
早期太阳暗淡佯谬
• 根据太阳光度随时间变化情况显示，早期 地球会远比现在寒冷 • 目前的实测结果显示38亿年前地球就有液 态水的存在，而35亿年前就有生物体存在 了 • 可能的解释：地球早期的温室气体含量远 高于现在。 • 随之而来的问题：温室气体为何能够随着 太阳变亮而降低？是因为巧合还是地球本 身具备维持稳定的机制？
反馈循环
• 空调的例子中，成分之间的两个耦合形成 的一个“往返”，即反馈循环。反馈是一 个变化和对变化响应的自我延续机制。 • 例图 空调温度 体温
正耦合
体温 体温
负耦合 反馈循环（负）
空调温度 空调温度
反馈循环实例
• 学生A期中考试考砸了，老师B找他谈话，老师的 谈话方式可能是（讨论）。可能的结果是（讨论） • 老师B严厉批评，学生A知耻后勇，期末考试丰收 （负反馈循环，批评成为激励） • 老师B严厉批评，学生A自暴自弃，期末考试继续 退步（正反馈循环，批评成为打击） • 老师B好言安抚，学生A重塑信心，期末考试丰收 （负反馈循环，安抚成为打气） • 老师B好言安抚，学生A忘乎所以，期末考试继续 退步（正反馈循环，安抚成为放纵）
耦合
• 从人体生理的这些例子可以看出，人体 “系统”的组成部分不是独立存在的，它 们相互关联，使得信息从一个成分传向下 一个成分。这些关联称作耦合。
系统内部的各种耦合
• 例子：空调 • 正耦合：在正耦合中，一个成分的变化是 导致与之相关联的成分发生同方向变化的 促进因素。用箭头表示 • 负耦合：在负耦合中，一个成分的变化是 导致与之相关联的成分发生反方向变化的 促进因素。用圆形箭头表示
太阳光度增加
太阳光度不变
雏菊覆盖度
雏菊世界的耦合对强迫的响应
P1’ 雏菊覆盖度 P1 ΔT0 P2’ ΔTf P2 平均地表温度 P2 P1’ ΔT0：无反馈时的温度变化 ΔTeq ：新旧稳定平衡的温度变化
Keeling曲线不能证明的事情
• 1958年以前大气中的二氧化碳是如何变化 的 • 二氧化碳是从什么时候开始增加的
探寻1958年以前二氧化碳浓度
• 在实测数据难以获得的情况下，我们应该 如何去了解历史上的二氧化碳浓度？ • 南北两极冰盖中能够找到答案！通过钻取 冰芯可以获得冰盖中久远年代封存的气泡， 并获得历史上的二氧化碳浓度值。
Dome C数据证明了什么
• 地球历史上二氧化碳浓度与温度高度正相 关，说明把全球变暖归因与温室气体浓度 增加是有依据的 • 地球历史上每过一定的时间会发生一次二 氧化碳浓度激增，然后伴随着数十万年的 缓慢减少，如此循环，这是什么原因？
地质年代表
古生物大灭绝
• Gubbio的铱和K-T边界：
白垩纪—古近纪大灭绝研究进展
Gaia假说
• James Lovelock在1972年提出：维持地球 气候稳定的正是生物自身，生物可以通过 光合作用或改变二氧化碳进入碳酸盐的速 度来使地球保持合适的生存环境。也就是 说地球本身是一个具有自我调节功能的系 统。
Gaia假说
• 这是一个难以得到验证的论断，但是这个 假说提示人们去认识地球系统本身及其运 作规律，以及系统各部分的功能。
地球系统科学
陆胤昊
课程简介
考核方式
• 考勤20分
– 4*5
• 课堂参与10分 • 平时作业20分
– 一次
• 期末考试50分
– 开卷 – 内容以课件为准，题型另行通知
2015-5-17 3
学科背景介绍
• 过去的地学教学的局限性 • 地学前沿研究的内在需要 • 人类生存和可持续发展的客观要求
教材与参考用书
近万年二氧化碳浓度变化
与其他温室气体浓度变化比较
工业革命以来的全球地表温度
温室气体对气候的改变
对于数据结果的质疑和争议
• 仪器或测量方法变化前后数据序列的对齐 问题 • 气象站如何规避城市热岛效应 • 测试点分布的变化以及全球密度的不均 • 新近测试点时间序列短的问题
其它争议
• 20世纪70年代的北半球短暂降温以及硫酸 盐气溶胶的降温作用。观点一：燃煤尾气 脱硫是70年代以后气温升高的罪魁祸首； 观点二：二氧化碳浓度是决定性因素。 • 实际情况：硫酸盐气溶胶会随着降雨在几 周内被清除，而二氧化碳的温室作用则是 由累计浓度决定的，因为二氧化碳一旦排 放出来，可以在大气中停留上百年。
系统理论和方法
• 系统方法在几乎所有领域中都有所运用： 包括自然科学和社会科学的各个分支。一 个很好的例子就是人体生理学。 • 人体由很多系统组成，这些系统共同执行 维持生命的各项功能：如吸入氧气排出二 氧化碳的呼吸系统；用来进行血液循环、 携带氧气和二氧化碳在整个人体运行的心 血管系统，加工食物并为全身活动提供燃 料的消化系统；感受内外环境变化并控制 其他系统活动的神经系统等