第2章第1節(jié)全球變化的主要過程

第二章全球變化的主要過程與驅(qū)動力本章內(nèi)容：第1節(jié)全球變化的主要過程第2節(jié)全球變化的驅(qū)動力第1節(jié)全球變化的主要過程全球變化的原因是維持地球系統(tǒng)的平衡關(guān)系發(fā)生了變化。這種變化是通過維持地球系統(tǒng)狀態(tài)的某些過程的變異來實現(xiàn)的：初始的變化過程中通過一系列復(fù)雜的驅(qū)動與響應(yīng)的反饋作用而放大，并最終導(dǎo)致各圈層性質(zhì)與全球環(huán)境狀態(tài)的相應(yīng)改變。如氣候變化、海陸分布與地貌形態(tài)的變化、生物地帶的變化等。1、氣候系統(tǒng)與水文循環(huán)過程2、固體地球系統(tǒng)與巖石圈循環(huán)過程3、生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)循環(huán)過程4、人類生態(tài)系統(tǒng)與人類活動過程全球變化的主要過程：物理氣候系統(tǒng)由大氣、海洋、冰雪、陸地表面和生物圈組成，太陽能是物理氣候系統(tǒng)的驅(qū)動力。

1、氣候系統(tǒng)與水文循環(huán)過程氣候形成和維持的物理過程主要與氣候系統(tǒng)的加熱率和輸送過程有關(guān)。如果氣候系統(tǒng)的能量收支與時空分布的平衡受到破壞，將導(dǎo)致物理氣候系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，即發(fā)生氣候變化。雖然氣候系統(tǒng)中的能量變化主要與大氣和海洋的熱力學(xué)和動力學(xué)有關(guān)，但能量循環(huán)過程很大程度上由氣、液和固態(tài)水物質(zhì)所支配，是通過水的循環(huán)來實現(xiàn)的，與水循環(huán)相聯(lián)系的各種過程在氣候系統(tǒng)中至關(guān)重要。氣候變化不僅與氣候系統(tǒng)內(nèi)部的過程有關(guān)，也與地球系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)的過程密切相關(guān)。1）氣候系統(tǒng)能量收支平衡與溫室效應(yīng)與太陽輻射強度及地球軌道要素相關(guān)聯(lián)的到達(dá)地球的太陽輻射能的多少。地球的行星反射率，決定了到達(dá)地球的太陽能被直接反射回太空的份額的多少。

這二者改變所引起的反射率變化均可導(dǎo)致地球?qū)嶋H接收到的太陽輻射的份額相應(yīng)改變。進入到地球系統(tǒng)中的太陽能在地球系統(tǒng)中滯留的時間，與地球的溫室效應(yīng)相聯(lián)系。引起氣候系統(tǒng)能量收支平衡的三個方面：溫室氣體（CO2、水汽、氧化亞氮、甲烷和氯氟烴等）對太陽的短波輻射進入地球影響不大，卻能強烈地吸收地球的長波輻射，從而在地球的表面形成一層保溫層，使地球所接收的太陽能不是馬上就散失掉，而是在其返回宇宙空間之前反復(fù)地加熱地球，使地球變得象溫室一樣溫暖，這就是通常所說的“溫室效應(yīng)”。地球的溫度就是由這些所謂的“溫室氣體”所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)來維持的，溫室氣體的增減會增強或減弱地球的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致地球表面溫度發(fā)生相應(yīng)的變化。溫室效應(yīng)2）大氣和海洋環(huán)流大氣和海水都是流體，地球在吸收和釋放熱量的過程中驅(qū)動著大氣和海洋的運動。大氣從地面獲得的能量是大氣直接從太陽獲得的能量的2.3倍，因此地面是大氣熱機的主要熱源。穿過大氣到達(dá)地面的太陽輻射，約有80％被海洋吸收，然后，通過長波輻射、潛熱釋放及感熱輸送的形式傳輸給大氣。海洋主要通過對潛熱和感熱的輸送推動其上面的大氣運動，強烈地影響氣候；而大氣主要通過風(fēng)應(yīng)力將動量送給海洋，影響海洋環(huán)流，氣候系統(tǒng)正是通過大氣和海洋的運動實現(xiàn)物質(zhì)和能量的傳輸與轉(zhuǎn)化。（1）大氣環(huán)流大氣環(huán)流是指大范圍的大氣運動狀態(tài)。其水平范圍達(dá)數(shù)千千米，垂直尺度在10千米以上，時間尺度在1~2日以上。大氣環(huán)流反映了大氣運動的基本狀態(tài)，并孕育和制約著較小規(guī)模的氣流運動。它是各種不同尺度的天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展和移動的背景條件。大氣環(huán)流的主要狀況（形式）往往決定著全球的或區(qū)域的天氣和氣候類型及其變化。尤其是氣候的異常（如大范圍旱澇的發(fā)生）往往都同大氣環(huán)流的某種持續(xù)異常有關(guān)。全球尺度大氣環(huán)流形式有：赤道—極地之間的能量梯度作用和地球自轉(zhuǎn)的影響所產(chǎn)生的大氣平均經(jīng)圈環(huán)流。赤道地區(qū)大洋東、西兩側(cè)海水冷暖差異形成的大氣緯圈環(huán)流，即沃克環(huán)流。由于海、陸分布及其物理性質(zhì)的不同所產(chǎn)生的熱力差異而導(dǎo)致的季風(fēng)環(huán)流。赤道地區(qū)大洋的東側(cè)是海水上升作用最為強烈的地區(qū)。東赤道太平洋冷水域的上空大氣強烈下沉，西赤道太平洋印度尼西亞海洋大陸上空大氣對流強烈，大氣以上升為主，形成的一個閉合的東西向環(huán)流圈，稱為沃克環(huán)流。沃克環(huán)流是赤道地區(qū)海氣作用的產(chǎn)物。

沃克環(huán)流大氣和海洋以十分復(fù)雜的非線性方式緊密聯(lián)結(jié)在一起，形成一個十分敏感的耦合系統(tǒng)，共同承擔(dān)著地球上能量的傳遞作用，是熱量從赤道向極地傳輸?shù)闹匾绞?。大氣環(huán)流驅(qū)動大洋表層水體發(fā)生相應(yīng)的運動，形成表層環(huán)流。

通過海氣作用導(dǎo)致沃克環(huán)流異常，造成大尺度的環(huán)流異常與全球氣候異常。（2）海洋環(huán)流厄爾尼諾現(xiàn)象拉尼娜現(xiàn)象1）海洋表層環(huán)流2）海洋環(huán)流海洋環(huán)流是海洋盆地的水域中大規(guī)模運動。海洋環(huán)流由海水的密度分布決定，密度又取決于溫度和鹽度，所以也稱為熱鹽環(huán)流。北大西洋的寒冷、高密度、高鹽度水以深層流（或底層流）的形式向南流，在繞過非洲南端后，除部分向北流到印度洋外，其余的一直向東流入太平洋，在此受溫暖和入注淡水的稀釋作用，海水密度降低并上升到表面，然后向西運動返回到大西洋以平衡外流的水體。構(gòu)成了一個跨越大西洋和太平洋之間的水體流動的海洋“傳送帶”。由此造成的水汽交換量達(dá)20×106m3/s

。向北流動的供給水平均溫度為10℃，向南流動的深層水為2℃，每形成1cm3的深水將釋放33.48J的熱量，一年中由此所釋放的總熱量達(dá)20.9×1021J，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地球軌道要素所引起的日照率變化所產(chǎn)生的影響，這些熱量的有無對高緯度的溫度與大陸冰蓋的生消有重大的影響。有人提出大洋環(huán)流-氣候關(guān)系模式來解釋第四紀(jì)冰期——間冰期的轉(zhuǎn)換機制，認(rèn)為：冰期——間冰期的轉(zhuǎn)換是通過大洋傳送帶的開啟與關(guān)閉來控制的，在大洋傳送帶開啟的時期維持與現(xiàn)代相當(dāng)?shù)拈g冰期氣候，當(dāng)大洋傳送帶被關(guān)閉或嚴(yán)重削弱的時期轉(zhuǎn)變?yōu)楸跉夂?。水是地球上唯一同時以液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)的形式存在的物質(zhì)，它是地球系統(tǒng)許多子系統(tǒng)中必不可少的成分，許多過程都是在水的參與下才得以實現(xiàn)的。水循環(huán)是多環(huán)節(jié)的自然過程，全球性的水循環(huán)涉及蒸發(fā)、大氣水分輸送、地表水和地下水循環(huán)以及多種形式的水量貯蓄。降水、蒸發(fā)和徑流是水循環(huán)過程的三個最主要環(huán)節(jié)，這三者構(gòu)成的水循環(huán)途徑?jīng)Q定著全球的水量平衡，也決定著一個地區(qū)的水資源總量。2、水文循環(huán)與氣候系統(tǒng)中的反饋過程水循環(huán)過程控制著地球的溫度和云層的形成、輸送和消散，以及其與太陽輻射的關(guān)系；氣候過程則通過水、熱、物質(zhì)和動能的輸送，控制著陸、海表面和大氣的相互作用，在氣候系統(tǒng)中引起一系列重要的反饋過程。其中四個反饋過程對氣候變化最為重要。水汽反饋云輻射反饋冰雪圈反饋海洋的反饋四個反饋過程：1）水汽反饋水汽反饋是最重要的一種反饋，為正反饋。作為重要的溫室氣體的水汽有效地保持了地球表面的溫度。溫暖的大氣會使更多的水汽從海洋和陸面上蒸發(fā)出來，增強大氣的溫室效應(yīng)。2）云輻射反饋為短波輻射的極好反射體，能夠反射掉入射的太陽能，減少系統(tǒng)可能獲得的總的有用能量，使地球變冷；為紅外輻射的良好吸收體，具有類似溫室氣體的作用，吸收其下地表的熱輻射，同時自身也放出熱輻射，起到減少地面向空間損失熱量的作用，使地球變暖。云對大氣中輻射影響的兩種方式：具體哪種作用占主導(dǎo)地位取決于云的溫度（高度）和云的光學(xué)特性（決定于云中水和冰的比例和云滴的大?。阂话銇碚f，低云以反射作用為主，常導(dǎo)致降溫，而高云則以被毯效應(yīng)為主，常使系統(tǒng)增暖，因此云的反饋既可能是正反饋也可能是負(fù)反饋。3）冰雪圈反饋冰雪圈過程是水循環(huán)過程的一個中間環(huán)節(jié)，能夠有效地調(diào)節(jié)地球表面的能量收支和溫度平衡，包括雪蓋和海冰、冰川和冰原，構(gòu)成了氣候系統(tǒng)的低溫層。

冰雪通過其高反射率和融解成為有效的熱匯，在大氣熱量平衡中起著冷卻面的作用。冰雪圈的反照率具有強烈的正反饋放大作用：溫度降低（升高）→冰雪覆蓋增大（減?。乇矸瓷渎试龃螅p?。仗栞椛錅p少（增多）→溫度降低（升高）。通過反饋作用，微小的擾動有可能被放大，并最終導(dǎo)致全球變化。地球上的冰雪覆蓋主要分布在極地地區(qū)，冰雪過程導(dǎo)致的高緯地區(qū)的降溫作用使赤道與極地之間的溫度梯度增大，緯向西風(fēng)會因此加強，而季風(fēng)環(huán)流可能會被削弱。4）海洋的反饋海洋占地球表面71％、占地球水量97％以上，輻射到海洋表面的日輻射，大部分都能被吸收，正是海洋貯藏了地球所接收的太陽能并將其轉(zhuǎn)化為驅(qū)動物理氣候系統(tǒng)的動力。海洋對大氣運動和氣候系統(tǒng)的重大影響，具體表現(xiàn)在4個方面：一是影響地球大氣系統(tǒng)的熱力平衡。首先海洋的熱狀況及其表面蒸發(fā)的強度都對大氣運動的能量發(fā)生重要影響；其次，海洋存在各種尺度的運動，海洋環(huán)流對地球大氣系統(tǒng)的能量輸送和平衡也有重要作用。二是影響水汽循環(huán)。大氣水汽量的絕大部分（86％）由海洋供給，尤其是低緯度海洋，是大氣中水汽的主要源地。三是調(diào)諧大氣運動。受海洋獨特的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)影響，海洋的運動和變化有明顯的緩慢性和持續(xù)性。四是降低氣候系統(tǒng)的敏感性，調(diào)節(jié)溫室效應(yīng)。相對大氣而言，海洋的運動比較穩(wěn)定，運動和變化比較緩慢，通過有效地調(diào)節(jié)熱量的收支和傳輸、水汽循環(huán)以及生物地球化學(xué)循環(huán)過程，海洋能夠?qū)夂蛳到y(tǒng)的狀態(tài)進行有效的調(diào)節(jié)，降低氣候系統(tǒng)對某些因素變化的敏感性。3、固體地球系統(tǒng)與巖石圈循環(huán)過程固體地球系統(tǒng)的主體是形成地球固體表面的巖石圈，同時也包括與其上表面相聯(lián)系的地球的各外圈以及與其下表面相接觸的上地幔。

受到地球內(nèi)力和太陽外力的驅(qū)動，其過程包括了由地球內(nèi)力驅(qū)動的板塊運動和由太陽能直接或間接驅(qū)動的風(fēng)化、侵蝕、搬運、堆積等一系列過程。板塊運動過程陸上風(fēng)化與侵蝕堆積過程海洋沉積過程內(nèi)容包括1）板塊運動過程位于地幔對流的熱邊界層之上的巖石圈，由若干剛性板塊組成，受地幔的緩慢對流過程所驅(qū)動而橫跨地球表面發(fā)生大規(guī)模的水平運動，即板塊運動。板塊運動帶動了大陸的漂移和大洋盆地的開合、火山活動、地震、以及地殼的升降運動。離散匯聚平移板塊運動運動形式：離散形式發(fā)生在兩個相互分離的板塊之間的邊界。大洋板塊與大洋板塊彼此分離處的大洋中脊，軟流圈地幔物質(zhì)向上涌出，冷凝成新的大洋巖石圈，導(dǎo)致大洋板塊增生、海底擴張、洋盆擴展。陸地上，離散運動使大陸分裂，形成裂谷，如紅海、東非裂谷等，它們最終會發(fā)展成為新的海洋。匯聚形式在兩個相互匯聚、消亡的板塊之間活動，在地表特征為海溝，年輕造山帶。大洋板塊與大洋板塊相匯聚，其中部分消減到軟流圈內(nèi)，在板塊接觸帶上形成一系列島弧帶，如日本島弧?；顒哟笱蟀鍓K與大陸的邊緣匯聚，在大陸邊緣形成年輕的高大山系。如北美西海岸的高大山系。大陸板塊與大陸板塊匯聚，它導(dǎo)致洋殼消失，兩大陸連接并形成高大山脈和高原。如印度板塊與歐亞大陸板塊碰撞形成的青藏高原。平移形式為兩側(cè)板塊作平行于邊界的走滑運動，巖石圈既不增生也不消亡；地表特征表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換斷層。主要代表是加利福尼亞的圣安德烈斯斷層，它是北美板塊和太平洋板塊的一段邊界。

風(fēng)化侵蝕和搬運堆積作用導(dǎo)致出露于地表的巖石圈表面遭受破壞，進行取高補低的夷平，與板塊運動一道改變地球表面的地貌形態(tài)。所有被風(fēng)化侵蝕的物質(zhì)最終被搬運到大洋沉積，完成地球固體物質(zhì)在地球表面的遷移轉(zhuǎn)化過程。據(jù)估算，每年由于風(fēng)的直接作用，從陸上帶到海洋中的物質(zhì)有16億噸，超過進入深海的河流懸浮物的數(shù)量。

2）陸上風(fēng)化與侵蝕堆積過程風(fēng)化與侵蝕過程及其所形成的多種多樣的地貌形態(tài)對其它自然過程產(chǎn)生直接或間接的影響，地貌形態(tài)的改變必然引起地表其它自然過程的變化。風(fēng)化侵蝕過程的影響和結(jié)果：經(jīng)風(fēng)化和侵蝕堆積作用而形成的陸地表面為在其上發(fā)生的氣候過程、水文過程和生物過程提供了多樣化的空間。正是在經(jīng)風(fēng)化和侵蝕堆積作用下形成的陸地表面上，發(fā)育了土壤、生長植被、調(diào)節(jié)水的儲存和運動、進行與大氣的水熱交換。流水作用是最為廣泛的侵蝕搬運形式，塑造了多樣的地貌形態(tài)。水體中所溶解和攜帶的風(fēng)化物質(zhì)的成分和數(shù)量會對水質(zhì)產(chǎn)生影響，進而影響水循環(huán)的功能。侵蝕搬運營力——流水沉積在陸上的風(fēng)塵堆積形成沙漠與黃土等獨特的地貌形態(tài)。侵蝕搬運營力——風(fēng)力風(fēng)是重要的侵蝕搬運營力之一，被風(fēng)侵蝕搬運的物質(zhì)大多來自干旱地區(qū)。其作用表現(xiàn)在：隨進入到海洋的粉塵物質(zhì)為海洋生物提供了營養(yǎng)物質(zhì)，也影響了海洋的生物地球化學(xué)循環(huán)。據(jù)估算，每年由于風(fēng)的直接作用，從陸上帶到海洋中的物質(zhì)有16億噸，超過進入深海的河流懸浮物的數(shù)量。進入到大氣中的塵埃物質(zhì)在大氣層中停留，增大地球的反射率，減少入射輻射、增加散射輻射，但總體上使地球接收的能量減少。風(fēng)化和侵蝕堆積過程跨越的時間尺度很大，對高大山地的侵蝕夷平作用要在數(shù)百萬年至上千萬年以上才能顯現(xiàn)出來（如華北平原、黃土高原）。但發(fā)生在陸地表面的土壤侵蝕以及影響則在幾十年、甚至幾年的時間內(nèi)就明顯地顯現(xiàn)出來。風(fēng)化、侵蝕堆積作用營力的類型與強度及其所形成的侵蝕和堆積地貌形態(tài)是受氣候條件制約的，隨氣候條件的不同而不同，當(dāng)氣候發(fā)生變化時它們也隨著發(fā)生變化?？偨Y(jié)：3）海洋沉積過程淺海大陸架沉積。板塊復(fù)合帶的海溝或邊緣海盆地沉積深海沉積。板塊運動決定大洋盆地的格局，侵蝕和沉積作用過程則對海底地貌產(chǎn)生改造作用。大洋沉積的主要場所：由通過河流、冰川、風(fēng)力和海岸侵蝕等作用從陸地侵蝕搬運而來的碎屑沉積。以石灰?guī)r和蛋白石形式從海水中析出的CaCO3和SiO2的化學(xué)沉積，其部分是海洋生物作用的結(jié)果。一定數(shù)量的有機質(zhì)沉積，相對富集在大洋的缺氧層中。沉積的類型主要包括：大陸邊緣的沉積物：是大江、大河所搬運的陸源物質(zhì)，此類沉積在海洋沉積中的體積最大，最大的沉積厚度可達(dá)15km以上。大洋中心地區(qū)：陸源物質(zhì)含量很少，沉積物主要來自風(fēng)塵堆積。沉積過程以海洋中浮游微體生物骨骼的富集居主導(dǎo)地位，主要為碳酸鹽和硅酸鹽沉積。從沉積部位來看：碳酸鹽沉積主要由化學(xué)作用（海洋溶解作用）控制，沉積于淺水區(qū)，由大洋生物和河流帶入。二者沉積機理不同：大洋生物從海水中攝取CaCO3轉(zhuǎn)變?yōu)楣趋啦⒃谒劳龊蟪练e于海底的速率約為1.3g/(cm2·ka)，由河流帶入的陸上風(fēng)化物和大洋中脊的熱液供應(yīng)的CaCO3的總進入率僅為0.11g/(cm2·ka)。碳酸鹽補償深度（CarbonateCompensationDepth，

CCD）：海洋中上覆水層沉降而供應(yīng)的碳酸鹽與溶解而失去的碳酸鹽數(shù)量相等的深度。CCD是海洋中的一個重要物理化學(xué)界面。海水表層碳酸鈣是飽和的，隨著水深增大，由于溫度降低，CO2含量增加，碳酸鈣溶解度增大，至某一臨界深度，溶解量與補給量相抵平衡。CCD猶似海底雪線，是海底沉積物最重要的相界面。淺于這一臨界深度的海底，廣布白色碳酸鈣沉積，在這一深度之下，缺失鈣質(zhì)沉積（為硅質(zhì)沉積或褐粘土）。

硅酸鹽沉積主要受生物作用（浮游生物生產(chǎn)率）控制，沉積于深水區(qū)，海水中SiO2主要受生物因素控制。海水中的SiO2從表層到洋底均處于不飽和狀態(tài)，不存在補償深度。進入地層的生物成因的SiO2在數(shù)量上應(yīng)與輸入海洋的SiO2相一致。其輸入主要受兩方面影響：一是氣候變化；二是海底擴張速度可以影響熱液作用輸入海水的SiO2，及影響海底風(fēng)化作用向大洋提供的溶解SiO2。海底以沉積物的形式累積的物質(zhì)被埋藏后變成沉積巖，可能在隨后發(fā)生的造山運動中被抬升，也可能由于溫度和壓力的增大而轉(zhuǎn)變?yōu)樽冑|(zhì)巖，或部分熔融而轉(zhuǎn)變?yōu)閹r漿，噴發(fā)到陸地表面或海底，形成火山巖。其它的巖漿物質(zhì)在地下深處緩慢結(jié)晶形成深成巖。沉積巖、變質(zhì)巖和巖漿巖在構(gòu)造運動的作用下被抬升到侵蝕基準(zhǔn)面以上重新接受侵蝕堆積過程，從而完成巖石圈循環(huán)過程。大洋沉積是巖石圈物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)3、生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)循環(huán)過程1）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能組成：生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)非生命物質(zhì)：H2O、CO2、O2、N2等生命物質(zhì)：生產(chǎn)者有機體：消費者有機體：分解者有機體：植物、藍(lán)藻、光合細(xì)菌和化能合成細(xì)菌等。動物等；細(xì)菌、真菌等異樣生物營養(yǎng)級：食物鏈：食物網(wǎng)：是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。一般3~5個。生態(tài)系統(tǒng)中，一類生物被另一類所食，另一類又被第三類所食，從而沿著營養(yǎng)級形成了食物的鏈狀關(guān)系，這就是食物鏈。兩個主要類型：即腐食食物鏈和活食食物鏈。食物鏈彼此交錯連結(jié)，形成的一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：功能：生態(tài)系統(tǒng)中的生物，不斷地把環(huán)境中的物質(zhì)能量吸收，轉(zhuǎn)化成新的物質(zhì)能量形式，從而實現(xiàn)物質(zhì)和能量的積累，保證生命的延續(xù)和增長，這個過程稱為生物生產(chǎn)。生物生產(chǎn)：能量流動：太陽能進人生態(tài)系統(tǒng)時，先由植物通過光合作用將光能轉(zhuǎn)化為貯存在有機物中的化學(xué)能，然后，這些能量就沿著食物鏈從一個營養(yǎng)級到另一個營養(yǎng)級逐級向前流動。往往只有1/10的能量傳遞到下一營養(yǎng)級。物質(zhì)循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)中各種有機物質(zhì)經(jīng)過分解者分解成可被生產(chǎn)者利用的形式歸還到環(huán)境中重復(fù)利用，周而復(fù)始地循環(huán)的過程。信息傳遞：生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分之間及各組成部分的內(nèi)部，存在的廣泛的、各種形式的信息交流，這些信息把生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系成為一個統(tǒng)一的整體，包括營養(yǎng)信息、化學(xué)信息、物理信息和行為信息。1）生態(tài)系統(tǒng)的過程受環(huán)境制約，大氣組分、氣候、土壤性質(zhì)以及人類對土地的利用方式等都對生態(tài)系統(tǒng)功能及生理學(xué)過程產(chǎn)生影響，生態(tài)系統(tǒng)中的過程又對環(huán)境起調(diào)節(jié)作用。全球生態(tài)系統(tǒng)首先可以區(qū)分為海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)兩大類型。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，氣候顯然是植被分布和生長的一個重要決定性因素，氣候的區(qū)域差異制約著植被地域分布的區(qū)域差異。生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境之間關(guān)系：2）生態(tài)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、生物之間及生物與其環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換是通過一系列的生理過程來實現(xiàn)的。生物量是生態(tài)系統(tǒng)的生理學(xué)過程的最終表現(xiàn)。3）全球變化會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的生理學(xué)過程及生態(tài)系統(tǒng)功能的相應(yīng)變化，生態(tài)系統(tǒng)的變化反過來會對全球變化過程產(chǎn)生影響。大氣中CO2濃度升高必然引起植物生理學(xué)過程的變化，影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。全球氣候變化導(dǎo)致動植物種類地理分布范圍以及生態(tài)系統(tǒng)物種組成的變化，在極端的情況下甚至?xí)?dǎo)致某些物種的絕滅。生態(tài)系統(tǒng)種群組成的變化又進一步引起很多其它物種生境的變遷和生態(tài)系統(tǒng)生理學(xué)方面的變化，產(chǎn)生一系列正、負(fù)反饋過程，進一步影響全球變化。

生態(tài)系統(tǒng)的一個重要功能就是調(diào)控著地球系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。2）生物地球化學(xué)循環(huán)過程地球化學(xué)循環(huán)過程是有生命行星的一大特征，生態(tài)系統(tǒng)正是通過生物地球化學(xué)循環(huán)實現(xiàn)其養(yǎng)分循環(huán)及能量流動。生物地球化學(xué)循環(huán)是指氫、氧、碳、氮、磷、硫等有機質(zhì)的基本化學(xué)元素在固體地球、大氣圈、水圈和生物圈中的傳輸轉(zhuǎn)換過程。生物地球化學(xué)循環(huán)是聯(lián)接地球各個圈層的環(huán)節(jié)之一。借助于生物地球化學(xué)循環(huán)過程，生命系統(tǒng)在很大程度上控制著大氣和海洋的成分以及地殼的風(fēng)化速度，調(diào)節(jié)物理氣候系統(tǒng)和固體地球系統(tǒng)的過程，影響大氣、海洋化學(xué)和全球能量平衡以及地表環(huán)境特征。通過生物地球化學(xué)循環(huán)過程，使得維持地球生命所必需的化學(xué)元素可以得到重復(fù)利用，沒有生物地球化學(xué)循環(huán)，大氣中的氧氣會被耗盡，海洋沉積物中對生物有毒的化學(xué)物質(zhì)會太多，營養(yǎng)太貧乏，以至不能維持生物的生命。生物地球化學(xué)循環(huán)過程的作用：以全球碳循環(huán)為例碳是組成生命組織的基本物質(zhì)，碳在海洋和陸地生命系統(tǒng)與大氣、水圈和地圈之間的運動與轉(zhuǎn)換是地球上生命活動的基本過程之一，也是連接地球各個圈層的一個主要環(huán)節(jié)。全球碳的含量為1023gC，絕大部分以有機化合物（1.56×1022gC）和碳酸鹽（6.5×1022gC）的形式埋藏在沉積巖中。全球近地表活動碳源中的總含碳量約為40×1018gC，可提取的化石燃料含碳量約4×1018gC。溶解在海洋中的無機碳是近地表最大的碳源。平衡狀態(tài)下，海水中的含碳量是大氣中的56倍，它對大氣CO2的變化具有重大的緩沖作用。土壤是陸地上最大的碳源，而大氣中碳的含量比全球植物活體中碳含量的總和還多在碳循環(huán)中，大氣中的CO2與陸地植被和海洋之間交換的通量最大。全球生物量的季節(jié)變化導(dǎo)致大氣中CO2的含量也相應(yīng)波動。其中，大洋中所溶解的CO2是大氣中CO2含量的50倍，是平衡大氣CO2的重要的因素?；鹕交顒铀尫诺腃O2、自然火災(zāi)、人類活動引起的化石燃料燃燒和森林破壞等對大氣中CO2的含量及碳循環(huán)過程亦有重要影響。學(xué)術(shù)界仍然持審慎態(tài)度研究碳循環(huán)是以大氣圈為主體，認(rèn)為工業(yè)革命之前，全球碳循環(huán)處于平衡狀態(tài)，其后，由于化石燃料的燃燒，廢氣釋放到大氣中，才干擾并且打破了這種平衡關(guān)系，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”，造成全球升溫。但是，這樣是否將問題過分地簡單化了呢？

(1)人們對于全球碳循環(huán)機制的認(rèn)識尚且不夠全面，對于各個源與匯之間碳的傳輸交換條件和影響因素缺乏深入的了解。(2)大氣圈是如此巨大的開放系統(tǒng)，它與全球海洋、陸地生態(tài)系統(tǒng)、巖石圈和人類文化圈等源和匯之間碳的傳輸交換十分難以精確度量。考慮的問題(3)在全球增溫的情況下，海洋環(huán)流和海洋生物地球化學(xué)過程的氣候反饋，陸地生態(tài)系統(tǒng)和陸地水文系統(tǒng)的氣候反饋，以及CO2濃度對于氣候的反饋的研究都剛剛開始，還沒有取得令人信服的結(jié)果。(4)隨著時間推進，大氣碳含量和溫度在不同時間尺度有不同幅度的變化，它們之間存在著某種動態(tài)平衡關(guān)系。①在過去150年里，大氣與陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳交換方向和通量發(fā)生了多大的變化?②在過去150年里，大氣與海洋之間的碳交換方向和通量有什么樣的時間變化?③在過去150年里新構(gòu)造運動是否引起巖石圍釋放CO2通量的變化?值得探索問題④在目前的碳循環(huán)模式中是否還有未被考慮到的大氣CO2的重要源和匯?⑤在溫度升高或者降低的情況下，大氣碳各個源與匯之間的傳輸方向和通量有什么樣的變化?4、人類生態(tài)系統(tǒng)與人類活動過程人類主要地是通過文化的進化來適應(yīng)環(huán)境，即通過創(chuàng)造一種既適應(yīng)于環(huán)境又適合于人類的文化來達(dá)到適應(yīng)環(huán)境的目的，人類文化的進化過程也就是人類生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展演化的過程。隨著人類的發(fā)展，自然生態(tài)系統(tǒng)不斷為人類生態(tài)系統(tǒng)所替代，以工具和火的使用、農(nóng)業(yè)文化的出現(xiàn)、文明社會的產(chǎn)生和工業(yè)革命為標(biāo)志，構(gòu)成人類文化進化的四次劃時代飛躍，形成了由人類與自然環(huán)境、以及人類所特有的人為環(huán)境和社會環(huán)境所構(gòu)成的人類生態(tài)系統(tǒng)。1）人類生態(tài)系統(tǒng)組成：

人為環(huán)境人社會環(huán)境人化自然人工自然自然環(huán)境在人類生態(tài)系統(tǒng)中，自然環(huán)境從地球誕生之日就開始出現(xiàn)，經(jīng)過45億年的演化成為現(xiàn)代的形式。社會環(huán)境：大約出現(xiàn)于5000年前，以人類進入文明社會為標(biāo)志，并隨著人類社會的發(fā)展而日趨復(fù)雜。人化自然：受人類意志明顯影響和控制、并已改變了原生狀態(tài)的自然系統(tǒng)，以農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)為標(biāo)志，距今已有近1萬年的歷史；人工自然：人類利用自然物質(zhì)，經(jīng)過勞動過程創(chuàng)造出