生物地球化学循环讲义

1TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月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－环境重点实验室中国科学院气候变化研究中心Tel:82995136Fax:[phone]Email:[e-mail]2TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月要求掌握的内容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(WorldfocusedBGC)6碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）•“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3TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月内容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(WorldfocusedBGC)6碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）4TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月什么是生物地球化学循环？•什么是地球系统大气圈、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5大气圈光合作用太阳辐射输入植物藻类自养细菌化石燃料岩石圈土壤圈风搬运风输、沉降、排放6氮气氧气水汽氩气二氧化碳氖气氦气甲烷氪气氢气氧化亚氮一氧化碳二氧化硫臭氧氙气氮氧化物其它物种体积丰度来源数量特征大气化学组成大气圈岩土生物圈河海7ElementMassofelementina70-kgpersonVolumeofpurifiedelementoxygen43kg37L33.5cmcarbon16kg7.08L碳：22hydrogen7kg98.6L46.2cmnitrogen1.8kg2.05L12.7cmcalcium1.0kg645mL8.64cmphosphorus780g429mL7.54cmpotassium140g162mL5.46cmsulfur140g67.6mL4.07cmsodium100g103mL4.69cmchlorine95g63mL3.98cmmagnesium19g10.9mL2.22cmiron4.2g0.53mL8.1mmfluorine2.6g1.72mL1.20cmzinc2.3g0.32mL6.9mmsilicon1.0g0.43mL7.5mmElement70-kg动物或人体中元素含量Volumeofpurifiedelementoxygen43kg37Lcarbon16kg7.08Lhydrogen7kg98.6L46.2cmnitrogen1.8kg2.05L12.7cmcalcium1.0kg645mL8.64cmphosphorus780g429mL7.54cmpotassium140g162mL5.46cmsulfur140g67.6mL4.07cmsodium100g103mL4.69cmchlorine95g63mL3.98cmmagnesium19g10.9mL2.22cmiron4.2g0.53mL8.1mmfluorine2.6g1.72mL1.20cmzinc2.3g0.32mL6.9mmsilicon1.0g0.43mL7.5mm重量百分率氧：61％碳：21.8%氢：10%氮:2.6%钙：1.4%磷：1.1%钾：0.2%硫：0.2%钠：0.14%氯：0.13%镁：0.03%铁：0.006%氟：0.004%锌：0.003%硅：0.001%人体中元素含量70-kg动物或人体中元素含量大气圈河海岩土生物圈8中国植物器官中元素含量％（常绿阔叶林）大气圈河海岩土生物圈9常量元素(g／kg)微量元素(mg／kg)NPKCaMgFeNaZnMnCrTiCuPbBaSr乔木层湿地松7.660.292.012.830.760.4117.317.72462.112.035.241.0312.93.53马尾松10.10.432.493.780.790.1922.322.66452.062.827.041.7324.911.7草本层湿地松12.40.974.802.331.132.1949.134.91992.6725.519.75.0624.25.13马尾松15.30.434.942.651.544.0457.857.06655.5863.919.812.137.68.79土壤层湿地松5.400.1822.52.3110.442.777.487.441395.2485127.737.8123061.3马尾松7.360.2021.70.569.9053.181.833.024298.0557136.944.3125652.4中国植物器官中元素含量（人工常绿针叶林）大气圈河海岩土生物圈10地壳中的元素丰度元素重量百分率Oxygen46.6Silicon27.7Aluminum8.1Iron5.0Calcium3.6Sodium2.8Potassium2.6Magnesium2.1Allothers1.5氧硅铝铁钙钠钾镁其它所有大气圈生物圈河海岩土11全国土壤(A层*)化学组成(μg/kg)元素均值标准差元素均值标准差元素均值标准差元素均值标准差As11.27.86K1.860.463Ni26.914.36Ge1.700.30Cd0.0970.079Ag0.1320.098Pb26.012.37Sn2.601.54Co12.76.40Be1.950.731Se0.2900.255Sb1.210.676Cr61.031.07Mg0.780.433V82.432.68Bi0.370.211Cu22.611.41Ca1.541.633Zn74.232.78Mo2.02.54F478197.7Ba469134.7Li32.515.48I3.764.443Hg0.0650.080B47.832.55Na1.020.626Fe2.940.984大气圈生物圈河海岩土12中国森林土壤背景大气圈生物圈河海岩土13湖河名PNaKCaMgMnAlZnFeSiPbCu后海0.146.47.0233.730.80.020.070.10.461.90前海0.2445.97.2343.329.50.060.440.450.642.510.01北海0.0629.45.6330.624.30.020.410.210.50.730昆玉河0.0667.49.713829.900.010.020.010.56八一湖2.6270.914.431.633.60.0100.020.010.41玉渊潭0.1762.715.385.235.50.090.060.050.15140.2动物园0.1652.611.433.525.600.010.020.010.670.290北护城河3.5488.4434229.80.080.060.060.233.130.15亮马河6.8172.137.54926.80.010.030.030.0211.3朝阳公园2.147634.524.833.70.08.0.380.320.4210.10.120.01柳荫公园1.0544.715.732.735.20.070.40.241.173.250.01红领巾公园2.4185.82849.740.70.070.110.420.2310150.04陶然亭0.117812.418.127.40.010.10.160.14.90圆明园0.0918.95.254422.80.110.140.560.832.970北京河湖中元素含量（％）大气圈生物圈岩土河海14氧(O)857.0氢(H)108.0氯(CI)19.0钠(Na)10.00镁(Mg)1.350硫(S)0.885钾(K)0.380碳(C)0.028硅(Si)0.003氮(N)0.0005磷(P)0.00007铝(Al)0.00001海洋中主要元素含量（g/kg）海水与生命中元素含量比较类似！大气圈生物圈岩土河海15表3不同区域大气沉降重金属年输入量g/(hm2a)区域HgCdPb上兰（远郊区）3.174.30279.53小井峪（近郊区）4.105.71326.20金胜（工矿区）6.068.65432.20新城（北城区）3.575.34335.70亲贤（南城区）5.397.56393.60晋祠（风景区）3.545.16315.90平均4.485.79347.19大气沉降输入陆面大气圈生物圈河海岩土16TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月内容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(WorldfocusedBGC)6碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）17TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月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•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18TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2010年3月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19不同物质的生物地球化学循环特征差别巨大ChemicalAtmosphereOceansBiosphereLand(crust)SminorlargesmalllargeNlargeminorsmallmodestOsmallsmallminorlargeCmi