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自然灾害学概论第二讲地球系统与自然灾害自然灾害学概论第三讲——主要内容一：我们生活的星球——地球系统二：活动的地球三：地球的能量过程四：脆弱的地球系统第一节：我们生活的星球-地球系统什么是地球系统？earthsystem地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人类）组成的有机整体。地球系统的各个子系统之间是相互联系、相互作用的，地球系统变化是有规律的，影响全球环境变化。地球系统的空间范围从地心到地球外层空间，时间尺度从几百年到几百万年。地球系统科学是以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，来研究地球系统的整体行为，使得人类能更好地认识自身赖以生存的环境，更有效地防止和控制可能突发的灾害对人类所造成的损害。地球离太阳恰到好处的距离，使其具有最适于生物生存的地表温度。她浩瀚的海洋，自从她在45亿年前形成以后不久，就一直把液体保存下来，它们既不沸腾升入大气圈，也不冷凝成固体冰块。地球是唯一拥有一个氧气占1/5的大气圈――这种氧气是由单细胞生物在漫长的历程中产生的，它反过来又刺激了多细胞生物的演化。有有利于生命诞生与发展的条件她是太阳系中唯一具有板块构造的行星。正是板块构造把构成生命基础的营养物质和其它物质送进行星地球内部，然后再循环回到地表。更具特殊意义的是，地球是人类惬意的家园。我们日常生活中所使用的一切物质都来自于地球，如燃料、矿产、地下水、甚至我们的粮食（通过土壤、水和肥料等媒介）。地球的大气圈气体组分质量百分比氮78.084%氧20.946%氩0.934%二氧化碳0.038%水蒸汽1%海拔高度（米）温度（℃）大气压力hPa（大气压）备注-40017.61062(1.05)吐鲁番盆地0151013(1)天津3米，上海5米8009.8920(0.91)太原78410008.5898(0.87)呼和浩特106316004.6835(0.83)泰山153218003.3814(0.80)黄山1864;昆明181922000.7775(0.77)华山2154;西宁22613000-4.5701(0.69)峨眉山3097;五台山306150%质量集中在离海平面5.6km的大气层之中；90%质量集中在离海平面16km中；99.99997%大气层的质量集中在离海平面100km的大气层之中海平面温度15.0℃；地面至11km对流层的气温垂直递减率：0.65℃/100m；水圈是地球外部最活跃的圈层水的分布ThreegorgedamofYangtzeRiver–thebiggestdamintheworld生物圈是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它在地面以上达到大致10km的高度，在地面以下延伸至10km的深处。，植物负责固定太阳能、合成有机物,属于生产者；动物负责分解有机物、释放热能，属于分解者；岩石圈相互作用升高1度所需热量气:水:固=1:1000:1000000黄土记录了几百万年来地球的变化黄土研究青藏高原东亚季风第二节：活动的地球岩石圈板块漂浮在软流圈上活动的地壳热传导变化的磁场运动与变化的水圈稀薄的大气生生死死的生物圈人类在“改造地球”地球转动与空间环境地球内部的结构软流层（部分熔融、较大塑性或潜柔性）是岩浆的主要发源地，地壳运动、岩浆活动与火山活动与此层有关，温度：700－1600地壳:10—70km，地热增温，固态。上地幔（含软流圈）：1000km，2250℃，下地幔：2900km,4300℃地核：外核（液态）、过渡层、内核（超固态）1、活动的地壳地球岩石圈主要分成了7个大板块：非洲板块、欧亚板块、印度-澳洲板块、太平洋板块、南极洲板块、北美板块和南美板块。图上还给出了一些较小的板块。三种不同的板块边界在图中用不同的线条表示。左下方的插图表示兰绿色的板块在红色软流圈上飘浮的情况。人工复原的过去不同时期的地球上各板块的相对位置，5幅图的时间分别为：2.25亿年前（二叠纪）;2亿年前（三叠纪）;1.35亿年前（侏罗纪）;6500万年前（白垩纪）;现在。3000万年前珠穆朗玛峰还是汪洋大海热对流2、热传导地幔对流驱动板块运动太平洋的大洋中脊是板块的发散边界，其两侧的板块不断分离，地下的岩浆从发散边界上升并冷凝，不断地形成新的海底，并向两侧扩张。离洋中脊的距离越远，海底生成的年代就越老。图中的红点表示了太平洋海底岩石的生成年代，最老的海底岩石年龄为200Ma（单位Ma表示百万年，是地质学常用的年龄单位）。地壳活动的证据活动的地球的最新证据：美国科学家用水下机器人ABE发现，沿着大西洋洋中脊的热液喷口，不断形成了硫化物矿床，随着热液的喷出，硫化物矿床象树林一样在不断的长大。这种今天不断形成的新矿床，是地球今天还在活动的证据。地壳活动的证据地壳活动的证据地壳活动的证据地壳活动的证据3、变化的磁场地磁发电机示意图地球的磁场一直在变化着现在的磁场78万年前的磁场4、运动与变化的水圈埃及阿斯旺水库能量是反映物体做功能力的物理量1J（焦耳）=1N(牛顿)*1m(米）1W（瓦特）=1J/1s(秒）物体具有的能量主要有动能和势能两种。热是改变物体温度的能力，热功当量是4.186J=1cal1）.能量的基本概念第三节、地球的能量过程地球内部-巨大的热机2）.由放射性元素衰变所产生的内部能量地热流测量地面温度为零度5km200度温度5km边长立方体岩石密度：2.5岩石比热：0.7KJ/Kg/每度4。3*10E19J世界最大电站三峡电站总装机容量为一千八百二十万千瓦三峡电站一年发电量约为1.8*10E(3+4+3)*(365*24*3600)=5.8*10E17J取出立方体冷却释放能量=三峡70年发电量光波的波长覆盖的波长谱很宽：波长从无线电（几百米）、微波（几毫米）、红外线（几微米）、可见光、紫外线、X射线和Gamma射线。太阳向地球辐射能量，其中能量的43%是以可见光的频段（0.0004cm紫光至0.0007cm红光）辐射到地球表面的，49%的能量以红外线辐射到地面,起到加热作用,大约7%的能量是紫外辐射.3）.来自太阳的能量太阳是一颗庞大炽热的气质球体，直径约140万千米，占太阳系质量的99％以上。地球距离太阳约1.5亿千米，地球大约每秒钟从太阳接受到40万亿卡的能量，相当于700万吨煤产生的能量。全球平均太阳辐射吸收量，赤道较多，向两极逐渐减少.。全球全年平均约为200瓦特/平方米，2006年5月20日我国海拔最高规模最大的太阳能辅助供电系统建成并在青藏铁路投入运行。海拔超过４６００米,９座太阳能供电站总容量为１２２．４千瓦.目前，全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特（Buerstadt），面积为四万平方米，每年的发电量为450万千瓦。地球表面的能量平衡关系。引自Hubert,M.K.,TheenergyresourcesoftheEarth,ScientificAmerica,,225,61-70,1971.）太阳辐射能量在赤道附近最大，由大气和水等输送到远离赤道的地方太阳辐射到地球的短波能量（100%），等于地球反射（短波）能量（30%）和地球向外辐射长波能量（70%）之和，这就是地球上太阳辐射的能量平衡关系。在温室中，短波的阳光能透过花房周围的玻璃，室内的长波辐射却逃不出去。大气也具有这种特性，我们称之为温室效应。大气中二氧化碳含量的增加减弱了地面向太空的长波辐射，使大气温度升高。4）.重力能量向地球的辐射和由地球向外辐射的能量流(单位:1012焦耳/秒)太阳辐射173,4101.7*10e17J/s直接反射52,000直接转化为热81,000蒸发水40,000海洋和大气中水的传输370光合作用30地球内部向外的热流32.3热传导的热流32火山和温泉0.3潮汐能量3三峡电站0.018荒漠化的中国第四节脆弱地球系统脆弱地球系统：薄薄的、漂移的、破裂的地壳（地球史上的相当平静的时期）——大陆在漂移！板块在撕裂！板块在挤撞！山体在抬升！火山在喷发！大地在颤抖！处于正好满足生物生存的临界状态的大气层——热平衡被破坏！臭氧层被破坏！温室效应在加剧！极端气候频频出现！看不见的蓝天！闻不得的空气！生死相扣的生物链——保护濒危动物！建立自然保护区！狼没了，草原就要荒漠了！人口太多了！喜怒无常的水——一个接一个的热带风暴！持续的干旱！水淹七军！到那里找到干净的水！生态在恶化！Source:UN(2004)Numberofevents(有巨大的影响的）8121620240102030损失~GDP2Loss~GDPLoss(billion$)损失(10亿美元)年代19801981198219831984198519861987198819891990199119921993GDP(万亿美元)10.8311.2511.1311.3911.8912.3314.3216.1718.1619.0721.0221.8523.2123.58损失(10亿美元)322.22.17.42.111129.5231718251724灾害损失不是与经济发展同步增加，而比GDP增长得更快(平方律)灾害损失和经济发展的关系全球自然灾害损失与GDP的关系严重的干旱1992年5月19日埃特纳火山喷出的熔岩流2006年4月17日，中国北方地区出现大范围的浮尘天气。这是自2003年以来，中国北方地区出现最大范围的强浮尘天气。地下水过度开发烟台市海水入侵土地盐碱化黑松林大面积死亡(5.5万亩)莱州市海水入侵土地盐碱化破坏良田斜坡变形与破坏给人类和工程建设带来重大灾害滑坡泥石流黄河三角洲露天矿开采现场矿产开发导致采空区地面沉降！污水肆意排放，水环境严重恶化英国Portadown的石油污染毒素在人体内积累（砷中毒）沿海地区海水入侵！