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生物地球化学循环38958406

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生物 地球化学 循环 38958406
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1气候环境重点实验室2007年 4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-环境重点实验室全球变化东亚区域研究中心82995136 82995133气候环境重点实验室2007年 4月要求掌握的内容1 什么是生物地球化学循环( 研究生物地球化学循环的重要性( 生物地球化学循环的驱动力( 生物地球化学循环的主要研究方法和特点 ( 常见的生物地球化学循环 ( 碳循环问题( “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3气候环境重点实验室2007年 4月内容1 什么是生物地球化学循环(什么是生物地球化学循环(2 研究生物地球化学循环的重要性( 生物地球化学循环的驱动力( 生物地球化学循环的主要研究方法和特点 ( 常见的生物地球化学循环 ( 碳循环问题( 气候环境重点实验室2007年 4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ll of a 703 7 L 33.5 6 碳: 22 46.2 .8 12.7 .0 45 80 g 429 40 g 162 40 g 67.6 00 g 103 5 g 63 9 g 10.9 .2 g .1 .6 g .3 g .9 .0 g .5 物或人体中元素含量重量百分率氧: 61%碳: : 10%氮 : : : : : : : : : : : : 体中元素含量70物或人体中元素含量9全国土壤( 化学组成(μg/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 i e d g b n o e e b r g i u a n o 478 i g a e 0中国森林土壤背景11中国植物器官中元素含量%(常绿阔叶林)12常量元素 (g/ 微量元素 ( P K g a n i b 46 45 99 65 13 851 230 42 571 256 工常绿针叶林)13湖河名P g l e b 前海 昆玉河 8 4 北护城河 3 42 9 6 8 015 8 圆明园 4 北京河湖中元素含量(%)14表3 不同区域大气沉降重金属年输入量g/(a)区域 d 兰(远郊区) 井峪(近郊区) 胜(工矿区) 城(北城区) 贤(南城区) 祠(风景区) 均 气沉降输入陆面15氧 (O) H) S) K) C ) N) P) 6气候环境重点实验室2007年 4月内容1 什么是生物地球化学循环( 研究生物地球化学循环的重要性(研究生物地球化学循环的重要性( 生物地球化学循环的驱动力( 生物地球化学循环的主要研究方法和特点 ( 常见的生物地球化学循环 ( 碳循环问题( 7气候环境重点实验室2007年 4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18气候环境重点实验室2007年 4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 化石燃烧 湖泊 森林 地下水 土壤 酸沉降导致的生态和环境问题人类健康生态退化水生生物产量和品质下降森林草地生长衰退21家畜家禽人体 土壤肥料污泥污染大气沉降 灌水 其他 土 壤动物 土壤微生物 蔬菜粮食作物元素的生物地球化学循环对环境的影响22气候环境重点实验室2007年 4月碳的生物地球化学循环影响气候• 工业革命改变了的碳循环• 工业革命改变碳循环原理:• 大气中二氧化碳升高具有施肥效应• 大气中二氧化碳升高会加强温室效应,通过温度升高影响碳循环候变暖23气候环境重点实验室2007年 4月内容1 什么是生物地球化学循环( 研究生物地球化学循环的重要性( 生物地球化学循环的驱动力(生物地球化学循环的驱动力(4 生物地球化学循环的主要研究方法和特点 ( 常见的生物地球化学循环 ( 碳循环问题( 4气候环境重点实验室2007年 4月生物地球化学循环的驱动力• 太阳辐射:自然驱动力• 太阳辐射• 光合作用• 生物圈• 人类:另一驱动力• 燃烧化石• 土地利用改变• 矿物开发利用25生态系统中的物质和能量的循环过程C, P, N..阳辐射26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27气候环境重点实验室2007年 4月内容1 什么是生物地球化学循环( 研究生物地球化学循环的重要性( 生物地球化学循环的驱动力( 生物地球化学循环的主要研究方法生物地球化学循环的主要研究方法和特点和特点( 常见的生物地球化学循环 ( 碳循环问题( 8气候环境重点实验室2007年 4月生物地球化学循环的特点• 地球系统组成、格局、过程、复杂• 大气、土壤、水、生物、岩石• 地理分布分异• 涉及物理、化学、生物和人文过程• 地球系统过程时间尺度和演化过程多样• 地质运动(亿 - 十亿年)• 生物演化(百万 - 千万年)• 人类进化(万 - 十万年)• 生物、物理、化学过程(秒 - 万年)• 人文过程(年 - 千年)29生物的非生物的有机的动物自养生物(植物和细菌等)生物残体微生物大气圈土壤水沉积物泥炭媒石油等岩石无机的易利用的难利用的同化、光合固定,死亡,呼吸,排泄,淋洗侵蚀、燃烧高压地质过程沉积变岩石抬升、侵蚀风化30气候环境重点实验室2007年 4月生物地球化学循环的主要研究方法• 调查和实验• 库量、通量• 过程机制• 数学模型• 库量• 通量• 周转时间和平均停留时间• 系统动态模型31储库库量 总输入 M=0τ平均停留时间:∫∞=0)( 322215511121−=生物 2岩石 4海洋 −−−+=3343322233=4453344424−=4452251155−=生物地球化学循环模型的一个例子33气候环境重点实验室2007年 4月内容1 什么是生物地球化学循环( 研究生物地球化学循环的重要性( 生物地球化学循环的驱动力( 生物地球化学循环的主要研究方法和特点 ( 常见的生物地球化学循环常见的生物地球化学循环( 碳循环问题( 4气候环境重点实验室2007年 4月水的生物地球化学循环• 太阳能驱动下的水循环• 人类活动改变水循环原理:• 不同植被具有不同的蒸腾率• 不同陆面具有不同的蒸发率35????3637延晓冬 气候环境重点实验室2006年 2月人类活动通过生态系统对水循环的影响原理人类活动通过生态系统对水循环的影响原理;;; d1
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