生物地球化学循环优质PPT.pptx

1、,生物地球化学循环与全球变化,延 晓 冬,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,1,Temperate East Asia,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Tel:#82995136Fax:#82995133Email:#,要求掌握的内容,什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why）生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主

2、要研究方法和特点（hoW）常见的生物地球化学循环（World focused BGC）碳循环问题（Global Warming problem BGC）“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,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,2,Temperate East Asia,内容,什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why）生物地球化学循环的驱动

3、力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点（hoW）常见的生物地球化学循环（World focused BGC）碳循环问题（Global Warming problem BGC）,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,3,Temperate East Asia,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？#），

4、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,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,4,Temperate East Asia,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,

5、岩石圈,土壤圈,风搬运,风输嗠沉降嗠排放,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,7,Mass70-kg of动物或人 elementin体中元素含量a 70-kg person,33.5 cm碳：#2246.246.2 cmcm12.712.7 cmcm8.648.64 cmcm7.547.54 cmcm5.465.46 cmcm4.074.07 cmcm4.694.69 cmcm3.983.98 cmcm2.222.22 cmcm8.18.1 mmmm1.201.20 cm

6、cm6.96.9 mmmm7.57.5 mmmm,人体中元素含量,8,全国土壤（A层*）化学组成（g/kg）,10,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）,中国植物器官中元素含量（人工常绿针叶林）,13,北京河湖中元素含量（）,表3不同区域大气沉降重金属年输入量,g/（hm2a）,大气沉降输入陆面,14,海洋中主要元素含量嗻,g/kg,嗼,海水与生 命中元素 含量比较 类似！#,15,内容,什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why）生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点（hoW）常见的生物地球化学循环（Worl

7、d focused BGC）碳循环问题（Global Warming problem BGC）,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,16,Temperate East Asia,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

8、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,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,17,Temperate East Asia,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,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007

9、年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,18,Temperate East Asia,19,酸沉降,化石燃烧,森林草地 生长衰退森林,地下水,土壤,水生生物产量 和品质下降湖泊,酸沉降导致的生态和环境问题,20,人类健康,生态退化,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,21,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

10、 高会加强温室效应，通过温度升高影 响碳循环,balanced,+,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,22,Temperate East Asia,气候变暖,内容,什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why）生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点（hoW）常见的生物地球化学循环（World focused BGC）碳循环问题（Global Wa

11、rming problem BGC）,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,23,Temperate East Asia,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,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeoc

12、hemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,24,Temperate East Asia,25,生态系统中的物 质和能量的循环 过程,C,H20,P,N.,生物地球化学循环的驱动力：#太阳辐射,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,内容,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,27,Temperate East Asia,什么是生物地球化学循环（Wha

13、t）研究生物地球化学循环的重要性（Why）生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和 特点（hoW）常见的生物地球化学循环（World focused BGC）碳循环问题（Global Warming problem BGC）,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）,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验

14、室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,28,Temperate East Asia,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,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,沉积物沉积变岩石,抬升、侵蚀,风化,30,Temperate East Asia,Regional Center,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemic

15、al Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,中国科学院大气物理研究所 东亚-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,储库 库量M,总输出E,31,总输入I,周转时间：#,M E,0,平均停留时间：#,o t（t）dt0,库量变化速率：#,dt,dM I E,212,a12 X1 a51 X 5 aX,1,dX,dtdX 2,生物 X3,土壤 X2,岩石 X1,大气 X4,海洋 X5,人为施加 通量 Io,a25 X 2 a32 X 3 a42 X 4,232,Io a12 X1

16、a21 X 2 aX,dt,3,a23 X 2 a32 X 3 a34 X,dX 3,dt dX 4,4,a42 X 4 a34 X 3 a45 X,dt dX 5,4,32,a15 X1 a25 X 2 a45 X,dt,生物地球化学循环 模型的一个例子,内容,什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why）生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点（hoW）常见的生物地球化学循环（World focused BGC）碳循环问题（Global Warming problem BGC）,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年4月,生物地球化学循环讲义Introduction to Biogeochemical Cycles延晓冬 Yan Xiaodong,33,Temperate East Asia,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,Regional Center,中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2007年