第一章 地球环境与自然资源
［教学目标］ 了解地球环境对于人类的独特性，理解人类与地球环境各圈层的关系。掌握自然资源的概念及其属性特点，了解中国自然资源的现状特点。理解人口增长对环境资源产生的压力。理解环境的人口承载力概念。
［教学重点］ 1.地球环境对人类的独特性。
2.自然资源的属性特点。
3.中国人口发展特点以及对资源的压力。
4.环境的人口承载力。
［教学时数］8
地球是人类迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球环境以及在长期发展过程中形成的自然资源为人类生存提供了条件和物质基础。
第一节 人类生存的先决条件——地球环境
一、地球环境的组成
人类所赖以生存的地球环境，包括自然环境和社会环境两部分。
（一）自然环境：人类赖以生存的环境要素。
1.包括要素：空气、阳光、水、土壤、矿物、岩石和生物等。
2.以上要素组成圈层：大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈。
（二）社会环境：人类的社会制度等上层建筑条件。
1.包括要素：社会经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念和机构等。
2.组成的圈层：有人认为这些社会要素组成了另一圈层——智能圈或人类圈（noosphere）。
二、地球环境的圈层构造
组成地球环境的各要素分别组成不同的圈层，圈层构造成为地球环境的显著特点。
（一）主要圈层
地球在大约46亿年前形成的时候，是一个炙热的大火球，还没有圈层的分化。在漫长的演化过程中，逐渐形成大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等四大外部圈层。由于土壤具有特殊的组成结构和特点，是地球表面特殊的自然综合体，有的学者将土壤圈从四大圈层中单独列出。
1.大气圈：位于地球最外部的气体圈层
（1）成份。这是一层以氮、氧为主要成分的大气，被地球的引力牢牢吸引在地球的周围，包围着地球上的海洋和陆地。
（2）分布
大气圈没有明确的上界，在几千千米的高空仍有稀薄的气体。
但受地心引力的作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的范围内，其中的
75%的大气又集中在离地面10千米高度的对流层内。
（3）作用
生物的保护层。大气圈的存在可使地球表面免受宇宙射线和陨星的轰击，为地球
上生命的存在提供了一个安全的保护层。
天气变化。可使我们能够欣赏到明媚的阳光和多姿多彩的天气变化。
生命的需要。大气圈中的气体成分满足生物圈中动植物维持生命的需要。
2.水圈：由地球上不同形态的水构成的圈层。
（1）组成：海洋水、陆地水（江河湖泊、沼泽、冰川，地下水）
在地球上海洋占了地球表面积的70％以上，在剩下的不到30％的陆地上也分布着纵横交错的江河湖泊，地表以下的土壤和岩层间还有连续不断的地下水。海水、地表水和地下水构成了一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万千米的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。
（2）分布
海洋水：约占地球总水量的97%。海水通过波浪、潮汐、洋流等形式促进了地球
高低纬度间的热量输送，对全球热量平衡有重大影响。
陆地水：约占地球总水量的3%，是地球上淡水资源的主要存在形式。生产生活用
水主要来源于这一类水源。但这些资源中的接近70%又以冰川的形式存在于两极
及高山地区，难以直接利用。因此人类可直接利用的水资源储量约占全球淡水总
储量的0.3%，只占全球总储水量的十万分之七。
（3）作用
水是生命存在的必要条件。地球之所以能够成为一颗智慧星球，水是一个关键因
素。各种生命起源的假说都少不了水这一要素。如今地球表面的70％以上覆盖着
水，大多数生物体内水的含量也达2/3以上。研究还发现，静脉点滴用的生理盐
水为浓度为0.9％的NaCl溶液，与原始海水一致。这似乎在告诉我们，现代人的
身体内仍然流动着几十亿年前的海洋水。在自然界的植物体内，水分含量更高，
有些甚至高达95％。这一切都充分表明地球上生命的产生和进化都离不开水。人
们的日常生活更是时时处处与水紧密联系，从生活、娱乐到工业生产和农业灌溉，
无一不体现出水的重要性。
水循环使陆地水资源不断更新。通过水循环运
动，水圈中各种水体相互转化，使陆地水资源
不断更新，成为一种再生资源，可以永久使用。
从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，
凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回
大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终
回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。
3.岩石圈：地球固体部分的外部圈层。
也是地球内部各圈层的最外层。地球内部也分成同心圈层，从地心向外，分别是地核、地幔和地壳。
（1）组成：地壳和上地幔的顶部。主要由从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩浆岩组成，岩浆岩上面，往往还覆盖着较薄的沉积岩和土壤盖层。
（2）作用：
陆生生物活动的基础。岩石圈稳定少动，是地球人类的立地圈层。
提供化石燃料及矿物资源。
——目前人类使用的化石燃料主要是煤炭和石油。从人类全部历史来看，化石燃料大规模使用的历史尚不足200年。历史上长期使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。进入20世纪以后，煤炭才开始占主导地位。石油更是一个后来者，从1920年起其开采量大幅度上升，开始了能源供应的“石油时代”。
——岩石圈内的矿物资源随人类开发能力的增强而不断满足着人类的需要，人类利用矿物原料的种类与数量与日俱增：原始人一生只需要几千克至几十千克石头打制石器；农业社会的农民一生也只需要几千克铁和铜制造简单的农具，迄今许多发展中国家的农民依然使用着极其简单的农具；工业化社会对矿物资源的消费却大得多，可以说现代工业建立在丰富的矿物资源基础之上。
4.土壤圈：地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。
（1）分布：除了江河湖海等水体和两极冰盖与高山冰川覆盖的地区以外，几乎都有土壤存在。
即使在岩石出露或流沙覆盖的地方，也可能有原始土壤和风沙土的发育。因此，各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几厘米至几米不等。在炎热湿润的热带、亚热带地区，有些土壤的厚度可能达几十米。
（2）作用：为植物生长提供必要条件
土壤和岩石共同构成了大地，但土壤和岩石是有区别的。土壤由岩石演化而来，并覆盖在岩石的表面，土壤与岩石最大的不同在于它具有肥力，即提供和调节水、气、热和营养元素的能力，为植物的生长提供了必要的条件。地球半径约为6400km而地表土壤的厚度仅为几十厘米，相比之下微乎其微，但却正是这薄薄的一层土壤，才使得地球上有了广阔的森林、农田和草场，人类得以从中获得宝贵的生产和生活资源。
5.生物圈：地球上所有生物构成的圈层。
（1）分布：主要位于岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈。
大气圈、水圈和岩石圈这三个圈层彼此渗透，相互影响，在岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈，出现了一个既有矿物质、又有空气和水分的地带，在这里繁衍着各种各样的生物，形成地球上一个独特的圈层——生物圈。
（2）作用
参与能量循环和转化。地球表层物质和能量的循环、转换是靠生命活动实现的。
如果没有生命捕获、转移和储存太阳能，则来自太阳的辐射能将会散失。
参与地球表层物质的迁移转化。生物的出现，将大气圈中大量的CO2转移到岩石
圈中，形成了大量的碳酸盐岩石，不仅改变了岩石圈的组成，而且吸收了工业化
以来人类排放的CO2。如果没有生物的吸收作用,则今天大气圈的CO2将增加1000
倍，浓度达到30％以上，在温室效应作用下，地球早已不适合人类和其他一切生
物的生存了。
因此，地球的现状是生命参与地质历史过程的结果，地球现在的状态也是靠生命活动调节、控制和维持的。可以毫不夸张地说，地球今天的面貌是生物创造的。爱护和保护生物圈，就是爱护和保护地球的现在和未来。
（二）地球环境的独特性——存在生命的条件
从地球环境的圈层结构上可以看出，地球是宇宙中一个很独特的星球：地球环境丰富多样，适合生物的生存和繁衍；地球是迄今发现的唯一存在智能生物的天体。地球环境的独特性就在于它具备其他天体所不具备生命存在条件。那么地球为何能适合生命存在呢？
1.合适的日地距离
地球距离太阳约1.5亿千米，适当的距离使地球获得了适当的太阳辐射能，地球表面温度保持在0-100度之间，保证了地表水大都以液态水的形式存在。而液态水的存在是生命
出现和生存的前提。
2.大量水的存在
生命首先是由海洋中形成的，所以没有谁就没有生命的诞生。在生命诞生之后，水又称成为生命活动不可或缺的物质。另外，由于水的比热大，大量水的存在，对于调节地球表面的温度有十分重要的作用。
3.大气层的存在
大气层的存在可以有效地调解地面温度，白天温度不过高，夜晚温度不过低，从而有利于生命的正常活动。
大气中的臭氧层，保护着地球不受高能紫外线的侵袭，给生命提供了一个安全的环境。
4.厚薄适中的岩石圈
厚到足以把岩浆覆盖在地下足够的深度，又薄到足以维持一定的构造运动和火山活动，使地壳深部和浅部之间保持一定的物质交流。
5.C和其他元素的存在
C、H、O、N是组成生命的四大元素，地球在长期演化中形成了丰富的此类元素。其中C又是有机化合物中的关键元素，地球上的植物都是C、H化合物，大多数动物也是C、H化合物，所以生命的构成和活动离不开C。
在茫茫宇宙中，地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球上存在着大气、陆地和海洋；距地面15～40km处有一个臭氧层，保护着地球不受高能紫外线的侵袭；大气中含有一定数量的CO2，使地表保持适中的温度，有利于生物的生长；地表上覆盖着一层或厚或薄的土壤，为植物提供营养和生长的基地；甚至地壳的厚度也很适中，它使地壳深部和浅部之间保持一定的物质交流。
长期以来，人们一直认为，正是由于具备了这种“优越”条件，所以地球才拥有生命。 近年来，科学研究的进展，使一些科学家提出了不同的看法。他们反因为果，认为地球的独特性在于它是一个靠生命来捕获、转移和储存太阳辐射能，靠生命活动来驱动地球表层的物质元素循环，靠生命过程来调控并保持其远离天体物理学平衡的开放系统。这就是说，不是地球上“优越”的环境条件创造了生命，而是生命活动创造了今天地球的环境。这种观点被称为盖娅（Gaia）假说或盖娅理论。
（三）生命的出现
在得天独厚的各种条件综合作用下，地球上出现了生命。
1.生命诞生的过程
地球环境从无生命到有生命，经历了漫长的岁月，分为以下四个阶段：
（1）由无机物质形成简单有机物质
火山喷出气体成为地球原始大气的一部分。地球形成初期，地内温度非常高，火
山活动极为频繁。火山喷出的部分气体成为地球原始大气的一部分。这些气体包
括氢气、甲烷、氨及水蒸汽等。
气体成分汇入海洋。这些气体溶于雨水中，到达地面后随地表径流流入逐渐形成
的原始海洋中。
简单有机质合成。上述成分在自然界产生的宇宙射线、紫外线、闪电、X射线以
及地热的作用下，自然合成一些比较简单的有机质，如氨基酸和简单的糖类。
海水成为富含有机质的溶液。简单有机质汇集在原始海洋中，溶解于海水，并不
断积累，使海水成为高温而富含有机质的溶液，这为生命的产生提供了必要的物
质条件。
（2）由简单有机物到复杂有机物质
蛋白质与核酸的出现。简单有机物质经过长期积累、相互作用，在适当的条件下，
通过缩合、聚合，形成了原始的蛋白质与核酸。这标志着化学演变过程的一次重
大质变，因为蛋白质合核酸是组成生命的必要的物质基础。
（3）由复杂有机物组成多分子体系
蛋白质与核酸在原始海洋中越积越多，浓度越来越大，它们经过浓缩后便从海水中分离出来，形成类似“团聚体”的多分子体系。这种多分子体系是原始生命的萌芽。
（4）由多分子体系演变为原始生命
独立多分子体系形成。漂浮在原始海洋中的多分子体系相互吸附，在海水和空气
的作用下形成最原始的界膜，多分子体系被包围其中，形成一个独立的体系。
新陈代谢出现。独立体系的结构逐渐复杂化，并能从周围环境中吸取营养，同时
也可向周围排泄废物，生命的最基本特征－-新陈代谢和繁殖出现，原始生命也
就诞生了。
２.生命诞生的意义
生命的产生，在地球史上是一个重大飞跃，它使地球除了无机界外，又增加了有机界，地球逐渐变得生机盎然。
地球环境演化由化学过程到生物进化过程的转变。生命诞生前是由单质到化合
物、无机物到有机物的化学变化过程，生命诞生后则是由单细胞到多细胞、由简
单生命到复杂生命的进化和演化过程。
人类对地球环境影响重大。生命诞生后，一方面地球变得充满生机，另一方面则
是在人类的影响下地球变得面目全非。
三、人类与各圈层的关系
人类是生物圈的成员，是大自然的儿子，与地球环境有着千丝万缕的联系。人类自其诞生之日起，就和地球各圈层发生密切的关系。
（一）人类与大气圈
大气圈为生命的存在提供了一个保护层，对于人类来说，大气圈成分的精细平衡是人类生存的重要条件。人类与大气圈的关系主要表现在两方面：
1.地球大气的精细平衡创造了适宜人类生活的环境
（1）地球大气成分
地球大气除了N、O之外，还有很多的组成成分，这些成分按照他们在大气中比例的变化，可以分为两种
稳定组分：氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，他们的比例在大气中十分稳
定，不易发生变化；
不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等。这些组分受人类活动影响极
易发生变化。
（2）地球大气的精细平衡
地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。如氧气的浓度。
目前的浓度：21%。下层大气中氧气的浓度为21％，这是亿万年来生物圈进化与
大气圈相互作用的结果。
——30亿年前，大气圈中氧浓度只有现在的千分之一，原始的生命为了躲避紫外线致命的伤害，只能存在于水下10m深处。
——距今6亿年时，氧浓度达到现水平的百分之一，出现了臭氧的保护，生命开始出
现在水面上，成为生命史的第一个关键浓度。
——4亿多年前，氧浓度达到现水平的十分之一，臭氧的浓度进一步增加，生命才能从海洋登上陆地，这是生命史上的第二个关键浓度。
氧气浓度如果发生改变的后果
——如果大气中氧浓度下降，则不仅生活在低海拔的人也会经受高山反应之苦，而且氧化反应受到抑制，燃料燃烧产生的一氧化碳等有毒气体将积累在大气圈。
——如果大气中氧浓度增高，譬如从现有的21％增高至25％，则雷电就能把嫩枝和草地点燃，造成连绵不断的火灾，使全球植被遭到破坏。
2.人类活动某种程度上破坏了地球大气的平衡
所幸的是大气中的这些稳定组分，其浓度一直保持十分稳定的状态，目前并没有观测到大气氧浓度的这种戏剧性变化。但是无可否认的是，由于人类的活动，导致了大气中不稳定组分的浓度发生了较大变化。其中最明显的就是二氧化碳和臭氧的浓度。
（1）CO2浓度的增加。
一定浓度CO2的存在，对地表温度的调节至为重要。因为CO2和某些气体具有能让太阳辐射中的短波辐射通过而吸收地表长波辐射、从而使地表增温的效应，即所谓“温室效应”，此类气体称为“温室气体”。若无这些温室气体的存在，有关计算推断地球的年平均温度应为-18℃，而不是现在的13～15℃。就是说，天然的温室效应使全球温度上升了31～33℃。
随着工业的发展，近200年里，每年要烧掉几十亿吨的煤炭和石油，向大气中排放出大量的CO2。如果长此下去，不采取措施，则CO2浓度持续增加，温室效
应会越来越强，地球温度持续上升，冰川融化，海平面上升，给地球环
境带来严重的影响。
（2）O3浓度的减少。
在地面以上20-30公里处，有一个O3相对集中的区域，我们把它
叫做臭氧层。
臭氧层的作用。它可以将阳光中99%的对人体有害的紫外线辐射吸收，保护地球
生命免遭紫外线辐射，为地球生命的生存提供了一道安全的保
护伞。
O3浓度的下降。1985年，英国科学家首次发现南极上空出现臭
氧洞，并在逐年增大。青藏高原上空的臭氧正在以每10 年
2.7% 的速度减少。全球总臭氧观测的结果表明，除赤道外，1978
- 1991 年总臭氧每10年间就减少 1% - 5%。
下降原因及危害。人类生产生活中排放的大量氟氯烃等有机化合物对臭氧层造成
极大的破坏，它能使臭氧分解而造成大气中O3浓度的下降，从而使得臭氧层吸收
紫外线的作用降低。据科学家估算，高空臭氧每减少1%，就会有额外2%的紫外
辐射到达地球表面。这些紫外辐射会严重损伤动植物，并使人类皮肤癌的患病率
大大提高。
（二）人类与水圈
水圈为人类的生存提供了必要的条件，在对水圈的应用中，人类的生产活动也给水圈带来各种影响。
1.兴建大型水库
（1）水库成为一种可靠的水源
人类在远古时代就学会了拦河取水，灌溉农田。20世纪科学技术的发展，使人类有可能修建库容以亿立方米计的大型水库，迄今全世界水库的总库容已达2000km3，成为一种稳定可靠的水源。
（2）水库的不良生态效应
水库也常常产生一些不良的生态效应，如库区泥沙淤积、下游水质恶化、甚至触发地震等。（可网上搜索相关资源）
2.大量开采地下水
（1）地下水提供了稳定的水源
在可资利用的淡水资源中，地下水以其水量丰富、水质优良和供应稳定而备受青睐，成为许多地区的主要水源。
（2）地下水过度开采的环境问题
地下水的过度开采造成了严重的环境问题。
——地下水位大幅度下降乃至地下含水层的枯竭。
——地面沉陷。我国不少沿海城市巳发生这种现象。大幅度地面沉陷带来一系列问题。例如，地表渠道与地下管线损坏；道路与建筑物破坏等。
3.小河流渠道化
所谓渠道化（channelization）就是为了防洪的目的把整条小河流或某一河段取直、加宽、挖深。
随着工业化的进展，一些高度工业化国家以其巨大的财力物力，进行大规模的小河流渠道化工程。
（1）有利于排水防洪，使两岸农田和城镇，免遭洪水威胁。河道取直以后留下原来的河曲形成一些小湖沼，可能具有娱乐价值或可成为野生动物的栖息地。
（2）渠道化改变了河流的物理特性，并有可能对水生生态系统带来灾难性影响。
4.湖泊的泯灭
从地质学角度看，湖泊的存在只是一种过度现象，因为它终究会被流入的泥沙和湖泊中的水生生物残体充填，逐渐演变为沼泽直至最后消亡。但是，人类活动大大加速了这种自然过程。
人类的影响包括：
（1）土壤侵蚀使入湖泥沙增加
（2）湖内营养物质增加（富营养化）使藻类与水草丛生
（3）围湖造田使湖泊面积缩小以至消亡
（4）大量引水和入流河流改向使入流水量急剧减少。
由于以上原因，湖泊面积和水量往往在短时期内（20～50年）发生戏剧性变化，甚至导致一些湖泊完全干涸。湖泊面积缩减、水量减少往往导致湖水矿化度增加，使水质变劣。
（三）人类与土壤圈
土壤圈是保证人类衣食住行的基础。但人类的一些生产活动让我们日益紧迫地面临土地匮缺的问题如荒漠化、水土流失、盐渍化和水涝，以及土壤污染等方面。
（四）人类与岩石圈
岩石圈是人类的立地圈层，同时向人类提供了丰富的化石燃料和矿物原料。在人类对岩石圈的利用中，不可避免的要对岩石圈施加影响。如果这种影响超过了生态环境允许的程度，就会使地质环境恶化，最终给人类自身发展带来不利影响。
1.改变原有地质地貌状态
如城市建设、矿产开采中，所采取的爆破、削坡等工程活动，会使岩体松动、裂隙增多，促进物理风化作用的进行，往往形成崩塌、滑坡。
2.加剧了资源的消耗
矿产资源是在漫长的地质年代里形成的，属于不可再生能源。随人类开发能力的增强，人类利用矿物资源的种类与数量与日俱增。尽管岩石圈中某些资源储量巨大，但不可再生的
矿产资源总有被消耗殆尽的一天。如何迅速实现向新材料与新能源的转变，已经成为关系到人类未来生存与发展的要务。
3.加剧了不良环境地质问题的发展
一些环境地质问题本来是自然存在的，但是人为的影响会加剧问题的发展，从而带来较大的灾害。如水土流失本来是一个自然的地质过程，之所以能形成灾害，主要是人为破坏植被、乱砍乱伐，加剧了这一过程的发展。
（五）人类与生物圈
人类是生物圈的一员，在人类历史99％的时间里，同大自然的威严相比，人类一直是个弱者，是生物圈里谦恭的成员。然而工业化以来，随着科学技术的发展，人类改造自然的能力增强，终于使人类从大自然的奴隶变成了主人。为了自身发展的需要忽视了遵循客观的自然规律，过度的夸大了自己在自然环境中的地位，破坏了人类与自然的平衡与和谐。主要表现在：
⑴森林在缩小
⑵牧场在退化
⑶猎捕与毒杀
⑷人与昆虫的战争
⑸日益加速的种群环境的危机
从上述各圈层的关系可以看到，地球环境是一个相互作用、相互影响的开放体系，进入工业社会后，人类活动正在对环境变化发挥着越来越大的作用，促使着地球环境发生了一系列的变化，这种变化有时会对对人类的生存和发展构成现实或潜在的威胁。所以要了解自然，尊重自然规律，不要以牺牲自然环境为代价来搞发展。否则的话，按目前许多不可持续的方式搞发展，不仅是危害到后代的生存，连当代人的生存也会受到严重威胁。
第一章 地球环境与自然资源
［教学目标］ 了解地球环境对于人类的独特性，理解人类与地球环境各圈层的关系。掌握自然资源的概念及其属性特点，了解中国自然资源的现状特点。理解人口增长对环境资源产生的压力。理解环境的人口承载力概念。
［教学重点］ 1.地球环境对人类的独特性。
2.自然资源的属性特点。
3.中国人口发展特点以及对资源的压力。
4.环境的人口承载力。
［教学时数］8
地球是人类迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球环境以及在长期发展过程中形成的自然资源为人类生存提供了条件和物质基础。
第一节 人类生存的先决条件——地球环境
一、地球环境的组成
人类所赖以生存的地球环境，包括自然环境和社会环境两部分。
（一）自然环境：人类赖以生存的环境要素。
1.包括要素：空气、阳光、水、土壤、矿物、岩石和生物等。
2.以上要素组成圈层：大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈。
（二）社会环境：人类的社会制度等上层建筑条件。
1.包括要素：社会经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念和机构等。
2.组成的圈层：有人认为这些社会要素组成了另一圈层——智能圈或人类圈（noosphere）。
二、地球环境的圈层构造
组成地球环境的各要素分别组成不同的圈层，圈层构造成为地球环境的显著特点。
（一）主要圈层
地球在大约46亿年前形成的时候，是一个炙热的大火球，还没有圈层的分化。在漫长的演化过程中，逐渐形成大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等四大外部圈层。由于土壤具有特殊的组成结构和特点，是地球表面特殊的自然综合体，有的学者将土壤圈从四大圈层中单独列出。
1.大气圈：位于地球最外部的气体圈层
（1）成份。这是一层以氮、氧为主要成分的大气，被地球的引力牢牢吸引在地球的周围，包围着地球上的海洋和陆地。
（2）分布
大气圈没有明确的上界，在几千千米的高空仍有稀薄的气体。
但受地心引力的作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的范围内，其中的
75%的大气又集中在离地面10千米高度的对流层内。
（3）作用
生物的保护层。大气圈的存在可使地球表面免受宇宙射线和陨星的轰击，为地球
上生命的存在提供了一个安全的保护层。
天气变化。可使我们能够欣赏到明媚的阳光和多姿多彩的天气变化。
生命的需要。大气圈中的气体成分满足生物圈中动植物维持生命的需要。
2.水圈：由地球上不同形态的水构成的圈层。
（1）组成：海洋水、陆地水（江河湖泊、沼泽、冰川，地下水）
在地球上海洋占了地球表面积的70％以上，在剩下的不到30％的陆地上也分布着纵横交错的江河湖泊，地表以下的土壤和岩层间还有连续不断的地下水。海水、地表水和地下水构成了一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万千米的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。
（2）分布
海洋水：约占地球总水量的97%。海水通过波浪、潮汐、洋流等形式促进了地球
高低纬度间的热量输送，对全球热量平衡有重大影响。
陆地水：约占地球总水量的3%，是地球上淡水资源的主要存在形式。生产生活用
水主要来源于这一类水源。但这些资源中的接近70%又以冰川的形式存在于两极
及高山地区，难以直接利用。因此人类可直接利用的水资源储量约占全球淡水总
储量的0.3%，只占全球总储水量的十万分之七。
（3）作用
水是生命存在的必要条件。地球之所以能够成为一颗智慧星球，水是一个关键因
素。各种生命起源的假说都少不了水这一要素。如今地球表面的70％以上覆盖着
水，大多数生物体内水的含量也达2/3以上。研究还发现，静脉点滴用的生理盐
水为浓度为0.9％的NaCl溶液，与原始海水一致。这似乎在告诉我们，现代人的
身体内仍然流动着几十亿年前的海洋水。在自然界的植物体内，水分含量更高，
有些甚至高达95％。这一切都充分表明地球上生命的产生和进化都离不开水。人
们的日常生活更是时时处处与水紧密联系，从生活、娱乐到工业生产和农业灌溉，
无一不体现出水的重要性。
水循环使陆地水资源不断更新。通过水循环运
动，水圈中各种水体相互转化，使陆地水资源
不断更新，成为一种再生资源，可以永久使用。
从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，
凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回
大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终
回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。
3.岩石圈：地球固体部分的外部圈层。
也是地球内部各圈层的最外层。地球内部也分成同心圈层，从地心向外，分别是地核、地幔和地壳。
（1）组成：地壳和上地幔的顶部。主要由从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩浆岩组成，岩浆岩上面，往往还覆盖着较薄的沉积岩和土壤盖层。
（2）作用：
陆生生物活动的基础。岩石圈稳定少动，是地球人类的立地圈层。
提供化石燃料及矿物资源。
——目前人类使用的化石燃料主要是煤炭和石油。从人类全部历史来看，化石燃料大规模使用的历史尚不足200年。历史上长期使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。进入20世纪以后，煤炭才开始占主导地位。石油更是一个后来者，从1920年起其开采量大幅度上升，开始了能源供应的“石油时代”。
——岩石圈内的矿物资源随人类开发能力的增强而不断满足着人类的需要，人类利用矿物原料的种类与数量与日俱增：原始人一生只需要几千克至几十千克石头打制石器；农业社会的农民一生也只需要几千克铁和铜制造简单的农具，迄今许多发展中国家的农民依然使用着极其简单的农具；工业化社会对矿物资源的消费却大得多，可以说现代工业建立在丰富的矿物资源基础之上。
4.土壤圈：地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。
（1）分布：除了江河湖海等水体和两极冰盖与高山冰川覆盖的地区以外，几乎都有土壤存在。
即使在岩石出露或流沙覆盖的地方，也可能有原始土壤和风沙土的发育。因此，各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几厘米至几米不等。在炎热湿润的热带、亚热带地区，有些土壤的厚度可能达几十米。
（2）作用：为植物生长提供必要条件
土壤和岩石共同构成了大地，但土壤和岩石是有区别的。土壤由岩石演化而来，并覆盖在岩石的表面，土壤与岩石最大的不同在于它具有肥力，即提供和调节水、气、热和营养元素的能力，为植物的生长提供了必要的条件。地球半径约为6400km而地表土壤的厚度仅为几十厘米，相比之下微乎其微，但却正是这薄薄的一层土壤，才使得地球上有了广阔的森林、农田和草场，人类得以从中获得宝贵的生产和生活资源。
5.生物圈：地球上所有生物构成的圈层。
（1）分布：主要位于岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈。
大气圈、水圈和岩石圈这三个圈层彼此渗透，相互影响，在岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈，出现了一个既有矿物质、又有空气和水分的地带，在这里繁衍着各种各样的生物，形成地球上一个独特的圈层——生物圈。
（2）作用
参与能量循环和转化。地球表层物质和能量的循环、转换是靠生命活动实现的。
如果没有生命捕获、转移和储存太阳能，则来自太阳的辐射能将会散失。
参与地球表层物质的迁移转化。生物的出现，将大气圈中大量的CO2转移到岩石
圈中，形成了大量的碳酸盐岩石，不仅改变了岩石圈的组成，而且吸收了工业化
以来人类排放的CO2。如果没有生物的吸收作用,则今天大气圈的CO2将增加1000
倍，浓度达到30％以上，在温室效应作用下，地球早已不适合人类和其他一切生
物的生存了。
因此，地球的现状是生命参与地质历史过程的结果，地球现在的状态也是靠生命活动调节、控制和维持的。可以毫不夸张地说，地球今天的面貌是生物创造的。爱护和保护生物圈，就是爱护和保护地球的现在和未来。
（二）地球环境的独特性——存在生命的条件
从地球环境的圈层结构上可以看出，地球是宇宙中一个很独特的星球：地球环境丰富多样，适合生物的生存和繁衍；地球是迄今发现的唯一存在智能生物的天体。地球环境的独特性就在于它具备其他天体所不具备生命存在条件。那么地球为何能适合生命存在呢？
1.合适的日地距离
地球距离太阳约1.5亿千米，适当的距离使地球获得了适当的太阳辐射能，地球表面温度保持在0-100度之间，保证了地表水大都以液态水的形式存在。而液态水的存在是生命
出现和生存的前提。
2.大量水的存在
生命首先是由海洋中形成的，所以没有谁就没有生命的诞生。在生命诞生之后，水又称成为生命活动不可或缺的物质。另外，由于水的比热大，大量水的存在，对于调节地球表面的温度有十分重要的作用。
3.大气层的存在
大气层的存在可以有效地调解地面温度，白天温度不过高，夜晚温度不过低，从而有利于生命的正常活动。
大气中的臭氧层，保护着地球不受高能紫外线的侵袭，给生命提供了一个安全的环境。
4.厚薄适中的岩石圈
厚到足以把岩浆覆盖在地下足够的深度，又薄到足以维持一定的构造运动和火山活动，使地壳深部和浅部之间保持一定的物质交流。
5.C和其他元素的存在
C、H、O、N是组成生命的四大元素，地球在长期演化中形成了丰富的此类元素。其中C又是有机化合物中的关键元素，地球上的植物都是C、H化合物，大多数动物也是C、H化合物，所以生命的构成和活动离不开C。
在茫茫宇宙中，地球是迄今发现存在智能生物的唯一天体。地球上存在着大气、陆地和海洋；距地面15～40km处有一个臭氧层，保护着地球不受高能紫外线的侵袭；大气中含有一定数量的CO2，使地表保持适中的温度，有利于生物的生长；地表上覆盖着一层或厚或薄的土壤，为植物提供营养和生长的基地；甚至地壳的厚度也很适中，它使地壳深部和浅部之间保持一定的物质交流。
长期以来，人们一直认为，正是由于具备了这种“优越”条件，所以地球才拥有生命。 近年来，科学研究的进展，使一些科学家提出了不同的看法。他们反因为果，认为地球的独特性在于它是一个靠生命来捕获、转移和储存太阳辐射能，靠生命活动来驱动地球表层的物质元素循环，靠生命过程来调控并保持其远离天体物理学平衡的开放系统。这就是说，不是地球上“优越”的环境条件创造了生命，而是生命活动创造了今天地球的环境。这种观点被称为盖娅（Gaia）假说或盖娅理论。
（三）生命的出现
在得天独厚的各种条件综合作用下，地球上出现了生命。
1.生命诞生的过程
地球环境从无生命到有生命，经历了漫长的岁月，分为以下四个阶段：
（1）由无机物质形成简单有机物质
火山喷出气体成为地球原始大气的一部分。地球形成初期，地内温度非常高，火
山活动极为频繁。火山喷出的部分气体成为地球原始大气的一部分。这些气体包
括氢气、甲烷、氨及水蒸汽等。
气体成分汇入海洋。这些气体溶于雨水中，到达地面后随地表径流流入逐渐形成
的原始海洋中。
简单有机质合成。上述成分在自然界产生的宇宙射线、紫外线、闪电、X射线以
及地热的作用下，自然合成一些比较简单的有机质，如氨基酸和简单的糖类。
海水成为富含有机质的溶液。简单有机质汇集在原始海洋中，溶解于海水，并不
断积累，使海水成为高温而富含有机质的溶液，这为生命的产生提供了必要的物
质条件。
（2）由简单有机物到复杂有机物质
蛋白质与核酸的出现。简单有机物质经过长期积累、相互作用，在适当的条件下，
通过缩合、聚合，形成了原始的蛋白质与核酸。这标志着化学演变过程的一次重
大质变，因为蛋白质合核酸是组成生命的必要的物质基础。
（3）由复杂有机物组成多分子体系
蛋白质与核酸在原始海洋中越积越多，浓度越来越大，它们经过浓缩后便从海水中分离出来，形成类似“团聚体”的多分子体系。这种多分子体系是原始生命的萌芽。
（4）由多分子体系演变为原始生命
独立多分子体系形成。漂浮在原始海洋中的多分子体系相互吸附，在海水和空气
的作用下形成最原始的界膜，多分子体系被包围其中，形成一个独立的体系。
新陈代谢出现。独立体系的结构逐渐复杂化，并能从周围环境中吸取营养，同时
也可向周围排泄废物，生命的最基本特征－-新陈代谢和繁殖出现，原始生命也
就诞生了。
２.生命诞生的意义
生命的产生，在地球史上是一个重大飞跃，它使地球除了无机界外，又增加了有机界，地球逐渐变得生机盎然。
地球环境演化由化学过程到生物进化过程的转变。生命诞生前是由单质到化合
物、无机物到有机物的化学变化过程，生命诞生后则是由单细胞到多细胞、由简
单生命到复杂生命的进化和演化过程。
人类对地球环境影响重大。生命诞生后，一方面地球变得充满生机，另一方面则
是在人类的影响下地球变得面目全非。
三、人类与各圈层的关系
人类是生物圈的成员，是大自然的儿子，与地球环境有着千丝万缕的联系。人类自其诞生之日起，就和地球各圈层发生密切的关系。
（一）人类与大气圈
大气圈为生命的存在提供了一个保护层，对于人类来说，大气圈成分的精细平衡是人类生存的重要条件。人类与大气圈的关系主要表现在两方面：
1.地球大气的精细平衡创造了适宜人类生活的环境
（1）地球大气成分
地球大气除了N、O之外，还有很多的组成成分，这些成分按照他们在大气中比例的变化，可以分为两种
稳定组分：氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，他们的比例在大气中十分稳
定，不易发生变化；
不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等。这些组分受人类活动影响极
易发生变化。
（2）地球大气的精细平衡
地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。如氧气的浓度。
目前的浓度：21%。下层大气中氧气的浓度为21％，这是亿万年来生物圈进化与
大气圈相互作用的结果。
——30亿年前，大气圈中氧浓度只有现在的千分之一，原始的生命为了躲避紫外线致命的伤害，只能存在于水下10m深处。
——距今6亿年时，氧浓度达到现水平的百分之一，出现了臭氧的保护，生命开始出
现在水面上，成为生命史的第一个关键浓度。
——4亿多年前，氧浓度达到现水平的十分之一，臭氧的浓度进一步增加，生命才能从海洋登上陆地，这是生命史上的第二个关键浓度。
氧气浓度如果发生改变的后果
——如果大气中氧浓度下降，则不仅生活在低海拔的人也会经受高山反应之苦，而且氧化反应受到抑制，燃料燃烧产生的一氧化碳等有毒气体将积累在大气圈。
——如果大气中氧浓度增高，譬如从现有的21％增高至25％，则雷电就能把嫩枝和草地点燃，造成连绵不断的火灾，使全球植被遭到破坏。
2.人类活动某种程度上破坏了地球大气的平衡
所幸的是大气中的这些稳定组分，其浓度一直保持十分稳定的状态，目前并没有观测到大气氧浓度的这种戏剧性变化。但是无可否认的是，由于人类的活动，导致了大气中不稳定组分的浓度发生了较大变化。其中最明显的就是二氧化碳和臭氧的浓度。
（1）CO2浓度的增加。
一定浓度CO2的存在，对地表温度的调节至为重要。因为CO2和某些气体具有能让太阳辐射中的短波辐射通过而吸收地表长波辐射、从而使地表增温的效应，即所谓“温室效应”，此类气体称为“温室气体”。若无这些温室气体的存在，有关计算推断地球的年平均温度应为-18℃，而不是现在的13～15℃。就是说，天然的温室效应使全球温度上升了31～33℃。
随着工业的发展，近200年里，每年要烧掉几十亿吨的煤炭和石油，向大气中排放出大量的CO2。如果长此下去，不采取措施，则CO2浓度持续增加，温室效
应会越来越强，地球温度持续上升，冰川融化，海平面上升，给地球环
境带来严重的影响。
（2）O3浓度的减少。
在地面以上20-30公里处，有一个O3相对集中的区域，我们把它
叫做臭氧层。
臭氧层的作用。它可以将阳光中99%的对人体有害的紫外线辐射吸收，保护地球
生命免遭紫外线辐射，为地球生命的生存提供了一道安全的保
护伞。
O3浓度的下降。1985年，英国科学家首次发现南极上空出现臭
氧洞，并在逐年增大。青藏高原上空的臭氧正在以每10 年
2.7% 的速度减少。全球总臭氧观测的结果表明，除赤道外，1978
- 1991 年总臭氧每10年间就减少 1% - 5%。
下降原因及危害。人类生产生活中排放的大量氟氯烃等有机化合物对臭氧层造成
极大的破坏，它能使臭氧分解而造成大气中O3浓度的下降，从而使得臭氧层吸收
紫外线的作用降低。据科学家估算，高空臭氧每减少1%，就会有额外2%的紫外
辐射到达地球表面。这些紫外辐射会严重损伤动植物，并使人类皮肤癌的患病率
大大提高。
（二）人类与水圈
水圈为人类的生存提供了必要的条件，在对水圈的应用中，人类的生产活动也给水圈带来各种影响。
1.兴建大型水库
（1）水库成为一种可靠的水源
人类在远古时代就学会了拦河取水，灌溉农田。20世纪科学技术的发展，使人类有可能修建库容以亿立方米计的大型水库，迄今全世界水库的总库容已达2000km3，成为一种稳定可靠的水源。
（2）水库的不良生态效应
水库也常常产生一些不良的生态效应，如库区泥沙淤积、下游水质恶化、甚至触发地震等。（可网上搜索相关资源）
2.大量开采地下水
（1）地下水提供了稳定的水源
在可资利用的淡水资源中，地下水以其水量丰富、水质优良和供应稳定而备受青睐，成为许多地区的主要水源。
（2）地下水过度开采的环境问题
地下水的过度开采造成了严重的环境问题。
——地下水位大幅度下降乃至地下含水层的枯竭。
——地面沉陷。我国不少沿海城市巳发生这种现象。大幅度地面沉陷带来一系列问题。例如，地表渠道与地下管线损坏；道路与建筑物破坏等。
3.小河流渠道化
所谓渠道化（channelization）就是为了防洪的目的把整条小河流或某一河段取直、加宽、挖深。
随着工业化的进展，一些高度工业化国家以其巨大的财力物力，进行大规模的小河流渠道化工程。
（1）有利于排水防洪，使两岸农田和城镇，免遭洪水威胁。河道取直以后留下原来的河曲形成一些小湖沼，可能具有娱乐价值或可成为野生动物的栖息地。
（2）渠道化改变了河流的物理特性，并有可能对水生生态系统带来灾难性影响。
4.湖泊的泯灭
从地质学角度看，湖泊的存在只是一种过度现象，因为它终究会被流入的泥沙和湖泊中的水生生物残体充填，逐渐演变为沼泽直至最后消亡。但是，人类活动大大加速了这种自然过程。
人类的影响包括：
（1）土壤侵蚀使入湖泥沙增加
（2）湖内营养物质增加（富营养化）使藻类与水草丛生
（3）围湖造田使湖泊面积缩小以至消亡
（4）大量引水和入流河流改向使入流水量急剧减少。
由于以上原因，湖泊面积和水量往往在短时期内（20～50年）发生戏剧性变化，甚至导致一些湖泊完全干涸。湖泊面积缩减、水量减少往往导致湖水矿化度增加，使水质变劣。
（三）人类与土壤圈
土壤圈是保证人类衣食住行的基础。但人类的一些生产活动让我们日益紧迫地面临土地匮缺的问题如荒漠化、水土流失、盐渍化和水涝，以及土壤污染等方面。
（四）人类与岩石圈
岩石圈是人类的立地圈层，同时向人类提供了丰富的化石燃料和矿物原料。在人类对岩石圈的利用中，不可避免的要对岩石圈施加影响。如果这种影响超过了生态环境允许的程度，就会使地质环境恶化，最终给人类自身发展带来不利影响。
1.改变原有地质地貌状态
如城市建设、矿产开采中，所采取的爆破、削坡等工程活动，会使岩体松动、裂隙增多，促进物理风化作用的进行，往往形成崩塌、滑坡。
2.加剧了资源的消耗
矿产资源是在漫长的地质年代里形成的，属于不可再生能源。随人类开发能力的增强，人类利用矿物资源的种类与数量与日俱增。尽管岩石圈中某些资源储量巨大，但不可再生的
矿产资源总有被消耗殆尽的一天。如何迅速实现向新材料与新能源的转变，已经成为关系到人类未来生存与发展的要务。
3.加剧了不良环境地质问题的发展
一些环境地质问题本来是自然存在的，但是人为的影响会加剧问题的发展，从而带来较大的灾害。如水土流失本来是一个自然的地质过程，之所以能形成灾害，主要是人为破坏植被、乱砍乱伐，加剧了这一过程的发展。
（五）人类与生物圈
人类是生物圈的一员，在人类历史99％的时间里，同大自然的威严相比，人类一直是个弱者，是生物圈里谦恭的成员。然而工业化以来，随着科学技术的发展，人类改造自然的能力增强，终于使人类从大自然的奴隶变成了主人。为了自身发展的需要忽视了遵循客观的自然规律，过度的夸大了自己在自然环境中的地位，破坏了人类与自然的平衡与和谐。主要表现在：
⑴森林在缩小
⑵牧场在退化
⑶猎捕与毒杀
⑷人与昆虫的战争
⑸日益加速的种群环境的危机
从上述各圈层的关系可以看到，地球环境是一个相互作用、相互影响的开放体系，进入工业社会后，人类活动正在对环境变化发挥着越来越大的作用，促使着地球环境发生了一系列的变化，这种变化有时会对对人类的生存和发展构成现实或潜在的威胁。所以要了解自然，尊重自然规律，不要以牺牲自然环境为代价来搞发展。否则的话，按目前许多不可持续的方式搞发展，不仅是危害到后代的生存，连当代人的生存也会受到严重威胁。