大气中CO2浓度逐渐增加的事实表明，海洋对CO2的调节能力是有限的。可以设想，如果人类继续增加化石燃料的使用量和森林的砍伐量，海洋吸纳CO2的能力终将被耗尽，那时，更大部分的CO2将被保留在大气圈中，必然导致更为显著的温室效应加剧、全球变暖和海面上升等一系列人类生存环境的变化。

12、简述全球氮循环过程及特点

答：大气圈是氮的主要贮存库，其中氮气的体积含量为78%， 居所有大气成分的首位。生物圈是氮的另一个主要贮存库，大部分氮的固定是通过生物过程实现的，称为生物固氮。此外，闪电、宇宙射线、陨星和火山活动等能把 少量的气态氮转变成氮化物，称为高能固氮；随着石油化学工业的发展，以气体和液体燃料为原料生产合成氨已经成为开发自然界氮的一种重要途径，称为工业固 氮。在生物固氮过程中，进入生物体的氮以氨或铵盐的形式被固定后，经过硝化作用形成亚硝酸盐或硝酸盐。一部分硝酸盐还可以在缺氧和有葡萄糖的条件下被真菌 和假单细胞菌还原，经反硝化作用生成气态氮，使氮离开生物体，重新回到大气圈中，从而完成氮的循环。

人类活动对氮循环的干预主要体现在两个方面，首先是工业固氮作用，包括氮肥的生产和在农业生态系统中的使用。据估计，被作物实际同化的氮肥只有施入土壤中氮肥的1/3左 右，大部分氮肥从农田中流失进入湖泊、河流和近海等水体，它与水中高含量的磷酸盐相结合，常常引起水域的富营养化，使藻类和其他浮游生物迅速繁殖，不断消 耗水中的溶解氧，并产生硫化氢等有毒气体，造成水质恶化、鱼类和其他水生生物的大量死亡。在陆地水域中，这种现象称为水华，在海洋中则称为赤潮。工业固氮 使得自然界固氮与反硝化去氮之间的自稳定平衡状态被打破。其次是工厂和汽车等交通工具燃料的燃烧过程将大量氮氧化物排入大气圈，导致大气中硝酸的含量增 加，再加上燃煤工业的二氧化硫排放使大气中硫酸含量增加，二者结合往往造成酸沉降，湿性的酸沉降称为酸雨，它使陆地水体和土壤酸化，植被死亡，对生态系统 的破坏性极大。

13、全球水循环的特点和作用是什么？

答：全球水分循环主要是通过地表径流、蒸发、水汽输送和降水等作用实现的。

特点：全球约97%的水在海洋，84%的水是海洋蒸发的，大气从海洋上空携带水汽输往陆地，以降水形式落下，以冰雪形式堆积在陆地表面的2.76×107km3水量超过了地下水水量；陆地水分通过植物蒸腾和地表蒸发回到大气，有些还存在于土壤表面；植物在水循环中通过截流、根部吸收和以蒸腾方式把水分送回大气，由于植物种类不一样，对水分循环作用也不一样，因此植物本身也使得全球水循环不均。

作用：水是地球表面吸收太阳辐射的主要介质；水汽是一种主要的温室气体，它吸收地表长波辐射，加强了大气的温室效应；水的相变——凝结和蒸发在天气和气候变化中扮演重要角色；水是C、N、P、S等元素生物地球化学循环过程的主要载体；水是地球表面各类物质输送和土壤岩石风化侵蚀作用的主要做功者；水是生命诞生、延续、生长发育的基本条件；水是人类生存和发展的基本条件。

14、简述“大地女神说”的含义

答：利用天体物理理论，在假设地球、金星和火星都是“正常的”太阳系行星，它们的大气形成过程在遵循同样规律的情况下，根据金星和火星大气组成推断出来的行星地球大气组成却与实际地球大气组成差别异常显著。为解释上述现象，英国生物化学家拉夫洛克（James Lovelock）提出了盖娅假说，其基本观点为：对于地球的特定属性，只根据物理学和化学的规律是很难解释的，必须同时考虑生物学规律。地球上的生物圈和它的环境构成一个有机的整体（称为大地女神Gaia），地球大气的组成、气温、海水温度、海水PH等都是生物圈积极调节的，是生物圈通过自己的影响使地球的气候环境长期保存在适合自己生存的“稳态”上。这种通过生物圈并且为了生物圈的地表调节作用从最早出现广泛传播的生命开始便开始一直存在，因此，在很大程度上，是生命自己创造了它的生存环境。

15、冰期与间冰期的概念

答： 冰期指由于气温显著降低，冰川规模扩大和增厚的时期。在冰期里，高纬度地区的冰盖扩张，向中纬度推进，高山地区的山岳冰川向低地伸展，海面降低，气候和土 壤生物带向赤道方向迁移。在各个大陆以夏季风降水为主的地区，冰期时气候寒冷干燥，植被退化，某些内陆干旱地区沙漠扩张、湖面缩小。

间 冰期指两次冰期之间由于气候回暖，冰川缩小和消融的时期。在间冰期里，冰川退缩，海面回升，气候和生物带向两极方向迁移。以夏季风降水为主的地区，间冰期 时气候温暖湿润，湖面扩张，生物繁荣，内陆干旱地区流沙固定，黄土地表会有土壤发育。以冬季风降水为主的内陆干旱地区的气候温暖干燥，湖泊收缩或者干涸， 沙漠扩张。

（1）108~107年尺度。具有此尺度的气候变动称为大冰期和大间冰期。

（2）105年尺度。具有此尺度的气候变动称为冰期和间冰期。

（3）104年尺度。具有此尺度的气候变动称为副冰期和副间冰期，又称冰阶和间冰阶。

（4）103~102年尺度。具有此尺度的气候变动称为小冰期和小间冰期，仅用于冰后期和晚冰期。

16、试述米兰柯维奇理论。这一理论如何解释第四纪冰期-间冰期的变化？它还有哪些不足之处？

答： 米兰柯维奇理论：米兰柯维奇认为偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差这些地球的轨道参数都是随时间变化的，它们的变化均会导致地球接受太阳辐射的季节和地区分布 的变化。地球绕太阳运转的轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆轨道的一个焦点上，轨道偏离正圆的程度就是地球轨道的偏心率。偏心率越大，地球在近日点和远日点时的 日照量差异越大。黄赤交角倾斜率影响地球上不同纬度和不同季节的气候差异程度的大小，黄赤交角倾斜率越大，冬季和夏季的差异越大。黄赤交角倾斜率变化对极 区影响最大，若黄赤交角倾斜率减小，极地地区变暖，反之，极地地区更为寒冷。岁差导致地球近日点时间的变化，现在地球在1月位于近日点，全球1月日射率稍大于7月，从而使北半球冬季稍暖，夏季稍凉，而南半球冬季更冷，夏季更暖。当近日点出现在7月时，情况将相反。

米兰柯维奇认为偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差的周期变化改变地表的日照量，足以导致冰盖的大规模进退，是形成第四纪冰期和间冰期更替的主要原因。

米兰柯维奇理论为第四纪冰期-间 冰期气候波动提供了一个逻辑一致的解释，但仍存在不少问题。首先它不能解释冰期建立的机制；其次，地球轨道参数变化本身引起的气候变化比地球上实际发生的 全球变化的幅度小得多；最后该理论难以解释为什么主导周期会发生变化，也难以解释地球在第四纪以前各大间冰期中虽受偏心率、黄赤交角倾斜率和岁差影响，但 并未出现冰期-间冰期周期性变化的原因。

第四章            史前时代与工业革命以来全球环境的比较

17、简述工业革命以来全球环境的变化

答：工业革命之前，主要是人类适应环境的过程；工业革命以后，科学技术突飞猛进、人口急剧增加，在短短几百年的时间里，人类对环境的改变已经远远超过了自然作用本身，出现了一系列的环境问题。

（1）       大气环境。温室气体排放增加、大气污染、平均大气水汽含量增加、臭氧洞导致人类相关疾病发病概率增加，同时对农作物也有众多的负面效应。

（2）       气候变化。气候变暖导致海水体积增大，也会促进极地冰体融化。某些区域因气候趋于极度干旱水资源短缺。

（3）       水环境变化。由于现代工农业发展、人口激增和城市化进程加快，人类对水资源的耗费急剧增长，同时排放出大量的污染物进入水体，水污染日趋严重。

（4）       生物多样性变化。生物多样性锐减和消亡。

（5）       土地利用和土地覆盖变化。全球土地利用包括各种形式的土地耕作、放牧、居住、建筑、自然保护区及林木用地。这些利用形式逐渐改变了全球土地覆盖，继而改变了当地的、区域的甚至全球的环境，包括大气层的组成成分、生物多样性、土壤状况以及水体和水体沉积状况。

第二篇 全球变化研究的主要方法

第五章            过去全球变化的重建

18、反应过去全球变化的记录有哪些？如何运用各类代用指标恢复古环境？

答：古 生物学记录，包括孢粉分析、硅藻分析、有孔虫指标，植物大化石，其中孢粉分析被用来建立第四纪地层单元和重建区域植被的变化，其重建古环境的理论基础是依 据植被在地理分布上随气候差异呈现的地带性规律变化，硅藻分析被用于研究湖泊水位变动、海平面重建、水化学变化以及人类活动对湖泊生态系统影响，有孔虫是 第四纪地层划分、古海洋学和古气候学重建非常重要而有效的研究对象之一；黄土堆积与古土壤信息载体；深海沉积物氧同位素记录；冰岩芯记录；石笋记录

比较成熟的气候代用指标有粒度、磁化率、CaCO3、总有机碳（TOC）和全氧化铁含量等。黄土剖面粒度大小与冬季风的强弱直接相关；黄土剖面磁化率变化可以作为衡量东亚夏季风演变的重要指标，磁化率高时气候湿热；黄土中的CaCO3作为易溶盐类可以当作探索大气降水或湿润程度的指标；总有机碳（TOC）可以作为气候变化的指标，有机碳含量峰值与古土壤层对应良好，古土壤形成于温暖湿润、生物繁茂的时期。