环境概论第讲概述生态系统与能量.ppt

环境概论IntroductiontoEnvironment 董方土木与水利工程学院dongfang 第1讲Introduction EcosystemandEnergy概述 生态系统与能量 本课程主要参考书之一 Environment4 eRaven BergAleadingtextbookonenvironment PeterH Raven PeterH Ravenisoneoftheworld sleadingbotanistsandadvocatesofconservationandbiodiversity Forthreedecades hehasheadedtheMissouriBotanicalGarden aninstitutionhenurturedintoaworld classcenterforbotanicalresearchandeducation andhorticultural 园艺 display DescribedbyTimemagazineasa HeroforthePlanet Ravenchampionsresearcharoundtheworldtopreserveendangeredplantsandisaleadingadvocateforconservationandasustainableenvironment Inrecognitionofhisworkinscienceandconservation Ravenistherecipientofnumerousprizesandawards includingtheprestigiousInternationalPrizeforBiologyfromthegovernmentofJapan theU S NationalMedalofScience thecountry shighestawardforscientificaccomplishment andtheTylerPrizeforEnvironmentalAchievement RavenwasamemberofPresidentBillClinton sCommitteeofAdvisorsonScienceandTechnology Healsoservedfor12yearsashomesecretaryoftheNationalAcademyofSciencesandisamemberoftheacademiesofscienceinArgentina Brazil China Denmark India Italy Mexico Russia Sweden theU K andseveralothercountries 大师说为何学环境 Thechallengeofcreatingandmaintainingasustainableenvironmentisprobablythesinglemostpressingissuethatwillconfrontstudentsthroughouttheirlives Today environmentalscienceisnotonlyrelevanttostudents personalexperiencesbutalsovitaltothefutureoftheentireplanet AshumansincreasinglyalterEarth sland water andatmosphereonlocal regional andgloballevels theresultingenvironmentalproblemscanseeminsurmountable Armedwiththepropertools however studentsneednotfindtheseissuesoverwhelming Environment fourthedition equipsstudentswiththemostessentialofthesetools aworkingknowledgeoftheecologicalconceptsthatunderlieenvironmentalproblems Theoverarchingconceptofenvironmentalsustainabilityhasneverbeenmoreimportanttothefieldofenvironmentalsciencethanitistoday WehavethereforemadesustainabilityacentralthemeofEnvironmentbyintegratingitthroughoutthetext Part1 HumansintheEnvironment环境中的人类 introducesenvironmentalscienceandcurrentenvironmentalconcerns Thethreechaptersinthissectionalsodevelopthescientificprocessandexaminepolicies andenvironmentalethicsaffecttheenvironment OurChangingEnvironment变化的环境UsingSciencetoAddressEnvironmentalProblems应用科学处理环境问题EnvironmentalHistory Legislation环境历史与立法 Part2 TheWorldWeLivein我们所住的世界 providesadetailedintroductiontobasicecologicalprinciples Thispart whichconsistsoffourchapters isorganizedaroundtheecosystem whichisthefundamentalunitofecology 4 EcosystemsandEnergy生态系统与能量5 EcosystemandLivingOrganism生态系统与有机生物6 EcosystemsandthePhysicalEnvironment生态系统与自然环境7 MajorEcosystemsoftheWorld全球主要生态系统 Part3 ACrowdedWorld拥挤的世界 discussestheprinciplesofpopulationecologyandemphasizesthefactthathumanpopulationscomplywiththesameprinciplesofpopulationecologyasotherorganisms Thetwochaptersinthispartalsoexamineurbanizationandothersociologicalandculturalfactorsthataffecthumanpopulationgrowth UnderstandingPopulationChange认识人口变化FacingtheProblemofOverpopulation面对人口爆炸问题 Part4 TheSearchforEnergy寻求能源 considerstheenvironmentalimpactofthehumanquestforenergy Thispart whichconsistsofthreechapters discusseskeyissuesassociatedwiththeuseoffossilfuels nuclearpower andrenewableenergysources 10 FossilFuels化石燃料NuclearEnergy核能RenewableEnergyandConservation可再生能源与保护 Part5 OurPreciousResources我们宝贵资源 examinestheoveruseandabuseofnaturalresources Thesixchaptersinthissectionexploreresourceissuesanddilemmasinvolvingwater soil mineral biologicalresources landandfoodproduction 13 Water AFragileResources水 脆弱的资源SoilsandTheirPreservation土壤与保护Minerals AnonrenewableResource矿藏 不可再生的资源PreservingEarth sBiologicalDiversity保护地球的生物多样性LandResourcesandConservation土地资源与保护FoodResources AChallengeforAgriculture粮食资源 农业的挑战 Part6 EnvironmentalConcerns环境关注点 reviewtheeffectsoflocal regional andglobalpollution Wediscusstheproblemsassociatedwithairpollution aciddeposition globalclimatechange stratosphericozonedestruction waterandsoilpollution pesticidepollution andsoilandhazardouswastes AirPollution空气污染RegionalandGlobalAtmosphericChanges地区与全球大气变化WaterandSoilPollution水与土壤污染ThePesticideDilemma杀虫剂困惑SolidandHazardousWastes固体危险废料 Part7 Tomorrow sWorld明日世界 concludesbookwithasinglechapterthatpresentstheopinionsofauthorsonsocialresponsibilities identifyingsomeofthemostcriticalissuesthatmustbegrappledwithtodaytoassureabettertomorrow 24 Tomorrow sWorld明日世界关键词 生态 大气 水 土壤 能源 全球变化 生物多样性 环境的定义 环境 environment 是指某一特定生物体或生物群体以外的空间 以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和 环境总是针对某一特定主体或中心而言的 是一个相对的概念 离开了这个主体或中心也就无所谓环境 因此环境只具有相对的意义 在生物科学中 环境是指生物的栖息地 以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素 在环境科学中 人类是主体 环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体 环境有大小之别 大到整个宇宙 小至基本粒子 例如 对太阳系中的地球而言 整个太阳系就是地球生存和运动的环境 对栖息于地球表面的动植物而言 整个地球表面就是它们生存和发展的环境 对某个具体生物群落来讲 环境是指所在地段上影响该群落发生发展的全部无机因素 光 热 水 土壤 大气 地形等 和有机因素 动物 植物 微生物及人类 的总和 总之 环境这个概念既是具体的 又是相对的 讨论环境时 要包含着特定的主体 离开了主体的环境是没有内容的 同时也是毫无意义的 主体的不同或不明确 往往是造成对环境分类及环境因素分类不同的一个重要原因 环境的类型 环境是一个非常复杂的体系 至今尚未形成统一的分类系统 一般可按环境的主体 环境性质 环境的范围等进行分类 按环境的主体分 目前有两种体系 一种是以人为主体 其他的生命物质和非生命物质都被视为环境要素 这类环境称为人类环境 在环境科学中 多数学者都采用这种分类方法 另一种是以生物为主体 生物体以外的所有自然条件称为环境 按环境的性质可将环境分成自然环境 半自然环境 被人类破坏后的自然环境 和社会环境3类 按环境的范围大小可将环境分为宇宙环境 或称星际环境 地球环境 区域环境 微环境和内环境 宇宙环境 spaceenvironment 宇宙环境指大气层以外的宇宙空间 是人类活动进入大气层以外的空间和地球邻近天体的过程中提出的新概念 也有人称之为空间环境 宇宙环境由广阔的空间和存在其中的各种天体及弥漫物质组成 它对地球环境产生了深刻的影响 太阳辐射是地球的主要光源和热源 为地球生物有机体带来了生机 推动了生物圈这个庞大生态系统的正常运转 因而 它是地球上一切能量的源泉 太阳辐射能的变化影响着地球环境 例如 太阳黑子出现的数量同地球上的降雨量有明显的相关关系 月球和太阳对地球的引力作用产生潮汐现象 并可引起风暴 海啸等自然灾害 SizesandScalesintheUniverse地球太阳系银河系本星团本超星系团宇宙 地球环境 globalenvironment 地球环境 globalenvironment 指大气圈中的对流层 水圈 土壤圈 岩石圈和生物圈 又称为全球环境 也有人称为地理环境 geoenvironment 地球环境与人类及生物的关系尤为密切 其中生物圈中的生物把地球上各个圈层的关系密切地联系在一起 并推动各种物质循环和能量转换 TheEarthSpheres地球圈层 岩石圈 TheEarthSystem地球系统 区域环境 微环境 内环境 区域环境 regionalenvironment 指占有某一特定地域空间的自然环境 它是由地球表面不同地区的自然圈层相互配合而形成的 不同地区 形成各不相同的区域环境特点 分布着不同的生物群落 微环境 micro environment 指区域环境中 由于某一个 或几个 圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境 例如 生物群落的镶嵌性就是微环境作用的结果 内环境 innerenvironment 指生物体内组织或组胞间的环境 对生物体的生长和繁育具有直接的影响 例如 叶片内部 直接和叶肉细胞接触的气腔 气室 通气系统 都是形成内环境的场所 内环境对植物有直接的影响 且不能为外环境所代替 环境科学把人类的环境分为两大方面 1 自然环境 主要包括 大气环境 水环境 土壤环境 生态环境和地质环境 2 社会环境 主要包括 居住环境 生产环境 文化环境和交通环境 环境科学研究人类活动对自然界的影响 力图发现由人的活动给地球环境带来的各种干扰 危害和负担 并研究人类如何能解决这些问题 全球性环境问题 我们通常所说的环境问题是指由于人类的生产 生活活动 使自然生态系统失去平衡 反过来又直接或间接地影响人类生存和发展的一切问题 环境问题伴随人类的产生而产生 并随着人类社会的发展而发展 工业革命之前的人类社会 由于生产力低下 人类对自然环境的破坏相对而言是局部或轻微的 随着工业文明的发展 生产力有了极大的提高 人类在享受工业文明带来的诸多好处的同时 消耗了大量的资源 同时 也向环境排放了大量的污染物 时至今日 由于人类的生产 生活活动而产生的环境问题已经成为严重的全球性问题 直接危害着人类自身的生存和发展 一般认为 当今世界存在十大类全球性环境问题 全球气候变暖 臭氧层破坏 酸雨危害 淡水资源危机 资源能源短缺 森林锐减 土地荒漠化 生物多样性锐减 垃圾成灾 以及有毒化学品的全球转移 我国面临的环境问题 1 大气污染依然严重 2005年 113个大气污染防治重点城市中 仅48个城市达到或好于国家环境空气质量二级标准 占重点城市的42 5 2 水域污染问题突出 2005年全国七大水系中 有4大水系中度或重度污染 仅长江水系和珠江水系水质良好 3 水土流失难以遏制 2005年全国水土流失面积356万平方千米 km2 占国土面积的37 1 水土流失范围遍及所有的省 自治区和直辖市 4 土地荒漠化问题依然严峻 目前 我国荒漠化土地为263 62万km2 占国土面积的27 46 沙化土地面积为173 97万km2 占国土面积的18 12 我国是世界上荒漠化最严重的国家之一 5 频危物种生境缩小 建国五十多年来 已有200多种高等植物灭绝 400多种野生动物濒临危机 6 水资源短缺 华北 胶东 辽中南 西北地区和300座城市常年缺水 因缺水全国每年粮食减产50亿斤 工业产值损失近1000亿元 7 耕地逐年减少 每年全国净减少耕地500万亩 全国遭受污染的土地已达1 5亿亩 8 我国1 3的土地遭遇过酸雨袭击 9 城市中按照环保方式处理的垃圾不足20 ENVIRONMENTALSCIENCE 环境科学 HowhumanscanbestlivewithinEarth senvironmentisthethemeofwhatislooselycalledenvironmentalscience theinterdisciplinarystudyofhumanity srelationshipwithotherorganismsandthenonlivingphysicalenvironment Environmentalscienceisinterdisciplinary交叉学科becauseitusesandcombinesinformationfrommanydisciplines suchasbiology生物学 particularlyecology生学态 geography地理学 chemistry化学 geology地质学 physics物理学 economics经济学 sociology社会学 particularlydemography人口统计学 thestudyofpopulations culturalanthropology文化人类学 naturalresourcesmanagement自然资源管理 agriculture农业 engineering工程 law法律 politics政治 andethics伦理 环境科学的内涵 Environmentalscienceencompassesmanycomplexandinterconnectedproblemsinvolvinghumanpopulation Earth snaturalresources andenvironmentalpollution Pollutionisanalterationofair water orsoilthatharmsthehealth survival oractivitiesofhumansandotherlivingorganisms TheGoalsofEnvironmentalScience环境科学的目的 Environmentalscientiststrytoestablishgeneralprinciplesabouthowthenaturalworldfunctions 理解自然界的一般规律 Theyusetheseprinciplestodevelopviablesolutionstoenvironmentalproblems solutionsthatarebasedasmuchaspossibleonscientificknowledge 利用科学解决环境问题 Environmentalproblemsaregenerallycomplex however andsoourscientificunderstandingofthemisoftenlesscompletethanwewouldlikeittobe Environmentalscientistsareoftencalledontoreachascientificconsensusbeforethedataarecomplete 环境问题很复杂 环境科学并不完善 但必须解决环境问题 Asaresult theyoftenmakerecommendationstoelectedofficialsbasedonprobabilitiesratherthanpreciseanswers EnvironmentalSustainability环境可持续性 Environmentalsustainabilityistheabilitytomeethumanity scurrentneedswithoutcompromising牺牲thefuturegenerationstomeettheirneeds Sustainabilityimpliesthattheenvironmentcanfunctionindefinitelywithoutgoingintoadeclinefromthestressesimposedbyhumansocietyonnaturalsystems suchasfertilesoil waterandair thatmaintainlife Whentheenvironmentisusedsustainably humanity spresentneedsaremetwithoutendangeringthewelfareoffuturegenerations Environmentalsustainabilityappliesatmanylevels includingindividual community regional national andgloballevels 环境可持续性包括不同层次 个人 社区 地区 国家 全球 Environmentalsustainabilityisbasedinpartonthefollowingideas 1 Wemustconsidertheeffectsofouractionsonthehealthandwell beingofthenaturalenvironment includingalllivingthings 必须考虑我们行为的影响 2 Earth sresourcesarenotpresentininfinitesupply Wemustlivewithinlimitsthatletrenewableresourcessuchasfreshwaterregenerateforfutureneeds 资源并非无限 3 Wemustunderstandallthecoststotheenvironmentandtosocietyofproductsweconsume 考虑环境成本 4 Wemusteachshareintheresponsibilityforenvironmentalsustainability 分担可持续发展的责任 可持续发展 可持续发展战略 被提出的背景 可持续发展战略 是1992年6月在巴西里约热内卢召开的 联合国环境与发展大会 上提出的 可持续发展 关注的方面有 生态可持续性 社会可持续性 文化可持续性 可持续发展社会是一种 既能满足当代人的需要 又不对后代人满足其生存能力构成危害 的新型社会发展模式 Humansocietyisnotoperatingsustainablybecauseofthefollowinghumanbehaviors 1 Weareusingnonrenewableresourcessuchasfossilfuelsasiftheywerepresentinunlimitedsupplies 使用非可再生资源 2 Weareusingrenewableresourcessuchasfreshwaterandforestsfasterthantheycanbereplenishednaturally 过度使用可再生资源 3 Wearepollutingtheenvironmentwithtoxinsasifthecapacityoftheenvironmenttoabsorbthemislimitless 毒物污染环境超过自然自净能力 4 OurnumberscontinuetogrowdespiteEarth sfiniteabilitytofeedandsustainusandabsorbourwastes 人口过快增长 Ifleftunchecked theseactivitiesmayreachthepointofenvironmentalcatastrophe 灾难 threateningthelife supportsystemsofEarthtotheextentthatrecoveryisimpossible 可持续发展 战略的九项原则 人类必须有福共享 保护地球 考虑子孙后代 人类不能对自然界竭泽而渔 人类选择的生活方式要充分尊重并不得超越自然的承受能力 它的原则包括九个方面 也称为 九项原则 1 建立一个可持续性社会 2 尊重和保护生活社区 3 改善人类生活质量 4 保护地球的生命力和多样性 5 维持在地球的承载能力之内 6 改变个人的态度和生活习惯 7 使公民团体能够关心自己的环境 8 建立协调发展与保护的国家网络 9 创建全球性联盟 Threefactors environmentallysounddecisions环境合理性 economicallyviabledecisions经济可行性 andsociallyequitable社会公平性decisions interacttopromotesustainabledevelopment Environmentallysounddecisionsdonotharmtheenvironmentordepletenaturalresources Economicallyviabledecisionsconsiderallcosts includinglong termenvironmentalandsocietalcosts Sociallyequitabledecisionsreflecttheneedsofsocietyandensurethatcostsandbenefitsaresharedequallybyallgroups 多层次可持续发展 社会公平吗 Ethics伦理 Ethicsisthebranchofphilosophythatisderivedthroughthelogicalapplicationofhumanvalues Thevaluesaretheprinciplesthatanindividualorsocietyconsidersimportantorworthwhile Valuesarenotstaticentitiesbutchangesassocietal cultural political andeconomicprioritieschange Ethicshelpsusdeterminewhichformsofconductaremorallyacceptableorunacceptable rightorwrong Ethicsplaysaroleinwhatevertypesofhumanactivitiesinvolveintelligentjudgmentandvoluntaryaction Wheneveralternative conflictingvaluesoccur ethicshelpsuschoosewhichvalueisbetter orworthier thanothervalues Environmentalethics环境伦理 Environmentalethicsislargeandcomplexfieldofappliedethicsthatconsidersthemoralbasisofenvironmentalresponsibilityandhowfarthisresponsibilityextends Environmentalethiciststrytodeterminehowwehumansshouldrelatetothenaturalenvironment Forexample whatroleshouldhumansplayindeterminingthefateofEarth sresources includingotherspecies Environmentalethicsconsidersnotonlytherightsofpeoplelivingtoday bothindividuallyandcollectively butalsotherightsoffuturegenerations Bydefiningourenvironmentalethics weareinabetterpositiontousescienceandtechnologyforlongtermenvironmentalsustainability 代表性环境伦理 天人合一观 中国道教文化 人地矛盾观 马尔萨斯人口论 人类中心论anthropocentrism人定胜天论 毛泽东 生物中心论biocentrism纯自然生态观deepecology地球整体论代际均等科学发展观 胡锦涛 Deepecology Deepecology 绿色建筑Greenarchitecture TheAdamJosephLewisCenterforEnvironmentalStudiesatOberlinCollegeisoneofthebestexamplesofecologicaldesignintheUnitedStates Itusesabout20 oftheenergythatanewbuildingtypicallyuses 中国建筑领域显示CO2排放显著减少的典型例子 绿化平台和太阳能光电遮阳板 外形是根据对位置和北京特殊气候条件的分析而设计 该楼座落在密集的市区环境 周围都是一些高层建筑物 在冬天可满足对太阳能的需要 在夏天则具有防晒保护作用 天然和人工照明 反射和半反射的薄板和天窗将允许阳光在冬天透射入房间 而在夏天则被反射出去 减少建筑物的能源消耗 双面照明和人工照明将以高效灯具和装置为基础 由一个调光系统控制 能根据室内的实际照明需要 并结合天然照明度来调整灯光强度 当房间无人时 控制系统将自动关灯 HVAC 暖气 通风和空调 系统 舒适的暖气条件由主通风 通过一个置换通风系统 辐射天花板系统提供 这种组合使泵和风机的耗电量减到最低 轻质辐射天花板可令冬天气温较低 而在夏天则较高 从而减少能源消耗 而且 当房间中有很少人或没有人时 感应器以及CO2感应器可调节气流和天花板温度 这样就避免了无必要的能源消耗 在夏天夜晚有冷气 气 电 冷 三生系统 煤气发动机是这栋大楼能源系统的核心 它们与发电机结合 生产大部份所需的电能 发动机废热在冬天被用于供暖 在夏天则通过吸冷器放冷气 并用于全年的热水生产 一个复杂的 智能 控制系统调控该设备 因为生产的电能比较干净 SIEEB楼每平方米的CO2排放量将远低于目前中国商业建筑物 Theattractivebuildingintheopeningphoto theAdamJosephLewisCenterforEnvironmentalStudiesatOberlinCollegeinOhio doesnotatfirstglanceappeartobeanythingspecial butitrepresentsavisionimplementedbydedicatedstudents facultymembers architectsandmanyothers Dedicated 落成 in2000 thebuildingisanaward winningexampleofgreenarchitecture whichencompassenvironmentalconsiderationssuchasenergyconservation andrecycledorreusedbuildingmaterials TheLewisCenterisdesignedtoworklikeanaturalecosystemsuchasaforestorpond thatis itobtainsitsenergyfromsunlight preservesbiologicaldiversity andproducesfewwastesthatcannotberecycledorreused Anadvanced design earth coupledheatpump whichextractsheatfrom24geothermalwellsintheground suppliessomeoftheenergyforheatingandcoolingthebuilding Ontheroof anarrayofphotovoltaic PV cellscollectsthesun senergytomeetmostofthebuilding selectricityneeds Onsunnydays thePVcellsproducemoreelectricitythanthebuildinguses sotheexcessissoldtotheOhiopowergrid Oncloudywinterdays thebuildingbuystheextraenergyitneedsfromthegrid Energyissavedbythetriple panedwindows whichallowsunlighttoenterthebuildingbutinsulateagainstheatlossduringwinterandheatgainduringsummer Classroomsinthebuildinghavemotionsensorsthatdetectwhenpeoplearenotintheroom triggeringtheenergy efficientlightingfixturesandventilationsystemstoshutdown Thebuilding swastewaterfromsinksandtoiletsiscleansedandrecycledbyaso calledlivingmachine Thisorganicsystemconsistsofaseriesoftanksthatcontainbacteria aquaticorganisms andplants Theseorganismsinteracttoremoveorganicwastes nutrientssuchasnitrogenandphosphorus anddisease causingorganismsfromthewaterasitmovesthroughthetanks Afterithasbeencleaned thewaterisstoredandreusedinthebuilding stoilets Theacousticpanelsintheauditoriumaremadefromagriculturalstrawwastes andthecomputertableintheresourcecenterisconstructedfromtheoldcampusbowlingalley Allnewwoodusedinthebuildingcamefromnearbyforeststhatarecertifiedtoproducesustainablyharvestedwood Allthesteelframesusedinthebuildingarecomposedofrecycledsteel Thecarpetsintheclassroomsareinstalledinsquaresthatareeasytoremove Asthecarpetwearsout itisnotdisposedofinalandfill Instead thesquaresarereturnedtothemanufacturer wheretheyarerecycledinto new carpet Thelandscapesurroundingthebuildingiscarefullydesignedtohighlightavarietyofnaturalandagriculturalecosystems BecausemostofOberlinCollege sstudentscomefromurbanareas theselandscapedgroundssupplyanoutdoorclassroomthatexposesstudentstothenaturalenvironment MuchoftheareaonwhichOberlinCollegewasbuiltoriginallyconsistedofmarshesanddeciduousforests Awetlandthatprovidesahavenforfrogs insectssuchasdragonflies andsongbirdshasbeenconstructedalongonesideofthebuilding Nativeforesttreesareplantedalonganothersideofthebuilding Orchardsofappleandpeartrees gardens andagreenhousearealsopartofthelandscape Neartheorchardisacistern 水塔 thatcollectsprecipitationrunofffromtheroofforreuse Theoriginoflife生命的起源Whatisecology什么是生态学species种 population种群 community群落 ecosystem生态系统 landscape景观 biosphere生物圈Theenergyoflife生命的能量Thefirstlawofthermodynamics热力学第一定律Thesecondlawofthermodynamics热力学第二定律photosynthesisandcellularrespiration光合作用与细胞呼吸Theflowofenergythroughecosystem生态系统中的能量流动producers生产者 consumers消费者 anddecomposers分解者Thepathofenergyflow能量流动 whoeatswhominecosystem生态系统中谁吃谁Ecologicalpyramids生态金字塔Productivityofproducers生产者的生产力 thetheoryofevolution 地球上的生物是自然界在特定条件下演化的结果 而且仍继续处于变化之中 AlfredRusselWallace CharlesDarwin TheWallace DarwinTheory 生命的起源 地球上的自然史与生命史 宇宙的起源 始于120亿年前的宇宙大爆炸 BigBangBeginsTheUniverse 太阳系的起源 大约49亿年前 诞生太阳系 地球的起源 大约45亿年前 宇宙中的尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球 不断演化的地球系统 地球本身一直经历着由简单到复杂 由低级到高级不可逆的演化过程 由此逐渐形成了大气圈 水圈 岩石圈 生物圈及地球内部的圈层 不断演化的地球生物 生物是地球系统在特定条件下演化的结果 并仍处于不断的演化之中 地球约形成于46亿年前 38 40 亿年前形成了地球的外壳 当时 地球表面为还原性大气 主要由水蒸气 H2S N2 CH4 NH3及H2等组成 缺少O2 大气层较薄 没有臭氧层 那时紫外线很强烈 昼夜之间以及季节之间的温差很大 1953年 科学家在实验室中让混有氨 甲烷和氢的水流经一个电弧 模拟太阳紫外辐射 一星期后得到了甘氨酸 丙氨酸等氨基酸 由此推论 在还原性大气形成的各种有机物随着时间的推移越聚越多 有的会形成较为复杂的化合物 最后形成蛋白质和能够自我复制的核酸分子 这就是生命的开始 这一过程大约发生在35亿年以前 这时 原始生命形态只能依靠分解复杂化合物时所释放的能量来维持生存 而太阳的紫外辐射又把简单物质再次变为复杂化合物 因此 最初的生命是靠化学反应得到发生和发展 故称为化学进化阶段 从具有生命活性的大分子到细胞 是生命进化中的关键一步 细胞生命一旦出现 就从化学进化过渡到生物学进化 进化过程就由变异 遗传 选择等因素所驱动 从生命大分子到细胞的进化过程 是生命起源研究的难点 尽管已出现一些假说 但具体过程还不十分清楚 从南非前寒武纪中期斯瓦茨兰系岩石中获得的丝状与球形微生物化石证明 约在30亿年之前就已形成光合自养生物 这种光合自养生物以蓝绿藻 Cyanophyta 为主 它们在原始海洋里逐渐繁殖 蔓延 消耗C02 产生分子氧 这一过程几乎进行了28亿年 当氧化大气出现 臭氧层形成 紫外线被截断 生命再也不能单纯依靠化学演化发展 因为这时原始生命发生的能量 紫外线 已感不足 已经得到进化的生物很快会把自然发生的有机分子消耗掉 氧化大气的形成为绿色植物的登陆创造了条件 高空臭氧层的出现 使陆生生物的生命有了保障 大约在4亿年前 绿色植物登陆成功 此后 陆地上出现了一片繁荣景象 地球生命简史生命诞生 细胞的形成35 38亿年前 海洋孕育原始生物单细胞生物在地球上繁衍 原始生态系统的建立原核生物占主体的阶段 35 20亿年前 真核生物占主体的阶段 20 6亿年前 多细胞生物出现和多样化表达 生物圈覆盖整个地球多细胞植物 多细胞动物的诞生 6 5 5亿年前 寒武纪大爆发 约5 3 5 5亿年前 物种 爆发 志留纪大爆发 约4 3亿年前 生命从海洋扩展到陆地人类诞生 文明的发展约400 1000万年前 人类诞生文化史 100万年 时间 亿年前 46 地球形成 地核与地幔分异 40 38 最早的沉积记录化学进化生命起源 35 最早的叠层石和微生物化石记录 光合作用起源 30 生命起源 25 20 冠族真核细胞起源大气圈自由氧开始积累 10 单细胞生物繁衍及原始生态系统建立 7 多细胞叶状体植物适应辐射性分化 时间 亿年前 时间 亿年前 5 0 多细胞生物进化 骨骼化 后生动物适应辐射性分化 哺乳动物起源 人类起源 文化系统建立 4 3 2 1 寒武纪大爆发 志留纪大爆发 陆生维管植物诞生 两栖动物出现 被子植物起源 爬行动物出现 鸟类出现 恐龙成为地球霸主 恐龙绝灭 海豚湾T