2025年大学《行星科学》专业题库- 行星环境与生态系统持续演化对地球气候变化的启示

2025年大学《行星科学》专业题库——行星环境与生态系统持续演化对地球气候变化的启示考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内。）1.在对比研究火星与地球早期古气候记录时，一个关键的区别在于火星似乎经历了更广泛的（）。A.大规模火山活动B.海洋酸化事件C.持续的全球性冰期D.碳循环的快速扰动2.金星极端高温大气的主要能量来源是（）。A.紧靠太阳的轨道位置B.强大的地表火山活动释放的温室气体C.行星自转速度缓慢导致热量积聚D.大气中浓密云层对太阳辐射的强烈吸收3.木卫二（欧罗巴）冰下海洋生态系统演化的潜在驱动力之一是（）。A.直接接收来自木星的太阳辐射B.来自木星核心的热量传递及冰下裂缝带来的物质交换C.周期性的彗星撞击提供的有机物D.稳定的木星磁场保护免受宇宙射线辐射4.“极端行星”研究对于理解地球气候系统稳定性的主要启示是（）。A.地球气候对小的扰动非常敏感，容易触发剧烈变化B.地球拥有独特的生物反馈机制，使其气候异常稳定C.所有行星的气候变化都主要由太阳活动驱动D.行星的大气成分与其地质活动无关5.地质记录显示，地球历史上的大气二氧化碳浓度与（）之间存在显著相关性。A.海平面高度B.极地冰盖体积C.太阳活动周期D.地球板块运动速率6.评估地外行星宜居性时，除了温度和液态水存在，通常还会考虑（）。A.行星的质量和密度B.行星的大气成分和压力C.行星的公转周期和轨道形状D.以上所有因素7.行星生态系统的演化和环境变化之间常常存在（）。A.线性单向因果关系B.短暂的相互独立影响C.复杂的、动态的反馈关系D.仅在特定地质时期出现8.Milankovitch周期描述的是（）。A.行星内部地质活动周期性B.行星与恒星的相对距离变化周期C.行星大气成分的自然波动周期D.行星自转轴倾角变化的长周期9.研究火星过去是否存在季节性气候变化，主要依据是（）。A.火星表面的季节性沙丘运动B.火星极冠的体积季节性变化记录C.火星探测器发现的季节性甲烷浓度波动D.火星岩石中记录的气候矿物相变10.行星科学视角下，对地球“生物气候”系统最深刻的启示之一是（）。A.地球气候完全由人类活动控制B.生物活动是地球气候系统中最关键的驱动因素之一C.地球气候与月球存在直接的物理耦合D.地球气候系统对行星际环境变化毫无反应二、简答题（每小题5分，共30分。请简洁明了地回答下列问题。）1.简述金星从宜居演变为当前极端温室状态的可能机制。2.解释什么是“类地行星”？研究类地行星的地质和生态系统演化有何意义？3.描述一个可能存在于木卫二冰下海洋中的潜在生态系统，并说明其能量来源。4.列举两个生态系统反馈机制（正反馈和负反馈）的实例，并简述其对行星气候稳定性的影响。5.为什么说研究火星的过去生命（如果存在的话）对于理解地球生命的起源和演化至关重要？6.“寻找地外生命”的探索活动，除了满足人类的好奇心，在多大程度上有助于我们理解地球气候系统的脆弱性？三、论述题（每小题10分，共40分。请结合具体案例或理论，深入分析下列问题。）1.详细分析火星过去大气层丧失的过程，并探讨其对地球未来气候演变的潜在警示意义。2.结合木卫二、土卫六等冰巨星的卫星案例，论述液态水环境、地质活动与生命存在的可能联系，以及这对理解地球海洋和板块活动与生命演化的启示。3.论述行星科学研究中“极端”与“类地”两种视角的重要性，并举例说明如何通过研究极端行星环境来反观地球气候系统的边界和敏感性。4.从行星环境演化的角度，分析当前地球面临的气候变化问题（如温室气体浓度上升、极端天气事件增多等）可能产生的长期后果，并探讨我们能从其他行星的演化历史中获得哪些应对策略的启示。试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.A5.B6.D7.C8.B9.B10.B二、简答题1.金星可能因为早期强烈的火山活动释放大量温室气体（如二氧化碳），叠加紧邻太阳的轨道位置，导致地表温度急剧升高。当温度超过水的沸点时，大气中的水蒸气（强效温室气体）含量进一步急剧增加，形成正反馈循环，最终导致大气压力和温度远超宜居范围，形成当前极端温室状态。2.类地行星通常指与地球在大小、质量、组成和形成历史等方面具有相似性的行星，如水星、金星、地球和火星。研究它们的环境和生态系统演化，有助于我们理解行星形成和演化的普遍规律，识别宜居环境的条件与限制，评估地球生命存在的独特性和普遍性，并为寻找地外生命提供理论依据和比较框架。3.潜在生态系统可能包括以海底热液喷口或冰下裂缝释放的化学能（化学合成作用）为基础的微生物群落。能量来源是地热能，通过无机物氧化还原反应或化能合成作用获取能量，不依赖阳光。4.示例1（正反馈）：正午太阳强烈加热地面，地面升温后蒸发更多水分，水蒸气作为温室气体使大气升温更厉害，进一步加剧蒸发。这会加速干旱地区的荒漠化过程。对气候稳定性的影响是倾向于放大初始扰动，可能导致不可逆转的变化。示例2（负反馈）：植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并释放氧气。二氧化碳浓度的增加会促进植物生长（在一定限度内），植物生长茂盛后能吸收更多二氧化碳，从而抑制大气中二氧化碳浓度的进一步升高。这有助于维持气候系统的稳定。5.火星是太阳系中与地球最相似的行星之一，研究其过去是否存在水、大气和生命活动，可以帮助我们了解地球生命起源的必要条件、生命在行星表面的演化历史以及可能面临的灭绝风险。如果火星曾经存在生命，将极大支持生命在宇宙中普遍存在的假说；即使没有发现直接证据，其地质和气候记录也能揭示地球生命可能面临的挑战和演化路径，为研究地球自身的过去和未来提供宝贵的参照。6.寻找地外生命探索活动，通过分析其他行星或卫星的环境特征（如温度、压力、液态水、有机物存在等），以及评估这些环境对生命支持系统的需求，可以帮助我们界定地球生命存在的“窗口”条件及其狭窄性。研究极端行星环境（如金星、木卫二）如何维持或失去宜居性，揭示了地球气候和生态系统对外部扰动（如太阳辐射变化、小行星撞击、地质活动）的敏感度和临界阈值，从而加深对地球气候系统脆弱性的认识。三、论述题1.火星大气丧失可能经历了多个阶段：早期火星可能拥有较厚的大气层，但太阳风强度比现在高，加上火星磁场消失或减弱，导致大气被太阳风剥离；同时，如果早期全球变暖导致水蒸发，水蒸气作为温室气体可能加剧了温室效应，但最终可能因缺乏足够的重力或磁场保护而大部分逃逸。金星是极端案例，其强烈火山活动释放的温室气体导致失控的温室效应。火星过去大气丧失的过程警示我们，行星的大气层和气候状态可能非常不稳定，易受内部因素（地质活动、磁场变化）和外部因素（太阳活动、小行星撞击）的干扰，大气成分和压力是维持宜居性的关键，需要有效的保护机制（如磁场）和适宜的行星参数。2.木卫二拥有活跃的地质活动（冰下裂缝、水火山活动）和全球性液态水海洋，表明地质活动可以为生命提供能量来源（地热能）和必需的化学物质。其海洋可能存在与地球深海热液喷口或极地冰下环境相似的化能合成生态系统。土卫六拥有浓厚的大气层、液态甲烷湖泊、活跃的甲烷水循环，展示了生命可能以非水基（如甲烷基）形式存在，并适应极端的低温环境。这些案例说明，生命存在的关键可能不在于是否完全“类地”，而在于是否存在稳定液态流体、能量来源（地质、化学或光照）、必需的化学元素和合适的物理化学环境（压力、温度）。研究这些地外环境有助于我们跳出地球视角，思考生命存在的多样性可能性和行星演化的复杂性，进而反思地球生命与海洋、大气、地质活动之间紧密的耦合关系。3.“极端”视角研究那些条件远超地球“宜居”范围的行星（如金星），可以揭示地球气候系统的上限和崩溃机制，例如极端温室效应的触发条件。它帮助我们理解哪些参数是行星宜居性的“边界”而非“范围”，评估地球在未来可能遭遇的极端气候事件的风险。“类地”视角则关注与地球条件相似的行星，验证地球生命起源和演化的理论和假说，寻找生命存在的普遍规律。结合两者，例如通过研究火星过去从宜居到寒冷干燥的演化，可以了解地球气候系统恢复力（resilience）和临界点（tippingpoints），评估当前人类活动对地球气候的影响是否接近或超越这些临界点。通过行星演化历史，我们可以更深刻地理解地球气候系统的动态平衡、脆弱性和长期演变趋势。4.从行星演化看，当前地球面临的气候变化（如CO2浓度急剧上升、全球变暖、极端天气事件增多）具有潜在的长期后果：可能触发气候系统的临界点，导致不可逆转的变化（如进入“超级大陆”或“温室地球”状态），引发海平面大幅升