气候变化，世界各处连年不断地发生自然灾害。环境恶化与生态平衡的破坏、生物多样性的锐减、人类的生活环境的污染和生产环境，尤其农业、牧业、渔业等生产环境的退化、污染加剧等，已多次给人类敲响警钟。环境保护和环境污染的治理，自然资源的合理开发、利用，生态平衡的呵护和生物多样性的保护，不仅直接关系到当代人类的生存环境，还涉及我们子孙后代的可持续发展的生存环境。环境、生态和资源问题已成为全人类面临的共同性的问题。我们编写这本书是为了将我们赖以生存的地球介绍给大家，对地球的演化、形成和地球上的资源、生态、环境，以及它和人类的关系作一阐述，从而使我们当代大学生对目前面临的全球环境问题有一个较全面的认识，对党中央和政府提出的“生态文明建设”、“节能减排降耗”能有更深刻的理解。我国从贫穷落后的旧中国到将建设成的一个社会主义和谐的小康社会，成绩是巨大的。但我们为此也付出了巨大的代价：过多、过度地消耗了地球上可再生与不可再生的资源，例如森林中的木材，草原上的牧草，江河湖海中的鱼虾，地下的石油、煤、天然气等；过度、过分地破坏了地球环境与生态平衡，例如开伐森林成农牧地，开垦草原成农田，排泄湿地中的水源改作他用，填湖、围垦造田等以修造厂房、住宅、公路等。人类又每时每刻地侵占其他生物的栖息地，大大减少了地球上生物多样性；人们不断地向地球各处排放了大量的污染物、废弃物，使地球环境遭到日益严重的污染、生态平衡失控，以至于难以自动恢复；矿物燃料的大量使用造成CO2排放量日益增加以及其他化学品的释放影响了臭氧层空洞的存在与形成，等等。对于近几年来地球上的异常气候的频繁出现，不能不说它与人类生产与生活活动有着直接或间接的关系。
鉴于当代大学生的特点——即将担负起建设国家的重任，本书在介绍地球的环境、生态与资源的概况时，结合我们中国的国情与现状，以对比的方法使学生更加了解自己的国家和自己的责任，同时告诫年轻的学生们，认为我国是“地大物博，资源丰富”、具有“取之不尽，用之不竭”的海洋资源等的观点和认识是狭隘的和错误的。已突破13亿人口的我国，在人均资源上远远谈不上有多少富裕。现在，我们要把“人定胜天”的“宏伟壮志”转为“与地球和谐相处”，更要相信人类有能力保护好自己的地球。
我们希望本书能帮助我们当代的学生树立起可持续发展观，响应党中央在十七届二中全会上提出的要努力实现“人口资源环境相协调的方针”，结合我们中国的国情继续施行“计划生育”国策。坦率地说，中国要真正实现可持续发展，只有在人口进入负增长的情况下才有可能成为现实，否则，一切努力所产生的良好效果仍将被日益增长的人口压力化为乌有或被抵消。做到人口负增长，提高全民素质，是我们的当务之急。当“计划生育”成为每个中国公民的自觉行动时，正是我们的可持续发展时期到来之时。在这个意义上，我们编写此书的另一个目的，就是宣传继续严格施行“计划生育”、“土地管理法”、“环境保护法”等国策。
本书的第一章与第五章由桂峰博士供稿，第二、三章由朱四喜博士生执笔完成，第四章由高锋硕士供稿，最后由应启肇研究员修改后定稿。上述老师近几年多次执教关于生态、环境科学和环境保护与可持续发展理论等的课程，他们根据平时讲课时的体会心得，查阅、积累相关资料后撰写成了此书。本书可以作为高校的教材，也可供高校师生在学习环境与环境保护方面课程时参考。
欢迎使用与阅读本书的朋友对本书提出宝贵意见与建议，你的意见与建议将被吸纳到下次再版修订中。
编者
2008年7月
第一章 地球与人类“四方上下曰宇，往古来今曰宙”。作为宇宙中极小一分子的地球，有其空间和时间上的形成和演化过程。尽管探索太阳系及地球起源的问题有许多困难，因为这是遥远年代前的事，没有人目睹其事，但人类对这方面的认识仍在一个漫长的和递进的过程中累积深化。
1.1地球的形成与演化
1.1.1太阳系起源的各种假说
随着科学技术的进步，迄今提出过的太阳系演化学说已有40多种，代表性的为俘获说、灾变说、星子说等。这些学说各有其合理部分，是以现有的发现为基础而提出的假说。
关于太阳系的起源，比较有影响的是布丰（G.L.L.de Buffon，1749）提出的太阳-彗星碰撞说和牛顿提出的尘云凝聚说，即太阳系可能产生于一团稀薄的气体尘埃云，云团在万有引力作用下缓慢地凝聚而形成太阳系。关于行星的起源，比较有影响的是康德（I.Kant，1755）和拉普拉斯（P.S.de Laplace，1796）提出的星云说，以及继布丰之后由钱伯伦（T.C.Chamberlin，1905）和莫尔顿（F.R.Moulton，1905）提出的碰撞说。前者认为太阳系是原始的、缓慢旋转的气体云，受某种未确定的燃烧而凝聚成许多分散的球状体。后者认为太阳系是太阳和另外一颗恒星很近地相擦而过，并分别从对方拉出一些气态物质留在太阳旁，后来就凝缩成一些小的“星子”，再发展成行星，故它也被称为“星子假说”。
近几十年来，依据天文学的观测：在星际空间和星云中，有大约99%气体和1%灰尘组成的稀疏物质，气体中大部分是氢和氦，尘状物则类似地球物质的成分，如硅化合物、二氧化铁、冰晶以及包括有机分子在内的许多细小分子，于是提出了分凝序列模型。韦扎克（C.F.von Weizsacker，1944）的计算结果为：在一大漩涡做湍动收缩时，就产生出一些子漩涡，一个子漩涡足以产生一个太阳系，在太阳漩涡的外缘有一些亚子漩涡，两个亚子漩涡的啮合部位的尘埃粒子碰撞结合，从而形成星子-行星。另一种谱式认为，在旋转星云冷却时，由气体凝聚出各种固体化合物形成颗粒，逐渐群集成为细小块体或微行星。它们再吸引凝结：在距离太阳近的地方，富含高沸点物质凝结，如水星富铁；在较远离太阳的地方是较轻的成岩化合物，如由镁、硅、氧构成的物质在“较冷”环境中迅速凝聚；挥发性物质，如水、甲烷、氨，大部分逸散在地球族行星上，但会在太阳系的冷外围凝聚成冰。更远离太阳的木星和土星，保持着原始行星的成分。
1.1.2地球的起源与演化
相比之下，关于地球的演化，所依据的事实比讨论太阳系及行星（包括地球）的起源就更充分一些。普雷斯和锡弗尔（F.Press和R.Siever，1982）曾做过比较详细的总结和顺序概述，可以把它们归纳为几个阶段来描述。
初始阶段是均一化的凝聚作用。根据已知的陨石年龄（大约45亿年左右）、月球年龄（大约46亿年）和地球上最古老岩石的年龄（大约40亿年）估计，约50亿～47亿年前开始了获得微星体及微星体增积的行星集聚过程。这一集聚可能是一种无分选的凝聚，成分主要是硅化合物、铁和镁的氧化物，以及多种少量的天然元素。不定向的微星体的集聚使早期行星获得了自身的旋转运动，而旋转运动又有利于加快增积集聚过程。
增温过程。在这一过程中，首先是投落的微星体所具有的运动能量在集聚中转化为热能，虽然其大部分以热辐射又散失到宇宙空间，但有相当部分仍保留在生长中的行星上。它一方面被后来增集的微星体层掩埋，另一方面则不断地增加吸纳后来投落的微星所带入的能量，特别是摩擦和压缩增温效应产生的热量。据普雷斯等大多数地球物理学家认为，增积和压缩作用会使新形成的行星的内部平均温度增达1000℃。接着是放射性元素的自发衰变释放热量，它们由于地球的导热率低而积累。虽然放射性热的生成十分缓慢，但要考虑很多亿年的积累会引起新形成的地球变热，并使之进入新的演化过程。
内部熔融分异过程。在这一过程中，获得了自身旋转的地球的内部因增温而熔融。铁是一种高丰度元素，而且比地球上其他普通元素较重一些。在这里，应特别强调在旋转中的地球内部，熔融的铁向地心方向渗聚，并挤动原来在中心位置的其他物质，在形成液铁地核的同时，内部发生物质对换和分层。在铁向地心方向渗聚的同时释放巨大的重力能，它们会转变为热能并积累起来，使地球内部增温到2000℃以上，并引起地球大部分熔融。地球内部大部分的熔融，更有利于重力分异物质的翻转对流：热膨胀的与本来就较轻的物质上浮，重的与散热的物质下沉并压缩，最终使地表层冷却成为地壳，内部则按压力与温度关系构成圈层。在上述的地球内部的重力分异与物质的翻转对流过程中，还包含着所谓的化学分带：各种元素与化合物受其熔点、化学亲和力、密度、迁移速度等因素的控制而在特定的地带内积贮，如金、铂等重元素对氧和硅没有化学亲和力，沉向地核；镁-铁硅酸盐不太容易熔融，而且比长石还重些，则贮存在地幔层中；铀、钍等强烈地趋于形成氧化物和硅酸盐，便上浮到地壳层中聚集。分异的结果是使地球内部产生相对稳定的密度圈层结构，使放射性产热物质集中到外层来，并使其后的放射性产热向地表传导较易。
大洋与大气圈的形成。大洋水是地球内部加热和分异作用的产物，当熔岩到达地表时，大部分水就呈热的蒸气云形态逸散出来。按照现代的火山活动速率估计，在过去的进程中确有足够的时间可由上升熔岩带出足够多的水蒸气成为充满大洋所需要的水。一般认为，地球大气也主要是因为地球的分异脱气作用，由内热和化学反应而从地球内部释放出来的气体构成。据熔岩的化学成分和现代火山释放的气体，地球上原始大气主要成分应该是水汽、H、HCl、CO、CO2和N，很少有O2。有部分水汽经阳光作用会分解成H和O，但又会同CH4、CO等相结合成H2O和CO2，还会同部分金属物质结合成氧化物，如Fe2O3。
陆地的增生。最早的地壳基本上是熔岩质的，但因大气与水的出现以及受太阳辐射能的驱使而运动。地表熔岩处于太阳辐射、运动水和运动气的共同作用下，自身发生物理风化和化学风化，或者裂成细小颗粒，或者被溶解而迁移，在新的环境中沉积成岩，另有部分熔岩和沉积岩遭受后来的承压、地热、熔岩及挥发物质等的作用而发生变质，成为变质岩。部分熔岩和变质岩、沉积岩组成大陆地壳的上层，地球表面逐渐出现大片的新生大陆，或者被扩张的海洋包裹，或是汇聚又包裹部分海域。全球岩石圈运动使地球表面的海陆分布格局经常发生变化。
生命的诞生和进化序列。近代发现，星际空间中有氮、甲烷、甲酸以及陨石中有氨基酸，这对地球和宇宙其他地方生命的起源具有深刻的意义，说明简单的有机化合物-生命的构成单元是银河系演变的“正常”产物。在地球上已发现了32亿年前的微球粒状和纤维状碳质有机物。大约20亿年前，地球上主要为结构良好的藻类，6亿～10亿年前则相继出现了好几千种动物（生命大爆炸），6亿年来又相继出现孢子植物-裸子植物-被子植物与海生无脊椎动物-鱼类-两栖动物-爬行动物-哺乳动物-人类。含叶绿素的植物通过光合作用能把二氧化碳和水转变成碳水化合物并放出氧，以致光合作用产生的氧超过生命呼吸消耗的需要而逐渐在大气中积累起来。大约在6亿年前，大气中的氧含量便增加到相当接近于现代的水平，从而为大量生命的繁衍创造了条件。同时，生物的进化越来越成为地球表层地理环境的重要组成部分，既受外在环境的控制和驱使，又影响外在环境的发展和变化。因此，生物的进化成为全球地理环境发展变化的最生动活泼、最富有说服力的记录。
1.1.3地球表层系统
“地球表层”概念最早由德国地理学家李希霍芬（F.von Richthofen，1883）提出，指的是与人类有直接关系的那部分地球环境。虽然他当初仅把岩石圈的外壳称为地球表层，后来才把它的范围扩大到包括地面的上、下层，但他曾认为地球表层是地理学研究的核心，并认为地理学的任务就在于集中研究地球表层相互联系的各种现象，特别是研究人与地球，以及生物现象之间的联系。
生物圈是指地球上有生命活动的部分，它的范围与地球表层空间很相近。但地理学家认为，生物圈应与大气圈、水圈、岩石圈一样，只是地球表层的一个圈层，不仅各圈层的物质组成与物质运动各有特色，而且各圈层相互交错又互相紧密渗透，所以，地球表层的空间范围应比生物圈更宽展一些。20世纪80年代提出的“地球表层”，上界划在大气同温层的底部或对流层的上限（极地上空约8km，赤道上空约17km，平均约地面往上10km），下界界定为岩石圈的上部（陆地表面往下约5～6km，海洋往下约4km）。该范围往上的部分与比其更深的部分，则是“地球表层的环境”。