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小知識生活百科

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地球化學特性和生物地球化學特性的區別環境中各種元素沿著特定的路線運動，由周圍環境進入生物體，最后回到環境中，各種元素運動路線所包含著的活有機體的有機階段和由各元素基本化學性質所決定的、無生命的階段所組成的循環運動過程，稱為生物地球化學循環 。
biogeochemical cycle
又稱生物地球化學旋回 。在地球表層生物圈中，生物有機體經由生命活動，
從其生存環境的介質中吸取元素及其化合物（常稱礦物質），通過生物化學作用轉化為生命物質，同時排泄部分物質返回環境，并在其死亡之后又被分解成為元素或化合物（亦稱礦物質）返回環境介質中 。這一個循環往復的過程，稱為生物地球化學循環 。生物地球化學循環還包括從一種生物體（初級生產者）到另一種生物體（消耗者）的轉移或食物鏈的傳遞及效應 。
地球有什么特點？在茫茫宇宙中，地球是個很不起眼，但又得天獨厚的星球 。行星際探測的結果表明，地球是太陽系中唯一適宜于生命存在的天體，只有它處于太陽系的“生態圈”內，如果想尋找其他智慧生物居住的星球，必須飛出太陽系，至少在4.2萬光年的范圍里是不會找到的 。
20世紀50年代后 ?？茖W技術發展非常迅速，為大地測量開辟了多種途徑，高精度的微波測距，激光測距，特別是人造衛星上天，再加上電子計算機的運用和國際間的合作，使人們可以精確地測量地球的大小和形狀了 。通過實測和分析，終于得到確切的數據:地球的平均赤道半徑為6378.14千米，極半徑為6356.76千米，赤道周長和子午線方向的周長分別為40075千米和39941千米 。測量還發現，北極地區約高出18.9米，南極地區則低下去24～30米 。所以有人說，地球像一個倒放著的大鴨梨 。其實地球確切地說，是個三軸橢球體 。
在地球引力作用下，大量氣體聚集在地球周圍，形成數千千米的大氣層 。探空火箭在3000千米高空仍發現有稀薄大氣，有人認為，大氣層的上界可能延伸到離地面6400千米左右 。據科學家估算，大氣質量約6000萬億噸，差不多占地球總質量的百萬分之一，其中包括:氮78%、氧21%、氬0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外還有水汽和塵埃等 。
地球有什么特征?是個很大的固態球體，表面有大量的液態水，還有很密的含氧量較大的大氣包圍地球，使地球可以免遭小型微型天體對地球的撞擊，直接保護了地球上的生物，同時為這些生物提供了生存的基本條件，還有地球距太陽距離正好，使得地球不太熱也不太寒冷 。地球上存在的多種多樣的生物是宇宙里的不多的奇觀 。
地球有哪些特點？對于地球所在的太陽系，它只是一個小兄弟 。而太陽系在廣袤無垠的宇宙中也僅僅是一個小小的“家族” 。
天文學家早就測量出太陽系家族各個主要成員的大小、質量及其本身的運動規律 。
論大小，它雖然比水星、金星、冥王星、火星稍大，卻又遠不如木星、土星、天王星、海王星的規模 。
論質量，它只有木星的三百一十八分之一，土星的九十五分之一，天王星和海王星的十幾分之一 。
在繞太陽運行的軌道上，地球既不象水星、金星離太陽那么近，也沒有火星、木星、土星、海王星、天王星、冥王星離太陽那么遙遠 。
所以，不論從哪個方面來看，地球都是九顆行星中間的一顆中等水平的行星 。
那么，地球在太陽系九顆行星中間有沒有什么特殊的地方？
地球最大特點是，它是九大行星中唯一有生物的星球 。在這個星球上有和煦的陽光、豐富的水和充足的空氣，為生命的生存和發展提供了條件 。在地球上的千千萬萬種生物中，人是最高等的生物 。它能夠利用自己的智慧，制造工具，從事各種生產活動 。這樣，地球上就出現了其他行星所沒有的景象：溝渠縱橫阡陌相連的原野、熙熙攘攘的城鎮、馬達轟鳴的工廠和礦山……因此，有人把地球叫做太陽系里的“綠洲” 。
盡管一些科學家們斷言，在茫茫宇宙之中，總該有存在著生命的星球，也許還有“外星人” 。但是，到目前為止，他們還沒有找到一顆象地球這樣的星球 。所以，我們還可以說，地球是迄今人類在宇宙中發現的唯一的一顆有人類生存的星球 。
地球環境的特殊性地球的特殊性主要在于它是一顆屬于生物繁衍的行星，地球有比較安全的宇宙環境，它與太陽的距離適中，自身的體積和質量也適中，經過漫長的演化，形成了以氮、氧為主的適合生物呼吸的大氣，故地球上出現了生命的痕跡，而其他行星沒有…………
更詳細的……
地球是一個特殊的行星，其特殊性就在于它具有由多樣生命組成的生物圈
空間探索終于證明了，在太陽系中唯有地球具有生物圈 。在太陽系之外，目前也尚未發現任何類似地球這樣的由形形色色生命覆蓋著的星體 。人們終于改變了自哥白尼以來把地球看作太陽系中一個普通行星的觀點，而重新認識地球和地球生命 。人們驚奇地發現，地球是一個很不同于任何已知星體的極為獨特的星球 。人們也最終認識到，地球的獨特性就在于它具有其他已知星體所沒有的、由豐富多樣的生命覆蓋著的生物圈 。
為什么太陽系中只有地球上有豐富多樣的生命？地球特殊在什么地方？地球為什么特殊？對這些問題有截然不同的兩種回答 。
第一種回答代表傳統的觀點，即地球之所以有生命存在是由于它具有別的星體所沒有的、適合于生命生存的特殊環境條件，而這種特殊環境條件的存在則是由于地球的不大不小的體積和恰好合適的軌道位置（Owen，1985） 。這種觀點認為，今日地球表面多樣的、既變化又保持相對穩定的環境條件看起來似乎是“特意”滿足生命生存的 。它的大氣圈密度正好能保持一個液態水圈；它的含氧大氣既保證了生命的呼吸和巖石的風化（風化的巖石提供生命必需的營養元素），還使大多數隕石或流星在到達地面前氧化燃燒掉，并有臭氧層屏蔽強烈的太陽紫外輻射，保護了地表生命；大氣二氧化碳含量正好能保持地表適當的溫度，且能滿足植物光合作用所需；地殼構造活動的強度正好能保證地幔與地殼之間的物質交流，保證地表生物營養元素的供應，而又不至于不穩定到生命不能立足 。如果不是“造物主”的“特意安排”，那一定是極端的巧合 。誠然，地球表面狀態與其體積和軌道位置相關，但是認為“地球上的特殊環境條件完全是由于它的合適的體積和恰好的軌道位置”的觀點與以下兩個已知事實不符：其一，地質歷史考察證明生命在地球上已存在了38億年之久，地球早期的環境條件大不同于今日地球的表面環境；其二，體積大小和軌道位置與地球相近的金星和火星的表面狀態與今日地球的表面狀態差異懸殊，這種差異很難用它們的體積和軌道與地球的差異來解釋（特別是金星） 。
第二種回答則反其因果，即認為地球的特殊性在于它具有生命和長達38億年之久的生物與地球環境相互作用、協同演化的歷史 。地球今日的特殊狀態乃是漫長的生物—地質演化歷史的結果，地球的這種特殊狀態也是靠生物來維持和調控的 。這種觀點體現了對地球的重新認識，是新的地球觀（張昀，1992） 。
追溯歷史，20世紀20年代末，前蘇聯學者維爾納德斯基（В．И．Вернадскцǔ）出版了《生物圈》一書（該書英文譯本于1986年出版，Vernadsky V．I．The Biosphere， Orade， Ariz，Synergetic，Press，London，1986），提出了一個新觀點，認為地球生物圈是一個由生命控制的、完整的動態系統 。他的生物圈概念是廣義的，既包含全部生命，也包含生命活動場所和生命活動產物，因此大氣、水、巖石（他稱巖石圈為過去的生物圈）乃至整個地球表層部分都包含在內 。70年代初，英國地球物理學家洛維洛克（J．E．Lovelock）和美國生物學家馬古麗斯（L．Margulis）在一系列論著中提出并闡述了一個新學說，叫做“蓋雅假說” 。蓋雅（Gaia）一詞源于古希臘，是大地女神之名，古希臘人用以代表大地和大地上所有的生命（包括人類）所組成的大家庭 。20世紀30年代，蓋雅一詞出現于科學文獻之中，被用來描述生物對地球環境的影響與控制 。70年代初，洛維洛克重新定義了蓋雅，使之成為一個科學概念念（Lovelock 1972） 。其后，洛維洛克與馬古麗斯在一系列論著中提出并詳細闡述了“蓋雅假說”（Lovelock andMargulis，1974；Margulis and Lovelock，1974；Lovelock，1979，1988，1990） 。根據“蓋雅假說”，“蓋雅”是一個由地球生物圈、大氣圈、海洋、土壤等各部分組成的反饋系統或控制系統，這個系統通過自身調節和控制而尋求并達到一個適合于大多數生物生存的最佳物理-化學環境條件 。這個系統的關鍵是生物 。地球表層的復雜性和多樣性主要是由于生命和通過生命活動而表現出來，而地球表層系統的復雜性和多樣性決定了它的可自我調節、自我控制的功能 。假如地球上生物消失，那么蓋雅也就消失，地球環境就要大變樣，最終會變成類似其他無生命行星表面那樣的不穩定狀態 。德國地質生物學家Krumbein在在80年代發展了維爾納德斯基的“生物地球化學”概念，他認為，地球表層大多數元素的地球化學循環實質上是由生物參與的生物地球化學循環（Krumbein W．E．，（ed．）1983； Microbial Geochemistry， Blackwell，London） 。他承接了200年前英國地質學奠基人赫頓的“超級有機體”（superorganism）概念，他稱地球為生物行星（bioplanet），認為地球是一個組織化的活體，一個活系統（Krumbein andSchellnuber，1990） 。
可以說，到80年代末，一個新地球觀已在形成中，傳統的地球觀可以說是傳統物理學的地球觀，把地球看作一個物理學意義上的物體，反映出一種非歷史的、非演化的、有機界與無機界孤立分割的觀點 。新地球觀描繪的是一個有生命特征的地球，一個活的地球，反映了一種歷史的、演化的、有機界與無機界統一的新觀點 。所謂的生物行星，就是指地球具有類似生命系統的自我調節、自我控制的特征 。這種特征正是生命賦予地球的 。
新地球觀的基本點可概括如下：
（1）由生物圈、巖石圈、大氣圈和水圈組成的地球表層部分是一個靠生物捕獲、轉換和儲存的太陽能支持的，靠生命活動驅動物質流和完成物質元素循環的，靠生物和生命活動調節、控制和保持其相對穩定的，遠離天體物理學、熱力學和化學平衡態的巨大特殊的開放系統 。生物圈是這個系統的中心 。
（2）以生物圈為中心的地球表層系統（或稱蓋雅）在地球上已存在了30多億年，生命活動幾乎貫穿整個地質歷史，地質歷史實質上是生物與地球表層非生命部分相互作用、協同演化的歷史，是生物-地質協同進化史 。生物與地球環境之間的協調關系乃是這一漫長的演化歷史的結果 。
（3）人類社會或人類文化系統已經成為地球表層系統內的一個特殊組成部分 。人類活動逐漸成為影響和控制地球表層系統內能量、物質循環和演變方向的重要因素 。人類活動已經并且繼續改變地球生物圈的性質 。地球表層系統未來的狀態越來越依賴于人類社會自覺的行為 。
地球上的物質運動主要靠兩大能源驅動：一是太陽輻射能，一是地球內部的熱核反應產生的能 。地球表面對太陽能的捕獲、轉移和儲存主要是通過生命活動來完成的，其捕獲、轉移和儲存的能量總和與地球內部釋放的能量總和大致為同一數量級 。但是，地球內部釋放的能量是以熱能和機械能的形式驟然釋放出來的（火山活動、地熱、地震、構造運動），在驅動和維持地球表層的物質循環中不起重要作用 。而生命活動則通過一系列能量形式的轉換和物理-化學-生物過程完成地球表層物質元素循環 。如果沒有生命捕獲、轉移和儲存太陽輻射能，則投向地球表面的太陽輻射能的大部分會反射和散失，地球表層的物質運動會大大減緩 。巖石圈中儲存的化學能全部是過去生命捕獲的太陽輻射能，以有機碳和還原性金屬化合物的形式保存下來，形成了巨大的能庫，保證了地球的能量周轉 。
地球上全部物質可以分成生物來源的和非生物來源的兩大類 。生物來源的物質指的是構成活生物體的物質及現在和過去的生命活動的產物 。更一般地說，所有那些通過生物體的物質或通過生物作用的物質都是生物來源的物質 。從這一意義來說，地球表層幾乎所有的物質都是生物來源物質 。每年約有3×109t（30億噸）的地球內部物質從火山口噴出，還有大量的宇宙塵埃、隕石進入地球，但它們很快就進入生物地球化學循環 。構成活生物體物質總量并不大，只相當于地球表層總物質量的十萬分之幾 。通過下面的簡單的計算，可以知道地球表層物質的生物轉移的規模和速率 。
粗略估計，地球上活生物的總個體數為5×1022個（Fischer，1984），其中微生物（占98％）忽略不計，占總數2％的宏觀體積生物，若按其平均體重1g、平均壽命20天計算，則自7億年前后動物、植物有確鑿化石記錄以來的累計總質量達到6．7×1030g，是地球總質量（5．9763×1027g）的1000倍 。實際上，生物轉移的物質總量要比其自身的質量大許多倍 。例如一個人一生消耗（通過人體）大約60～75t水和20～25t食物，而微生物轉移和作用的物質量比其自身質量更不知要大多少倍 。
生物物質循環的速率極大 。生物圈全部活物質更新周期為8年，其中陸地植物為14年，海洋生物平均33天，而海洋浮游植物為1天 。水圈中全部的水每2800年通過生物體一次，大氣自由氧每1000年通過生物體代謝過程一次 。全球大洋的水平均每半年就要通過浮游生物“過濾”一次（見Lapo，1987；Krumbein and Schellnuber，1990） ?？梢?，自有生命以來地球表層的全部物質已經通過生物體無數次了，地球表層幾乎不存在未經過生物作用的物質 。
太陽輻射能的捕獲主要是通過“二氧化碳-有機碳-碳酸鹽系統”的碳循環來實現 。能量的捕獲是通過生物（植物和光合細菌）吸收太陽能，將大氣和水中的二氧化碳固定，還原為有機碳，將太陽輻射能轉化為化學能 。這種轉化的化學能又以多種方式轉移：①在生物圈內部流動（通過食物鏈）；②維持生物圈系統運作而消耗（通過生命活動將化學能轉化為機械能、熱能和光能）；③剩余的能量以兩種形式儲存于巖石圈中，即有機碳（或還原碳，90％）和硫化物（或其他還原性金屬化合物，10％） 。
硫循環中導致的能量儲存乃是與碳循環耦聯的，即碳循環中有機碳的能量轉移到還原性硫化物中 。
自38億年以來，各地質時期的沉積巖中還原碳與氧化碳的比值及穩定碳同位素（13C與12C）比值相對恒定（Schidlowski and Aharon，1992），這一事實表明碳循環中有恒定的能量儲存 。這個能量儲存形成巖石圈中的巨大能庫，它是保持生物圈穩定和系統內穩定的能流和物流的重要條件 。
可以說，迄今為止的地球上大多數元素循環本質上乃是生物地球化學循環 。
自太古宙以來，地表溫度雖然有變化，但從未升溫到海洋干涸的程度，也從未降溫到全球海洋全部凍結的程度 。而天體物理學家推算，太陽輻射強度自太古宙至今至少增長了30％（有人甚至估計增長了70％～100％） 。按物理學原理計算，太陽輻射強度增長10％或減少10％，就足以引起全球海洋干涸或凍結，而實際上地質歷史上從未發生過這種情況 。這只能歸因于地球生物圈的存在和以生物圈為中心的地球表層系統（蓋雅）的自我調節、控制的功能（Lovelock and MarguliS，1974） 。近年來經常談論地質史上的災變事件，人們把生物大規模的絕滅歸因于環境的災難性劇變 。但何不從另一個角度來看：環境災變與生物大規模絕滅可能互為因果 。大的絕滅事件可能造成大的生態系統的解體或崩潰，后者意味著生物圈對地球環境的調控功能的降低或局部喪失，從而又促使環境條件惡化，形成一個惡性循環，最終釀成大的災變 。
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