【摘要】地球系統(tǒng)擾動是指固體地球系統(tǒng)、表層地球系統(tǒng)和日地空間系統(tǒng)內(nèi)部或者之間受到外部因素或內(nèi)部因素的干擾，導致地球系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變。這些擾動可能來自自然因素，如太陽活動、火山噴發(fā)、地震等，也可能來自生物活動，如環(huán)境污染、土地退化等。地球系統(tǒng)擾動會對地球的氣候環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和生物生存等方面產(chǎn)生影響，其具體表現(xiàn)多種多樣，涉及地球的各個組成部分和方面，主要包括氣候變化、地質(zhì)活動、生物多樣性變化、水循環(huán)變化、大氣污染和環(huán)境污染物等。因此，了解地球系統(tǒng)擾動的機制和影響，對于保護地球表層環(huán)境和生物生存具有重要意義。地球系統(tǒng)擾動的因素很多，主要包括太陽輻射、大氣環(huán)流和大氣環(huán)境、水循環(huán)和水環(huán)境、洋流、火山噴發(fā)、地震災害、地形地貌、土壤環(huán)境、生物環(huán)境、光環(huán)境、生物活動等。這些因素相互作用，共同決定了地球的環(huán)境系統(tǒng)。地球三大系統(tǒng)擾動通過多種方式影響全球環(huán)境變化，包括氣候變化、地質(zhì)活動、水循環(huán)變化、土壤環(huán)境變化和生物多樣性變化等。了解這些影響有助于更好地預測和應對環(huán)境變化，保護表層地球系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定性。
【關鍵詞】地球系統(tǒng) 物理擾動 化學擾動 生物活動 全球環(huán)境變化
【中圖分類號】P3 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2025.15.003
【作者簡介】鄭永飛，中國科學院院士、中國科學技術大學教授、發(fā)展中國家科學院院士、《中國科學：地球科學》主編。研究方向為同位素地球化學與化學地球動力學、匯聚板塊邊緣地球系統(tǒng)科學，主要著作有《穩(wěn)定同位素地球化學》（合著）、《化學地球動力學》（主編）、《匯聚板塊邊緣地球系統(tǒng)科學》（編著）等。
當前，全球正經(jīng)歷顯著的氣候變暖、極端天氣事件頻發(fā)、海平面上升、生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列環(huán)境變化挑戰(zhàn)，深刻反映地球系統(tǒng)內(nèi)部與外部之間復雜的物質(zhì)相互作用和能量反饋機制。地球作為高度復雜且動態(tài)演化的行星系統(tǒng)，其表層環(huán)境與生命宜居性有賴于系統(tǒng)的協(xié)同與平衡。而地球系統(tǒng)持續(xù)受到來自系統(tǒng)內(nèi)部及外部的多種擾動，可能打破原有的平衡狀態(tài)，引發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)的顯著變化。這種變化不僅體現(xiàn)在全球氣候格局的調(diào)整、水循環(huán)的變異、生物多樣性的波動上，而且深刻影響地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性和空間環(huán)境狀態(tài)。深入研究地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境變化之間的內(nèi)在聯(lián)系，不僅是深化對地球家園運行規(guī)律認知的必經(jīng)之路，更是保障地球表層環(huán)境健康穩(wěn)定和人類社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。
地球系統(tǒng)與環(huán)境變化
一般來說，地球系統(tǒng)是由大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈、巖石圈、軟流圈以及太陽風等組成的，通過物質(zhì)傳輸和能量傳遞而緊密耦合的地球圈層系統(tǒng)。地球系統(tǒng)具有自組織性、非線性反饋和跨尺度關聯(lián)特征，在多時空尺度上表現(xiàn)為全球環(huán)境變化。地球系統(tǒng)的擾動主要受自然因素（太陽活動、大氣環(huán)流、地震海嘯、火山噴發(fā)等）驅(qū)動，在微觀層次上可以分解為物理作用、化學作用和生物作用等三個方面，其中生物作用包括人類活動（可能導致溫室氣體排放和環(huán)境污染等）。認識和理解地球系統(tǒng)的關鍵在于洞察跨圈層相互作用這一核心要素，因此需要從四個維度入手：一是組成結構（圈層劃分），二是功能屬性（能量物質(zhì)循環(huán)），三是動態(tài)特征（多尺度擾動），四是整體性（不可孤立和分割）。
地球系統(tǒng)可以劃分為三個組成部分，即固體地球系統(tǒng)、表層地球系統(tǒng)和日地空間系統(tǒng)。固體地球系統(tǒng)研究地球內(nèi)部物質(zhì)和能量的流動、傳遞和轉(zhuǎn)化過程，包括地震、火山、地熱等自然現(xiàn)象和過程，強調(diào)軟流圈上涌對巖石圈的影響。表層地球系統(tǒng)研究地球表面物質(zhì)的分布、交換和循環(huán)過程，包括大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈和巖石圈等，其中水圈包括冰凍圈，生物圈包括人類圈。日地空間系統(tǒng)研究太陽能量和物質(zhì)在日地空間中的傳輸和變化過程，包括太陽輻射、太陽磁場和空間天氣等。地球系統(tǒng)擾動是指地球系統(tǒng)受到外部或內(nèi)部因素的干擾，導致地球系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變，在不同程度上影響人類生存環(huán)境乃至地球的宜居性。這些擾動可能來自自然因素，如太陽活動、火山噴發(fā)、地震滑坡等，也可能來自人為因素，如環(huán)境污染、溫室氣體排放等。地球系統(tǒng)擾動會對地球的氣候、生態(tài)系統(tǒng)和生物生存等方面產(chǎn)生影響。比如，火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰可以遮擋太陽光，導致氣溫下降；生物活動排放的溫室氣體可以改變地球的氣候，導致全球變暖等。因此，了解地球系統(tǒng)擾動的機制和效應，對于認識地球環(huán)境具有重要意義。
研究地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境變化之間的關系具有多方面的意義。首先，研究地球系統(tǒng)擾動的機制和規(guī)律，可以更好地預測和應對未來的氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)變化等環(huán)境問題。其次，研究地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境變化之間的關系，可以深入了解地球系統(tǒng)的運行機制和演化歷史，不僅可為地球科學研究提供新的思路和方法，有助于推動地球科學的發(fā)展，也能更好地評估生物活動對地球環(huán)境的影響，推動經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。此外，這也有助于更好地了解環(huán)境問題的根源和影響機制，為保護生物生存環(huán)境和人類健康提供科學依據(jù)和技術支持。因此，加強地球系統(tǒng)科學研究，確定地球系統(tǒng)擾動的表現(xiàn)形式及其影響因素，認識不同尺度全球環(huán)境變化與地球系統(tǒng)之間在時間和空間上的聯(lián)系，已經(jīng)成為當前和未來地球科學研究的重要方向之一。
影響全球環(huán)境變化的關鍵因素
全球環(huán)境變化受多種自然因素的影響，這些因素之間相互作用、相互反饋，共同構成復雜多變的地球環(huán)境系統(tǒng)。在應對全球環(huán)境變化時，需要綜合考慮各種因素的作用機制和影響程度，采取綜合性的應對措施。
太陽活動。太陽輻射是地球能量的主要來源，太陽活動的變化會直接影響地球的氣候系統(tǒng)。此外，太陽風等高能粒子流也會對地球磁場和大氣層產(chǎn)生影響，可能導致氣候和環(huán)境的短期波動。
生物活動。短尺度上，生物活動導致的溫室氣體排放、土地質(zhì)量變化、水資源管理和能源消耗等都會引發(fā)氣候和環(huán)境的快速變化。
自然災害。地震、火山噴發(fā)、颶風、洪水等會對全球環(huán)境產(chǎn)生短期影響。這些自然災害會直接破壞生態(tài)系統(tǒng)和生物生存，還可能引發(fā)次生環(huán)境問題，如水體污染、土壤侵蝕和生物多樣性喪失等。
大氣和海洋環(huán)流變化。大氣和海洋環(huán)流是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其短期變化會直接影響天氣模式和氣候變化。比如，厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象就是海洋環(huán)流變化導致的全球性氣候異常。這些現(xiàn)象會改變?nèi)驕囟群徒邓植迹l(fā)極端天氣事件和自然災害。
生物地球化學循環(huán)。生物地球化學循環(huán)涉及碳、氮、磷等元素的循環(huán)過程，這些元素的短期變化也會影響全球環(huán)境。比如，生物活動導致的碳排放增加會引發(fā)大氣中溫室氣體濃度上升，加劇全球變暖；而氮、磷等營養(yǎng)元素的排放則可能導致水體富營養(yǎng)化和藻類暴發(fā)等問題。
地球系統(tǒng)擾動的表現(xiàn)形式
地球系統(tǒng)擾動的表現(xiàn)形式多種多樣，涉及地球?qū)尤Φ母鱾€組成部分，主要包括以下幾個方面。一是氣候變化，如全球變暖、極端天氣事件（如暴雨、干旱、颶風）等。二是地質(zhì)活動，如地震、火山噴發(fā)、板塊運動等都是地球內(nèi)部能量釋放的結果，這些活動會對生態(tài)系統(tǒng)和生物生存產(chǎn)生影響。三是生物多樣性變化，如物種滅絕、入侵物種等。四是水循環(huán)變化，如洪澇、干旱等。五是大氣污染和環(huán)境污染物的排放，會導致大氣質(zhì)量惡化、氣候變化等問題。
從地球系統(tǒng)科學來看，這些擾動是全球環(huán)境變化的重要驅(qū)動力，主要表現(xiàn)如下。一是大氣圈擾動，表現(xiàn)為氣候變化、極端天氣事件（如颶風、干旱、洪水）、大氣成分變化（如溫室氣體濃度增加）以及大氣環(huán)流變化等。這些擾動受到太陽輻射、全球溫度、海洋和陸地相互作用等多種因素的影響。二是水圈擾動，表現(xiàn)為海平面上升、海洋酸化、海洋環(huán)流變化、淡水資源減少以及極端水文事件（如洪水和干旱）等。這些擾動主要由氣候變化、冰川融化、土地利用變化以及生物活動排放的污染物等因素引起。三是生物圈擾動，包括生物多樣性減少、生態(tài)系統(tǒng)退化、生物量改變以及生物地球化學循環(huán)的破壞等。這些擾動主要由生物活動（如土地利用變化、自然和人為污染以及人類過度捕撈）和氣候變化（如溫度和降水變化）等因素導致。四是巖石圈（全球）擾動，表現(xiàn)為地震、火山噴發(fā)、板塊運動、全球形變以及地貌變化等。這些擾動對全球環(huán)境的影響相對較小，但在局部地區(qū)可能引發(fā)嚴重的地質(zhì)災害和環(huán)境變化。五是日地空間系統(tǒng)擾動，包括太陽活動變化、地球磁場擾動以及空間天氣事件等。這些擾動會影響地球的氣候系統(tǒng)、電離層、衛(wèi)星軌道以及生物活動（如導航和通信）等。太陽活動變化，特別是太陽輻射和太陽風的短期變化，是全球氣候變化和空間天氣的重要驅(qū)動力。
了解地球系統(tǒng)擾動的機制和影響，對于保護地球環(huán)境和生物生存具有重要意義。在應對全球環(huán)境變化時，需要綜合考慮各種擾動的影響及其與其他地球系統(tǒng)組成部分的相互作用。
地球系統(tǒng)擾動的主要因素
地球系統(tǒng)擾動指的是自然因素對生物活動的影響，它們之間相互作用、相互反饋，共同驅(qū)動著地球系統(tǒng)的變化。
自然因素主要包括以下四項。一是太陽輻射，即地球能量的主要來源，其變化會直接影響地球的氣候系統(tǒng)。太陽輻射的強度和穩(wěn)定性變化會導致地表溫度、大氣環(huán)流和海洋環(huán)流等發(fā)生變化，進而影響全球氣候。二是地球軌道參數(shù)（如偏心率、傾角和歲差）的變化，會影響地球接收太陽輻射的量和分布，從而引發(fā)氣候的長期變化。這種變化通常以數(shù)千至數(shù)萬年為周期。三是大氣圈與海洋圈的相互作用，其是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分。海洋表面的溫度變化、海冰消融和海平面上升等都會影響大氣環(huán)流和氣候模式。四是自然災害，如地震、火山噴發(fā)、海嘯和颶風等，會對地表系統(tǒng)產(chǎn)生擾動。這些自然災害會直接破壞生態(tài)系統(tǒng)和基礎設施，同時釋放大量能量和物質(zhì)，對大氣、海洋和陸地環(huán)境產(chǎn)生影響。
生物活動效應包括以下四項。其一，溫室氣體排放。生物活動可導致大量溫室氣體的排放，如二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等。如果這些溫室氣體在大氣中逐漸累積，最終可導致全球氣溫上升，引發(fā)氣候變化。其二，土地質(zhì)量變化。生物活動可改變地球表面的土地質(zhì)量和效益，影響地表的反照率、水分循環(huán)和生物地球化學循環(huán)等，進而對全球氣候產(chǎn)生影響。其三，能源消耗和污染排放。化石燃料的燃燒會釋放大量二氧化碳和其他污染物，對大氣和海洋環(huán)境產(chǎn)生直接和間接的影響。其四，生物多樣性減少。生物多樣性的減少改變生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，影響生物地球化學循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。
在研究全球環(huán)境變化時，需要分別考慮各種各類自然因素對生物活動的影響，綜合分析它們的作用機制和影響程度，理解生物如何適應地球系統(tǒng)的變化。
板塊構造作用與地球系統(tǒng)變化
板塊構造作用與地球系統(tǒng)變化之間存在緊密的時間和空間耦合關系?？偟膩碚f，這些耦合關系是一系列簡單而又復雜的問題。深入研究這些關系有助于我們更好地理解地球系統(tǒng)的運行規(guī)律和擾動機制，為應對全球環(huán)境變化帶來的挑戰(zhàn)提供科學依據(jù)和技術支持。
時間耦合關系。首先，板塊構造作用的長期演化對地球系統(tǒng)的變化產(chǎn)生深遠的影響。比如，板塊的運動導致山脈隆起、海洋擴張和大陸漂移，這些地形地貌的變化進一步影響氣候、生物多樣性和水資源分布等地球系統(tǒng)要素。其次，地球系統(tǒng)的變化也具有一定的時間尺度，如氣候變化、海平面升降等，這些變化與板塊構造作用的速率和規(guī)模存在一定的匹配關系。比如，氣候變化可能導致冰川的進退，從而影響全球地貌的侵蝕和沉積作用，這些地貌的變化又可能影響氣候和生態(tài)系統(tǒng)的演變。
空間耦合關系。首先，板塊構造作用在空間上呈現(xiàn)不均勻性，不同板塊之間的相互作用強度和方式存在差異。這種空間異質(zhì)性導致地球系統(tǒng)各要素在空間上的分布和變化也具有差異性。比如，板塊邊界地區(qū)往往是地震、火山活動頻繁的區(qū)域，這些自然災害對當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)和生物生存產(chǎn)生深遠的影響。其次，地球系統(tǒng)的各要素在空間上也存在相互關聯(lián)和耦合的關系。比如，氣候變化可能導致某些地區(qū)的干旱化，而干旱化又可能引發(fā)土地退化、沙漠化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。這些問題在空間上與板塊構造作用的分布和強度存在一定的關聯(lián)。
地球系統(tǒng)擾動效應
固體地球系統(tǒng)。其擾動包括地殼運動、火山活動、地震等，它們可以通過一系列過程對全球環(huán)境產(chǎn)生影響。首先，固體地球系統(tǒng)的擾動可以影響地表的地形和地貌。地殼運動和地震可以導致山脈的隆起、河流的改道、海岸線的變遷等，這些地形的變化會進一步影響氣候和生態(tài)系統(tǒng)的分布。比如，山脈的隆起可以改變大氣環(huán)流，影響降水的分布；河流的改道可以改變水資源的分布，影響生物生存的用水需求。其次，火山活動可以釋放大量的氣體和顆粒物到大氣中，這些物質(zhì)可以改變大氣的成分和結構，從而影響氣候。比如，火山噴發(fā)可以釋放大量的二氧化硫，這些氣體在大氣中可以形成硫酸鹽氣溶膠，反射太陽輻射，使地表降溫；火山噴發(fā)還可以釋放溫室氣體，如二氧化碳和甲烷，對全球氣候變暖也有一定的影響。再次，固體地球系統(tǒng)的擾動還可以改變地球的磁場和熱流。地磁場的變化可以改變宇宙射線對地球的影響，從而間接影響氣候；地熱流的變化可以改變海底擴張的速度和洋流的模式，從而影響海洋循環(huán)和氣候。
此外，地球內(nèi)部的熱量和放射性元素衰變產(chǎn)生的能量對全球氣候變化的影響，雖然相對于地表所獲得的太陽能來說微不足道，但是如果地熱能在地表局部地區(qū)發(fā)生富集，則會對某些地區(qū)的地表環(huán)境產(chǎn)生不可忽視的影響。地熱能的主要作用在于提供動力引起巖石圈內(nèi)部及其下伏軟流圈物質(zhì)的運動與遷移，從而成為火山活動、板塊運動的原動力。地幔物質(zhì)的運動與相變會導致地球重力場、磁場的變化，引起大地水準面的變化。這些地質(zhì)活動不僅改變著海陸的分布、地表的起伏，而且在全球范圍內(nèi)塑造著表層地球系統(tǒng)的原始面貌，形成地表海陸分布的基本格局，并影響礦物和巖石的形成、變質(zhì)和演化。
進一步，固體地球系統(tǒng)與地表系統(tǒng)之間還不斷地進行著物質(zhì)交換，主要受軟流圈上涌對巖石圈板塊邊緣的驅(qū)動。比如，火山噴發(fā)使地幔物質(zhì)噴出，進入地表，參與地表系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，同時大量的水汽、二氧化碳、塵埃進入大氣圈，影響地表環(huán)境的物質(zhì)組成、對地表環(huán)境與氣候產(chǎn)生重要作用。這些物質(zhì)交換對地表系統(tǒng)的發(fā)展以及全球環(huán)境的演化產(chǎn)生深刻影響。不過，與大氣圈、水圈和生物圈等外部系統(tǒng)相比，固體地球系統(tǒng)的變化對全球氣候變化的影響更為緩慢和復雜。
表層地球系統(tǒng)。表層地球系統(tǒng)擾動包括氣候變化、海平面變化、生物多樣性變化以及土地利用變化等，它們之間相互作用，共同對全球環(huán)境產(chǎn)生影響。
首先，氣候變化是全球環(huán)境變化的核心部分，表現(xiàn)為全球氣溫上升、極端天氣事件增加等。這種變化對生態(tài)系統(tǒng)有直接的影響，如改變物種分布、影響生物繁殖等。同時，氣候變化還會影響生物生存的水資源供應和基礎設施安全等方面。其次，海平面變化也是表層地球系統(tǒng)擾動的重要表現(xiàn)。由于冰川融化和海水熱膨脹，海平面正在逐漸上升。這將對沿海地區(qū)產(chǎn)生重大影響，如增加洪澇災害的風險、破壞生態(tài)系統(tǒng)和影響生物居住等。再次，生物多樣性變化對全球環(huán)境變化也有重要影響。生物活動導致的環(huán)境破壞、過度開發(fā)和污染等，使得許多物種面臨滅絕危險。生物多樣性的減少將影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能，進而影響全球環(huán)境。此外，土地利用變化也是表層地球系統(tǒng)擾動的一個重要方面。隨著人口的增長和城市化進程的加速，生物對土地的需求不斷增加，導致森林砍伐、草原退化、濕地消失等土地利用變化，進而影響全球碳循環(huán)、水循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)等。
因此，表層地球系統(tǒng)擾動對全球環(huán)境變化的影響是多方面的，這些變化不僅影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和功能，還對生物生存的環(huán)境產(chǎn)生深遠的作用。了解這些影響有助于更好地理解表層地球系統(tǒng)的運行機制，為生物更好地適應和應對環(huán)境變化提供科學依據(jù)。
日地空間系統(tǒng)。日地空間系統(tǒng)擾動主要涉及太陽活動、地球磁場變化以及太陽風與地球大氣層之間的相互作用等，對全球環(huán)境變化具有多方面的影響。這些影響雖然不直接涉及地球表面的氣候變化或生態(tài)系統(tǒng)變化，但它們會通過影響地球大氣層、磁層和電離層等，間接地對全球環(huán)境產(chǎn)生作用。
首先，太陽活動的變化會影響太陽輻射的強度和穩(wěn)定性。太陽黑子的增多或減少、太陽耀斑的爆發(fā)等，都會導致太陽輻射的短期或長期變化。這種變化會影響地球接收到的太陽能量，從而影響全球氣候。比如，太陽輻射的減少可能導致地球表面溫度下降，引發(fā)氣候變冷。其次，地球磁場的變化也會影響全球環(huán)境。地磁場的擾動可能導致地磁極反轉(zhuǎn)或地磁強度減弱等。這些變化會影響宇宙射線進入地球大氣層的數(shù)量和分布，從而影響大氣層中的化學反應和氣候變化。此外，地磁場的變化還可能影響鳥類和其他動物的遷徙模式，對生態(tài)系統(tǒng)造成一定的影響。再次，太陽風與地球大氣層之間的相互作用也是日地空間系統(tǒng)擾動的一個重要方面。太陽風中的帶電粒子會與地球大氣層中的分子和原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生極光等現(xiàn)象。這種相互作用會影響大氣層中的電離程度和化學反應，從而影響全球氣候和環(huán)境。
需要注意的是，日地空間系統(tǒng)擾動對全球環(huán)境變化的影響相對較小，而且通常是間接的。與固體地球系統(tǒng)和表層系統(tǒng)的變化相比，日地空間系統(tǒng)的影響更為復雜和難以預測。
地球系統(tǒng)擾動對全球環(huán)境變化的影響
固體地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境長尺度變化之間的關系。固體地球系統(tǒng)包括地殼、地幔、外核和內(nèi)核等部分，這些部分之間在物質(zhì)和能量的運動和相互作用等過程中會對表層地球系統(tǒng)（如大氣圈、水圈、生物圈和土壤圈）產(chǎn)生深遠的影響，進而引發(fā)全球環(huán)境的長尺度變化。因此，固體地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境長尺度變化之間的關系是復雜的，往往涉及多個因素的相互作用和反饋機制。要準確理解這種關系，需要綜合考慮地質(zhì)學、地球化學、地球物理學、大氣科學、海洋科學和生物學等多個學科的研究成果。
板塊運動與氣候變化。地球內(nèi)部的板塊運動會導致地殼的變形、地震和火山的噴發(fā)等，這些過程會改變地表的地形、地貌和海洋環(huán)境等，從而影響全球氣候的變化。比如，當板塊運動導致山脈隆起時，會改變大氣環(huán)流的模式，影響降水的分布和氣候帶的形成。
地幔上涌與生物滅絕事件。地幔物質(zhì)既可以從核幔邊界深處上升，也可以從上地幔淺部上升，從而形成從地球內(nèi)部向外部直至地表的大規(guī)模物質(zhì)和能量流。當深部地幔物質(zhì)上升到巖石圈淺部時，會引發(fā)巖漿活動、地殼隆起和火山噴發(fā)等地質(zhì)事件。如果大規(guī)模地幔物質(zhì)快速上升到地表，就有可能對生物圈產(chǎn)生重大影響，甚至導致生物滅絕事件的發(fā)生。
地球內(nèi)部熱異常與氣候波動。地球內(nèi)部的熱異常會導致地殼的熱膨脹和收縮，從而引發(fā)地表環(huán)境的變化。這些變化會影響大氣環(huán)流、海洋環(huán)流和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等，進而引發(fā)全球氣候的波動。比如，一些研究表明，地球內(nèi)部熱異?？赡芘c冰期的周期性變化有關。
地球磁場變化與氣候變化。地球磁場是由地球內(nèi)部的電流產(chǎn)生的，而地球磁場的變化會對表層地球系統(tǒng)產(chǎn)生影響。一些研究表明，地球磁場的變化可能與氣候變化有關。比如，地球磁場的減弱可能導致太陽風對地球大氣層的侵蝕加劇，從而影響氣候的變化。
表層地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境短尺度變化之間的關系。表層地球系統(tǒng)主要包括大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈和巖石圈（特別是地表部分），這些圈層之間的相互作用和變化會直接影響全球環(huán)境在較短時間尺度上的變化。因此，表層地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境短尺度變化之間的因果關系是多方面的，有關擾動不僅直接影響全球環(huán)境的變化，還可能通過相互作用和反饋機制放大其影響。在應對全球環(huán)境變化時，需要綜合考慮表層地球系統(tǒng)的各個組成部分及其相互作用。
大氣圈擾動與氣候變化。大氣圈中的氣流、氣壓和風等擾動會直接影響天氣模式和氣候變化。比如，厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象就是大氣圈與海洋圈相互作用導致的氣候短尺度變化。這些變化不僅影響溫度和降水分布，還可能引發(fā)極端天氣事件，如干旱、洪澇和熱帶氣旋等。
水圈擾動與水循環(huán)變化。水圈中的水體分布、水位和水溫等擾動會影響全球水循環(huán)。比如，冰川融化和海平面上升等變化會改變海洋環(huán)流和淡水資源的分布，進而影響全球氣候和生態(tài)系統(tǒng)。這些變化還可能引發(fā)洪澇、干旱和海水入侵等自然災害。
土壤圈擾動與生態(tài)環(huán)境變化。土壤的物理化學性質(zhì)和生物特性的變化會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一系列影響。比如，土壤物理特性變化影響生物活動和植物生長，污染物排放導致土壤中有毒物質(zhì)的積累，土壤圈擾動引起生態(tài)失衡和生物多樣性的減少等。
生物圈擾動與生態(tài)系統(tǒng)變化。生物圈中的物種分布、生物量和生物多樣性等擾動會影響生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。比如，森林砍伐和土地退化等人為活動會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導致土壤侵蝕、水源涵養(yǎng)能力下降和生物多樣性減少等問題。
巖石圈擾動與地質(zhì)災害。巖石圈（特別是地表部分）的擾動，如地震、火山噴發(fā)和地表形變等，會直接引發(fā)地質(zhì)災害。這些災害不僅對生物生存構成威脅，還可能破壞生態(tài)環(huán)境和基礎設施。比如，地震可能引發(fā)海嘯和山體滑坡等次生災害，而火山噴發(fā)則可能釋放大量有害氣體和顆粒物，影響全球氣候和環(huán)境。
日地空間系統(tǒng)擾動對全球環(huán)境短尺度變化的影響。日地空間系統(tǒng)主要包括太陽、地球磁場和地球大氣層等組成部分，它們之間的相互作用和變化會直接影響地球的氣候和環(huán)境。日地空間系統(tǒng)擾動對全球環(huán)境短尺度變化的影響是復雜多樣的，具體影響取決于擾動的類型、強度和持續(xù)時間等因素。此外，這些影響還與其他地球系統(tǒng)組成部分（如大氣圈、水圈和生物圈等）的相互作用和反饋機制密切相關。因此，在研究和預測全球環(huán)境變化時，需要綜合考慮日地空間系統(tǒng)擾動的影響及其與其他地球系統(tǒng)組成部分的相互作用。
太陽輻射變化。太陽活動的短期變化，如太陽黑子、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等，會影響太陽輻射的強度和穩(wěn)定性。這些變化會導致地球接收到的太陽能量發(fā)生變化，進而影響地球的氣候系統(tǒng)。比如，太陽輻射的增強可能導致地表溫度升高，引發(fā)熱浪和干旱等極端天氣事件。
地球磁場擾動。地球磁場的短期變化也會對全球環(huán)境產(chǎn)生影響。地球磁場的變化會影響地球大氣層中的帶電粒子分布和運動，從而改變大氣層的結構和穩(wěn)定性。這些變化可能會影響大氣環(huán)流和氣候模式，導致氣候的短期波動。此外，地球磁場的擾動還可能對衛(wèi)星導航、通信和電力系統(tǒng)等人類活動產(chǎn)生影響。
空間天氣事件。日地空間系統(tǒng)中的空間天氣事件，如太陽風暴和地磁風暴等，也會對全球環(huán)境產(chǎn)生短期影響。這些事件會導致高能粒子流和電磁輻射的增強，對地球大氣層、磁場和電離層等產(chǎn)生沖擊。這些沖擊可能引發(fā)大氣層中的化學反應變化、電離層擾動和地磁異常等，進而影響全球氣候和環(huán)境。比如，太陽風暴可能導致衛(wèi)星故障、電網(wǎng)癱瘓和無線電通信中斷等問題。
結語
地球系統(tǒng)擾動對全球環(huán)境變化的影響是多方面的，涉及氣候變化、地質(zhì)活動、生物多樣性變化、水循環(huán)變化、土壤環(huán)境變化和生物環(huán)境變化等?；鹕絿姲l(fā)產(chǎn)生的火山灰可以遮擋太陽光，導致氣溫下降。生物活動排放的溫室氣體可以改變地球的氣候，導致全球變暖等。地震、火山噴發(fā)、板塊運動等都是地球內(nèi)部能量釋放的結果，這些活動會對生態(tài)系統(tǒng)和生物生存產(chǎn)生影響。物種滅絕、入侵物種、洪澇、干旱等都與地球系統(tǒng)擾動有關。過度開墾、過度施用化肥等會導致土壤質(zhì)量下降，過度捕獵、過度開發(fā)、生態(tài)破壞等都會對生物環(huán)境造成影響。全球環(huán)境變化與地球系統(tǒng)擾動之間在空間和時間上具有密切的對應關系，已經(jīng)成為21世紀地球科學研究的熱點和前沿。
關于地球系統(tǒng)擾動與全球環(huán)境變化，還存在多種不同的觀點和解讀。有觀點認為，地球系統(tǒng)自古以來就經(jīng)歷各種自然變化，包括氣候變化、地質(zhì)變動等。這些變化是地球系統(tǒng)自然演化的一部分。然而，生物活動也會對地表系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，有可能導致全球環(huán)境變化加速。還有觀點認為，地表環(huán)境具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，能夠在一定程度上適應和緩沖外部擾動。然而，當這些擾動超過一定閾值時，地表環(huán)境可能會發(fā)生突變，導致不可逆轉(zhuǎn)的全球氣候變化。顯然，前者屬于自然變化的結果，后者涉及地表系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)與閾值。
地球系統(tǒng)在一定程度上表現(xiàn)出脆弱性，容易受到外部擾動的影響，其中冰凍圈（冰川、凍土）可以作為氣候變化的敏感指示器。“人類圈”這個概念的提出，強調(diào)人類活動對地表氣候環(huán)境的影響，但是這個影響到底有多大還是一個值得探討的問題。地表沉積記錄的研究發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)歷史上有多次全球氣候變暖，其中最高溫度遠超過人類活動效應。一旦地球科學界從全球地質(zhì)學和地球科學內(nèi)部跨學科的角度來認識生物活動與表層地球系統(tǒng)之間的相互作用后，就會發(fā)現(xiàn)地球系統(tǒng)擾動對人類社會發(fā)展的影響是顯著的，而人類活動對氣候環(huán)境的影響是微不足道的。此外，地球系統(tǒng)也具有一定的恢復力，能夠在一定程度上自我修復和恢復平衡。了解地球系統(tǒng)的脆弱性和恢復力對于預測和應對全球環(huán)境變化具有重要意義。地球系統(tǒng)作為一個整體，其各個組成部分之間相互聯(lián)系、相互影響。因此，研究全球環(huán)境變化需要跨學科的合作與交流，整合不同學科的知識和方法，以全面理解地球系統(tǒng)擾動的機制和全球環(huán)境變化的復雜過程。
值得注意的是，全球環(huán)境變化在不同地區(qū)表現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異，與地球系統(tǒng)擾動的強度有很大的關系。一些地區(qū)可能受到更嚴重的影響，而另一些地區(qū)所受影響則可能相對較輕。這種區(qū)域差異導致全球環(huán)境變化對不同社會群體產(chǎn)生的影響不同，從而加劇社會不平等和環(huán)境正義問題。面對全球環(huán)境變化，既需要采取措施減緩其進展，如減少溫室氣體排放、保護生物多樣性等，又需要適應已經(jīng)發(fā)生的變化，如建設防洪設施、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)等。這種減緩與適應并重的策略是應對全球環(huán)境變化的有效途徑。因此，一方面需要研究全球環(huán)境變化的區(qū)域差異與社會影響，另一方面要采取減緩與適應并重的策略。
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Earth System Perturbation and Global Environmental Change
Zheng Yongfei
Abstract: Perturbation in Earth system refers to disturbances within or between the solid Earth system, surface Earth system, and solar-Earth space system caused by external or internal factors, leading to changes in the state of Earth system. These disturbances may originate from natural factors such as solar activity, volcanic eruptions, and earthquakes, or from biological activities like environmental pollution and land degradation. The perturbation in Earth system can impact the Earth’s climate environment, ecosystems, and the survival of organisms. The manifestations of Earth system perturbation are diverse, affecting various components and aspects of Earth, including climate change, geological activity, biodiversity, water cycle, atmospheric pollution, and environmental contaminants. Therefore, understanding the mechanisms and impacts of Earth system perturbation is crucial for protecting the surface environment and the survival of organisms on Earth. There are many factors behind Earth system perturbation, mainly including solar radiation, atmospheric circulation and environment, water cycle and environment, ocean currents, volcanic eruptions, seismic disasters, topography, soil environment, biological environment, light environment, and biological activity. These factors interact with each other, collectively determining the environmental system of Earth. Perturbation in the three major Earth systems affect global environmental changes in various ways, including climate change, geological activity, changes in the water cycle, soil environment changes, and changes in biodiversity. Understanding these impacts helps better predict and respond to environmental changes, safeguarding the health and stability of the surface Earth system.
Keywords: Earth system, physical perturbation, chemical disturbance, biological turbulence, global environmental change
責 編∕李思琪 美 編∕梁麗琛
