土地癌化及其防治

由于全球变暖、城市化、荒漠化等一系列问题,地球的健康状况正在下降,这严重威胁着生态安全和社会的可持续发展。当土地无法通过光合作用产生足够的氧气时,其储水能力逐渐丧失,触发“高温-干旱”相互加强的正反馈循环。基于此,文章将地球视为一个生命体,提出了土地癌化的概念及其诊断方法,以量化土地的健康状况。文章还通过构建癌化土地指数(cancer land index, CLI),发现全球超过一半(53%)的土地面积正面临着癌化的威胁。癌化土地开始于产氧量低的沙漠和干旱区,以及耗氧量高的大城市和工业区,并逐渐向周边地区蔓延。这一过程类似于人体癌细胞扩散,标志着地球健康的恶化。文章通过对土地癌化概念的深入研究和癌化面积的检测,提出针对自然癌化土地和人为癌化土地的相应防治对策和建议,力争在早期发现和阻止土地癌化,保护地球的整体健康。

全球变暖过程中海陆增温差异特征研究进展

全球变暖过程中,陆表平均升温幅度显著大于海表,即海陆增温差异现象。随着全球气温持续升高,海陆气温增幅的差异不断增大,但海陆增温比基本保持恒定,海陆增温比最大出现在中高纬地区。本文总结了全球变暖过程中海陆增温差异现象的研究现状,从气候系统对温室气体等外强迫的瞬时响应和平衡态响应两个角度介绍海陆增温差异的形成机制。结果表明:海陆热容量差异是海陆增温差异形成的原因之一,而大气湿度与垂直减温率反馈是造成海陆增温差异的主要原因,且海表温度强迫和植被蒸腾、地表蒸发、云量、降水和相对湿度的变化对海陆增温差异的形成有一定贡献。模式模拟的海陆增温比与观测结果基本一致,但在北半球中高纬度地区被严重低估,这可能与常绿针叶林扩张引起的反照率反馈和阻塞高压与海陆热力差异之间的反馈有关。

氧循环与宜居地球

氧是影响地球宜居性的重要因素,其与复杂生命体的形成和演化有着千丝万缕的联系.研究全球氧循环有助于我们了解地球系统的演化过程,剖析地质历史时期地球宜居性的形成,从而帮助我们预估地球系统的未来变化.近几十年来,氧循环的研究在地质学、地球化学、地球生物学、海洋科学和大气科学等领域取得了重大进展,这丰富了我们对地球系统的认识.然而,这一系列的研究工作都是在各自领域独自开展的,由此导致我们对氧循环这一关键科学问题的理解较为片面,对地球科学各个圈层之间的相互作用缺乏完整的认识.本文提出了地球系统五大圈层相互耦合的理论框架,阐明了氧循环在地球系统科学中起到的纽带作用,全面总结了多时间尺度上氧循环的研究,特别关注了大氧化事件、大灭绝事件以及大气氧含量和物种进化之间的潜在联系.深入理解地质历史时期氧循环与生物多样性之间可能的联系,对探索地球宜居性的历史演化和未来具有深远的意义.自从进入人类世以来,地球系统在人类活动的强迫下已逐渐偏离其既定轨迹,氧循环也因此产生了强烈的响应.我们认为如果不及早干预,人类活动对氧循环的干扰可能会大大降低地球的宜居性.

气候变化下陆地产氧量变化

陆地生态系统是大气中氧气的重要来源,其变化对大气氧气浓度的波动有着重要影响.然而,目前关于陆地生态系统产氧时空特征与驱动因子的研究还很少.本研究基于以往站点观测得到的氧化比以及第六次耦合模式对比计划(CMIP6)净碳通量模拟结果,探究了陆地产氧量的时空变化.陆地生态系统作为目前大气氧气最主要的来源,平均每年可以产出的氧气约为(7.10±3.80)Gt,热带贡献最多,中纬度其次,高纬度最少.值得注意的是,部分土地已经失去了产氧的能力,需要从大气中消耗氧气,这种土地主要分布在高纬和沙漠附近.进一步分析显示,人类活动与气候变化直接造成了土地利用变化与生态系统重要过程(如净光合过程与土壤呼吸过程)的变化,进而影响了陆地产氧过程.在未来情景下,中低纬度将产出更多的氧气,而高纬会由于土地利用的极度变化与土壤呼吸的显著增加而变成更大的氧汇.本研究补充了对现代氧循环的认识,有助于更好地估计未来大气氧气浓度的变化.