地球表层环境与地球表层系统

环境保护与可持续发展第一章1第二章地球表层环境与地球表层系统［教学目标］了解地球表层系统环境及圈层结构，掌握地球表层环境对于人类的独特性，理解人类与地球环境各圈层的关系。［教学重点］地表环境与地表系统的关系，地表系统的组成、结构、功能，地表环境与人类的关系。教学难点：地表系统的组成、结构、功能；地球环境对人类的独特性。［教学时数］4第一节地球与地球表层系统一、宇宙中的地球1.日地距离及其环境意义距离不近也不远，为生命的孕育创造了条件。地球距离太阳约1.5亿千米，适当的距离使地球获得了适当的太阳辐射能，地球表面温度保持在0-100度之间，保证了地表水大都以液态水的形式存在。而液态水的存在是生命出现和生存的前提。2.地球的质量及其环境效应地球质量不大也不小，从而引力适中,形成了适宜的大气圈与水圈，为生命的诞生准备了必要的条件。3.地球的形状及其地理意义造成地球上热量的带状分布和所有与地表热状况相关的自然现象（如气候、土壤、植被等）的地带性分布。4.地球的运动及其环境效应(1)地球自转及其环境效应：地球自转产生了昼夜更替；地球自转产生了地方时；地球自转产生了地转偏向力。(2)地球公转的地理意义：地球的公转导致季节的变化；地球的公转导致昼夜长短的变化；地球运动对地表温度调节、生命孕育的重要意义。二、地外、内系统对地表环境的影响（一）地外系统对地表环境的影响1.能量的来源维持地表系统运行、地表环境发展的能量，主要来自太阳的辐射。太阳辐射作用于地表，由于地表接受的太阳辐射的差异，导致了行星风带的产生、季风的形成、水汽的运移、洋流的产生以及风化作用的进行。2.引力的影响太阳与太阳系行星引力的作用，使地球沿着自身固有的轨道运行，具有特定的运行周期与速度。由于太阳与月亮引力的作用，产生了地球上的潮汐现象。3.陨石撞击的环境效应4.其他宇宙因素的影响环境保护与可持续发展第一章2（二）地内系统对地表系统的影响1.能量的来源尽管太阳辐射是地表系统运行与发展的主要能量来源，但地球内能也对地表系统与环境产生了不可忽视的作用与影响。2.物质的交换地内系统与地表系统在不断地进行着物质的交换。3.地内活动的其他环境效应地内活动还对地表环境产生了一些直接的影响，如火山、地震。三、地球表层系统的组成1、四大圈层地球表层系统由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈交叉而成。2、三大界地球表层系统是地球表层无机界、有机界与人文界相互作用、相互影响而构成的一个系统。3、固、液、气三态物质地球表层是由固态、液态、气态三态物质组成的。四、地球表层环境（系统）的结构1、垂直分层从地核、地幔、地壳，到水圈、大气圈等；大气圈又可分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。2、水平分异所谓水平分异，就是指在水平分布方面的差异与变化。3、立体交叉组成地表环境的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈，不是绝然分开的，而是相互交叉、相互渗透，在空间上构成了一个立体交叉的结构。4、多级嵌套不同空间尺度的环境系统在空间上相互交叉、叠置，并且相互联系、相互作用的。因此是多级嵌套。五、地球表层系统的功能1、物质传输、能量流动、信息传递垂直方向上，各个圈层之间、各个圈层内部的各个次级层次之间，都可能存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递。水平方向上，大洋与大陆之间、大洋与大洋之间、大陆与大陆之间、地区与地区之间存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递。生物圈与其它圈层之间也存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递2、地球表层系统的可预测、可调控功能可以通过研究地表系统物质传输、能量流动和信息传递的过程与规律，来预测系统的可能变化，通过改变系统的物质流、能量流或信息流，来改变系统的结构与演化的趋势，从而达到对地表系统进行优化、调控的目的。环境保护与可持续发展第一章3第二节地球各圈层的组成、结构与特征组成地球环境的各要素分别组成不同的圈层，圈层构造成为地球环境的显著特点。地球在大约46亿年前形成的时候，是一个炽热的大火球，还没有圈层的分化。地球外面包围着原始大气，主要由氢气、甲烷和水蒸气等组成，是一个还原性的大气圈。我们今天看见的地球各圈层，是经历了亿万年的发育才形成的。主要事件：水的出现是地球发育史的第一个重大事件。大约在38亿年以前，在某种机制的作用下，地球上出现了水。水分的蒸发和降雨，降低了地表的温度，产生了河流、湖泊和海洋，为地球生命的出现创造了最基本的条件。地球史上第二个重大事件是生命的出现。尽管对生命起源的机制也有种种不同看法，但一般都认为生命起源于海洋。早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过程中放出二氧化碳，逐渐改变了原始大气的组成。到大约20亿年前，出现了更为进化的细菌和蓝藻等生物。从此，开始了一种新的生命过程---光合作用，大气圈中首次出现了氧气。此后，生物进化过程加速。12亿年前出现最早的真核细胞。5亿年前出现海洋无脊椎动物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊蕨的植物开始登陆。哺乳类动物出现在2亿年前。今天，大约有500万至5000万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内的生物圈。地球在漫长的演化过程中，逐渐形成大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等四大外部圈层。由于土壤具有特殊的组成结构和特点，是地球表面特殊的自然综合体，有的学者将土壤圈从四大圈层中单独列出。一、岩石圈：地球固体部分的外部圈层。也是地球内部各圈层的最外层。地球内部也分成同心圈层，从地心向外，分别是地核、地幔和地壳。岩石圈位于地壳和上地幔的顶部。主要由从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩浆岩组成，岩浆岩上面，往往还覆盖着较薄的沉积岩和土壤盖层。1.岩石圈的组成（1）化学元素组成：地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98％以上，其他元素共占1%~2％。（2）矿物组成：组成岩石主要成份的矿物，称造岩矿物，最常见的造岩矿物有下列几种：长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石（3）岩石组成火成岩：火成岩以岩浆岩为主。岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。沉积岩：暴露在地壳表部的岩石，经过风化、剥蚀在原地或经搬运堆积下来，经过成岩作用而形成的岩石。变质岩：由地球内力作用引起的岩石性质的变化过程总称为变质作用。由变质作用形成的岩石，就是变质岩。岩石的相互转化：沉积岩、火成岩和变质岩是可以相互转化的，它们之间的相互转化又叫做岩石的循环或地质循环。2.岩石圈的结构（1）垂直分层环境保护与可持续发展第一章4岩石圈包括地壳与上地幔上部软流圈之上的部分。地壳也可以分为上下两层。上层为花岗岩层；下层为玄武岩层。（2）水平变异不同区域岩石圈的厚度、组成与结构是不同的。水平方向地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳），洋壳薄，陆壳厚，洋壳为玄武质，陆壳为花岗岩质。3.岩石圈的运动(1)岩石圈运动的方向：水平运动，水平运动也称为造山运动；垂直运动，也叫造陆运动。（3）岩石圈运动的主要表现褶皱、断裂、火山、地震等。4．固体地球表面的结构与轮廓（1）海陆分布（2）地面起伏大陆面积愈大，其平均海拔愈高；大洋面积越大，平均深度越大。（3）板块的划分：岩石圈可以划分成太平洋板块、欧亚板块、印度-澳大利亚板块、非洲板块、南美洲板块、北美洲板块和南极洲板块七个大板块。地震与火山分布规律的解释：地震和火山，都集中分布在板块的边缘，板块的边缘是构造活动最强烈的地方。二、大气圈：位于地球最外部的气体圈层1．大气圈的组成与分布（1）组成：地球表面的大气主要由氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）等气体组成。被地球的引力牢牢吸引在地球的周围，包围着地球上的海洋和陆地。（2）分布：大气圈没有明确的上界，在几千千米的高空仍有稀薄的气体。但受地心引力的作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的范围内，其中的75%的大气又集中在离地面10千米高度的对流层内。2．大气圈的结构整个大气分为对流层、平流层以及高空的中间层、暖层和散逸层：3．大气运动（1）水平气压梯度力：在存在着气压梯度的地方，空气分子受到力的作用，驱使着空气沿着和气压梯度相同的方向移动的力，它是促使空气从静止到运动的原动力。（2）地转偏向力（科里奥利力）：由于地球的自转，地球表面运动的物体都会发生运动方向的偏转。导致地球表面运动物体方向偏转的力。在地转偏向力的作用下，地表运动的物体，在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。（3）大气的辐合与辐散：在低压中心附近，大气由周围向中心集中。在高压中心附近，大气向周围散开。（4）大气环流：在太阳辐射、地球自转、地表面性质以及地面摩擦的共同作用，使得大气圈内的空气产生了不同规模的三维运动。行星风系：发生在行星上的总的大气环流现象。季风：大范围地区，盛行风随季节变化而发生有规律改变的现象。海陆风：发生在沿海地区的、白天吹海风、夜间吹陆风，以一日为周期。山谷风：在山区，白天从谷地吹向山坡、夜间从山坡吹向谷地，以一日为周期。焚风：山后的空气温度比山前同高度上空气的温度要高得多，湿度也小得多，形成了沿着背风坡向下吹的既热且干的风。环境保护与可持续发展第一章5城市热岛：城市的温度一般高于周围的郊区和农村。城市风：由于城市热岛的存在，当大气环流较微弱时，常常引起空气在城市地区上升、郊区下沉，使得城市和郊区之间形成了一个小型的热力环流。三、水圈：由地球上不同形态的水构成的圈层1．组成海洋水、陆地水（江河湖泊、沼泽、冰川，地下水）。海洋是水圈的主体，是地球上水的最大源地。全球海洋总面积为3.61×108km2，海水总体积约为1.37×109km3。在地球上海洋占了地球表面积的70％以上，在剩下的不到30％的陆地上也分布着纵横交错的江河湖泊，地表以下的土壤和岩层间还有连续不断的地下水。海水、地表水和地下水构成了一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万千米的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。2．分布海洋水：约占地球总水量的97%。海水通过波浪、潮汐、洋流等形式促进了地球高低纬度间的热量输送，对全球热量平衡有重大影响。陆地水：约占地球总水量的3%，是地球上淡水资源的主要存在形式。生产生活用水主要来源于这一类水源。但这些资源中的接近70%又以冰川的形式存在于两极及高山地区，难以直接利用。因此人类可直接利用的水资源储量约占全球淡水总储量的0.3%，只占全球总储水量的十万分之七。地球上水量的分布总水量分布（%）淡水量分布（%）海水97.3冰盖、冰川77.2淡水2.7地下水、土壤水22.4湖泊、沼泽0.35大气0.04河流0.013.水圈的结构水圈的水平结构特征(1):连续性:地球表面任何一个地方都有水的分布，水在地球表层的分布是连续的。(2)不均匀性：水在地表的分布是不均匀的。不均匀性一是表现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水圈中各处分布的水量不同。水圈的垂直结构特征(1)近地面集中分布:水主要集中分布在地面附近，随着离地面距离的增大水越来越少。(2)垂直分层:水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。(3)相态分异:水的相态在垂直方向上的有规律的变化现象。跨流域调水--解决水的空间分布不均问题4．水的运动（1）水循环：地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，下断地发生相态转换和周而复始运动的过程。水分循环的产生原因内因是在常温的条件下水的“三态”变化。水分循环过程的转移、交换成为可能。环境保护与可持续发展第一章6外因是太阳辐射和地心引力。太阳辐射为水的“三态”转化提供了条件；太阳辐射分布的不均匀性和海陆的热力性质的差异，造成空气的流动，为水汽的移动创造了条件。地心引力（重力）则促使水从高处向低处流动。从而实现了水分循环。3）水分循环过程包括了蒸发、降水、径流3个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5个环节。（2）水循环类型：大循环、小循环大循环（海陆间的循环）发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，由于广及全球，故名大循环。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到