第3章自然地理环境的组成和结构

第三章自然地理环境的组成与结构物质能量地理要素第一节自然地理环境的范围和边界第二节自然地理环境的组成第三节自然地理环境的结构第四节自然地理环境的系统框架（补充）重点：掌握自然地理环境的范围、边界、组成、结构，尤其是时空结构的判别；难点：系统分类及判别。第三章自然地理环境的组成与结构自然地理环境是地表客观存在的物质系统，它具有一定的空间尺度和边界。弄清这个问题是综合自然地理学的一个重要课题。第一节自然地理环境的范围和边界自然地理环境：是地球表层的大气、水、岩石、生物以及其他派生的自然物质共同组成的整体——自然综合体。复合圈层•地球构造的一个显著特点是它的分层性。整个地球是由一系列具有不同物理和化学性质的物质圈层所构成。这些地球圈层称为地圈。•所有这些地圈的组合形式可分为两种类型：1.突变的鲜明边界：圈层内理化性质较为一致，圈层之间的关系较为简单，表现为上下成层的组合形式。（地球圈层）2.渐变的模糊边界：圈层间表现为相互交织的组合形式。（海陆表面）1、地球构造的分层性2、关于自然地理环境的边界问题的三种观点（1）趋向于把自然地理环境的界限划定在一个巨大的空间范围（原苏联地理学者）A、侧重在自然地理环境的“外部联系显著减弱之处”寻找边界和确定范围А.А.格里哥里耶夫在1933年提出，地理壳的下限在地球固体表面以下大约100—200公里的深度，那里是构造力停止作用的地方。后来又认为地理壳包括地壳、对流层、平流层（至臭氧层）、水圈、土壤、植被和动物界。即认为地理壳的上限为臭氧层底部。C.B.卡列斯尼克1947年的观点是：地理壳的上限为臭氧层的高度，约在海平面以上25—30公里高度；下限则应为普通震源所在的深度，即在海平面以下15或20公里到40或50公里的地方。B、着眼于自然地理环境的“内在联系显著减弱之处”。1952年，И.М.查别林在提出地理壳的下限应位于地壳中有生命和液态水分布的极限；而上限则为对流层顶。1953年，А.Г.伊萨钦科发表了自己的意见。认为地理壳的上限在对流层顶，下限在沉积岩石圈的底界（约在地面以下5—6公里）。1962年，Д.Л.阿尔曼德认为：地理壳的上限为对流层顶；而下限与整个地壳的界限一致，包括了玄武岩层。1977年，A.E.科里瓦鲁茨基认为在大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的相互联系中，大气循环是根本的。因此他把对流层的上限作为地理壳的上限，而把区域性潜水的不透水层顶部作为下限。（2）把自然地理环境的界限划定在较小的空间范围我国地理学者牛文元为代表自然地理面的上限放在地表向上约50—100米的近地面边界层，而下限放在太阳能量影响地表的终止线（其深度在陆地下面约20—30米，在海洋可达100米的深处）3陈传康认为地理学所研究的范围界限不应作硬性规定，硬性规定一个厚度未必都符合客观实际，而应视研究问题的性质有相应的变化。第二节自然地理环境的组成作为一个庞大的物质系统1）各种物质2）各种能量3）动态体系（地理要素）一、物质组成一类是无机组分，另外一类为有机组分。无机组分有三种，它们分别是：固体岩石、液态水和气态空气。有机组分为活质有机体。四大圈层及相应的衍生圈层（物质）相互联系，相互渗透对流运动，气态，3/4大气质量和几乎全部水汽。下界是海陆表面，上界随纬度、季节等发生变化，平均10-12km。特点：对流作用强烈，为温度随高度增加而降低。对流圈的基本组成成分为空气，主要的组成要素为氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）、二氧化碳（CO2）和水汽（H2O）等元素态气体及其化合物，另外还有固体杂质等。地球表层水体的总称，由世界大洋、河流、湖泊、冰川、沼泽、地下水等组成。液态为主。作用：参与能量转化的重要因素，调节气候，净化大气，水溶固体等。水圈是由各种水体（海洋、江河、湖泊和地下水等）所组成。这些天然水体则为复杂的混合液，含有多种溶解质。分子、离子氯化物，碳酸盐类生物的分解物质厚度约5公里，上面覆盖风化壳及土壤（达几十米）；整个岩石圈经常处于运动状态，造成不同地貌形态；表面的陆地部分为人类和陆生生物的栖息场所；岩石风化形成的成土母质，提供矿质养分。沉积岩石圈的主要组成成分是粘土和泥质页岩、砂岩和灰岩等，其组成要素主要为氧、硅、铝、铁、钙、氢、碳、钠、钾、镁等元素及其化合物SiO2、AI2O3、CaO、CO2、H2O、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O等。生命有机体及其生活领域的总称，包括植物、动物和微生物三大类；处于大气圈、水圈和岩石圈3个无机圈层很薄的接触带中，大约为地表上下约100米厚的范围。•自然地理系统的衍生物主要有以下几种类型：•（1）陆地表面岩石风化壳及其表层的土壤，主要分布于大气圈和岩石圈的界面上；•（2）覆盖于岩石圈表面的大陆冰川，分布在大气圈和岩石圈的界面上；•（3）富含生物有机体的海底软泥、湖底腐泥和沼泽泥炭等类现代沉积物，分布在水圈和岩石圈的界面上范围物质组成元素组成质量（T）质量占比例（％）厚度（km）生物圈生命区域（包括植物、动物、微生物等）主要元素（C、H等）、大量元素、微量元素1.60×10120.0000082水圈盐水和淡水：海洋、河流、水库、冰川、积雪溶解性气体（O2、CO2等）、离子态气体1.41×10126.93.8沉积岩变质岩等整个自然地理系统16大气圈无机物与有机物10015O、Si、Al、Fe等1.9×1019935空气N2、O2、水汽、CO24.0×10150.025自然地理环境的元素——组分组成结构表第二节自然地理环境的组成二、能量组成地球内能太阳辐射能（99.98%）其他的能量来源（宇宙射线、潮汐能、风能等等）能量来源1）能量来源的自然性、单向性、无限性。2）储能能量大，自调功能强。3）能量传输途径和转化形式多样性。4）能量变化的周期性和地域性。能量结构的特点视频影响太阳辐射的因素：太阳高度角纬度海拔坡向太阳总辐射表征地表单位面积所获得的太阳能的数量，包括直接辐射和散射辐射。总辐射等值线基本沿纬线延伸，受陆地等诸多因素的影响，往往显著偏离纬线方向。地表辐射收入与支出的代数和，即是辐射平衡，或称净辐射值。同纬度大洋辐射平衡值比陆地高84—125千焦耳／平方厘米·年能量的转化太阳辐射在无机界的转化大气—地面—大气；转化形式为：太阳辐射（短波辐射）—地表增温（长波辐射）—大气增温主要指太阳能在岩石圈表层、大气圈和水圈中的交换1）地表垂直方向热力梯度2）高低纬度间热量交换3）海陆间热量交换水的蒸发对太阳能在无机界的转化起着巨大作用。太阳辐射在有机界的转化主要指太阳能转化为化学能。沿植物—动物—微生物途径，以光能—化学能—热能的形式进行转化的。能量的转化食物链（第一能流）：通过食物链逐级转移和耗散能量，最终全部散失到环境中。（林德曼效率）腐烂链（分解链，第二能流）：死亡有机体被微生物利用到被动物利用，包括一系列分化和分解过程。第三能流（能量存储和矿化）：森林积蓄的木材、植物纤维；媒、石油。太阳能在有机界的转化，实际上是通过能量转移，将有机界和无机界联系起来，不仅存储能量，同时通过腐烂链分解释放能量，以热的形式返回太空，完成能量循环。地球内能在无机界的转化主要以引力势能和热能的形式在无机界进行转化。地壳构造运动——地表起伏——风、水等外力（引力势能——机械能）转化结果表现为崩塌、地滑以及在陆地水体与大洋中的物质沉积热能则通过火山作用、热水活动、构造运动和地表热传导等释放能量的功能太阳能对自然地理系统的作用效应是“夷平化”，地球内能的作用效应是“崎岖化”，二者综合作用的结果，形成了不同区域目前现存的自然地理系统的状况。自然地理系统的能量是维持自然界与人类社会向前演化的原始动力。太阳能是维系地球上所有生命系统生存的基本能量来源，与人类的生产生活密切；太阳能与地球内能的共同作用的结果，塑造了地表丰富多彩的自然景观；太阳能还是自然地理系统自然过程的原始动力，并由此而制约自然地理系统的运转和行为。第二节自然地理环境的组成三、要素组成包括三个无机圈层和一个有机圈层。各成分在能量驱动下发生动态变化，使自然地理环境形成丰富多彩、差别悬殊的各种自然地理组成要素，每一组成要素都按着自身的规律存在和发展，但没有一个要素是孤立的（整体）。地貌、气候、水文、生物（植物和动物）、土壤等均被视为组成要素。六大要素及作用过程四大循环实现物质运动和能量转化•地貌，固体地壳的表面形态•气候，长期的大气状态和大气现象的综合•水文，是最活跃的自然地理要素之一•土壤，自然地理环境派生的自然体•生物，行星地球的特殊物质，作为自然地理环境的组成要素，它也起着特殊的不可替代的作用地球的外能和内能作用显著。（共同支配功能、结构和动态发展）复杂的内部分异，特征差异显著。（水平，垂直）有机界和无机界相互转化。（物质、能量，生命现象和生命过程）具有本身自我发展的形成物。（土壤层、沉积岩等）人类聚居地场所。（诞生，生存，发展，生活）太空气体、固体和液体三相物质并存。（陆地，海洋表面、底部，海陆）自然地理环境的特征内外力共同作用的相互联系相互制约相互作用的整体第三节自然地理环境的结构分层性：地球的圈层构造特性决定，最普遍的结构特性交织性：四个基本组成成分相互重叠、渗透，彼此交织为一整体集中性：海陆表面自然地理过程和现象最为集中，往边缘逐渐减弱综合性：基本特性，组成上，功能上（整体与外界发生联系）差异性：地域分异显著多级性：不同层次的自然综合体的有机组合（地理圈，大陆和海洋，部分大陆和海洋，等级越高、重复性越小、水平和垂直范围越大）自然地理环境的结构是指自然地理环境各组成要素之间以及各组成部分之间的组合格局。作为一个完整的物质体系的自然地理环境，由于各组成要素或组成部分之间相互联系的形式及过程不同，从而形成了不同的结构。土地利用方式格局时空结构和渗透结构1、一般特性2、空间结构自然地理环境的空间结构，是指在时间上稳定的自然地理要素及自然综合体的分布格局（结合方式）。包括组成结构（分层结构）、地域结构（水平结构）、渗透结构。土地利用格局排除突变的自然地理过程和人为过程组成结构是指自然地理环境各组成要素相互联系所构成的格局。一个综合的垂直自然剖面：地质基础，地貌，水文，土壤，植被，气候。组成结构实质是自然地理环境整体性（一定等级的自然综合体）的基本反映。但另一方面，根据自然区域不同部分组成结构的差异，又可划分出不同个体以及不同类型的各级自然综合体。地域结构是指自然地理环境各不同自然综合体之间相互联系所构成的格局实质上是自然地理环境地或差异的基本反映。（低级组合为高级综合体）它反映了整个自然地理环境正是由分布在不同地理位置的众多的和等级不同的自然综合体所组成的整体。水平地带性规律水热条件的影响（经向和纬向）小结论：自然地理环境既有同性的整体一面，也有差异性的个体一面，二者是对立统一的。自然地理环境组成结构侧重反映自然综合体内部各组成要素之间的联系，旨在揭示自然地理环境的整体性。但通过不同自然综合体的个体比较又能反映自然地理环境的差异性。自然地理环境的地域结构侧重反映各自然综合体之间的关系，旨在揭示自然地理环境的差异性，但通过不同自然综合体间地域联系的分析，又能反映自然地理环境的整体性。结构调整和优化气候层中——包含水分、固体物质、生物体。水体——包含溶解气体、矿物质、悬浮泥沙、生物体。岩石圈——空气、水、多种生物。生物圈——三个无机圈层交织在一起渗透结构3、时间结构自然地理环境的时间结构是指维持着空间结构的自然综合体随时间的周期性变化模式。白天黑夜，四季等时间上的节律性自然地理环境的时间结构还预示着：当随时间的变化超越了稳定状态时，自然地理环境的原有结构就遭到破环，而重新建立起新的结构状态。这也就是自然地理环境的更替。量变到质变第四节自然地理环境的系统框架1、基本概念具有特定功能和结构的元素集合，每一个系统都是由相互联系、相互作用的事物和过程所组成，包括了系统、要素、结构、功能四个概念。核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲在1952年发表“抗体系统论”，提出了系统论的思想；1968年发表《一般系统理论基础、发展和应用》，奠定学科地