第八章+自然地理环境的基本规律

第八章自然地理环境的基本规律1整体性规律2时间演化规律3空间分异规律4自然地理环境基本规律的应用“地理环境”:指围绕人类社会的由气、水、地和生物界组合而成的整体，又称“地球表层”。可以突出某一方面加以命名，如气候环境、水环境、地貌环境或生态环境等；区域地理环境可以再在上述的基础上冠以地理名称或冠以地名，也就成了特定的区域地理环境类型，如青藏高原（地理环境)，塔里木沙漠(环境)，黄土高原(地理环境)等等。通常将地理环境分为：自然地理环境、生存地理环境。自然地理环境具有整体性、时间演化、地域分异的规律性。自然地理环境基本规律的应用最突出的表现在土地利用分区和自然地理区划。自然地理环境一方面与其外部环境建立了复杂的相互关系，另一方面其内部的各组成要素以及各组成部分（即各自然综合体）之间也存在着复杂的相互联系。自然地理环境是一个由一些大小不同、等级有别、内部结构复杂程度参差不一的物质系统，逐级镶嵌组合而成的具有一定结构和功能的整体。1.整体性概念：是指自然地理环境各组成要素以及各组成部分之间内在联系的规律性。第一节整体性规律整体性包括两方面的含义：一是构成整体的各要素不是孤立存在的，而是相互联系、相互作用、相互制约组成一个统一的整体；其中某一要素会影响其他要素，某一部分会影响其他部分。二是整体具有各孤立要素所没有的性质和功能，如生产有机物和形成土壤的功能。而且作用与结果之间不成正比数量关系，而是指数关系，具有一种放大（或缩小）效应，即系统整体大于（或小于）部分之和，这就叫系统的整体效应。整体性规律是自然地理环境最基本的规律，遵守整体性规律就是要求把自然地理环境作为整体来对待。2.整体性认识的发展1）内在联系的整体性：指自然地理环境各要素相互联系、相互制约组成一个统一的整体的特性；2）结构和功能的整体性：即自然地理环境是一个具有复杂的网络结构的开放的巨系统；3）非平衡有序系统的整体性：自然地理环境是一个不断从简单到复杂，从低级到高级，从无机到有机，从相对无序到有序进化的具有耗散结构的开放系统。3自然地理环境的进化发展1）自然地理环境进化发展的方向性自然地理环境沿着一定方向而发展，它的发展依赖于整个地球的发展。自然地理环境是地球演化进程中某一阶段的产物，至少到了地球分化为两个圈层的时候，才可以谈得上（原始的）自然地理环境。在这个过程中，自然地理环境各组成成分也是作为一个整体发展的。（1）岩石圈发展的方向性地球的发展和它的起源有直接关系。①组成岩石圈的岩石，随着自然地理环境发展而不断地进化：由原来火成岩占优势的单调圈层逐渐演化成具有种类繁多的岩石组成的圈层。沉积岩层的出现更标志着岩石圈发展的高级阶段，因为它是自然地理环境各圈层相互作用的产物大气圈、水圈形成的初期，火成岩及其机械风化产物占绝对优势太古代早期（34亿年前），海洋里沉积了条带状的铁矿、砂岩和泥质岩;太古代晚期，开始出现碳酸盐岩，如白云岩、白云质石灰岩等化学沉积元古代，有机体开始参与沉积岩的形成过程，如细菌和藻类晚古生代的泥盆纪，腕足类动物遗骸已形成了巨厚的碳酸钙质沉积层石炭-二叠纪，世界许多地方都发生了煤的堆积②地壳的演化具有明显的方向性。根据陈国达创立的地洼学说，地壳演化是多阶段的，即地槽区（活动区）→地台区（相对稳定区）→地洼区（新的活动区）。是活动区和稳定区互相交替更迭，由简单趋向复杂，由低级趋向高级，螺旋式升进的过程。活动区稳定区地台区x地洼区地槽区y地壳演化过程示意图③与大地构造的发展相联系，随着地槽向地台的演化，大陆的面积也有逐渐扩大的趋势。④风化壳的发育以及土壤的形成过程也具有方向性。在风化作用初期，以物理风化为主，粗岩屑的残积层便是风化壳发育初期的代表。当化学风化作用刚开始时，主要是氯化物和硫酸盐被淋失，碳酸盐淋失较少而碳酸钙相对富集，为富钙阶段。随着化学风化作用的加强，不仅氯化物和硫酸盐类大量迁移，而且碳酸盐类也大量淋失，硅和铝相对富集，便进入了富硅铝阶段。最后，二氧化硅和氧化铝分离，硅被淋失，铝相对富集，到达了富铝阶段。（2）大气圈发展的方向性原始的大气圈大约在45亿年前与原始地壳差不多同时出现，推测地球的原始大气圈主要由H2O，CO，CO2，N2，HN3和CH4等所组成。绿色植物出现以后，植物光合作用中释放的游离氧对原始大气发生缓慢的氧化作用，大气中的二氧化碳越来越多，大气中的游离氧也逐渐增多。到了距今19—10亿年前，CO2在大气组成中取得优势地位，从而使原始大气转变成二氧化碳大气。生物继续发展，尤其是陆生植物大量出现，光合作用广泛而持续进行，氧气不断从二氧化碳中分解出来，使得大气中的氧越来越多，而二氧化碳逐渐稀释，大气中的游离氧在距今30亿年前约为现代游离氧水平的0.1%，20亿年前增加到1%，10亿年前增加到10%，此后，大气中的游离氧又经过多次变动；同时大气中的氮也在增加。二氧化碳大气演化成为现代大气，大气臭氧层也出现。总之，大气圈的发展沿着这样一种方向：原始大气→二氧化碳大气→现代大气。（3）水圈发展的方向性①地球形成的初期，地球上的水绝大部分以结晶水的形式贮存于地球内部。②后来地内温度逐渐升高，结晶水转化为水汽，这些水汽通过火山活动等方式逸出地表。但由于当时逸出地表的水汽不多，而地表温度又很高，所以这些水汽不能以液体形式降至地面，地表没有形成任何水体。随着时间的推移，大气中水汽增多而地表温度降低。大约在太古代初期，地表温度降至水的沸点以下时，一部分水汽就凝结成液态水，降落到地面，汇集于原始的洼地之中，形成最早的江河湖海，也即原始的水圈，含盐量很低，元古代后期世界海水的盐度达到10—25％。④以后，由于水量逐渐增加以及地壳沧桑巨变，原始水圈就逐渐发展为今天这样具有汪洋大海和各种湖河沼泽的生机勃勃的现代水圈了。一方面，随着陆地表面的风化作用和径流作用发展，陆地上各种无机盐类矿物元素不断经由河流注入海洋，使海水含盐量逐渐增加，现代海水平均的盐度已达35‰。另一方面，海洋生物大量吸收和利用海水中碳酸钙一类的碳酸盐矿物质来建造自己的骨骼和外壳，使得原始海水的碳酸盐含量大为减少；而氯化物（主要是氯化钠）却积存下来，久而久之，海水中氯化物含量就愈来愈高，形成了今天海水的盐分以NaCl和MgCl2为主的组成特点。海水的主要盐分含量（4）生物圈发展的方向性①生命的起源在地球发展的最初阶段，地球上本没有任何生命现象。只是在大气圈和水圈出现之后，地球上物质进一步演化，才导致了生命的出现。地球生命起源的全过程，大体可分为3个主要阶段：A.从无机物到简单有机物。地壳刚形成时，地球内部深处的碳化物喷出地表后就与当时基本上由过热水汽所组成的地球大气相互作用，并形成了各种碳氢化合物。随后这类碳氢化合物在水中和大气里进一步与水分子结合，再跟空气中的氨分子化合，就产生了含有碳、氢、氧、氮等元素的简单有机物。这些简单有机物质的出现，为生命的诞生准备了必要的物质基础。B.从简单有机物到复杂有机物。简单的碳氢化合物继续向前发展，借助于当时地球上的各种能源（如紫外线、闪电、放射线、局部地区的热能）和原始大气中的水蒸气、氢、氨、二氧化碳、氮、硫化氢等发生作用，形成一些低分子的有机物（如氨基酸、脂肪酸、单糖、核苷酸等）。这些低分子有机化合物又经过复杂的演化过程合成为高分子有机化合物（如蛋白质、核酸、多糖等），它们的出现，标志着化学演化过程中一次重大的质变。C.从复杂有机物到原始生命。在原始水域中，高分子有机物发生凝聚作用，形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系。这种体系与周围的水溶液之间有明显的界面，它从周围环境中吸收物质作为养料，扩充并改造自己，同时也将一些废物排出体系外。继续演进，终于有一些多分子体系产生了生命的基本特征——新陈代谢，原始生命就这样诞生了。原始生命体产生之后，生命演化就从化学演化阶段进入到生物进化阶段，自然地理环境便从无机界的寂寞处所发展为有机界的繁盛世界了。②生物从海向陆发展的方向性原始地球上的海水具有原始生物繁衍的良好环境：a海水对于原始生物具有保护作用，鉴于高能紫外辐射对有机体的危害，原始生命只能在5—10米以下水深处发育；b海水提供了大量从陆地源源流入的各种生物所必需的营养物质；c海水的理化条件比较稳定，保证有机体在有利环境中进行经常的新陈代谢作用，并使静止或消极漂浮的有机物得以广泛分布。所以，原始生物首先出现在海洋中，以后才扩展到陆地上，并占领了海洋、陆地和低层大气的每一个角落，形成了生物圈。生物圈的出现标志着自然地理环境的发展进入了一个新的更加高级的阶段。③植物演化的方向性远在距今30亿年前，作为低等植物的蓝绿藻就出现了。到了元古代，不仅蓝绿藻类大量繁殖，而且出现了绿藻等其他藻类。到寒武纪，陆地上首次出现原始的蕨类植物——裸蕨，在志留纪，裸蕨目植物空前发展。到了石炭-二叠纪，植被演变成真蕨植物。到了中生代，则成为裸子植物时代，裸子植物是以种子进行繁殖的，能适应于复杂多变的气候条件。最后到新生代，被子植物繁殖，并且出现了各种植被类型。总之，植物发展演化的总趋势是：藻类→蕨类→裸子植物→被子植物。④动物发展的方向性20亿年以前，即太古代时期，开始出现单细胞动物；到了元古代，在海洋中开始出现无脊椎动物。当进入早古生代，便是无脊椎动物时代了。到晚古生代，在志留纪出现了鱼类，泥盆纪出现了两栖类动物和陆生爬行动物。在中生代，爬行动物空前繁盛，并且开始出现原始鸟类和原始哺乳动物。到了新生代爬行动物的盛世被哺乳动物所取代。在第四纪，出现了地球生物史一次重大的飞跃：人类由猿类分化出来。可见，动物的发展趋势也是从低级向高级不断进化的，经历了从单细胞动物→无脊椎动物→鱼类→两栖类→爬行类→哺乳动物→人类的进化过程。整个自然地理环境的演化，正如生物圈以及上述各圈层的演化一样，是一个从低级向高级，从简单向复杂的不断发展过程。同时，我们应该注意到在方向性的发展过程中还蕴含着一种节律性的重复现象。2）自然地理环境的进化发展自然地理环境的进化发展可看作三大类型耗散结构：原始自然地理系统、天然生态系统和人类生态系统的发展演替过程。46亿年前，是宇宙演化阶段，即天文期；46亿年后，进入地球演化阶段，即地质时期。（1）原始自然地理系统：原始岩石圈、水圈和大气圈形成，标志着原始自然地理系统的形成，约37—20亿年前，太阳辐射成为地球表层的主要能源，三大圈层交流加强，形成了统一的整体。（2）天然生态系统大约30亿年前，原始自然地理系统进一步进化，合成了生命，并逐渐发展到能进行光合作用的自养生物，于是产生了原始的生态系统，最后形成生物圈。光合作用使大气成分也在改变。在大约4亿年前，水陆逐渐形成了由生产者、消费者和分解者组成的复杂、完善的生态系统，即天然生态系统。（3）人类生态系统大约距今二三百年前，人类出现，是人类生态系统形成的标志。人类从天然生态系统中取得食物，从自然地理系统中取得低熵物质，还利用地质时期的一些潜能，形成人类生态系统。三大系统之间相互联系，又彼此有别。自然地理系统引入太阳辐射，孕育天然生态系统，人类从天然生态系统中的动物群中脱颖而出，支配物种，形成人类生态系统。自然地理环境与自然景观各地有明显的特色：（约翰•巴克斯特等，1995）海洋性温带草原（英国费尔岛）（约翰•巴克斯特等，1995）玄武岩石柱林海岸（英国巨人岬）（约翰•巴克斯特等，1995）寒温带（2030mm/a)石灰岩低山丘陵（300m）植物园（地中海型、温带、北极/高山型）（爱尔兰巴伦）（约翰•巴克斯特等，1995）北温带滨海湿地（荷兰，瓦登海）（约翰•巴克斯特等，1995）暖温带石灰岩高原（1000-1200m）山地自然景观（1700m）（法国中部，塞文国家公园）（约翰•巴克斯特等，1995）地中海盐沼（法国，卡罗格）（约翰•巴克斯特等，1995）巴伐利亚花岗岩和片麻岩（酸性土壤）上的云杉森林（伍跃明，1998）高原湖泊（云南）冰缘山地（云南）（伍跃明，1998）冰缘山地（云南）（伍跃明，1998）（伍跃明，1998）高原草甸（云南）（伍跃明，1998）高原草甸（云南）（伍跃明，1998）高山草甸之春（