自然地理环境的

第四章自然地理环境的内部联系(据伍光和《自然地理学》)自然地理环境是一个有机的整体，其中的各种现象和过程不是孤立的、偶然的堆砌，而是相互联系、相互制约的。这一观念虽曾一度因部门自然地理学的发展而被忽视，但从洪堡至今的地理学史的发展雄辩地证明它是最基本的地理观念之一。自然地理环境的整体性是其内部组成物质运动的客观反映。因此，要确立自然地理环境的整体观念和阐明其整体规律性，就必须研究其内部的相互联系，即研究物质循环和能量转化的基本过程、表现形式及其作用。自然地理环境的整体性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。这种内部的联系是物质运动的必然结果。组成自然地理环境的各种物质成分存在着自身固有的运动，而且任何一个成分的运动都必然的要与其他成分的运动发生联系，并相互制约。因此，自然地理环境既可以划分出不同的组成要素和组成部分，又总是作为一个统一的整体而存在和发展的。整体性是自然地理环境内部联系的实质，又是综合自然地理学研究的基本出发点。第二节自然地理环境的物质循环自然地理环境各组成成分之间以及各自然综合体之间的相互联系、相互作用是通过物质循环和能量转换实现的。从系统论的角度看，这就是系统的功能。由于它们的存在，才可能把各种组成成分融合为自然综合体以及把一定等级的不同综合体融合为高一级的自然综合体，从而决定了自然地理环境的整体性，使自然地理环境成为地球上一个相对独立的物质系统。因此，自然地理环境物质循环和能量转换过程的总和称为整体功能。这是整体性研究的核心。大气循环大气循环是以大气环流的形式进行的，它包括了行星风系（环流）、季风环流和局地环流三种不同尺度的模式。其中行星风系支配着全球性的大气循环（图4.1）。大气循环的原动力是太阳辐射。高低纬度间因获得的太阳辐射不等而产生的热力差异驱使大气不断运动，从而输送着物质与能量。由于气体是极易运动的流体，可以达到较高的流动速度；它又是极易相互渗透的物质，具有较强的交换能力；同时行星风系具有全球性规模。因此，大气循环成为自然地理环境中传输物质和能量的有效途径之一。大气循环最显著的作用是重新分配地表的热量和水分。直接的作用是通过输送贮存在大气环流中的热能和水汽实现的。低纬地区存在的信风环流平均每秒可以流动2×108吨空气，赤道地区的大量热能就是通过这一环流机制不断地向中、高纬地区输送；海陆间的环流系统则使海洋水分输送到大陆内部。间接的作用是通过驱动大规模的洋流运动而实现。由于这样的作用，大气环流也就成为气候形成的主要因子之一。二、水分循环水分在自然地理环境中的循环有两种主要的方式：一是通过水本身的相变，即从液态或固态转换成气态，随着空气的运动输送到远方，在适当的条件下，再由气态转换成液态或固态返回地表；一是液态水在热力梯度或势能梯度的作用下，通过洋流或陆地上河川径流进行物质和能量的大规模传输。在实际过程，这两种形式的水分循环是不可分割的。水分通过蒸发—凝结—输送—降水—径流等相互联系的环节，不断地在海洋—大气—陆地之间循环往复。显然，水分的循环不可能是孤立的。在第一种循环形式中，水分循环加入到大气循环的某些过程中；在第二种形式中，水分循环又参加了地质循环的某些过程。三、地质循环地质循环由四个基本过程所构成。第一是风化过程：裸露地表的岩石在各种破环营力的作用下，其内部性质发生机械的和化学的改造和变化。风化作用的结果，使坚硬的岩石成为松散的物质，增强了透水性和通气性，矿质养分元素以可溶性盐的形式被释放出来，并形成一些次生的粘土矿物，为土壤的形成准备了必要的物质基础。第二是输运过程：风化作用的产物，在太阳能和重力能提供动力的前提下，通过各种渠道，输运到远离产生这些物质的地方，实现了地表物质的重新分配。第三是沉积过程：被输运并聚集在海洋底部和陆地下陷部位的松散沉积物，在改变深度、温度和压力等条件下逐渐密实，改变了原来的结构和成分，并通过岩化作用形成岩石。最后为构造过程：由于地球内能的作用，产生地壳的抬升、下陷、断裂、褶曲、火山、地震等现象，同时也发生大规模的水平运动。构造过程有时剧烈，有时缓慢，或者此处剧烈而彼处平静，主要决定于地球内能的输入状况。在构造过程抬升到地表的物质，又重新经历风化、输运、沉积等过程，形成一个不间断的循环。地壳物质沿着这条“传送带”也不断地从地表到地下，又从地下到地表进行着往复的运动，如图4.3所示。四、生物循环生物循环对于能量的贮存和消耗，对于化学元素的迁移和积累，对于碳循环、氮循环、氧循环和其它有关成分的循环等，都具有明显的作用。具体有如下几点：生物有机体可以把太阳辐射能转化为化学潜能。当这种能量释放时，便成为地球化学过程的能源。广泛分布于陆地和海洋中的绿色植物通过光合作用，把周围环境中的无机物合成为有机物质的同时，把来自于太阳而被植物所截获的能量转化为化学能贮藏在有机物质中。据估计，陆生植物每年积累的能量约8.9×1020焦之巨，大致相同的数量也被海洋植物所固定。而当生物有机体进行新陈代谢作用时，则把这些化学能重新释放到环境中。（2）生物循环引起化学元素的迁移，使得这些元素在自然地理环境中重新分配。化学元素的迁移现象在地球上出现生物体之前就已存在，但它们迁移的方式仅仅限于物理的和化学的两种。只有当具有新陈代谢能力的生物有机体出现之后，元素的生物迁移才随着生命的进化逐渐加强和扩大。在生物循环过程中的化学元素迁移的特点是经历了无机物→有机物→无机物的反复转化过程。绿色植物在大气中吸收无机化学元素，也从地壳和水圈中吸收无机化学元素，使许多元素离开原来位置进入到生物体内，并改变了它们原来的存在形式。根据对生命物质的分析，发现几乎在自然地理环境中存在的元素都可以在不同的生物体内找到，但含量则有很大的不同。例如植物体中氮的平均含量比岩石圈高出30倍，碳高出180倍。被生物有机体所吸收的元素在有机体被异养微生物分解而发生矿化的过程中，又以无机物的形式归还到周围环境中去，并且使这些元素在自然地理环境中重新分布。（3）生物循环可以改变大气的组成成分，并保持大气圈中气体的相对平衡。在生命有机体出现之前，大气的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮和氨，而缺乏氧气。绿色植物出现后，大气中的氧才逐渐丰富起来。地球上的游离氧共计有1015吨，这些氧都是生命的产物，是光合作用的结果。氧是非常活泼的元素，经常积极参加到化合物中去，同时又由于植物光合作用中释放出的氧弥补了大气游离氧的损失，才保持了大气中氧的平衡。又如植物每年要从大气中吸取1/35的二氧化碳作为养料，如果没有二氧化碳返回大气的过程，那么大气中的二氧化碳只要35年便消耗殆尽。正是由于火山爆发、人类活动（燃烧木柴、煤和石油等），特别是生物呼吸以及有机残体的腐烂和矿质化过程，才使得大气中的二氧化碳得到补偿。（4）生物循环影响并改造水圈中的化学成分。地面水和地下水的化学成分很大程度上受生物循环的制约。例如，有机残体的矿化过程把二氧化物、腐殖质和重碳酸盐离子以及铝、镁、磷、硫等元素运送到水中，并从水中获得游离氧。目前海水富含氯盐类物质，这与海洋的生物活动是分不开的。（5）生物循环还把太阳能引进成土过程，使分散在岩石风化壳、水圈和大气中的营养元素在地表积聚，有机体本身则是土壤中有机成分的来源，从而使土层产生肥力，促进土壤的形成和发展。（6）生物循环参与了某些岩石和矿物的形成。目前分布广泛的石灰岩和富含煤和石油的有机岩层，都是由有机残体及有机体活动产物组成的。许多有机体是一定元素的富集者。例如，铁细菌在自己的细胞中或周围可富集氢氧化铁，硫细菌可富集硫，当有机体死亡后，这些聚集的元素就地沉积起来。因此，铁矿、锰矿和硫矿等的形成与这些富集元素的微生物有关。动物的成矿作用也有很好的例子。如智利和秘鲁的海岛以及我国南海诸岛上沉积的磷矿床就是由海鸟长期排泄的粪便形成的。第三节自然地理环境的地球化学作用元素的地球化学迁移从微观来看，自然地理环境的组成成分均由化学元素所组成。无论是水、空气、岩石或有机体都只是在一定的理化条件下，其组成元素呈相对稳定、相对静止的存在形式。随着自然地理环境中物质运动和介质环境的变化，原有的组成元素就会失去稳定状态，发生转移和重新分配，然后又在新的理化条件下以新的形式暂时固定下来。随着时间发展，新质又转化为旧质，平衡又失去稳定，元素又重新进行一轮新的转移，并再次重新组合和固定。自然地理环境中化学元素的这种由一种存在形式转变为另一种存在形式，并伴随着一定的空间位移的运动过程，属于元素的地球化学迁移。这种过程通常会引起元素的分散或富集。元素的地球化学迁移规律，在地球表层自然形成物化学组成的形成过程中起着主导作用。2.迁移的外界因素这类因素主要指迁移介质的热力学、化学以及生物学环境。温度。温度对化学元素迁移的作用首先表现在对化合物的活动性影响上。例如，H2O在不同温度范围呈三态变化：固态水中的化学元素不易迁移；液态水中的化学元素迁称能力增加；气态水中的化学元素的迁移能力最强。温度在地表呈地带性分布，越向高纬，温度越低。在高纬永久冻土带地球化学作用极其微弱，元素迁移能力也弱；而在热带地区，只要水分条件适宜，地球化学作用强盛，元素迁移能力也强。这是因为温度影响着化合物在水中的溶解度、生物生理活动、土壤溶液的运动、水的蒸发、水的离解等，从而影响了地球化学元素的迁移。（2）压力。自然地理环境中压力的变化一般介于1—20个大气压，在深海底最高可达1000个大气压。自然界压力的改变可引起化学元素的迁移。当压力减小，气体可从岩浆熔体或溶液中析出，并使熔体或汽液沿断裂上升，引起化学元素迁移；当压力增大，地壳中可发生重结晶作用，可改变地球化学作用的方向和速度。（3）浓度。元素的浓度是由环境中该元素的数量与其他组分的数量之比而定。地质过程的各种化学反应，往往引起元素浓度的变化。如岩浆的同化作用、热液的蚀变作用可使岩浆、热液中围岩组分元素的浓度增高，而自身的某些组分元素却因此而浓度减小。岩石对溶液的过滤效应，也能引起组分元素浓度的变化。当溶液流经岩石时，溶剂易于通过，而溶质在某种程度上滞留下来，从而使未透过岩石的溶液的溶质浓度增高，元素富集，而已透过的溶液中溶质浓度相对减小。第四节自然地理环境的水热作用自然地理环境的水热关系自然地理环境中的热和水在各级自然综合体形成和发展过程中起着极为重要的作用，因为自然地理环境各组成成分之间物质循环这个错综复杂的过程是以热运动和水运动为基础的。大家知道，热、水之间存在着对立统一的关系。热可以制约水的运动及其形态（固、液、气态），而水也反过来影响热的运动，二者构成一对矛盾。在自然地理环境中，热水矛盾关系的改变以及两者在自然综合体中量与质的变化，能够直接或间接地制约各组成成分的运动及其表现形式，从而给自然地理环境的结构及面貌施以极大的影响。因为，岩石的风化过程，风化壳中的地球化学过程，土壤的形成过程，生物的生理过程，水体的运动与性质以及近地面气候的变化等等，无不与热和水这对矛盾有着相关关系。因此，人们认为，热和水这对矛盾是推动自然综合体演化的基本矛盾。一般来说，地表自然界中具有相同的热、水特性的地方就可以形成相同的自然综合体。由于陆地表面上各地区热和水的量及其时间分配差别很大，它们的对比关系、季节动态等迥然不同，因此就形成了区域特征各不相同的自然综合体。这里需要特别注意的是，热水矛盾的主要方面随地域而转变的这一事实。即在一些区域，自然综合体的形成和发展主要与热量有关，热成为矛盾的主要方面，如我国的东部地区；而在另一些区域，水成为矛盾的主要方面，如我国的西北部地区。二、水热关系与自然地理环境的水平结构自然地理环境内部各个彼此紧密联系的组成成分之间的物质循环使自然地理环境形成一个统一的、不可分割的、同时具有地域差异的整体。自然地理环境这种地域差异性，突出地表现为它具有一定演替规律的水平结构，即水平自然地带的分布规律。地理学研究这种地域分异的水平结构时，特别注意有关水平地域分异的制约因素。正如上述，由于热水矛盾是推动自然综合体形成和发展的基本