1.2 地球表层系统

1、 地球表层系统与圈层相互作用1地球表层概念最早由德国地理学家李希霍芬（1883-1905）等提出，指的是与人类有直接关系的那部分地球环境。他认为地球表层是地理学研究的核心，并说地理学的任务在于集中研究地球表层相互联系的各种现象，特别是研究人与地球以及生物现象之间的联系。2钱学森等提出，“地球表层”的上界应划在大气同温层的底部或对流层的上限（平均约10km）,下界为岩石圈的上部（陆地表面往下约5-6km)。有的专家认为，以岩石圈中地壳的底面为“地球表层”的下界。3地球表层系统：由各圈层：大气圈的下部、水圈、生物圈和地圈的上部构成。地球表层系统科学：是研究地球表层系统内各圈层的物理学、化学和生物学

2、过程之间的相互作用，以及人与地球表层系统之间的相互作用的一支新兴学科。各圈层的相互作用，人类与各圈层的相互作用，地球系统的各自然界面问题（陆-气、陆-海、海-气、海岸带）是地球表层系统科学研究的内容。4地球表层自然环境是由岩石圈、大气圈、水圈与生物圈相互作用而成的，自然地理学是研究地球表层自然环境的核心学科。与研究岩石圈、大气圈、水圈与生物圈的核心学科地质学、大气科学、水文学和生物学相比，自然地理学的优势，不在于分门别类地去研究各个圈层，而在于从学科交叉和要素融合的角度去研究圈层的相互作用。地球表层能量的传输与交换，物质的迁移与循环，是地球表层环境发展演化的原因与动力，也是圈层间相互作用的纽带

3、和桥梁。地貌、土壤是圈层相互作用的结果。5一、地球表层能量传输、交换与圈层相互作用能量是维持地球表层系统运行与发展的动力，也是联系四大圈层的桥梁和纽带。圈层间进行着多种不同能量的传输，这里只做一个简要的归纳： 大气圈与水圈之间进行着热能、动能、化学能和势能的传输与交换。由于大气与水体之间温度的差异，大气圈与水圈之间热能交换一直在不停地进行着。如冷空气经过的水面会发生降温现象，暖洋流对大气有增温、增湿作用。由于大气与水面之间的摩擦作用，大气运动往往影响和带动水体的运动，如风吹拂水面会产生波浪，信风作用于洋面产生洋流。6当然水体的运动也会影响和改变大气的运动，如在静风天气的时候，你来到瀑布或快速流

4、动的河流附近，立刻感到风的存在。这是大气圈与水圈动能交换的结果。大气与水体（主要是海洋）之间在不断地进行着物质的交换，在交换过程中也会发生某些化学反应，因此两者之间也存在化学能的交换。气压代表了大气势能的大小。当大气压力不同或发生变化时，会改变水体的分布与位势。如气压偏低时，海平面就会升高，如气压偏高时，海平面就会相应降低。如台风经过的海面，由于台风中心气压比较低，往往会导致海平面高出周围几十厘米至几米。当水体分布发生变化时，同样也会引起气压的变化。又如，高山、高原冰川以及中高纬度地区冰盖的发育，将会使这些地区的近地面气压升高，导致区域间的气压差增大。7 同样，大气圈与岩石圈之间在进行着热能、

5、化学能、动能的交换。水圈与岩石圈之间存在着热能、动能、势能与化学能的交换。生物圈与其他三个圈层之间，普遍存在着热能与化学能的交换。8二、地球表层系统的物质迁移、循环与圈层相互作用 物质迁移与循环，和能量传输与转化一样，是地球表层系统发展演化的原因与动力，也是圈层间相互联系的纽带、相互作用的桥梁。 地球表层系统的物质循环，通常划分为大气循环、水循环、地质循环、生物循环和生物地球化学循环。顾名思义，大气循环、水循环、地质循环、生物循环主要发生在大气圈、水圈、岩石圈与生物圈，但也不完全局限于单一圈层之中。大气渗透到各个圈层，水圈、岩石圈和生物圈中都有大气，并且还在不断与大气圈进行着交换：生物通过光合

6、作用与呼吸作用在更新和改变着大气，岩石、土壤中的大气也在不断地与大气进行着交换，海洋则是大气某些组分的重要的源和汇。因此可以说水圈、岩石圈与生物圈也参与了大气的循环。水循环似乎是水圈中的物质循环，但实际上水循环跨越了大气圈、岩石圈与生物圈：降水发生在大气圈，水汽的运移是由大气运动完成的；径流发生在岩石圈表层（地表径流）和岩石圈内部（地下径流），是水循环的重要步骤；9植物的蒸腾是水循环的重要方面，植被对降水的截留，改变了水循环的过程与速度。地质循环也不仅仅局限于岩石圈，因为岩石的风化、分解、溶蚀、侵蚀和沉积物的搬运、堆积、 固结成岩，都离不开大气与水的参与，生物在地质循环中也发挥一定的作用。 生

7、物地球化学循环，更是跨越大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。10三、圈层相互作用与地貌的塑造从圈层相互作用的角度来说，河流地貌、海岸地貌是水作用于岩石而产生的地貌，是水圈与岩石圈相互作用的结果；风沙地貌是干燥气候条件下风作用于岩石圈表面而产生的地貌，是大气圈与岩石圈相互作用的产物；冰川地貌、冰缘地貌是特定气候条件下，固态和液态水对岩石表面进行作用而形成的地貌，是大气圈、水圈、岩石圈相互作用的结果。黄土地貌是水、重力等作用于特殊的岩石黄土而形成的地貌，而黄土一般都是干燥气候条件下风作用于岩石表面而形成的，因此黄土地貌也可以认为是大气圈、水圈、岩石圈相互作用的产物。11喀斯特地貌是在一定的大气、气候和生

8、物条件下，水对岩石溶蚀、淀积、侵蚀、沉积的结果，在一定程度上反映了水、大气、生物、岩石的相互作用，是水圈、大气圈、岩石圈、生物圈相互作用的产物。喀斯特作用的发生必须具备四个条件（1）岩石的可溶性，（2）岩石的透水性，（3）水的溶蚀力，（4）水的流动性。岩石的可溶性、透水性是由岩石圈的结构与变动（构造运动）决定的；水的流动性取决于气候条件、地形坡度以及岩石的空隙类型与连通性；水的溶蚀力不仅取决于水的性质，而且还受大气二氧化碳含量、生物产生的有机酸多少的影响与控制。喀斯特作用、喀斯特地貌的空间分布，同样受岩石圈结构、水的分布以及气候与生物的空间分异的影响。因此，喀斯特作用是水圈、大气圈、岩石圈、生物圈相互作用的一个很好的例子。12四、圈