第三篇：圈层间的相互作用8-13章

圈层间的相互作用第三篇：圈层间的

相互作用

第八章大气圈与岩石圈的相互作用第九章水圈与岩石圈的相互作用第十章水圈与大气圈的相互作用第十一章水圈、大气圈、岩石圈的相互作用第十二章生物圈与水圈、大气圈、岩石圈的相互作用第十三章生物圈、水圈、大气圈、岩石圈相互作用与地球表层系统第八章大气圈与岩石圈的相互作用第一节岩石风化与气候第二节

岩石圈变动与气候第三节地貌与气候第四节沙尘暴与黄土沉积不同气候-植被带风化强度的变化

岩石风化的类型与强度，在很大程度上受到气候的影响与控制。在干旱地区，由于缺乏水的参与，风化作用比较弱；在寒冷的地区，由于温度低、生物稀疏，化学风化与生物风化都较弱，但在冰缘地区由于温度经常变化于冰冻点附近，冻结与融化交替频繁，因而使物理风化作用比较强烈；在温暖湿润的地区，由于温度高、降水多、生物比较茂盛，物理风化、化学风化和生物风化都较强。第八章

海陆分布变化对气候的影响海陆分布的变化

海陆分布位置的巨大变化导致了纬度位置、洋流分布、大气活动中心的分布格局等的变化，从而引起世界或区域气候的变化。纬度的变化洋流的变化大气活动中心位置的变化全球与区域气候的变化第八章早第三纪干旱盆地碎屑沉积分布图（据王鸿贞资料汇编）

由于印度板块向北的漂移与挤压，中国西部地区在晚新生代向北迁移了6～10个纬度（王建，1996，1999），使由干旱碎屑及红色泥质组合为标志的早第三纪副热带干旱带扭曲成“Z”字型。这一幅度的迁移，足以使我国西北地区脱离副热带而进入温带，所引致的气候与环境变化效果可想而知。第八章地形起伏变化对气候的影响（一）

气温随高度的变化。（二）

对局部地区气候的影响。（三）

对区域和全球气候的影响。⒈高原隆升导致北半球晚新生代气候变冷。⒉高原隆升，加强季风环流，使气候的季节差异增大。⒊

高原的隆升导致北半球中纬地区干旱气候的形成。⑴

高原与山地的形成，导致西风带的分叉，水汽运移不再经过这些地区，而气流变为下沉气流为主，尤其在亚洲中部和美国西部内陆；⑵

高大地形阻挡了来自附近海洋的水汽进入内陆地区；⑶

在高大地形的上游地区，风暴发生频率较低。⒋

高原隆升加强亚洲季风的强度，改变季风的风向，改变季风影响的范围。

第八章高原隆起导致的气候变冷（Ruddiman)深色区域为变冷区域。颜色愈深，变冷愈显著⑴

气候模拟结果表明，随着高原的隆升，1月中纬地区对流层上部行星风的波动（弯曲）加强，使得高纬地区的冷空气可以源源不断地输向中纬度地区，导致中纬度地区温度的降低。

⑵随着高原的隆升，地面积雪越来越多，地面反射率增高，使地面接受到的太阳辐射减少，从而导致地面温度的降低。⑶

随着高原的隆升，高原与周围地区的高差增大，地面的侵蚀作用加强。由于地面风化产物源源不断地被侵蚀搬运，使暴露于大气中的、参与风化的物质增多，使参与风化作用的二氧化碳增多，从而使得大气中二氧化碳的浓度降低，使世界气候变冷（降低温室效应）.第八章青藏高原隆升对季风环流的影响（Ruddiman)

高原隆升，加强季风环流，使气候季节差异增大。隆起的地面，其显热与潜热的作用加强，夏季高原往往成为一个热源，冬季则往往成为一个冷源，从而加强了由于海陆热力差异导致的季风环流（见右图）。季风环流的加强，使气候的季节差异更加明显：冬季更加寒冷、干燥，夏季更加温暖、湿润；也在一定程度上，改变了行星风系控制下的纬度地带性规律。第八章

岩石圈与大气圈的相互作用风化作用侵蚀、搬运、堆积作用

岩石圈的变化，在很大程度上改变大气环流，改变了气候的格局与性质。实际上，改变了的大气圈，反过来又作用于岩石圈，对岩石圈施加影响。岩石圈与大气圈是相互作用、相互影响的。大气圈的变化岩石圈的变化海陆分布地形起伏大气环流中心第八章地貌与气候的关系（一）地貌对气候的影响

大陆与大洋是最大的地貌单元。由于大陆与大洋之间的热力差，产生了季风环流。从高原、盆地、山地、丘陵到河谷、平原，不同的地貌单元对应于不同的区域或局地气候环境。在山区，由于山坡与山谷对温度日变化的响应速度不同，故产生了山谷风。第八章地貌与气候的关系（二）气候对地貌的影响与控制化学风化；块体移动；流水作用

流水作用；化学风化；土溜（土壤蠕动）

流水作用、风化作用（尤其物理风化）、快速物质移动干化（旱化）作用；风力作用；流水作用

冰冻作用；泥流作用；流水作用冰川作用；雪蚀作用；风力作用

主要地貌过程

陡坡峭峰（中期阶段）、浑圆缓丘（晚期阶段）、深厚土壤、生物礁

湿热气候区

浑圆的山坡、土壤覆盖、岭谷相间、广泛的水流沉积

温润气候区

山麓面、冲积扇、劣地（崎岖地）

半干旱气候区

沙丘、盐盘、风蚀盆地、穴状风化、干旱谷、风蚀垄槽

干旱气候区

多边形地面、泥流阶地、石海、石河、石冰川、冰丘冰缘气候区

刃脊、角峰、冰斗、冰碛、冰川气候区

主要地貌特征

气候区

第八章干旱气候区地形演化与地貌发育

干旱气候区，蒸发量远远大于降水量，植被稀疏，物理风化强烈而化学风化较弱。盐晶的胀裂作用是干旱区岩石风化破碎的主要过程之一。大量的碎屑风化产物，在重力作用下沿坡向下移动，聚集山脚。一旦暴雨发生，便由洪水将之运走，堆积在山麓带外围，形成扇状堆积体-洪积扇。而山坡重新出露，重新遭受风化剥蚀。在风化作用、重力作用和洪水作用下，山坡不断地平行后退，即山坡在退缩过程中坡度保持不变，即平行退缩。这是干旱区山坡演化（地形演化）的特征。由于山坡的不断后退，在山麓形成一种缓缓倾斜的平整基岩面，上覆薄层松散堆积物，称之为山麓剥蚀面。

山坡的进一步后退，山麓面不断扩大，山体愈益缩小。最后许多山麓面连成一片，成为山前夷平面，其上残留的孤立的山丘即为岛山。第八章风沙地貌

干旱荒漠区的地表，由于组成物质不同，可以划分出不同的类型。由裸露岩石、砾石、砂、或者泥岩（粘土）组成的荒漠，依次叫做岩漠、砾漠、沙漠或泥漠。

由风积作用形成的地貌叫做风积地貌。风积地貌包括沙波纹、沙堆、新月形沙丘、抛物线沙丘、金字塔形沙丘、纵向沙垄、沙丘链等。风蚀与风积地貌是干旱区的突出特征。第八章沙尘暴与人类

沙尘暴给人类的生活和生产带来了严重的影响。当沙尘暴来临，能见度大幅度降低，交通事故增加，使本来就很拥挤的城市交通雪上加霜；沙尘暴还会毁坏房屋、作物，掩埋公路、铁路、农田和池塘，使水库寿命缩短，甚至还会伤及生命；沙尘暴对精密机械、精密化工、精密仪器具有破坏性的影响；沙尘暴还会使空气质量变差，影响人体健康。沙尘暴是风暴作用于干燥的具有丰富的松散的细粒物质组成的岩石圈表面而形成的，是大气圈与岩石圈相互作用的结果。人类活动的影响，对于沙尘暴的发生也有一定的作用。比如，人类不合理的开垦和过度的放牧，导致了一些地区尤其是干旱、半干旱地区的沙化，为沙尘暴的发生提供了条件。第八章历史时期降尘地点与黄土分布范围示意图（张德二）第八章第九章水圈与岩石圈的相互作用第一节岩石与水第二节

岩石圈结构与水系发育及流域性质第三节水的分布、负荷均衡与岩石圈形变第四节构造—侵蚀—地貌循环第五节流水作用与流水地貌第六节海岸线与海岸带第七节海啸、泥石流、崩岸、滑坡第八节河口地貌

岩石与水的关系岩石的形成离不开水岩石的风化、剥蚀离不开水的参与；岩石的性质决定了水的下渗、流动与循环；水对岩石的侵蚀改变了岩石圈表面的形态

岩石圈的结构与流域性质和水系发育

岩石圈结构，决定流域的大小、形状和性质。岩石圈的结构，决定水系的形状；水沿水系运移，塑造出各种地貌景观。

第九章水均衡引起岩石圈的变形水均衡是指，由于地球表面水分布的变化，导致各个地区受到的水的重力负荷发生改变，从而导致岩石圈变形、地面升降的过程。在海洋的边缘，由于海水深度向大陆的减小，水均衡下沉量向岸边逐渐减小，从而导致大陆架、大陆坡地区的掀斜。由于海底的均衡下沉，软流圈物质从海底流向大陆，从而引起大陆边缘地区的隆升。这一过程的结果导致：（1）海洋的加深和大陆的增高，海洋与陆地的高差、起伏增大；（2）大陆架、大陆坡的坡度增大（变陡）；（3）海洋面积的缩小和陆地面积的增大。实际上，自大洋形成以来，面积在逐渐减小，而深度却在不断增大，除与岩石圈运动有关外，还可能与水均衡作用有关。

第九章海洋面积、深度随时间的变化

第九章冰川均衡

从末次冰期最盛期（大约距今18，000年前）到现在，位于北半球中纬地区的劳伦泰德冰盖（北美）、斯堪的纳维亚冰盖（北欧）及其他冰盖全部融化了，世界海平面平均上升了100m（80～120m）。在原来冰盖覆盖的地区，由于负荷的减小，地面均衡上升，如劳伦泰德冰盖区和斯堪第纳维亚冰盖地区冰后期地面上升量最大可达数百米。而海底由于负荷增加，均衡下沉。第九章地面负荷均衡升降量计算公式假设地面物体（物质）与地幔软流圈之间处于静力平衡状态。根据静力均衡原理，单位面积上地面所承受的负荷重量等于上地幔软流圈对它的上浮力。即有ρfΔHfA=ρrΔH

A

其中ρf和ΔHf

分别是负荷物质的密度和厚度，ρr和ΔH则分别为上地幔软流圈物质的密度与地面均衡调整的量（均衡升降量）。由此可得地面负荷均衡升降量：ΔH=ΔHf（ρf/ρr）研究表明，上地幔软流圈物质的密度大致在3.2~3.4g/cm3之间，平均取3.3g/cm3。因此，只要知道负荷物质的密度与厚度，即可求出地面可能发生的负荷均衡升降的量。第九章岩石圈与水圈的相互作用

岩石圈与水圈相互作用、相互影响，形成正反馈作用的循环。岩石圈形变，改变水圈的结构（如水的分布或厚度）,导致负荷均衡作用。由于负荷均衡作用，引起新的岩石圈形变，从而进一步改变水圈的结构（如水的分布或厚度）。当然，这样的反馈作用，也可以由水圈结构的改变开始。岩石圈形变水圈结构的改变（水的分布的改变）负荷均衡作用地球表层环境的变化第九章侵蚀循环理论戴维斯于19世纪末提出的地貌循环（侵蚀循环）理论，描述了地面发育的阶段性。幼年期：水系尚未充分发育，河谷间分水地带宽广而平坦。壮年期：地面起伏最大，地面最为破碎、崎岖。老年期：地面由原来的高峰深谷变为低丘宽谷。

戴维斯的地貌循环理论的局限性：地面的剥蚀不完全发生在地面上升以后，而是在地面的上升过程中就已经开始；对地面剥蚀导致的地面均衡补偿上升没有考虑；地面稳定的时间不一定会足够的长，保证地面的演化能够经历从幼年期到老年期的所有的阶段。

第九章侵蚀循环模式

戴维斯于19世纪末提出的地貌循环（侵蚀循环）理论，刻划了地面发育的阶段性。由于这一理论是建立在构造上升与河流的侵蚀基础之上的，因此对说明岩石圈与水圈的相互作用，是一个很好的例子。戴维斯将地面的发育分为幼年期、壮年期和老年期。第九章

剥蚀系统模式示意图（Strahler）第九章岩石圈变动与剥蚀作用反馈关系

在地面剥蚀循环过程中，陆块（地面）的抬升导致地面高程的增大；地面高程的增大，引起地面剥蚀作用（包括河流侵蚀作用）的加强；由于地面的剥蚀，岩石圈均衡补偿上升。构成了一个岩石圈与水圈相互影响、相互反馈的作用模式。值得注意的是，均衡补偿引起的陆块（地面）上升量小于陆块（地面）剥蚀降低量，在地面剥蚀循环过程中，如果没有进一步的构造抬升，地面总是倾向于降低。岩石圈的变动（陆块上升）地面高程增大剥蚀（或侵蚀）作用增强均衡补偿岩石圈变动与剥蚀作用反馈关系图第九章坡度—侵蚀强度关系示意图

坡面坡度与坡面水层厚度，是坡面流水进行冲刷的动力条件。它们决定水层重力沿坡面的分力，即反映水流动能的大小。坡面坡度增大，径流流速加快、动能增大，对坡面的冲刷增强。但当坡度增加到一定程度时，却因为受雨面积减小而使坡面流量减小，对坡面的侵蚀反而减弱。据研究，在坡度小于20度时，坡面冲刷强度随着坡度的增加而迅速增大；在20～40度之间，坡面冲刷强度仍然随着坡度的增加而增大，但增加的速度有所减缓；在40度时，坡面冲刷强度达到最大；在40～90度之间，随着坡度的增大坡面冲刷强度逐渐减小。第九章洪积扇

间歇性的洪流把冲刷下来的物质带到沟口堆积，形成半圆锥状或者扇形堆积体，称为冲出锥或洪积扇。冲出锥的规模不大，面积一般只有几百平方米，顶部与沟口相连的地段，坡度较大，向外坡度变缓。洪积扇一般坡度较缓，面积较大。第九章河流的自调节作用(河床动力-形态反馈机制)

水流不间断的作用于河床，而河床反过来约束着水流。当水流所携带的泥沙量小于它的输沙力时，发生冲刷。相反，如果水流挟沙太多，超过了它的挟沙力，其中一部分较粗的泥沙就会堆积下来。河床冲刷使过水断面增大，导致河流流速减小，引起河流输沙力降低。最终使得冲刷作用减弱、停止，从而出现淤积。而淤积将会缩小过水断面，使得流速加大，输沙力加强，从而导致河床淤积的停止和河床侵蚀的发生。这种自反馈机制，称为河流的自动调节作用。它反映了水动力、泥沙与河床形态之间相互作用的关系。实际上，反映了水与岩石（包括松散沉积物）相互作用，塑造河流地貌的过程。第九章河床类型游荡型河床弯曲河流

根据河床的平面形态，可以将冲积性河流的河床划分为顺直微弯、弯曲、分汊和游荡型河床。顺直微弯型河床：在平水期深槽、浅滩交替出现，两侧边滩犬牙交错，而在洪水期河水淹没犬牙交错分布的边滩，河水顺直奔流。弯曲河床：无论是平水期还是洪水期，行水河道均是弯曲的。分汊河床：由江心洲将河床分为两个或两个以上的汊道的河床。游荡型河床：河床宽浅，沙滩众多，洪水时汪洋一片，枯水时河汊密布、水流散乱，有时难以分辨主流所在，主流摆动不定，心滩变化莫测。第九章迂回扇形成剖面

在河漫滩的近河床地带，由于水深突然变小，阻力变大，流速变小，挟沙力降低，使泥沙沉积下来，形成贴近河床并与河岸平行的沙堤-河岸沙堤（滨河床沙坝）。由于河床的快速侧向移动，形成了多条大致平行的河岸沙堤，它们组合成扇型，称为迂回扇。弯曲河流发展到一定程度，发生裁弯取直，废弃的河床形成像牛角一样形状的湖——牛轭湖。第九章河流阶地形成过程

由于地壳上升、气候变化或者基准面的变化，河流下切，原来的河漫滩高出一般洪水期水面，呈阶梯状分布于河谷两侧，称为河流阶地。第九章河流阶地

河流阶地不一定对称地分布于河谷两侧，在弯曲河流，阶地大都分布在河流凸岸，而凹岸往往缺失。完全由基岩组成的阶地叫做基岩阶地，完全由河流沉积物组成的河流阶地，叫做堆积阶地，下部为基岩上部为河流沉积物的阶地，叫做基座阶地。堆积阶地还可进一步分为上迭阶地、内迭阶地和埋藏阶地。第九章海岸均衡剖面塑造示意图

水下岸坡近水底的泥沙颗粒，在波浪的作用下做往复运动。假设原始水下岸坡是一个微微向海倾斜的，由同一粒径的泥沙组成的斜坡，并且波浪前进的方向与海岸垂直及其作用力保持不变，那么在水下岸坡上，存在着一个中立线。

在中立线附近，由于泥沙静位移量为零，所以不冲也不淤，岸坡不发生变化。在中立线以上，由于泥沙向岸移动，岸坡受侵蚀，侵在中立线以下，泥沙向下移动堆积在坡脚（波及面以下）形成水下堆积阶地。第九章

海蚀地貌

海水对于海岸的侵蚀作用叫做海岸侵蚀作用。波浪与潮流是塑造海岸地貌的主要外动力。海蚀地貌主要包括：海蚀崖；海蚀穴；海蚀平台；海蚀阶地；海蚀柱（海蚀崖后退过程中，一些岩石残留并突兀于海蚀平台之上，像一个岩柱，故称为海蚀柱）；海蚀拱桥（是波浪从两侧侵蚀岬角，在两侧都形成海蚀穴或海蚀洞，海蚀穴或海蚀洞贯通，便形成海蚀拱桥）。海蚀拱桥海蚀柱第九章地面升降、绝对海平面升降与相对海平面变化的关系第九章海平面升降、海岸侵蚀堆积与海岸线进退之间的关系相对海平面上升相对海平面下降海岸侵蚀海岸堆积海侵海退海岸平衡稳定线第九章海平面升降、海岸侵蚀堆积

与海岸线进退之间的关系相对海平面上升与海岸侵蚀作用组合在一起，肯定是海侵（海岸线向陆地迁移）相对海平面下降与海岸堆积作用组合在一起，肯定是海退（海岸线向海洋迁移）相对海平面稳定时，海岸侵蚀将导致海侵，海岸堆积将导致海退如果相对海平面上升与海岸堆积作用同时出现，是海侵还是海退决定于两者的作用大小如果相对海平面下降与海岸侵蚀作用同时出现，是海退还是海侵决定于两者的作用大小第九章海啸、泥石流、崩岸、滑坡海啸：岩石圈运动（地震）——水圈的变动（海面波动）——改造岩石圈（海岸与近岸海底的侵蚀与堆积）泥石流：洪流+破碎的地面（丰富的碎屑物）+比降较大的沟谷，是泥石流发生的基本条件崩岸：水流侵蚀软弱岸坡滑坡：通常来说，软弱面+水的润滑产生滑坡可以说，海啸、泥石流、崩岸、滑坡都是在一定条件下水圈与岩石圈相互作用的产物。第九章滑坡

斜坡上大量土体、岩体或其他沿一定的滑动面做整体下滑的现象，叫做滑坡。滑坡的形成的必要条件：岩体存在一定产状的软弱面或破裂面，岩体具有一定的临空面。滑坡的诱发因素是：地震、火山爆发、水的浸泡和润滑作用、水动力或人为对坡脚稳定性的破坏。第九章河口的特点两种介质（海水、淡水）三重作用（波浪、潮流、径流）

双向水流（流入、流出）快速沉积（顶托、凝絮、断面展宽）生物生产率高（营养丰富）河口第九章河口分段与河口地貌

河口区通常可以划分为近口段、河口段和口外海滨段。从潮区界到潮流界的河段，叫做近口段；从潮流界到口门的河段叫做河口段；从口门到三角洲前缘坡折处叫做口外海滨段。近口段尽管受到潮汐的顶托，但仍然以河流作用为主；河口段河流与潮流共同作用，双向水流和河床不稳定是河口段的特点；口外海滨段以海洋作用为主，除潮流作用外，还有波浪和海流的作用。河口地区最大的地貌单元是三角洲和三角港。第九章三角洲形成的基本条件三角洲丰富的泥沙来源较弱的海洋动力浅平的口外海滨区“三基”第九章三角洲的类型

动态分类：（根据三角洲的进退）建设性三角洲破坏性三角洲

动力分类：（根据河流、波浪和潮流的作用强弱）河流型三角洲波浪型三角洲潮流型三角洲

形态分类：（根据三角洲的平面形态）鸟足状三角洲尖头状（鸟喙状）三角洲扇状三角洲梳状三角洲；。。。第九章三角洲

根据三角洲的平面形态可以将三角洲划分为鸟足状三角洲-河流作用为主；尖头状或者鸟喙状三角洲-波浪作用为主；扇状三角洲-如果以河流作用为主的三角洲，由于汊道众多并多次改道，导致三角洲比较均匀的向外扩展，形似扇子。鸟足状三角洲尖头状三角洲扇状三角洲梳状三角洲第九章第十章水圈与大气圈的相互作用第一节水汽与天气第二节

水与气候第三节大气环流与水的循环第四节海气相互作用水汽与天气没有水汽就没有天气大气中水汽含量丰富的地方天气多变大气中水汽含量的空间分布规律：海洋上高于陆地上，低纬高于高纬，低空高于高空，上升气流区高于下沉气流区，湿润地区高于干燥地区。为什么赤道地区天气常常是日有几变，而内陆沙漠地区却几乎是常年万里无云？为什么在地面大雨滂沱之时，而平流层却是晴空万里？？因为？...第十章

水与气候离海洋的远近导致了海洋性气候与大陆性气候的差别海陆热力差异导致了季风气候的形成洋流对气候的影响：暖洋流的增温增湿作用和冷洋流的降温减湿作用。湖泊、水库、沼泽对温度与降水的调节作用水对于气候形成与变化具有重要的影响，同时气候的变化，改变了水分循环的时间、空间尺度与模式，改变了水的时间与空间分布，又反过来影响到气候。两者是相互作用、相互影响的。第十章年平均逐日从海洋输入大气的总热量

（单位：X0.484W/m2)

在图示的总热量中，平均而言，输送的潜热约为显热的8倍强。这种热量的输送，不仅影响大气的温度分布，更重要的是它是驱使大气运动的能源，在大气环流的形成和变化中有着极为重要的作用。因此可以说，海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的最主要的源地和储存库，对地球气候的形成起着不可忽视的作用。第十章大气环流与水的循环（一）大气环流与水的循环大气环流与水分循环中的三个环节（蒸发、降水及水分输送）的关系密切（二）大气环流与水体运动在大气运动所产生的风应力的作用下，大气不断地向水体（尤其水体表层）输送动量，使水体尤其是表层水体产生运动。洋流

海洋水体大规模的定向流动，即洋流。波浪

在风的作用下，水面起伏产生了波浪，海洋中称为“风浪”。湖流

在大气运动产生的风的作用下，如果风向稳定，陆地水体也会产生一定方向的流动，如湖流。第十章全球水分循环示意图第十章表层洋流与大气环流的关系（据Strahler改编）

海洋水体大规模的定向流动，即洋流。它是海洋水体运动的主要形式。洋流的形成直接与大气环流有关。表层洋流具有以副热带高压为中心旋转的性质，与近地面大气环流（风系）分布模式非常相似.洋流对大气环流又具有反作用，洋流的异常可导致大气环流的反常从而发生气候异常现象。第十章海气相互作用（一）厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）厄尔尼诺一词源自西班牙文ElNino，原意是“圣婴”，用来表示在南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线附近的海面温度异常增暖的现象。南方涛动（SouthernOscillation，简称SO），指南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压这两大活动中心之间气压变化的负相关关系，即南太平洋副热带高压比常年增高时，印度洋赤道低压就比常年降低，两者气压的变化有“跷跷板”现象。（二）海平面升降与气候变化

海平面变化是水圈变动的表现，气候变化则是大气圈变化的显示。气候的变化，引起了海平面的升降；海平面的升降，反过来又导致气候的变化。气候变化与海平面升降，相互作用、相互影响，构成了气候/海平面之间的一个反馈机制。

第十章厄尔尼诺

在东风加强的时期，赤道东太平洋地区海水上翻加强，表面海水温度降低。由于水温低于气温，空气层结稳定，对流不宜发展，赤道东太平洋地区降雨偏少，气候偏干；而赤道西太平洋海水温度异常偏高，降水异常多，这就是拉尼娜事件。可是每隔数年，东向信风减弱，西太平洋冷水上翻现象消失，表层暖水向东回流，导致赤道东太平洋海平面上升，海面水温升高，秘鲁、厄瓜多尔沿岸由冷洋流转变为暖洋流。下层海水中的无机盐类营养成分不再涌向海面，导致当地的浮游生物和鱼类大量死亡，大批鸟类亦因饥饿而死。形成一种严重的灾害。与此同时，原来的干旱气候转变为多雨气候，甚至造成洪水泛滥，这就是厄尔尼诺。第十章厄尔尼诺第十章厄尔尼诺时水圈、大气圈及生物圈的变化第十章气候变化与海平面升降之间的关系（王建，2000）

海平面变化是水圈变动的表现，气候变化则是大气圈变化的显示。海平面升降与气候变化的相互作用，在一定程度上反映了水圈与大气圈的相互作用。气候的变化引起了海平面的升降；海平面的升降，反过来又导致气候的变化。气候变化与海平面升降，相互作用、相互影响，构成了气候/海平面之间的一个反馈机制。第十章第十一章水圈、大气圈、岩石圈的相互作用第一节气候—海面—冰川—均衡第二节

气候—水的分布—地球自转速度

—构造运动或形变第三节构造运动—大气环流—水循环第四节水圈、大气圈、岩石圈相互作用与黄土地貌第五节水圈、大气圈、岩石圈相互作用与冰川、冰缘地貌气候—海面-冰川-均衡之间的相互关系（王建，2000）

气候的变化，将导致海平面的升降、冰川的消长，而海平面的升降、冰川的消长将通过均衡作用引起岩石圈的变动与调整，岩石圈的变动又会通过海平面的升降影响气候的变化。它们之间相互反馈、相互作用，构成了一个有机联系的水-气-岩系统。气候的冷暖变化，将导致海水温度的降低或升高，海水温度的降低或升高引起海水的收缩或膨胀，从而导致海平面的下降或上升。海平面的升降以及海水温度的变化，导致洋流的变化，从而通过海-气相互作用导致大气环流和气候的变化。第十一章地球自转对厄尔尼诺影响的可能途径（任振球，1990）

研究表明，地球自转速度的变化，与厄尔尼诺现象之间存在明显的相关关系（郑大伟，1988；任振球，1990）。在厄尔尼诺年，由于地球自转速度减慢，在南北纬10o之间的低纬度地区，海水可以获得平均0.5cm/s的向东的相对速度，大气可以获得1m/s的向东的相对速度。也就是说，地球自转速度的减慢，使赤道附近的海水和大气获得了较多的向东的角动量，引起赤道洋流减弱，导致赤道东太平洋涌升流减弱，从而导致赤道东太平洋海水温度的升高的厄尔尼诺现象的出现。第十一章气候变化-水的分布-地球自转速度

-构造运动或形变（王建，2000）大气环流、海水运动，都可以通过角动量的传递影响与改变地球自转的速度。全球的相对西风角动量1月份比7月份要大4.2×1032gcm/s，这就是1月份地球自转速度比7月份要慢的原因。

气候―水的分布―地球自转速度-构造运动或形变之间的关系，可用上图来表示。气候的变化，引起地球表层水的分布发生变化，导致地球自转速度发生变化，从而引致岩石圈的变动和构造形变。岩石圈的变动和构造形变，反过来又导致大气环流和气候的变化，引起水的分布的变化，从而使得地球自转速度发生变化。第十一章黄土地貌

黄土是一种灰黄色或棕黄色的特殊的土状堆积物。黄土是一种特殊的物质，具有以下特征：（1）质地均一，以粉沙为主；（2）结构松散，空隙比较发育，空隙度一般在40%-55%之间；（3）富含碳酸钙，碳酸钙含量一般在10%-16%之间；（4）无沉积层理，垂直层理发育；（5）具有湿陷性（遇水后碳酸钙等可溶盐被淋溶、流失而沉陷）。

黄土是风尘堆积，是大风或暴风作用于干燥松散地面而形成的，是大气圈与岩石圈相互作用的产物。而黄土地貌的形成，有两种途径。一是黄土披盖在高原、山脉、山丘之上形成塬、梁、峁等地貌，在此基础上流水作用塑造成为现在的黄土地貌；二是黄土堆积形成黄土塬，黄土塬被流水侵蚀切割形成黄土梁，黄土梁进一步被切割便形成黄土峁，在黄土梁与黄土峁的形成过程中，也形成了黄土的沟谷地貌。无论是那种途径与过程，都反映了水圈、大气圈、岩石圈的参与，可以说黄土地貌是水圈、大气圈、岩石圈相互作用的产物。第十一章黄土地貌的发育

与水圈、大气圈、岩石圈相互作用

黄土地貌的发育受制于以下几个条件：原始地形、黄土的堆积以及水的作用。原始地形条件是岩石圈运动以及岩石圈与水圈、大气圈相互作用的结果；黄土主要是风力吹蚀干燥的松散的地面，将以粉沙为主的细粒物质搬运到合适的地点堆积而形成松散堆积物，是大气与岩石相互作用的产物；水的侵蚀、溶蚀、潜蚀和淋滤是黄土地貌发育的重要动力。因此可以这样说，黄土地貌是水圈、大气圈、岩石圈相互作用的产物。第十一章水圈、大气圈、岩石圈相互作用

与冰川、冰缘地貌在特定的地形和气候条件下，水发生相态的变化，发育了冰川，发生了冰川与冰缘作用，对岩石圈表面进行改造，形成冰川、冰缘地貌。因此，冰川、冰缘地貌，实际上是大气圈、水圈、岩石圈相互作用的产物。在冰川作用下形成的地貌，叫做冰川地貌。冰川地貌可以划分为冰蚀地貌、冰碛地貌和冰水地貌，它们分别是冰蚀作用、冰川堆积作用、冰融水作用形成的地貌。冰蚀地貌：冰川谷（U型谷）；冰斗；刃脊；角峰；羊背石。冰碛地貌：终碛垄；侧碛堤；冰碛丘陵；鼓丘。冰水地貌：蛇形丘；冰砾阜；冰砾阜阶地；锅穴；冰水扇。由冰缘作用形成的地貌叫做冰缘地貌。第十一章

冰川地貌

在冰川作用下形成的地貌，叫做冰川地貌。冰川地貌可以划分为冰蚀地貌、冰碛地貌和冰水地貌，它们分别是冰蚀作用、冰川堆积作用、冰融水作用形成的地貌。第十一章

羊背石冰川运动方向羊背石第十一章没有冰川冰的间冰期景观第十一章

冰水堆积地貌第十一章冰缘地貌

由冰缘作用形成的地貌叫做冰缘地貌。冰缘地貌主要包括：石河；冰丘；石海；雪蚀洼地；石环（由粗砾围绕的石质多边形土。泥流阶地-由融冻作用引致的山坡上的表层土体向下蠕动形成的阶梯状地形）；冰锥（由冻结产生的承压重力水冒出地表或冰面再冻结而形成的锥状冰）。石环石河第十一章第十二章生物圈与水圈、大气圈、

岩石圈的相互作用第一节生物圈与岩石圈的相互作用第二节

生物圈与大气圈的相互作用第三节生物圈与水圈的相互作用第四节水圈、大气圈、生物圈的相互作用土壤是生物与岩石相互作用的纽带

土壤不仅是生物与岩石相互作用的产物，而且还是两者相互作用的纽带。植物一般情况下很难直接吸收岩石中的矿物质，只有经过土壤转换成离子形式，才能被植物吸收。只有当生物有机质在土壤中转变成有机酸时，生物对岩石的化学风化作用才能发生。岩石中的水（如地下水）只有转变成土壤水，才能被植物吸收；大气降水经过植物淋滤、土壤吸收之后，才会渗入岩石转变为地下水。岩石与植物之间的其他物质交换，也大都需要经过土壤这个中间环节。植物-土壤-岩石的关系第十二章生物海岸

海岸可以根据海岸的物质组成划分为基岩海岸、砂质海岸和淤泥质海岸。但一些海岸比较特殊，很难归属于上述海岸类型中，故又划分出生物海岸。所谓生物海岸是指主要由于生物作用形成的海岸。例如，珊瑚礁海岸，主要是由珊瑚作用形成的由珊瑚礁组成的海岸；红树林海岸，主要由红树林组成，以红树林为特征的海岸。珊瑚岛与珊瑚礁海岸基岩海岸第十二章光合作用与生、气物质交换制造碳水化合物

绿色植物在不停地吸收大气CO2进行着光合作用，通过光合作用来制造养料，以维持植物的发育与生长。动物的生命活动或有机体的腐烂过程，是吸收氧气、放出二氧化碳的过程；而植物的生命过程却是吸收二氧化碳、放出氧气的过程。两者之间以及两者与岩石圈、大气圈、水圈之间经过亿万年的演化达到了某种平衡，才形成了今天这样的大气圈。C6H12O6第十二章大气中氧气、二氧化碳随时间的变化及其与生物演化的关系

（陶世龙《地球科学导论）大气二氧化碳含量第十二章生物对气候的负反馈

当大气中二氧化碳、甲烷等温室气体增加时，气候将会变暖，与此同时植物的光合作用加强。光合作用的增强，将会使植物从大气吸收的二氧化碳的数量增加，从而降低大气二氧化碳的浓度，降低温室效应，使气候变暖幅度减小或变冷。这就是生物对气候变化或对温室效应的负反馈作用。相反，如果大气二氧化碳浓度降低，将会导致气候的变冷和植物光合作用强度的减弱。植物光合作用强度的减弱，将使得从大气吸收的二氧化碳的数量减少，从而抑制大气二氧化碳浓度减低的速度和气候变冷的幅度，甚至使气候变暖。第十二章生物对气候变化的正反馈作用Ⅰ

海洋生物的兴衰对于地球表层碳的循环起着重要的作用。研究表明，对世界大多数海域来说，铁的不足是海洋生物生产率的一个重要限制因素。而落入海洋的风尘则是海洋铁补充的主要途径。干旱区的风尘落入海洋，提高海洋生物的生产率，增加了海洋对大气二氧化碳的吸收，促使气候变冷。当冰期来临或气候变冷，风尘沉积速率增大，使海洋生物的生产率提高，导致大气二氧化碳含量的降低，从而使气候进一步变冷。当间冰期来临或气候变暖，风尘沉积速率减小，使海洋生物的生产率降低，导致大气二氧化碳含量的升高，从而使气候进一步变暖。（图a，b）第十二章生物对气候变化的正反馈作用Ⅱ

上面阐述了生物与气候之间的一种正反馈机制。实际上，生物与气候之间的正反馈机制还有一些，只是人们对它们的认识不足而已。例如，温度升高对呼吸作用的影响，尤其对土壤微生物的影响：温度升高，引起生物呼吸作用加强，导致大气二氧化碳的升高，促使温度进一步升高（图c）。温度升高引起的胁迫，导致生物生长减缓和森林枯萎，从而导致大气二氧化碳的升高，增强了温度升高的趋势（图d）第十二章植物净化空气的作用

植物还能分泌一些挥发性杀菌物质，例如，丁香酚、桉油、松脂、肉桂油、柠檬油等，具有杀菌的功能，称之为杀菌素。每hm2松柏树或者松林，一昼夜可分泌30～60kg的杀菌素，足以清除一个中等城市空气中的各种细菌。调查表明，林内每立方米空气中的含菌量只有300～400个，仅为林边空地的1%，只有城市百货商店的十万分之一。北京百货大楼每立方米有细菌400万个，林荫大道上为58万个，绿化公园为1,000个，而林区却只有55个。这充分说明植物具有除尘灭菌、净化空气的功能。绿化公园百货商店不同地点空气中的细菌数量比例示意图第十二章植物对保持和改善环境的作用植物净化空气的作用除尘灭菌。大气中的尘埃（包括粉尘和飘尘），常含有致癌物质和病原菌，危害人体健康。植物具有吸附尘埃的作用。吸碳吐氧。清新空气。对污染物的吸附、吸收。当大气受到污染时，一些敏感植物就会受到伤害，但还有一些植物对某些污染物有一定的抵抗能力，称之为抗性植物。不管是敏感植物还是抗性植物，对污染物都有一定的吸附、吸收与降解的功能，从而具有净化空气的能力。第十二章植被的作用1、减慢了水分大循环的速度2、加快了局部水分循环的速度3、调节了洪水/枯水的径流量4、调节了洪峰径流5、提高了水的利用率植被与水循环第十二章湖泊效应

由于比热与热容量的差异，水体覆盖的地面温度变化迟缓，而没有水体覆盖的地面温度变化迅速，从而导致不同部位地面温度的差异。在湖泊及其周围，由于湖泊与周围地区地面热容量的差异，导致了局地性大气环流和小气候的产生。在太阳照射时，湖泊周围的地面升温比较快，导致大气的加热上升；而湖区由于水体热容量大，温度升高缓慢，温度相对于周围地面比较低，空气在这里下沉，从而产生了湖泊及其周围地区的局部的大气环流。第十二章湖泊效应与水、气、生相互作用

一般来说湖泊周围地区降水比较多，气候比较湿润，植被也就比较繁茂。植被繁茂又反过来，增加了地面下渗，增强了蒸腾作用，从而增大了大气湿度、土壤湿度与大气降水。因此，水库建造后，常常会使水库周围地区降水增多、空气湿度增大，就是这个道理。第十二章沙漠化效应与水、气、生相互作用（王建，2000）

在干旱半干旱地区，当地面植被受到破坏，地面所吸收的太阳辐射能明显减少。白天在阳光照射下，地面强烈增温，使地面长波辐射增强。又因为地面散失的热量很多。在那里的空气一定要下沉，压缩增温。由于下沉的空气十分干燥，使得气候进一步变干，从而导致植被的进一步减少，这就是地面的沙漠化效应。当植被受到破坏，降水的利用率降低。因为没有植被对降水的拦截，土壤入渗减弱，大部分降水以径流的形式流走；地面蒸发作用加强。因而导致区域水平衡的破坏，从而使区域气候变干，植被进一步变稀少，即进一步沙漠化。第十二章灌溉、绿洲效应与水、气、生相互作用（王建，2000）

沙漠里空气干燥，温度日较差比较大，并且降水稀少。而沙漠里的绿洲，由于土壤湿度大、蒸发和蒸腾到空气中的水比较多，空气湿度比较大，降水也比较多；由于含水量比较大的土壤的热容量比较大，并且由于蒸发和蒸腾对热量的调节，土壤温度和近地面气温的日较差比较小，这就是绿洲效应。第十二章洋面封冻效应与水、气、生相互作用（王建，2000）

洋面封冻产生的环境效应叫做洋面封冻效应。洋面封冻是发生在水圈的变化，但是洋面封冻不仅会影响到气候，而且还会直接或者间接地影响到生物。气候与生物的变化又反过来作用于水圈。因此，从洋面封冻效应可以看出水圈、大气圈、生物圈之间的相互作用的关系与机制。第十二章厄尔尼诺形成中的水圈、大气圈、生物圈的相互作用

东南信风减弱，表层海水倒流，赤道东太平洋秘鲁、智利沿岸海域的海水不再上翻，海面温度升高，营养盐大幅度减少，从而导致鱼类的大量死亡，以及鸟类的大量减少。因发生在圣诞节附近，人们称之为“厄尔尼诺”，即“圣婴”的意思。不难看出，厄尔尼诺是大气、海洋相互作用，导致生态平衡破坏而造成的：大气环流（东南信风）的改变，引起洋流（赤道洋流）的变化，从而导致海洋生态系统的破坏。第十二章第十三章生物圈、水圈、大气圈、岩石圈相互作用与地球表层系统第一节地球表层系统的能量流动与能量平衡第二节

地球表层系统的物质迁移与循环第三节地球表层自然环境的地域分异规律第四节土壤与土壤系统第五节喀斯特作用与喀斯特地貌作用于地表系统的主要能量来源

太阳的短波辐射占地表全部能量输入的99.986%，是地球表层系统的最主要的能量来源。它是风、洋流、波浪、降水、以及其他水循环过程的驱动力，也是光合作用的能量来源。通过光合作用，太阳光能转变成化学能与生物能，以植物与动物的形式储存在生物圈内。当植物与动物死亡和埋藏，一部分太阳能就储存在岩石中。当岩石风化分解或当人们燃烧煤、石油、天然气时，储藏在岩石中的能量就会释放出来。第十三章地球表层系统中能量的传输与转化-太阳能

在蒸发过程中，水体吸收空气中的热量，由液态变为气态，热能从大气向水体传输；当降水或降雪时，水由气态变为液态或固态，释放出热量，热能从水体向大气传输。一般来说，冬季海洋整体上是个热源，热能从海洋流向大气或大陆；而夏季海洋温度较低，热能从大气或大陆流向海洋。暖洋流（暖流）经过的洋面，一般温度比较高，热能是从海洋向大气传输；而冷洋流（寒流）经过的洋面，温度比较低，热能是从大气向海洋传输。第十三章地球表层系统中能量的传输与转化-地热能

由于地热能分布的不均匀，导致地幔对流的产生，热能转变成动能。地幔对流引起海底扩张、岩浆侵入和火山喷发，动能转变为热能。当岩浆侵入导致围岩变质时，热能转变成化学能。当大陆漂移、板块运动导致山地的形成与高原的隆起时，动能转变成势能。当冰川融水和降水汇流成河，从高山或高原向下流动时，势能又转变成动能。第十三章地球表层系统中能量的传输与转化

——地球自转能

地球自转和自转速度的变化，引起板块的运动、大陆的漂移，导致构造造山和造陆，动能转变成势能。当河流从高处流下，或滑坡、崩塌、蠕动发生时，势能转变成动能。板块运动引起火山喷发、岩浆侵入，动能也就转化为热能释放出来。地球自转动能引起潮汐，潮汐对地面的摩擦产生热能。地球自转速度的变化还会导致地球表面大范围的海侵海退，导致大气环流、洋流的变化。也就是说，地球自转动能可以直接传输给岩石圈、大气圈、水圈，从而导致岩石圈、大气圈、水圈的变化，再通过它们的变化间接地影响生物圈。第十三章圈层间的能量的交换第一，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。第二，大气圈与岩石圈之间在进行着热能、化学能、动能的交换。第三，水圈与岩石圈之间存在着热能、动能、势能与化学能的交换。第四，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。第十三章地球表层系统的辐射平衡（Murck,1996)

太阳几乎以恒定的数量不断地向地球提供短波辐射，其中一部分直接被大气中的云、尘埃和洋面、陆面反射回地外空间，剩余的则被大气、海洋、陆地吸收，用于升高它们的温度。与此同时，大气、海洋、陆地也在不断地向地外空间发射长波辐射。从长时间平均说，地球接受的辐射能与发射出去的辐射能是相等的，因而地球表面的温度保持不变。第十三章大气与地面的能量平衡

大气和地面吸收太阳辐射，同时也在发射长波辐射。地面发射的长波辐射，大部分被大气吸收，少部分散失到地外空间。大气的长波辐射是多方向的，向下的长波辐射返回地面，叫做逆辐射，向上的长波辐射有可能散失到地外空间。地面还在不断地向大气输送显热与潜热。但总体上，地面与大气都保持着能量的平