第二章 地球表层系统

第二章地球表层系统第一节

地球表层系统第二节地球表层的能量转换和物质循环（重点）第三节人类干扰下的地理环境（重点）第一节

地球表层系统一、地球的同心圈层二、地球表层的结构（重点）大气圈水圈生物圈内部圈层外部圈层以固体的地球表面为界地壳地幔地核

地球的外部圈层与内部圈层之间并没有严格的界线，各圈层之间也在底层大气圈、水圈、生物圈相互交错。一、地球的同心圈层古登堡面莫霍面外部圈层的组成及相互关系：组成：包括岩石圈、水圈、大气圈和生物圈等，其中生物圈占有大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部。关系：各个圈层之间没有明显的分界，相互吸引、相互制约，形成人类赖以生存和发展的自然环境。二、地球表层的结构1.岩石圈一般地指地球表层的固体岩石部分，包括地壳全部和上地幔顶部（软流层以上），由坚硬的岩石组成的圈层部分。

分层类别高山高原大洋底部厚度较厚较薄比例29％71％沉积岩圈2km－4km组成硅铝层有较薄（无）硅镁层有有60年代后，地质力学认为岩石圈的构造是由板块组成的。

1858年在巴黎出版了一本名叫《揭开创造的神秘》的书，地理学家施奈德以其丰富的想像力，发现地球各大陆似乎原来是连成一体的，他并用石炭纪时北美洲和欧洲植物化石几乎一致的事实作了说明。

而后在1912年德国地理学家魏格纳发表论文，引证古生物化石的证据系统地阐述了大陆移动的地质历史过程。但是在科学水平还较低的当时，只能做为一种假说存在，而且引起很多非议。

现代科学的发展，板块学说很有力地解释了大陆漂移说法的正确性。

2.水圈

即指地球表层中的各种水体。包括海洋、河流、湖泊、冰川及岩石孔隙中的地下水。水圈的组成96.53%3.469%0.001%海洋水：储量巨大，平均盐度为35‰，人不能直接饮用，海水蒸发可得到淡水。陆地水：河水、湖泊水、地下水和冰川，是人们生产和生活用水的主要来源。大气水：水蒸气及组成云、雾的小水滴和小冰晶。淡水占2.53%咸水占97.47%(海洋水）（冰川水）适宜人类使用河流、淡水湖、浅层地下水仅占0.01%地球上的水循环指海洋水、陆地水和大气水之间的互相转换和运动海洋与陆地之间（最重要的循环）陆地与陆地上空之间海洋和海洋上空之间意义：使陆地上的水不断得到补充海陆间循环3.大气圈

即地球的气体部分。下界可视为海陆表面，向上分为不同层次。

大气的组成及其作用A大气的组成干洁空气、水汽、固体杂质氮78%氧21%其他气体1%氩、CO2、O3成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽固体杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成主要作用干洁空气O3N2O2CO2B大气各成分的作用大气的垂直分层上冷下热高空对流中间层顶到五百氧原吸紫增温快地球束缚引力小空气质点往外跑电离层对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见.气温初稳后升热只因层中臭氧多水平流动天气好高空飞行很适合大气的作用（1）对地面的影响改变地表形态保护地球的体温形成水循环（2）对生物和人类的影响----“保温被”----“永动机”----“雕塑师”“生命之本”4.生物圈

即地球上所有的生物及其生存环境的总和。

地球圈层硅铝层土壤圈水圈外层热层平流层对流层生物圈中间层硅美层地幔外核内核地壳大气圈地核上部岩石圈5.智慧圈

指人类及人类的生存环境的总和。又称技术圈、人类圈。

智慧圈的概念的重大意义就在于，它对人类出现以后地球演化的质的飞跃作出了科学概括，将人类创造的环境作为地球表层特殊的、独立的部分来认识，承认人类的巨大地质作用。

现代地理科学的主要任务就是研究智慧圈的空间结构、发展演化和它与其他圈层的关系。中山石中山站全景

建筑多由集装箱拼装指向祖国的方向标中国特色储油罐

中国南极中山站各圈层是相互渗透的统一体

岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、智慧圈的划分不是绝对的、彼此隔绝的，而是相互渗透，紧密联系，我中有你，你中有我的关系，而且，这些圈层也不仅限于地球表层范围，但这五个圈层是地球表层基本的组成部分，它们的有机联系和相互作用构成了地球表层系统。地球表层的能量转换和物质循环第二节

一、地球表层的特征二、地球表层的能量转换三、地球表层的物质循环一、地球表层的特征（一）地球表层是物质三态存在和相互作用的场所白河两岸景佳幽，碧水悬崖万古留。

疑是龙池喷瑞雪，如同天际挂飞流。

不须鞭石渡沧海，直可乘槎问斗牛。

欲识林泉真乐趣，明朝结伴再来游。界面机制：界面之间的物质密度发生急剧突然的变化

由地震引起的发光现象，称之为地光。地震发生前为什么会产生地光呢？研究结果表明，当地震快发生时，由于地下岩石发生破裂、错断，岩石间产生相对摩擦滑动等而产生一种电磁效应作用，从而造成一个较大范围的放电现象，并沿着断裂缝隙通向大气层，在低空引起大气电离和发光现象。

地光的来临，往往预示着大震很快就要发生了，如果此时能够迅速果断地采取一些避震措施，是有可能躲开地震灾害的。例如1975年2月4日海城地震前，一列从大连开往北京的客车，在行驶途中司机突然发现列车前方有大片紫红色的耀眼亮光，司机马上联想到可能是地光，于是采取措施，紧急停车，列车刚刚停稳，大地震就发生了，从而避免了一场车翻人亡的重大事故。2008年5月12日13点56分天水市秦州区南廓寺出现百年罕见“佛光”（地光：一种电磁现象）。天水市市民李忠用佳能相机拍下了此景。风化界面上造成了彼此相异的热力学特性

“热岛效应”异质机制：是指气体、液体、固体三相之间物质组成和结构功能之间明显差异所产生的特殊效应。异质有利于调节和促进物质和能量的流动和转换。与地球内部和外层空间那种相对均一的同质系统相比，进化速度相当惊人。特点重庆奉节小寨天坑地缝景区的地下暗河

大石围——世界第二大天坑

总之，气态、液态、固态三相物质共存互相转化的地球表层，形成了一个特殊的物质流、能量流运动和转换系统，强化了各组成要素之间的相互制约性、共生性和整体性，系统的组织水平越来越高级、越来越复杂，加速了演化与发展。使之质地区别于地球其圈层，形成了自己独特的性质。（二）地球表层是内外力相互作用的场所地球内力：是指地球的构造力，来自地球内部，在地球表层清晰明显地表现出来，诸如火山、地震、岩浆活动、地壳隆起和沉陷等等。

火山地震岩浆活动内力作用：其限度终止于地球固体表面，它造成地球表层地理位置（经度、纬度、高度）相对改变，构成地球表层固体部分的基本框架。内力作用总的趋势是造成地表高低起伏、千姿百态的表面形态。外力作用：指以太阳辐射为基本能源而产生的风化作用、流水作用、风蚀作用等，它通过物理化学变化、物质的侵蚀、搬运、堆积作用极力消除内力所造成的起伏。总的作用趋势是夷平地表，其影响深度仅限于地表以下几米到几十米的深度。（三）地球表层是有机界和无机界互相转化的场所生产者分解者消费者消费者（四）地球表层是人类的生存环境热岛效应温室效应人工降水南水北调

上述四个特征从本质上和整体上使地球表层形成了有别于其他层圈的独特的物质系统，地理学就是以这个系统为对象，建立起自己的科学体系。

二、地球表层的能量转换地球表层的能量来源2、天体的引力能，包括地球本身对表层物质的引力和其他天体对地球表层物质的引力。1、来自地球内部的热能，它是地球内部物质的放射性元素蜕变产生的。崩塌、滑坡、泥石流、河流的侵蚀、搬运作用、冰川运动、潮汐等火山、地震、地壳运动的能源等

3、太阳辐射能，它是水、空气运动，岩石风化，土壤形成和生命活动的基本能源。4、其它能源，如陨石堕落的机械能、各种宇宙线所放射的能量。

在任何与外界隔绝的孤立系统中，不论发生什么变化或过程，能量的形式可以转换，但能量的总和恒定不变。（一）人类对能量运动的认识－－能量守衡与转换定律进化论细胞学能量守衡与转换定律19世纪自然科学三大发现恩格斯（二）太阳在地球表层的转换1.太阳能在无机界的转换太阳辐射进入大气50％损失1％－3％的紫外线被原子氧和臭氧吸收30％被大气散射和云层反射17％－19％被水汽、尘埃和云中水滴吸收50％到达地面、水面A年太阳总辐射

从全球范围来讲，因科里奥利力的作用，大气无法从赤道直达极地，而在经线方向上形成三大环流系统，在地面上形成行星风系，即信风带、西风带和极地东风带。

由于地形、城乡、大陆上水与陆地受热差异而形成各种地方性的局部环流，如山谷风、城乡环流、湖岸风等B水圈C陆地

水体吸收太阳辐射，以水汽的形式克服地球引力，蒸发到大气中，在大气环流的作用下形成水循环，雕刻地貌形态、形成海水密度场、洋流运动等。

太阳能是岩石风化和土壤发育的动力。季节、昼夜气温的变化促进了岩石的物理风化；另外由于温度的提高，使岩石、土壤的化学活性增加，氧化还原反应更强，相当多的热能转化为地球化学过程的化学能。2.太阳能在有机界的转换

绿色植物固定太阳能以后，通过食物链逐级转化，每级转化基本按1/10定律进行。生物死亡后，其残体由微生物分解为无机成分，还原土壤，一部分被植物吸收，一部分不能被微生物完全分解的动植物则形成化石燃料，存储地下。

人类在太阳能转换过程中起着极其重要的作用。一方面人类通过各种技术提高农作物的产量，以固定更多太阳能。同时操作食物链使固定的太阳能向利于人类发展的方向转化。另一方面，人类动用地质时代自然界储存与地下的太阳能，将化石燃料作为现代工业的主要来源，使储存地下的太阳能返回大气中。（三）地球内部热能、引力能在地球表层的转换

地下热能是由地球组成物质的放射性元素蜕变产生的。是火山、地震、岩浆活动、地壳运动的能量来源。形成地表的轮廓，决定海陆分布与地势起伏。地壳运动突变渐变热能海底发现的陆生动物化石

陆地发现的海生动物化石

地热除转化为地壳运动的动能外，也通过水体或陆地间接增温空气，对气候产生影响。海底热源海底火山喷发海洋对流东太平洋厄尔尼诺

总之，地球内部热能除转化为地壳运动、海水运动的动能以外，还造成地表高低起伏，转化为潜在的势能，形成引力差异，在一定条件下转化为物质才能够产生由高向低运动的动能。引力能地球对地表物质的吸引月球太阳等天体对地表物质的吸引

以潜在的势能存在，总是力图使地球上的物质运动处于稳定状态，在其他力的触发下，它释放出来的能量是地表物质运动的能源之一，转化为滑坡、泥石流、冰川、河流、瀑布等运动的动能。

引起地球的周期性弹性形变，其中以海洋潮汐最为明显，是又一种引力能转化为动能的形式。

由于适度的引力才使地球既能吸引适量的水和大气，又不过分浓重；使动植物既能稳定生活，又可以自由运动和生长，使流质和松散物质发生运动又不脱离地表，形成千姿百态、生机勃勃的世界。三、地球表层的物质循环1、地质大循环2、大气循环

地球球形表面造成太阳辐射对地表的增温差异，辐射强的地方增温快，形成上升气流，构成低压区；地表其他地方的空气向这里运动，以补充这里上升的空气；在高空，上升的空气向外移动，至较冷的地方下沉，形成高压区，从而构成了大气循环。厄尔尼诺3、水循环

地球上的水，在太阳能的作用下，不断从水面、陆面蒸发，通过植物叶面蒸发，化成水汽升到高空，被气流带到其他地方，在适当条件下，凝结、降落到地表，渗透形成径流，注入海洋或湖泊。水的这种蒸发、输送、凝结、降落、径流的往复过程叫水循环。

水的循环运动是地表外力的主要动力，也是地球化学迁移的载体，是化学反应生物过程的重要条件，对地球表层各种地理过程具有及其重要的意义。4、生物-非生物循环合成作用

即有机体通过生命活动从地理环境中吸收化学元素，合成生物体内复杂的有机化合物。最主要的形式是绿色植物利用太阳能将环境中的CO2、H2O无机盐类合成碳水化合物。主要通过两个作用来实现：分解作用

即指环境中的微生物分解动植物死亡后留下的残体，形成CO2、H2O和简单的无机物，返回到环境中去。

无论是地质大循环、大气循环、水循环还是生物-非生物循环都不是从原点到原点的封闭循环。他们都是在外部能量不断供应之下循环发展的进步体系，经历从简单到复杂、从低级到高级的进化过程。

总之，如果离开生物圈的中介作用，离开生物与非生物之间的转化，地球表层主要化学元素的循环是不可想象的，地球的物质进化也是不可想象的。生物-非生物循环是有生命以来的地理环境有机的最主要课题之一。1.简答地球表层能量的主要来源有哪些？2.简述到达地面的太阳辐射是如何分布的。3.举例说明因地形、城乡、大陆上水与陆地受热差异而形成各种地方性的局部环流。4.举例说明地球内部热能的表现形式。5.地球表层的物质循环包括哪些。6.举例说明地质大循环的过程。7.简述生物-非生物循环形成的主要过程。复习题一、人类对岩石圈的影响二、人类对大气圈的影响三、人类对水圈的影响四、人类对生物圈的影响第三节人类干扰下的地理环境五、人类对地理环境的影响人类地质作用与无机地质过程和生物地质过程的区别：首先，具有意识性、目的性，是一种意识地、有目的地改造自然，使之向有利于人类的方向发展的过程。其次，它比任何其它地质过程都深刻，深入到物质结构、基因工程的改变。人工环境系统即按照人类的目的需要而设计、建设的环境系统。

人工环境系统的产生和存在形式服从于人类的社会需要和人类的生产力水平，但它的演变与发展依然受制于自然规律；人类种植作物、饲养动物依然要遵从自然的生物生长规律；人工水系仍然与自然气候有密切关系，具有侵蚀、搬运和堆积作用。

人类的目的与自然规律之间存在着尖锐的矛盾，当这一目的违反了自然规律，就势必对自然产生破坏，最终将遭到自然的惩罚。反之，才能实现人与自然和谐的共同创造，由于人的动能作用和科学技术的投入，这种创造将比自然演化更深刻、更近步。被建筑物填塞的维多利亚湾一、人类对岩石圈的影响开山采石成百米深坑澳大利亚的矿渣山云贵高原的梯田1、人工地貌过程直接、间接

为了与新加坡和香港竞争成为世界商业港中心，与拉斯维加斯竞争成为世界休闲之都，阿拉伯联合酋长国王室正在该国迪拜附近筹划建设世界上最大的人工岛项目，并将其命名为迪拜棕榈岛工程。直接人工地貌过程

棕榈岛工程由朱美拉(Jumeirah)棕榈岛、杰贝阿里(JebelAli)棕榈岛、德拉(Deira)棕榈岛和世界岛(theworld)等４个岛屿群以及后期的滨水滩(waterfront)项目组成，计划建造１.２万栋私人住宅和１万多所公寓，还包括100多个豪华酒店以及港口、水主题公园、餐馆、购物中心和潜水场所等设施。此外，一个水下酒店、一栋世界上最高的摩天大楼，一处室内滑雪场、一个与迪拜城市大小相当的主体公园，也在计划之内。棕榈岛工程距离迪拜海岸520公里，受到该工程影响，最近几年迪拜沿海地区的房价激增。治理后的黄土高原黄土地上的村庄间接人工地貌过程2、人类沉积物的形成

人类在工业生产中制造出大量的水泥、砖、混凝土等人工岩石，他们同自然界的岩石一样风化、破碎，被流水、风所搬运参与沉积岩的形成过程。土壤形成的自然过程极其缓慢3、人类对土壤圈的影响石灰岩形成2.5cm厚的土壤---1.25万年玄武岩、花岗岩形成2.5cm厚的土壤---200-1000年疏松沉积物形成2.5cm厚的土壤---几十年人类对土壤破坏的表现：A对于干旱区植被的破坏，造成沙漠化、荒漠化的过程。B不合理的灌溉、利用地下水还造成土壤盐渍化、沼泽化。C工业三废的排放，农药、化肥的不合理使用，则造成土壤污染、土壤结构的破坏。人类对土壤多方面建设性的改造

人类的大型建筑活动、深井灌水、油田开采、过量抽取地下水都可能在一定程度上引发地壳运动。A高坝引发地震是不争的事实。水坝越高发生地震的几率越大，高度超过90米，地震的发生几率为10％，超过140米，发生几率为21％B由于人类在地下采矿，抽取石油、地下水，水库渗水加速石灰岩溶解，永冻土化冻分裂等原因，促成或加速了地面沉陷，已成为世界有关地区普遍的环境问题。

人类活动引发地壳运动是20世纪后半叶起增多的，已引起人们重视，随着人类在建筑、采矿等与岩石圈有关的活动强度进一步加大，其引发地壳活动的后果也将加剧，潜在危险是难以估量的。4、触发地壳运动（1）温室效应二、人类对大气圈的影响1、改变大气成分

大气中的CO2可以透过太阳的短波辐射而吸收地表增热后发出的长波辐射，很像温室的作用，故称为大气中的温室效应。A人类活动释放出的温室气体C现代大气中所含的氟氯烃（为了制冷而合成出来的）在不断增加D其他因素温室气体：二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氧化二氮、氟利昂等（增温潜力几十倍甚至几千倍于二氧化碳）

大量使用煤、石油、天然气等矿物燃料，散发到大气中，直接增热地表；开垦耕地，破坏森林，降低生物固碳作用，大气中碳相对增加。B化石燃料释放的C的同位素含有C13（2）臭氧层破坏主要作用：保护地球上的生命不受强紫外线伤害。形成原因：

工农业生产和空运使大量氮氧化物、痕量气体、氯氟烃化合物进入臭氧层，在紫外线照射下与臭氧化合，使臭氧减少，臭氧层变薄。南极上空的臭氧洞形成：酸雨的形成是一个复杂的大气化学和大气物理过程，主要是由废气中的SOx和NOx造成的。

概念：通常指pH小于5.6的降水，是大气污染现象之一。（3）酸雨：危害：使水域和土壤酸化，损害农作物和林木生长，危害渔业生产；腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹也危害人类健康。酸雨会破坏生态平衡，造成很大经济损失。四川乐山大佛遭酸雨侵蚀表面多处剥落经历60年，德国的这座石雕像已彻底被酸雨毁坏2、改变下垫面

人类通过改变下垫面影响大气运动，形成局部环流。造成人工气候过程：人类通过建造城市，产生热岛效应

绿化、营造防护林，建造人工环境、改造小尺度的气候环境。大气污染城市气候三、人类对水圈的影响深刻普遍1、改变地表水系，调节水量的空间分布我国古代：大禹治水、李冰修建都江堰、开凿灵渠、修建大运河等。我国现代：引滦入津、“南水北调”工程等。引发生态问题：输水区发生泥沙沉积、自净能力降低;入水区发生地下水位抬升、土壤次生盐渍化；长距离输水过程中的大量漏水问题等。2、改变水循环，调节水量的时间分布

使用化学燃料、水库水田增加、砍伐和种植森林对蒸发产生明显影响。

温室效应提高了地球表面的温度，从宏观上增加了水汽的输送强度和速度。另外，下垫面的改造也会产生一定影响。

“湿岛效应”、营造或砍伐森林、人工降水等影响甚大。

通过修建水库、水渠截留径流，调节水的余缺。近年对雨水的利用也逐渐增加。

城市向海洋排污3、水体污染

这是人类对水圈最大的危害。20世纪我国的水体污染十分突出，严重影响国民