第二章-地球系统

第二章地球系统宇宙-银河系-太阳系-地月系第二章地球系统一、地球的形状及其地理意义（一）概述1、大地测量中所谓的地球形状，是指一种假想的，用平均海平面来表示的、平滑的封闭曲面。这个曲面叫做大地水准面。所以，这里所说的地球形状就是指大地水准面的形状。研究地球的形状，无论是对人类的生产实践，还是对诸如地球内部状态和结构、天体物理、空间技术等许多方面的科学实践，都有重要的意义。第一节地球的形状和大小2、人类很早就掌握了大地球形的简单证据早期凭直觉：天圆地方在海边看离岸的船，先是船身隐没，然后才是桅帆。在陆地上旅行的人，如果向北走去，一些星星就会在南方的地平线上消失，另外一些星星却在北方的地平线上出现。如果向南走去，情况就相反。公元前500年前后，古希腊数学家毕达哥拉斯和他的弟子们，首先提出了大地是球形的设想。又过了100多年，古希腊著名的科学家、哲学家亚里士多德才第一次对大地是球形作出了论证。他观察天象，从月食时地球在月球上的投影等现象中，推断大地的形状为球形。（地球另一端的人为什么不掉向空中？）15、16世纪的地理大发现，特别是1519－1521年，麦哲伦率领的一支船队，环绕地球航行一周成功，这为大地是球形提供了有力的证据。3、现代精密测量的结果告诉我们，通过赤道的地球直径比通过两极的直径长42.5公里。这就证实了地球不是正球体，而是一个两极比较扁平、赤道部分相对突出的椭球体；通过两极的地球断面是椭圆形而不是正圆形；椭球体的最大圆周在赤道上，而不在通过两极的椭圆上（图1-1）。半径1m地球仪，赤道半径较极半径大3.3mm。（二）地球形状的地理意义形成地球上热量的带状分布和所有与地表热状况相关的自然现象（如气候、植被和土壤等）的地带性分布。二、地球的大小及其地理意义大小：地球赤道半径a为6378.140km，极半径c为6356.755km，总面积5.1×108

平方公里，总体积10820×108km3，总质量5.98×1027克。意义：地球的巨大质量和体积，使它能够吸着周围的气体，保持一个具有一定质量和厚度的大气圈。一、地球自转运动及其地理意义（一）基本参数1、方向：北极看，反时针方向转动。2、周期：1日3、速度：角速度150/小时线速度：纬度越低，线速度越高第二节地球的运动V0赤道=465m/sV30=403m/sV60=233m/sVφ=465×COS（φ），φ为纬度。从北极上空看，地球作逆时针方向旋转。从南极上空看，地球作顺时针方向旋转。1、地面方向及地理坐标的确定2、昼夜交替及太阳辐射能在地表的分配（二）地球自转运动的地理意义月面：-160-150℃南极：最低温-90℃突尼斯：最高温61℃（24小时，速度适中，使昼夜温差变化较小，利于生物生存）地球昼夜思考：如果地球不自转，昼夜更替将如何？（二）地球自转运动的地理意义3、沿地表运动物体的偏移(1)地转偏向力（科里奥里力，科氏力，法国数学家）假想的力。运动物体北半球右偏，南半球左偏，大小为运动物体质量运动物体速度地转角速度地理纬度（2）特点a、相同质量和速度的运动物体，地转偏向力随着纬度的升高而增大；b、赤道上没有偏向力c、极点为0，两极附近达最大（3）意义盛行风向、河岸不对称、洋流偏向、地球上的科氏效应大气环流地球上的科氏效应地球上的科氏效应太平洋上空热带气旋云图地球上的科氏效应地球上的科氏效应-三角洲发育京广线上的火车自北京向广州急驶时，铁轨哪一侧更易受到磨损？西侧(因为此处黄河自北向南流，所以，西侧陕西被侵蚀成悬崖，东侧山西堆积成阶地）黄河流经晋陕之间，哪边是悬崖？哪边是阶地？地球上的科氏效应4、地球形状的形成与弹性变形产生由于月球和太阳的引力，地球体发生弹性变形，在洋面上则表现为潮汐。惯性离心力晨昏线（晨线）（昏线）5、产生了地方时地方时：经度不同的地方，造成时刻不同，这种各地不同的时刻，称为~。把太阳位于某一经线正上空时，作为12点。区时：每隔15个经度划分一个时区，规定每个时区以本时区中央经线的地方时，作为全区共同使用的时刻。世界时：以零时区的中央经线中天时刻（12点）为标准，又称格林尼治时间。地方时：无限多个区时：24个世界时：1个地方时：因经度而不同的时刻0o180o180o7.5oW7.5oE中时区15oE22.5oE东一区120oE东八区时间东加西减时间东加西减相隔15度，地方时相差几小时？相隔1度，地方时差几分？特别的计时方法：实际上，世界各国根据本国的具体情况，在区时的基础上，采用一些特别的计时方法：（1）东部区时：充分利用太阳光线，采取本国东部时区的中央经线的地方时。如朝鲜位于东8区和东9区之间，但采用东9区的区时。（2）半时区：考虑本国所跨的经度范围，采用半时区，即采用与中央经线相差7.5°的时区的边界经线的地方时。如印度（东5.5区）（东五75+东六90）/2=82.5E。（3）统一时区：有的国家虽然领土跨度很大，但采用一个时区的区时。如中国分属5个时区（东5区到东9区），统一采用北京所在的东8区的区时（东经120º的地方时），称为“北京时间”。（一）基本参数1、轨道：椭圆。太阳位于一个焦点。1月近日点(1.471亿km)，7月远日点(1.521亿km)2、方向：与地球自转方向

相同，自西向东3、周期：1年4、速度：角速度10/天

线速度近日点30.33km/s;远日点29.3km/s二、地球的公转及其地理意义开普勒第二定律（面积定律）：对于任何一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积。开普勒第一定律:所有太阳系中的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。(二)地轴的倾斜与黄赤交角（三）二分点与二至点（四）地球公转的地理意义1、四季更替的主要原因2、昼夜长短变化（直射北半球时，北半球昼长大于夜长）3、正午太阳高度角的变化4、形成五带（热带、南温带、北温带、南寒带、北寒带）北极南极赤道北回归线南回归线太阳光太阳光太阳光0°太阳直射点在南北回归线之间来回移动。在太阳直射点上，单位面积获得的太阳辐射能量最多。春分清明谷雨立夏小满芒种夏至秋分冬至惊蛰雨水立春大寒小寒小暑大暑立秋处暑白露寒露霜降立冬小雪大雪第三节地球表层系统（一）地球表层系统的时空特性1、整体性是指地球表层各组成部分要素以及各组成部分之间内在联系的规律性。（1）地理环境各要素的相互联系、相互制约和相互渗透，构成了地理环境的整体性。如：景观上，它们总是力求保持协调一致，与环境的总体特征相统一。西北干旱（河流不发育；流水作用微弱；植被少）（一）地球表层系统的时空特性1、整体性（2）地理环境的整体性还表现在某一要素的变化会导致其他要素甚至整个环境状态的改变。牵一发而动全身。如：破坏植被-水土流失；温室效应；冷岛效应。按照系统理论，组成系统的各部分（子系统）之间的相互作用是非线性的，即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）的效应，使系统整体大于（或小于）部分之和，这就叫系统的整体效应。第三节地球表层系统2、层次性（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统3、节律性（1）昼夜节律地球表层除极圈之外，具有明显的昼夜节律。如：温度、湿度、压力、潮汐、生理节律。（2）季节节律大气、水体、生物（燕子、树木）。（3）超年节律厄尔尼诺现象3-7年周期，不稳定。长江中下游洪涝5-6年周期。（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统4、开放性

在热力学中，根据系统与环境之间的关系将其分为：

(1)孤立系统-与外界环境没有能量和物质交换；

(2)封闭系统-可与温度不变的外界环境交换能量而不交换物质，系统保持恒定；

(3)开放系统-可与外界环境交换能量和物质。（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统地球在一般情况下都是一个呈现出一种耗散结构（有序结构）的典型的开放系统。（1）地球系统源源不断接收太阳能量（负熵流）。（2）从全球看，到达地球的太阳辐射常数实际上是变化的（椭圆轨道、太阳黑子）。（3）对于冬半年和夏半年来说，能量收支是不平衡的。（4）吸收太阳辐射，部分转为长波辐射至太空。（5）动量输入，引力、引潮力、电磁力，以及与外界的物质交换（陨石、陨铁）。4、开放性（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统5、稳定性（1）从天体演化的尺度上，目前地球正处于太阳系演化和地月系演化的相对稳定、平衡时期，具体如下：①太阳辐射到地球的能量比较稳定，太阳常数8.16J/（cm2·min）②地球在太阳系中的轨道运动比较稳定。（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统（2）在地球运动过程中，由于其内部活动与稳定，两种对立因素在相互作用中，稳定一方占优势时出现在地球表层系统活动中的相互稳定状态。地球表层系统各圈层的空间结构、成分、质量、能量收支、运动方式和规律等，也都处于相对稳定和平衡的状态。

西藏地区空气成分是否发生变化？氧气含量呢?（高原反应）（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统5、稳定性6、均一性地球表层系统在物质组成、结构构造和运动变化等方面表现出均一性与非均一性的统一。均一性即平衡性或守恒性，而非均一性即不平衡性。地球表层系统结构上的均一性主要表现在地球表层系统空间框架的相对定格或固定。如对流层0-16km、平流层16-55km、中间层55-80km、电离层80-800km、散逸层800km以上，其质量和体积是相对固定的。（一）地球表层系统的时空特性第三节地球表层系统一、地球的内部圈层二、地球的外部圈层第四节地球的圈层地球内部结构一、地球的内部圈层1．划分依据（1）概念：当地震发生时，产生弹性震动，并以波的形式向四周传播，这种弹性波就叫做地震波。（2）分类纵波(P波):横波(S波):传播快，可通过三态传播慢，只能通过固态（3）不连续面:1).莫霍界面：地下33km处，P、S波速明显增加2).古登堡界面：地下2900km处，P波速陡降，S波消失。波速发生突然变化的面——地震波

地震波在地球内部传播时，有两个明显的波速突界面，这两个地球内部界面分别称为：莫霍面和古登堡面根据莫霍面和古登堡面，可将地球内部分为三个Ⅰ级圈层：地壳、地幔、地核根据次级界面，还可将进一步分为六个Ⅱ级圈层。大洋地壳大陆地壳2、内部圈层的划分和各层特点地壳地幔地核上地幔下地幔外核内核5~70(莫霍界面)10002900(古登堡界面)50006371各种岩石上部存在一个软流层,铁镁的硅酸盐类以铁、镍为主，并含少量较轻元素呈固态厚度不均呈固态呈固态接近液态温度、压力、密度逐渐增大分层深度(km)组成物质特点一、地球的内部圈层二、地球的外部圈层

在固体地球(岩石圈)之外还存在另外三个圈层，它们是大气圈、水圈和生物圈。它们是地球的重要组成部分，它们与固体地球休戚相关，共同演化，塑造着多姿多彩的地球大气圈：是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。大气圈中的气体主要集中于地表以上18km的范围内（5.5km范围内占55%），往上气体变得极为稀薄。二、地球的外部圈层大气主要成分：氮，78.09％；氧，20.94％；氩，0.93%；其他，0.04％。（按体积计算）由地表往上可分为五个次级圈层：对流层、平流层、中间层、热层(电离层)、扩散层（散逸层）。二、地球的外部圈层

其物态有固、液、气三种状态。水体的形式有河、湖、海、冰川（盖）水蒸气、地下水等，并形成一个包裹着地球的完整圈层。地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的3/4。在太阳能、重力的作用下，使得水圈中的水体周而复始的运动，形成水循环。水循环的方式有：海洋与大陆间的循环；地表与地下间的循环；生物体与周围空间的循环；