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[其他资源] 自然地理过程(许嘉巍)

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发表于 2020-1-2 17:17:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 geonet 于 2020-1-2 20:33 编辑

p28
第一,太阳的周期性活动。太阳活动有11年、22年、80-90年的周期。太阳活动表现为太阳爆发,出现大量黑子和耀斑,辐射增强。
p29
现已发现,天体引潮力的变化不仅引起潮汐的变化,还可以导致洋流运动方向和海水温度的变化。



黄赤交角增大时,高纬地区年辐射量增加,低纬地区年辐射量减少,高低纬之间的温差变小,使气候、生物、土壤地带向高纬一侧推进。

p31
四)局地尺度
空间范围在数10km2以下,包括火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气过程。如龙卷风、山谷风、海陆风、土壤的养分循环、点源和线源污染自然地理过程等。这些自然地理过程发生的时间谱很小,大多局限于几秒到一年之内,其空间特质性非常明显


p36
火常被当作一种灾害,其实天然火(如雷击火)对生物群落演替有十分重要的意义。在北美洲,有大面积正常生长的原始暗针叶林,但近几十年来,由于人类对森林加强了保护,组建了设备先进的空中消防队,人为地杜绝了火灾的发生,已经有几十年未发生大面积的森林火灾,结果研究人员最近发现,森林中老树比例增加,而幼树发育不良,森林更新困难。可见,火是森林中老树死亡,林中空隙斑块增加,光线增强,幼树正常生长的关键因子。消除火干扰后,生物群落难以正常演替。
生物在适应环境以后,虽可生存,但一般不发生进化。例如,深海环境中的生物现在多保持其原始状态而没有进化。只有环境受到干扰发生变化后,生物为适应这种变化,才发生个体的变异与生物竞争,不适应环境的物种被淘汰,新的物种才会应运而生。因此,从一定意义上说,干扰是生物进化的必要条件。
洪水对湿地的形成与保存具有重要作用,作为地球表层之肾的湿地具有重要的功能。

p37
现代地理过程中,人类干扰是主要的干扰因子。人类干扰的对象可能是单一圈层(如釆伐森林),也可能是全方位的(如开垦、种植水稻),既改变了植被、土壤,也改变了水文、地形,对地方气候也产生了影响。但无论是对单一圈层的干扰,还是对地球表层的整体干扰,其干扰因子常常与地球表层其他动力因子共振,导致干扰被相应地放大。
p39
自然干扰引发的自然地理过程具有可循环性,因此可根据干扰发生规律对自然地理过程的方向进行预测。但是,人类干扰引发的自然地理过程部分是不具循环性的,因此也难以预测。例如,在洗衣粉未发明之前,生活污水排放后由于有微生物分解、土壤吸附等机制会将污染物消除。但是工业污染物的消除一般较为困难这就造成环境中污染物的收入大于支出,发生累积,这是污染问题的核心。现在转基因制品进入食物链,转基因累积的后果,同样是难预见的。
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 楼主| 发表于 2020-1-5 20:15:01 | 显示全部楼层
第四节自然地理过程研究的意义
p39
以植被恢复与重建为主要内容的生态工程被称之为生态建设。
最初,人们只注意到由于植被遭受破坏引起了地球表层稳定性的问题。例如,沙化、沙尘暴、水土流失等。为提高系统的稳定性采取了植被修补方式,如人工种树和种草等,由此提高了生态系统的稳定性。随着研究的深入,地球表层其他功能缺失问题也逐渐显露出来,功能修补成了生态建设的主体,开展了包括林相改造(增加生产功能),增设隔离带(增加阻碍功能)及草坪建设(美化功能)等。


人类要生存,要发展,就一定会不间断地对地球表层'施加各种干扰。

p40
人类的生产、生活节奏快、周期短,与自然地理过程不同步,因此,必然引发人与自然环境间的不和谐,且这种不和谐并不会因为人类物质文明与精神文明的提高而消失,因此希望人类与自然完全统一是不现实的,也是不可能的。

对现代地理过程的调控手段主要是改变地球表层的水文过程,如我国的南水北调、东北区的北水南调和吉林省的东水西调等,都是通过地表水文过程的调控,引起连锁反应,最终改变地球表层的整体过程。

p41
所谓全球变化,主要是指人类干扰导致的地球表层的变化,如人工排放的C02导致全球气温升高,氟利昂导致臭氧层破损等。
人类观察到的地球表层变化,既包括自然干扰引发的地球表层的变化,也包括人类干扰导致的地球表层变化。

我们说针叶林分布在寒温带,其原因是气候寒冷。由此产生了两个问题,一是将研究对象属性差异绝对化,割裂了不同类型之间的关系,如认为平原与山地完全不同,而忽视了它们之间的相互转换与差异的相对性;二是过于强调外因作用,忽视机制与过程,寒冷只是形成针叶林的外因,生物种群竞争与适应机制和过程才是针叶林分布在中高纬地区的内因。

第三章自然地理过程的动力因子

第一节基本动力因子
岩石的风化,土壤的形成与发展,生态演替与生物的进化,水分循环,大气的运动与气候的形成等都是太阳能推动的。

p44
太阳总辐射等值线的分布,在大洋上与纬线大致保持平行,但在大陆上受气旋活动、季风环流等因素的影响,太阳总辐射的纬向分布遭受破坏。

p45
)12月份净辐射值为零的等值线,不论大陆还是海洋,都在北纬40°,以北为净辐射负值区,即辐射能的支出大于收入。

在6月份净辐射值为零的等值线在南半球,几乎与南纬40°的纬线重叠,从这条线以南,辐射净值为负值区,表示那里辐射能量的支出大于收入,而在南纬40°以北,直到北回归线附近,辐射净值都是越往北越增加,到北回归线以北,辐射净值又趋减少,但都是正值。

p46
太阳能引起地球表层的物质流、能量流和信息流,如大气循环、水分循环、生物循环,以及由太阳能与地球内能共同作用下形成的地质循环。

在低纬的高辐射带,物理、化学、生物过程速率高,表现为岩石风化与侵蚀的速度,植物生长与微生物分解的速度,水循环的速度,土壤形成的速度都非常高,形成了高温多雨的气候,茂密的雨林,强烈的径流,土壤中矿物分解彻底,富铁铝作用十分强烈,由于分解作用强烈,腐殖质含量较低,盐基淋失严重,养分不高,形成了砖红壤。

在高纬的低辐射带,物理、化学、生物过程速率低,表现为岩石风化与侵蚀的速度,植物生长与微生物分解的速度,水循环的速度,土壤形成的速度都非常缓慢,形成了寒冷的气候,生长缓慢的低矮的苔蘇、地衣及少数耐寒的灌木组成的苔原植被,土壤中矿物难以分解,多为原生矿物,由于分解作用缓慢,生物残体泥炭化,风化出的盐基较少,养分不高,形成了苔原土壤。
自然地理过程速率和类型的差异产生了自然地理地带,自然地理地带可以用两个指标表出,即温度与干燥度。

p51
岩浆在地下冷凝结晶或喷出地表冷凝固结而形成的岩石统称为岩浆岩或火成岩。岩浆岩是地壳岩石的主体,约占地壳岩石体积的64.7%,地壳总重量的95%。

岩石受构造运动影响而被抬升隆起后,经过风化、搬运、堆积、成岩过程,产生了一类新的岩石——沉积岩,它是地球内力和外力相互作用的产物。

导致岩石变质的根本原因是地球内动力的作用引起的温度、压力和化学环境的变化。

p52
板块运动的原动力是地球内能。岩石圈被一些构造活动带如大洋中脊、海沟、地缝合线、大陆裂谷等分割成相互独立的构造单元,这些单元即是“板块”。全世界分为六大板块,即非洲板块、美洲板块、欧亚板块、印度洋板块、太平洋板块和南极板块。岩石圈板块是活动的,以水平运动为主,可以发生几千千米的大规模的水平位移,大陆的漂移就是板块运动的表现。在运动过程中,板块或者拉张裂开,或者积压碰撞,或者平移相错。这些不同的相互运动方式和相应产生的各种活动带,控制着全球岩石圈运动和演化的基本格局。板块构造学说认为,板块运动的驱动力来自于地幔,是由地幔物质的热力对流驱动的

地热流通过岩体的热传导,地球表层各种类型的地面可获得约计125.55-209.25J/cm2.a的地热,由于巨厚的大陆冰川为良好的“绝热体”,在这种没有或极小的温度梯度条件下,地热流一年所释放的热量足以使得冰川底部0.5cm厚的冰层融化,这对于冰川的移动起到了“润滑剂”的作用,从而使得冰川比较容易在冰一岩界面上滑动,因而也就具有更大的能力和速度,进行着冰蚀作用和堆积作用。

p53
潮汐是地球表层物体一种周期性的“弹性"变化现象,它包括地表的固体潮汐、海洋潮汐和大气潮汐,其中以海洋潮汐最为明显。地球表层发生潮汐的直接原因是月球和太阳对地球的引潮力,尤以月球的引潮力作用最为显著,另外还有惯性离心力,这两个力是引起潮汐的原动力。

p55
各地潮汐现象的变化是复杂多样的。除天文因素外,海洋潮汐还受当地的自然地理条件的影响。例如,气象和水文因素,前者指气流情况,后者指水流情况,两者都是非周期性因素。潮汐现象大体上存在于一切海域,但是,特别显著的潮汐只发生在沿海,并且与海盆因素(包括海盆形状与海水深度)密切相关。例如,我国的钱塘潮,就同它所处的河口位置有关。

p56
地球自转变慢,惯性离心力减小,就会使得地球表层的大气浓度和厚度增加。大气的增加对气候有重要影响,一方面使得大气层对太阳辐射的吸收、散射、反射等作用增加,减少到达地球表层的太阳辐射能;另一方面,由于水汽的增加,更利于凝结降水,从而降水量增加。

潮汐和潮流对海岸的沉积过程、地貌过程、生物过程等自然地理过程都起重要作用。以潮汐作用为主形成的典型的海岸是粉沙淤泥质海岸,粉沙淤泥质平原海岸的发育过程是由于波浪及潮流掀动和携带泥沙,特别是涨潮流速大于落潮流速的情况下,由于涨潮流的流速快、水量大,常掀起大量淤泥成为悬浮物质,随涨潮流向岸推进,在此过程中,当流速逐渐减低,泥沙就沿途沉积。而落潮时,由于流速小,挟沙能力低,泥沙不能全部带走,,于是每次潮后都有一部分泥沙沉积在海岸带,逐渐形成粉沙淤泥质海岸。粉沙淤泥质海岸的主要地貌单元是潮滩。受潮汐作用造成水位周期性变化的影响,使潮滩在动力作用、地貌和沉积上具有分带特征。另一方面,在径流强的河口海岸,退潮时由于退潮流与径流叠加在一起,流速增大,使河口发生侵蚀,如南美洲亚马逊河口深槽是在退潮流速很高的情况下形成的。

红树林植物的定居、演替以及红树林生态系统的建立都与潮汐的水位密切相关,它在潮滩上的分布位置(高程)及森林结构(如树种分带)反映了对潮汐浸淹程度以及与浸淹有关的一系列物理和化学环境梯度的适应过程。








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 楼主| 发表于 2020-1-6 21:21:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-6 21:52 编辑

第二节派生的动力因子
p57
到达地表的太阳辐射能,一部分被反射回到宇宙中,留在地球表层的那部分太阳能通过水的蒸发,将水由地面搬运至高空,由此,水汽拥有了势能。随着水汽的凝结、降水,产生了地面的流水作用,势能又转化为水动能。同样,风能、波浪能、冰川动能等动能,也是由太阳能通过水、大气转化而成。由于水能、风能和生物能是由太阳能转化而来的,所以被称为派生的动力因子。它们也是自然地理过程的重要动力。

地球表面的水在太阳辐射的作用下,蒸发成为大气中的水汽,被气流带到其他地区,在一定条件下又发生凝结,以降水形式返回地表,形成径流,最终汇入海洋。水的这种以蒸发、输送、凝结、降水、径流等形式持续的、周而复始的运动过程称水循环。形成水循环的基本动力是太阳辐射能。水能的巨大作用主要表现在水循环的过程中,其对于地球表层结构的演化和人类可持续发展的意义都很大。

地球表层是由大气圈、岩石圈、土壤圈、生物圈以及水圈组合而成的。在这一有序的庞大层次结构中,水圈居于主导地位,正是水圈中的水,通过川流不息的循环运动,积极参与了圈层之间的界面活动,并且深入其他四大圈层内部,将它们耦合在一起。
p58
。河流携带的物质不断沉积,横向环流的作用使河流摆荡,河谷不断展宽,形成在平水期才出露的河漫滩。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,泥沙沉积下来,形成贴近河床并与河岸平行的沙堤一一河岸沙堤。河床的快速侧向移动,形成多条大致平行的河岸沙堤,它们组合成扇形,称为迂回扇。弯曲河流发展到一定程度,裁弯取直形成牛辄湖。
河床的快速侧向移动,形成多条大致平行的河岸沙堤,它们组合成扇形,称为迂回扇。弯曲河流发展到一定程度,裁弯取直形成牛辄湖。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,形成河流阶地。
通过蒸发进入大气的水汽,是产生云、雨和闪电等现象的主要物质基础,空气中的水汽含量直接决定区域气候的湿润状况。水分循环还可以使部分海洋水汽随大气环流深入大陆内部,虽然数量不多,但也能在一定程度上减轻内陆的干燥程度。
水分循环使得不同时段、不同地区内的水热状况得到重新分配,如水通过蒸发形式在某个时间和地区将太阳辐射能转变为潜能,经过水分循环,在另一个时间和地区内又通过降水形式将潜能释放。海洋中的暖流由低纬地区流向高纬地区时所释放的热量提高了周围地区的气温,寒流由高纬地区流向低纬地区时吸收了热量,降低了周围地区的气温。
海洋的蒸发在为大气供应水汽的同时(86%的水汽来源于海洋),还输送了超过感热7倍多的潜热。源源不断的热量输送不仅影响着大气温度,还成为大气运动的驱动力。
p59
厄尔尼诺现象就是水循环对气候变化产生影响的绝佳例子。沿南美秘鲁和厄瓜多尔附近太平洋海岸,每隔数年,东向信风发生张驰(即减弱),冷水上翻现象消失,并使西太平洋原先积累的位能释放,表层暖水向东回流,导致赤道东太平洋海平面升高,海面水温增暖,秘鲁、厄瓜多尔沿岸由冷洋流转变为暖洋流,海水温度出现正距平,原来的干旱气候突然转变为多雨气候,甚至造成洪水泛滥,这就称为厄尔尼诺事件。在厄尔尼诺年,印度尼西亚、澳大利亚、印度次大陆和巴西东北部均出现干旱,而从赤道中太平洋到南美西岸则多雨。许多观测事实还证明,厄尔尼诺事件通过海气作用的遥相关,近对相当远的地区,甚至对北半球中高纬度的环流变化亦有一定的影响。据研究当厄尔尼诺出现时,将促使日本列岛及我国东北地区夏季发生持续低温,并在有的年份使我国大部分地区的降水有偏少的趋势。
另外,水循环过程还影响着土壤的形成与植被演替等自然地理过程。总之,水循环是地球上最重要的物质循环之一,它实现了地球系统物质和能量的迁移与转换,构成了全球性的连续有序的动态大系统。水循环联系着海陆两大系统,塑造着地表形态,制约着地球生态环境的平衡和协调。

(阅读者注:不能用中学课本的观点去看待自然原理,但这个真的权威吗?)

p60
干旱区形成的风积地貌主要是沙丘,按沙丘走向与风向的关系,可将沙丘分为三大类:横向沙丘、纵向沙丘和多风向沙丘。
风是荒漠化的积极动力,塑造着干旱地区的荒漠景观。风能不仅改变着地貌形态,它同时影响着这些地区的土壤形成、植被状况等。在基质流动性很大的沙地上,温度变化剧烈、干燥少雨,由于风的不断吹蚀,地表土壤发育较差,养分不足,土体厚度很薄,植被十分稀疏,只有沙生植物才能够生存,生物累积过程较弱。
风会对陆生生物产生多方面的影响,它可直接或间接地影响生物的形态、生活方式、迁移和地理分布。风可促使植物蒸腾加剧,在风向较稳定而风力强劲的地方,乔木迎风面的树叶和枝条逐渐萎薦死亡,可形成旗形树冠。不大的风力可以补充co2,降低植物叶温,传播花粉。此外一些植物的果实、种子以及小型不善于活动的动物和微生物也常借风力传播。在热带和亚热带为抵抗台风的侵袭,高大的乔木多形成板状根和支柱根。在海洋沿岸和岛屿,在草原、荒漠和苔原地带及高山高原等风力很强的地区,无翅的昆虫较多,而有翅的昆虫很少。风在动物的主动迁移上也有作用,如鸟类可借助风来定向,许多昆虫的飞行有赖于风的性质和天气的一般情况,许多哺乳动物是利用风带来的气味鉴别方位,如驯鹿是迎风觅食,鸟类一般将巢建在背风处。
风作为物质和能量的载体,通过大气环流把高纬与低纬、大陆与海洋在水平方向上联结起来,对物质和能量的重新分配起重要作用。它一方面将低纬度的热量传输到高纬度,调节了赤道与两极间的温度差异;另一方面,由于同纬度海陆之间温度存在差异,大气环流不仅直接把热量从海洋输送到陆地(或从陆地输送到海洋),它还能通过携带含有汽化潜热的水汽推动热量的交换。另外,大气环流在推动热量交换的同时,还起着输送水分的作用,它推动着水循环过程的进行
p61
如果没有生物,地表物质循环就不能进行,或者进行的不彻底。这些物质循环所经过的路径是从岩石圈、水圈和大气圈的无机界通过生物有机界又回到无机界
生物对于气候过程、土壤过程等具有调节作用。植物群落对降水的截留作用,使得水分不会很快流失,而是慢慢地渗透到土壤中去,提高土壤的含水量。通过植物的蒸腾和枝叶截留降水的蒸发,向大气输送大量水汽,提高了局部地区的相对湿度,从而有利于降水的形成。生物把大量太阳能引进成土过程,使分散在岩石圈、水圈和大气圈的营养元素向土壤聚积产生腐殖质,形成良好的土壤结构,改造土壤的理化性质。
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 楼主| 发表于 2020-1-7 09:26:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-7 09:33 编辑

第三节人工动力因子
P62
能量是自然地理系统存在和发展的动力。从长时间、大尺度看,自然地理过程主要受太阳能的影响,
自然保护区一般由三个功能区域组成:核心区、缓冲区和实验区。不同的区域,人工动力对景观过程所产生的作用亦不同。

从全新世初期起,植物和动物的驯化使农业的出现成为可能,农耕作为一种生产方式,使地球表面出现了刀耕火种易地轮荒的农业景观,人类对自然界已产生了显著影响。随着铁器和畜力的使用,土地的固定耕垦以及有机肥的施用,农作物产量得到明显提高,进入到自给自足的传统农业阶段。从上个世纪开始,西方发达国家开始使用拖拉机等农业机械代替畜力进行农业生产,化肥代替了自然有机肥广泛施于农田,其他一些辅助能(电力、化石能源、农药等)也被投入到农田生态系统中,农业进入到现代农业阶段即集约化生产的石油农业。
p64
农业区的景观变化过程主要受太阳能和人工动力的双重影响。

农业是对自然景观影响重大的一种人为活动,火和工具的使用使人类改变自然的能力大大加强。
种植斑块最明显的特征是其几何形状,即线性和多边形特征。
种植斑块是由人引进植物的斑块,如小麦田、水稻田和人工林等,其内部物种动态主要取决于人类的维护管理。

农业景观发展的另一个重要特点是居住斑块的出现。农区村庄一般位于水源附近,如河流、湖泊和水塘等。河边的居住斑块多呈条状或带状分布,如果周围没有地面水体,取用地下水,则居住区往往成为点状或团状。

为了提高粮食产量,农业走上了集约化、机械化和专业化的道路,现代农业是以能量的高投入来换取高产量。现代农业发展出现大面积的集约化农田,景观变的单调,生产量上升的代价是景观多样性的下降,当地生物物种的减少和土壤侵蚀的增加。机械化程度的提高使农药化肥的使用大大增加,造成土壤板结、水土流失、地表和地下水受到污染,并对一些生物物种的生存产生威胁,特别是那些对人类有益的天敌昆虫和动物。农业专业化的发展使景观变得格外单调。
三、人类活动对城市景观过程的控制




p65
城市作为人类聚居地的一种形式是在人类社会第二次大分工的过程中形成的,这一时期大致开始于五千年前的美索不达米亚、中国以及印度。1784年蒸汽机的发明,为城市工业提供了集中动力,为人口向城市集中、城市扩大创造了条件。煤、天然气和石油等燃料的利用,减少了城市对绿色植物产生的生物能源的直接依赖。19世纪初,交通还比较落后,因而城市人口大多集中在工厂附近,居住密度很高。马拉车、火车、电车使用之后,人口开始疏散,城市逐步扩展。汽车时代的到来,公路系统的快速发展,人口疏散的范围就更大了,城市也达到了前所未有的规模。

城市景观是指城市地域内的景物或景象。城市景观与自然景观、农业景观不同的是,它是在一定区域内以从事第二产业和第三产业为主的高密度人群、人工建筑体的集合,是由人类凭借其强大的经济与技术能力而建设起来的人文景观。城市景观是随着人类的社会经济不断发展而发展的,人口不断向城市迁移和集中,使城市化的速度越来越快。
p66
城市景观过程主要受人工动力的控制。城市是在人为活动下建造起来的,城市中的自然条件,从下垫面性质到区域小气候,从动植物区系到景观外貌都受到人为活动的影响和干扰。城市内部与外部系统之间物质、能量、信息的交换,主要靠人为活动来协调和维持。在城市中,人是核心,它不但数量巨大,密集度高,而且对城市的发展起着极为重要的支配作用。

城市具有较低的景观多样性,稳定性差。城市在建设过程中,特别是在人口数量较多的国家和地区,受经济利益的驱动,城市中的地块大多被钢筋混凝土的建筑物所填充,而对绿地、河流等自然、半自然景观往往很不重视,因此城市中往往成为人工水泥“森林”的聚集之地,景观多样性很低。城市内四通八达的交通网络,贯穿整个城市景观,将其切割成许多大小不等的斑块,造成了景观破碎,这与大面积连续分布的农田和自然景观形成鲜明的对比。景观多样性低、景观破碎化直接导致城市景观不稳定,政治文化因素也会对城市景观变化产生重要影响。

随着人工动力的增强,从自然保护区景观、农业景观到城市景观,斑块的密度增大,形状渐趋规则,面积变小;人工线状廊道和网络增加,自然廊道减少,生物多样性降低;景观破碎度提高,景观异质性降低,人工景观逐渐占优势,景观向不稳定的方向发展。
星韵地理百科,一部由全国地理教育工作者协作共创的地理百科全书!
 楼主| 发表于 2020-1-7 10:36:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-7 11:32 编辑

第四章物质迁移过程
第一节圈层间的物质迁移
p67
地球表层是由岩石、大气、水、生物、土壤组成的多圈层复合体。
地球表层圈层间的物质循环方式可归纳为三种类型,即水分循环、地质循环和生物循环。
水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈参与水气的蒸发,水汽的运移是由大气运动完成的,凝结与降水也发生在大气圈中;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;植被和土壤对降水的滞留和保存,改变了水循环的过程与速度。
二、圈层间物质迁移的影响因素p69
在不同区域,圈层间物质迁移的形式与速率是不同的,这是由于圈层间物质迁移受到了环境因素的影响。其中,气候因素、生物因素、地质地貌因素的作用尤为突出
影响圈层间物质迁移的气候因素主要包括温度、水分、光照、气压等
温度对蒸发、溶解、沉淀等作用都有重要影响,进而制约物质迁移的方向和强度。
p70
在圈层间物质的交换过程中,大气降水对元素物质迁移也起相当大的作用。圈层间元素的化学迁移只在有水分充足的情况下才能实现,多种过程都是在水介质或在水的直接参与下进行的。例如,地表发生的风化过程和沉积过程,都与水有密切的关系。
在地球表面,年降水量及其季节分配受到纬度位置、海陆分布和地貌格局等因素的影响而呈现区域分布的不均匀性,从而影响化学元素的淋溶,沉积过程的方向和强度。在降水量大于蒸发量的湿润地区,疏松的风化层与土壤层中的大量元素受到强烈淋溶,只有不易迁移的元素在地表相对富集,使环境呈酸性。在蒸发量大于降水量的干旱地区,由于强烈的蒸发而使毛管水上升至地表形成易溶盐类的聚集,使土壤、风化壳、天然水等要素及地理环境整体呈碱性。
p71
地理环境中的物质在光的作用下,普遍进行光化学反应,特别是光合作用。通过植物的光合作用,不仅把太阳辐射能转化为有机物质中的化学潜能,而且以此为源引发某些元素在各圈层间的迁移、淀积和循环。
p72
生物对化学元素的迁移影响集中反映在生物的合成与分解这两个过程中。
色植物的光合作用,不仅形成了碳水化合物,蛋白质等复杂的有机化合物,还使陆地表面和海洋表面积聚了大量的能量和生命元素。这些生命元素迁移的同时,也携带着化学元素迁移。
地球表层的生物种群是千差万别的,但其共性是生长不息,每一个体都有完整的生命过程,在周而复始的生命过程中,生物不仅实现了其与各圈层间的物质交换,亦影响地表各个圈层间的化学组成和元素迁移,同时,对地表不同地域单元间的元素迁移也产生影响,即生物对圈层之间和地域单元之间的物质迁移均有深刻的影响。
p73
全球尺度的地貌单元对元素迁移的方向和强度有一定的约束作用,如海与陆这是最高等级的地貌差异,决定了海洋是物质的汇,而大陆是物质的,即大的地貌格局决定了物质迁移的方向和强度。
我国西高东低呈三级阶梯式的地貌格局与巨型的纬向构造带和新华夏向构造带,基本上决定了我国山脉、河系的主要走向,从而也就决定了我国不同地区元素水迁移的方向与大气迁移的格局。
化学元素的迁移一是要有动力,二是要有物质源。地表化学元素的主要来源是岩石。岩石的类型不同即使在同一气候条件下,其形成的风化壳也是不同的。
三、圈层间重要的物质迁移过程
地表岩石的地质循环过程主要表现在海底扩张、造山运动、大陆漂移、板块运动、三大类岩石的转化。
p75
通常沉积物堆积的最佳地点是大陆边缘的浅海,但也可以是内陆海或大湖泊。堆积巨厚的沉积物可能被深深地埋藏在比较新的沉积物下面,随着压力的增大,沉积物发生物理和化学变化,变得紧实、坚硬,形成沉积岩。沉积岩有三大类:碎屑沉积岩、化学沉积岩和有机沉积岩。碎屑沉积岩主要有砾岩(砾岩代表岩化的海滩或河床沉积物)、砂岩(砂粒一般是石英)、粉砂岩和页岩(页岩是沉积岩中最多的一种,大部分由黏土矿物高岭石、伊利石和蒙脱石组成);化学沉积岩是矿质化合物从海洋和荒漠气候区的内陆咸水湖里的盐溶液中沉淀出来的,最常见的岩类是石灰岩(其主要组成矿物为方解石CaCO3,与石灰岩密切相关的是白云岩,它是由钙、镁碳酸盐矿物所组成,两者统称为碳酸盐岩;有机沉积岩中最重要的是碳氢化合物,如煤、泥炭、呈液态的石油和天然气等。
p76
地球表面的水在太阳能和重力能的作用下,不断地从一种聚积状态(汽态、液体、固体)转变为另一种状态,从一种赋存形式(自由水、结晶水、薄膜水和吸着水)转变为另外一种形式,从一个圈层(水圈、气圈、岩石圈和生物圈)转移到另一个圈层,形成复杂的迁移过程,这一过程是由相互具有内在联系的相当复杂的路径组成的(图4-2)。
自然界的水分受到太阳热力的作用发生形态变化,蒸发作用使水分变为水蒸气,从水圈、岩石圈、生物圈进入大气圈,水蒸气在大气圈中随大气环流而运动,赋于每一单位体积的水分和它上升高度相应的势能,太阳辐射能把水抬升到一定高度而做功,表现在能量的转化上,首先要供给水分蒸发时的潜能,然后产生大气的运动,当冷凝时潜热归还给大气,与用于蒸发时的能量相互抵消,再以降水、雾淞和雪、冰雹的形式从高空中重返水圈、岩石圈、生物圈。例如,降水被生物截留和利用,岩石圈水分的渗透,生物圈中生物的生命过程所需要的水分等。从能量的角度就是把势能转化成动能,同时大部分消耗于克服大气摩擦阻力,并且以长波辐射的形式离开这一系统。到达地表的降水把势能转变成以地表水、地下水和冰川形式而流动的动能,加之重力作用产生的径流,参与岩石圈的侵蚀、改造,最后流入海洋;落于高纬地区或高山、高原地区的降雪,形成冰川或冰盖,成为水圈的组成部分,当冰川融化,水又参与生物的生长、岩石的风化,或者再次被蒸发、蒸腾进入大气圈,参与到天气过程中,形成雨、雪、霜、露、雹、雾等各种各样的天气现象,进入下一轮圈层间水的循环
p77
土壤中的无机元素或有机化合物经植物、草食动物、肉食动物或人以及微生物的吸收、摄食、分解,从一地转移到另一地去,这是一种生物(食物)链的迁移过程
四、圈层间物质迁移的地理意义

(一)形成自然地帯
(二)改变圈层成分
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第二节区域间的物质迁移
P79
一、区域间物质迁移的影响因素
(一)区域地貌条件对元素迁移的影响
地貌不提供物质和能量,但它却可以重新分配物质和能量,由此影响元素的迁移和积累。区域地貌对元素迁移的影响主要表现在以下几个方面:
1,在同一自然地带内存在不同的地貌区2,在同一自然带内存在不同的大地构造单元3,地貌不同,机械侵蚀和化学侵蚀的强度不同4,不同的地形部位,地表的物质流及能量流有不同的特征5,不同的地貌类型,物质流动与积聚特征不同,其地球化学特征就不同
变化,往往发育为草甸土。
(二)区域水文条件对元素迁移的影响
区域的水文条件对元素迁移的影响主要表现在三个方面:
1,水文特征对元素迁移的影响
二、区域间物质迁移过程
(一)区域间的水迁移过程(二)区域间的生物迁移过程(三)区域间的大气迁移过程
三、区域间物质迁移的地域分异 \
p90
自然界中化学元素的区域分布是在一定地理条件下元素迁移的结果。从地表元素的静态分布(这一典型镜头图景)可以窥探其动态变化过程(整部电影)。地球表面接受的太阳能量在水平方向上是不均衡的,忽略自然地理结构的差异性,可将其表述为典型的地带性分布规律,正是能量的地带性分布规律决定了地表化学元素迁移的区域性特征。例如,土壤作为现代自然景观演化过程的一面镜子,是成土母质、水热条件、生物作用与人类开发过程的综合反映。
p91
我国地表元素迁移的地域分异规律与我国南热北寒、东湿西干的地理特征是一致的,与控制元素迁移的生物、气候特征的变化也是基本吻合的。
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 楼主| 发表于 2020-1-7 19:09:37 | 显示全部楼层
第三节景观内物质迁移过程
景观是由斑块、廊道和基质组成的异质的区域,斑块、廊道和基质是不同的生态系统。
一、斑块性质对物质迁移过程的影响
p92
斑块是构成景观结构的重要组成要素。景观内的斑块密度、聚积度、大小、形状不同,其间的联系强度就不一样,由此构成不同的景观结构,景观结构决定景观内物质迁移的方向和强度。
二、廊道、连接度和环通量对物质迁移的影响
p94
景观结构中廊道的连通程度影响物质的迁移。连通度高的廊道有利于物质沿廊道长轴方向的的迁移,但不利于物质沿横轴方向的迁移,甚至起阻碍作用。例如,景观中流动的河流将河流两岸隔离开来,河流对于两岸的动植物和化学元素而言,就是一道天然屏障,阻断了两岸间的联系。
景观中物质、能量和物种的传播或者迁移主要取决于五种介质:风、水、飞行物、地面动物和人。
p94
动植物在运动过程中通常会绕过不适宜的斑块,如城镇、湖泊、沼泽地等。宽阔的廊道,如大河和高速公路,常常成为动物通行的屏障,或者成为“过滤器”;而狭窄的廊道,如小溪和低等级公路、小路、则不构成障碍,甚至成为某些动物活动的通道。显然,景观结构对动物的习性和运动具有巨大的影响。
在辽河三角洲地区,由于每年冬季收割芦苇,将大量的矿质元素移出,所以该地区的芦苇田实行污染水灌溉30年基本上没有出现过累积退化现象。芦苇产量连年提高,实现了生态效益和经济效益的“双赢”。
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 楼主| 发表于 2020-1-7 20:00:46 | 显示全部楼层
第五章地理要素的变化过程
大气、岩石、水、土壤、生物既是地球表层的组成要素,又是由各自的子系统组成的相对独立的系统。每个要素拥有独特的变化过程,自然地理过程是要素变化过程的耦合,要素变化过程是自然地理过程的基础。
第一节大气过程
一、大气的热力过程
p96
太阳以电磁波的方式向外传递的能量称太阳辐射,
p97
通过太阳总辐射、地面辐射、大气逆辐射之间的能量转换形成整个地一气系统与宇宙空间的热量交换,从而实现全球的热量平衡。
(二)潜热输送过程
地面水分蒸发或升华时,要吸收地面的一部分热量,当这部分水汽在空气中凝结或凝华时,又把潜热释放出来给大气,大气便间接地从地面获得了热量。实际上从地面蒸发岀去的水分远多于在地面凝结的水分,通过水相变化使潜热转移。这种潜热交换方式通过水平平流输送、水平涡漩输送以及垂直湍流输送过程来完成。
1,水平平流输送和水平涡漩输送
大规模空气的水平运动称平流,它分为冷平流和暖平流。当暖空气流经冷的区域时,空气凝结释放出潜热,使该地增温,称之为暖平流。反之冷空气流经暖的区域时,在该区域蒸发吸热可使该区域的温度降低,称之为冷平流。另外水平方向的涡漩运动即不规则的水平运动,是在水平气压剃度力、地转偏向力和惯性离心力等作用下形成的,这种运动方式也可把潜热转移。
2,垂直湍流输送
当地面受热不'均,或空气沿粗糙不平的下垫面移动时,常出现一种小规模的、无规则的升降气流或空气的涡漩运动,这种空气的不规则运动称为湍流。使空气在各个方向得到充分的混合,并伴随着热量的交换是地面与空气间热量交换的重要方式之一。湍流输送主要发生在摩擦层,摩擦层是紧邻地表的大气最下部,在地表面风速显然为零,从不被地面影响的自由大气到地球表面,风速有巨大的铅直切变,其中沿近地面气层风速切变最强,这成了该层大气中湍流运动的能源。另一方面,地表温度的巨大变化使近地面气层温度的垂直剃度要比自由大气大得多,层节的稳定程度对湍流运动产生了巨大的影响。再加上地表的不同性质所产生的热力状况的差异导致产生热力湍流,实际上也存在动力作用。在大气中湍流的混合作用也导致潜热的输送,称为湍流扩散。虽然空气的湍流运动在水平方向和垂直方向都可造成潜热的交换和输送,但在实际大气中温度、湿度等气象要素水平剃度很小,垂直剃度却很大,加之湍流运动的尺度很小,水平方向上的湍流输送和平流输送相比是微弱的,所以主要讨论垂直方向上的湍流输送作用。
由此可见,下垫面与空气间的潜热输送既能使下垫面增热程度减小,也能减弱下垫面的降温现象,这对于下垫面温度和对流层温度的变化都有直接影响。
(三)显热输送过程

二、大气的动力过程
(一)物质传输过程
p99
水汽经向输送量的大小直接与大气环流有关,并从全球降水量的分布上表现出来:世界年平均蒸发量最大值出现在风向稳定、风速强劲的信风带,大气中大量的盈余水汽随着稳定的定向风分别向低纬和中高纬输送,使降水的纬度分布出现了两个高峰:一个在赤道低压带,再加上这里强烈的复合上升气流,产生大量的对流雨;一个在中纬度西风带,这里冷暖气团交汇,封面和气旋活动频繁,产生大量的封面雨和气旋雨。在这两个高峰之间,是副热带高气压带,盛行下沉气流降水稀少。
(二)能量传输过程
p100
1,高低纬间的传输
由赤道向极地的高低纬间的热量传输,主要依靠全球性的大气环流来实现,并随纬度和季节而异。
2,海陆间输送
海陆间能量输送主要通过大气环流中的季风环流来表现。
季风环流:地球表面是一个不均匀的下垫面,其中最明显的差异是陆地和海洋。海洋同陆地热力性质不同,夏季海洋温度低于陆地,是相对的冷源,陆地是相对热源。冬季海洋温度高于陆地,海洋是相对热源,陆地是相对冷源。冷热源的形成和维持,引发海陆间的气压梯度差,驱动海陆间的大气流动。这种随季节转换的海陆间的环流称季风环流,仅发生在海陆气流互换的过渡带,属区域环流。如东亚季风:夏季亚洲大陆增温比周围海洋快,在亚洲大陆上空产生空气上升运动和大尺度的低压系统。夏季赤道复合带的北移又使这一系统增强,这样在印度洋或太平洋上空的暖湿空气向南亚上空辐合,形成季风环流。亚洲大陆冬季为强大的高压控制,东亚和南亚的气流为从内陆向海洋的偏北气流,空气干燥寒冷,此为冬季风。亚洲大陆夏季为热低压控制,东亚和南亚的气流为由海入陆的偏南气流,空气湿润多降雨,此为夏季风。
3,高低空间的传输
在对流层中,由于空气的对流高低空之间也进行着能量的传输。
三、大气过程与气候形成
一地气候形成和变化的基本因素,一般认为是太阳辐射、大气环流和下垫面。
p102
大气环流是影响气候形成和变化的基本因素。高低纬之间和海陆之间的热量交换和水分交换,是由大气环流过程来完成的。

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 楼主| 发表于 2020-1-10 17:22:56 | 显示全部楼层
第二节水文过程
一、陆地表面的水文过程
p103
河水在重力作用下沿河槽不断向下游流动,重力是决定河水纵向运动的基本动力。河水在运动过程中,还受地转偏向力、惯性离心力和机械摩擦力的作用,在这些力的影响下,河水除了沿河槽做纵向运动外,还会产生各种形式的环流运动,包括螺旋流、游涡流。
环流对泥沙运动和河床演变有重要的影响,它是引起泥沙横向输移的主要动力,是形成河槽形状多样化的主要原因。
由于降水的空间分布不均,河网水系密度与分布形状的差异以及水流汇集时间的快慢,使河道接纳的水量与持续时间不同。水量多的地方较水量少的地方流量大,与河流相关的地貌过程与水文过程也相对活跃。
河流水系经历了如下发育过程:无流——独流一一流域扩张——支流发育——层流——无流。
(二)冰川的水文过程
P104冰川是一种浅蓝而透明的具有可塑性的多晶冰体。冰川形成经过雪的堆积、粒雪化和成冰作用三个阶段。
粒雪进一步发展成冰川冰的过程叫成冰作用,它既有在低温干燥条件下巨厚的上覆粒雪对下部粒雪施加的巨大静压力下的粒雪重结晶形成的冷成型冰川,也有在气温相对高的条件下,冰雪融水下渗,降温时下渗水以粒雪为核心重新结晶或冻结成冰的暖成型冰川。
粒雪进一步发展成冰川冰的过程叫成冰作用,它既有在低温干燥条件下巨厚的上覆粒雪对下部粒雪施加的巨大静压力下的粒雪重结晶形成的冷成型冰川,也有在气温相对高的条件下,冰雪融水下渗,降温时下渗水以粒雪为核心重新结晶或冻结成冰的暖成型冰川。
二、海洋的水文过程
(一)海水运动过程
海水的运动状态的改变是在力的作用下发生的,作用在海水上的力可分为两大类:一类是引起海水运动的力,有重力、压强梯度力、风应力和引潮力等;另一类是由海水运动所派生的力,有地转偏向力和摩擦力。
1,波浪运动
当海水受到外力作用时,就会离开它的平衡位置,由于有重力或表面张力存在,又会使它回到平衡位置,因惯性作用,振动就会持续下去,从而形成周期性运动。由于水质点的振动,使能量借毗邻质点向四周或某一方向传播,振动在介质中的传播就形成波浪。
在大洋中,波浪的振幅和速度与风速、风向和风的阵发性等因素有关。
海面的能量是靠波浪来传递的。波浪前进时,水面上每个水分子都沿着直径与波高相等的圆形轨迹运动。波峰上的水分子运动方向与波浪前进方向一致。而在波谷中,水分子运动方向却与波浪前进方向相反。这样波浪将能量依次向前传播,而水分子本身并不随波浪前进。根据波浪余摆理论,水面以下任何水层上,水分子圆形轨迹的直径随深度的增加而变小。水分子的圆形轨迹达到与波长相等的深度就是波浪底部。
2,洋流运动
洋流是大洋内行星尺度的海水的确定性方向的流动,它是由海气系统的交互作用引起的。行星风带的风从洋面吹过的时候,水面受到风摩擦力作用,就产生了洋流。
洋流的基本形式如下:由东北信风和东南信风引起强大的赤道暖流,在地转偏向力的作用下自东向西流动,横贯大洋。到达大陆东岸后,大部分因受海底地形的作用,流向高纬。这种来自低纬的洋流较高纬的温度高,称之为暖流,其中最主要的是大西洋的墨西哥湾暖流和太平洋的黑潮。暖流所经海区,海水温度增高,空气对流强烈,蒸发大,水气充沛,故低纬大洋西部比中部降水多。当湾流和黑潮到达中纬后,在强劲的西风作用下,沿纬线自西向东流,到达大陆西岸,在北半球分别形成北大西洋洋流和北太平洋洋流,在南半球则形成连续的西风漂流。北半球的大西洋洋流和北太平洋洋流到达大陆西岸后,受地形阻隔,一支向南形成寒流,一支向北形成暖流。向南的寒流由于受大陆离岸风的影响,下层海水上翻,使近岸海水温度更低,形成了大洋东部的低温区,相应的大陆西岸降水极少,易形成干旱气候和沙漠景观。
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 楼主| 发表于 2020-1-10 20:30:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-12 21:29 编辑

第三节土壤过程
一、土壤形成过程
(一)土壤形成的物质基础
自然土壤是在母质、气候、生物、地形、时间及人为因素的综合作用下逐渐发育形成的。岩石的风化物为土壤的发育提供了母质--土壤形成的最基本的原料,气候为土壤的生成提供了热量和水分,生物为土壤的生成提供了有机成分,地形虽不为土壤的形成提供物质和能量,但它对地表的物质和能量重新分配,制约着土壤的形成过程,而时间则制约着土壤的形成过程和形成阶段。
若没有地质大循环,岩石中的营养元素不能释放,生物缺乏养分,难以生存。没有生物小循环,大循环虽可照样进行,但风化过程不能累积营养元素,风化壳(母质)肥力不能发展。母质也不可能转变成土壤。所以土壤的形成是大、小循环同时同地进行的结果。
(二)土壤形成的能量基础
从热力学观点分析,土壤是一个开放的、多相的、非均质的、以不可逆过程为特征的热力学系统,该系统的形成发育伴随着能量的改变。
1土壤形成过程中的能量输入
输入土壤系统的能量分两部分:一是太阳辐射能,二是环境向土壤系统输入物质本身携带的能量。进入土壤的物质有水分、有机物质和矿物质三类,它们本身所含的能量随着物质的输入一起进入土壤。以热能形式进入土壤的太阳能,主要消耗于土壤与大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的水分循环和热量交换,至少有99.9%的太阳能以热量形式从土壤中损失掉,只有不到0.1%的太阳能转化为有机质和矿物质的化学键能保存在土壤中。因此,输入土壤的太阳辐射能实际上几乎全部消耗于土壤系统克服外力而做功,而输入土壤中的物质携带的能量几乎全部转化为系统的内能。

二、土壤演化过程
自然地理系统中的自然地理过程不是单一地理要素的发生、发展过程,而是要素和整体结构、功能彼此相互制约、共同变化的表现。伴随着一种地貌过程的发生,必然有相应的土壤演化过程。

三、土壤侵蚀退化过程
土壤侵蚀一般是指在风和水的作用下,土壤被剥蚀、迁移或沉积的过程。

土壤侵蚀过程实际是一个具有整体性和综合性作用的系统过程。
第四节地貌过程
P115地貌过程主要指在内外营力作用下,地表形态发展变化的过程。地貌过程有些是突发性的,更多是缓慢的,甚至是难以觉察的。地貌的发育过程是极其复杂的,它受到内外营力及其他多种因素的控制。
一、重力作用与重力地貌
二、岩溶作用与岩溶地貌
在岩溶作用下,可溶性岩石的地表形态变化过程,称为岩溶地貌过程,所谓岩溶作用是水对可溶性岩石以化学溶蚀作用为主,以流水冲蚀、潜蚀和机械崩塌作用为辅的破坏和改造作用。
三、流水作用与流水地貌

凡由流水作用形成的地貌,称流水地貌。
(一)流水作用
1流水的侵蚀作用
流水有破坏地表并掀起地表物质的作用。
流水破坏地表有三种方式,即冲蚀作用、磨蚀作用和溶蚀作用,总称为流水的侵蚀作用。
流水侵蚀按作用方向可分为下切侵蚀和侧方侵蚀两种。

2流水的搬运作用
流水在流动过程中携带大量泥沙和推动河底砾石移动的作用,叫流水的搬运作用。

3流水的堆积作用
流水挟带的泥沙,由于条件改变,如河床坡度减小,水流流速变慢,水量减少和泥沙增多等都可引起搬运能力减弱而发生堆积。由流水堆积作用在沟谷中留下的沉积物称为冲积物
流水的侵蚀、搬运和堆积三种作用是经常发生变化和更替的。对一条河流来说,在正常情况下,上游多以侵蚀作用为主,下游以堆积作用为主;如果海面下降,下游地段亦可转化为侵蚀作用为主;当河流水量减少,泥沙增多,在河流上游的某一地段也可能岀现堆积作用为主。另外,在同一河段,侵蚀、搬运和堆积是同时进行的,只有作用强度和方式的差别。例如,弯曲河段在凹岸侵蚀,同时在凸岸就发生堆积
(二)流水地貌过程
受流水的长期侵蚀,地貌发育经历幼年期、壮年期和老年期三个阶段,构成一个侵蚀循环
四、海岸带动力作用和海岸地貌
海岸的发育,其实质是海岸侵蚀与堆积作用过程。它们是海岸动力因素与沿岸陆地相互作用结果的不同形式,在海蚀与海积作用下,海岸发育的总趋势是达到动态平衡,形成各处能量消耗趋近一致的夷平海岸。
第五节植被过程一、植物群落中的能量流动和物质循环
P125能量流动和物质循环是生态系统的功能或基本属性,而植被则是驱动能量流动和物质循环的主要实体。
二、影响植物群落的自然因素
自然因素对于植被群落的形成及其分布和特征发生着深刻的影响,决定了植被的基本特点。

(一)光
光在绿色植物的生活中起着重要的作用,因为光合作用过程需要在光的作用下进行,没有光,植物生活就成为不可能。光合作用的结果,植物制造有机质,增加自然界中的潜能的贮藏量,在一个植物群落中的物质和能量的积累和转化才成为实现的可能。

(二)温度
温度是植被生长最基本的条件。由于地球表面不同地点的热量不同,因此形成了有物在地球表面的分布条件。温度从赤道向南北极的变化,引起了植物群落的变化以及它们在各气候带的分布。同样在高山上,由于海拔高度不同形成了不同的气候条件,因此植被也呈现垂直带状的分布现象。

(三)水
植物的需水量是相当大的,大多消耗于蒸腾,植物每吸收lkg水,大约有099kg用于蒸腾作用,只有001kg保存在体内。植物需水量这样大,因此必须有足够的水分供应,才能保证植物能够正常生活和确保植物体内水分平衡。
(四)土壤
除了少数寄生植物和浮游的水生植物外,绝大部分的植物生活都是离不开土壤的。土壤不仅是固定植物的场所,而且是植物生活所必需的矿物盐类和水分的供应者。
三、植被的动态变化
(一)植被群落形成的过程
群落的形成过程,可简单地分为三个阶段:

1开敞或先锋群落阶段2郁闭未稳定的阶段3郁闭稳定的阶段



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 楼主| 发表于 2020-1-12 22:12:12 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-14 10:26 编辑

第六章要素间相互作用的演化过程
P134随着地球表层的进化,要素间的相互作用在经历了双圈层相互作用阶段、三圈层相互作用阶段和四圈层相互作用阶段之后,实现了目前的整体作用。整体作用是对双圈层相互作用、三圈层相互作用和四圈层相互作用的继承,同时,新的圈层的不断加入,也改造着原有圈层间的相互作用关系。
第一节双圈层相互作用阶段
大气圈与岩石圈是地球表层最初的组成成分。目前,两者的质量和体积仍占地球表层的绝大部分。大气与岩石性质迥异,相互作用十分强烈。
一、岩石风化过程与气候
(一)气候对岩石风化的影响(二)岩石风化对气候的反作用



二、岩石圈变动与气候

P135岩石圈在不停地运动中。海底在扩张,大陆在漂移,山地在隆起,海沟在加深。这些变化,在很大程度上影响和改变了世界或区域的气候。

(一)海陆分布变化对气候的影响

在3亿年前的古生代后期,地球上所有的大陆和岛屿都是连在一起的,构成一个庞大的联合古陆,称为泛大陆,周围的大洋称为泛大洋。从中生代开始,这个泛大陆逐渐分裂、漂移,一直漂移到现在的位置。大西洋、印度洋、北冰洋是在大陆漂移过程中出现的,太平洋是泛大洋残余。

海陆分布位置的巨大变化,必然导致世界或区域气候的变化。由于大陆与大洋的分布状况与现在完全不同,决定了洋流的分布、大气活动中心的分布格局也与现在完全不同。

数值模拟结果表明,由于泛大陆与泛大洋之间巨大的热力差,导致了超级季风环流的盛行。地质记录也证实,当时季节变差比较大,季风比较强。几乎整个世界当时都盛行季风气候。
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,使我国西北地区脱离副热带而进入温带。

(二)地形变化对气候的影响

陆地上地面起伏不平,对太阳辐射、空气密度、湿度和降水等都有影响。不同的地形,对气候的影响不同,高大山脉和高原对气候的影响尤其明显。

1对辐射状况的影响

2,气温随高度的变化

3,对局部地区气候的影响

地形既能促进降水的形成,又能影响降水的分布,一山之隔,山前山后往往干湿悬殊,使局地气候产生显著差异。

(1)促进降水的形成

地形对降水形成有一定的促进作用。当暖湿不稳定气流在移行过程中,遇到山系的机械阻障时,引起气流抬升,加强对流,容易生成云雨。地形促进降水形成的主要机制是:山脉对气流的机械阻障,强迫抬升,加强对流,促进凝云致雨;山地阻挡气团和低值系统的移动,使之缓行或停滞,延长降水时间,增大降水强度;当气流进入山谷时,由于喇叭口效应,引起气流辐合上升,促进对流发展形成云雨;山区地形复杂,各部分受热不均匀,容易产生局部热力对流,促进对流雨或热雷雨的形成;山地崎岖不平,因摩擦作用产生湍流上升,也会促进降水。

(2)影响降水的分布

地形对降水分布影响作用大致分两个方面:一方面高大地形影响四周大范围降水分布。例如,青藏高原对亚洲降水分布影响范围广阔。另一方面,地形本身各部分降水分布差异悬殊。

第一,高原内部降水量随海拔增高而递减。因为海拔增加,大气水分含量相对减少。所以在辽阔的高原内部,降水量一般较少。例如,青藏高原内部,年降水量仅70-80mm。

第二,山地降水量随海拔增高而增多,但有一个最大降水量高度,超过此高度,山地降水不再随高度递增。最大降水高度因气候干湿而异。湿润气候区,最大降水高度低,降水量也大;干燥气候区,最大降水高度大,降水量少。例如,喜马拉雅山最大降水高度为1000-1500mm,阿尔卑斯山为2000mm,中亚地区为3000mm。在同一气候条件下,不同山脉,最大降水高度也不同。

第三,迎风坡多雨,为“雨坡”,背风坡少雨,为“雨影”。例如,我国台湾山脉,东、北、南三面都迎海风,降水丰沛。年降水量都在2000mm以上,其中台北的火烧寮年降水量多达8408mm。青藏高原南坡迎西南季风,降水量也十分丰沛。恒河下游和布拉马普特拉河流域,年降水量普遍在3000mm以上。世界最多雨的印度乞拉朋齐,年降水量12700mm,最大年降水量达26461,2mm。

第四,山地多夜雨。山地多夜雨主要是指凹洼的河谷或盆地,以夜雨为主。因为夜间,地面辐射冷却,密度大的冷空气沿山坡下沉谷底,汇聚后被迫抬升,如果盆地中原来空气比较潮湿,则抬升到一定高度后即能成云并致雨。另外,河谷或盆地中,形成云之后,由于云顶的辐射冷却,下沉的冷气又增强了河谷内的上升气流,因而地形性的夜雨较多。如我国四川盆地著名的巴山夜雨。拉萨、日喀则、西昌等地,夜雨也较多,但凸出的地形仍以日雨为主,且多对流雨。

(3)对区域和全球气候的影响

大范围的地形起伏变化,也会对区域甚至全球气候带来深刻的影响。研究分析表明,青藏高原与美国西北高原的形成,对亚洲、北美和世界的气候产生了不可忽视的影响。

①高原隆升导致北半球晚新生代气候变冷。

随之高原的隆升,一月中纬地区对流层上部行星风系的波动(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;地面积雪越来越多,地面反射率增高,使地面接收到的太阳辐射减少,从而导致地面温度的降低;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CO2增多,从而使得大气中CO2的浓度降低,使世界气候变冷。

②高原隆升,加强季风环流,使气候的季节差异增大。

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。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。

比如,长江中下游地区地处副热带高压带,从行星风系控制下的纬度地带性规律来推测,应该与非洲北部一样是炎热干燥的荒漠地带,可是由于季风环流的影响,这一地区却出现了温暖、湿润的亚热带森林气候景观,并且成了中国著名的鱼米之乡。

③高原的隆升导致北半球中纬地区干旱气候的形成。

欧亚大陆内部干旱气候的形成,与青藏高原隆起有关,其作用机制主要包括: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。高大地形阻挡了来自附近海洋的水汽进入内陆地区。由于热力作用,使得这些地区盛行下沉气流。在高大地形的上游地区,风暴发生频率较低。

④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。

据研究,在上新世冬季风在中国北方地区的盛行风向为北西西,影响范围也主要局限在西北、华北与东北地区;而随着青藏高原的隆升,冬季风的风向逐渐转变为北西、北北西,影响范围也逐步扩大到华东、华中与华南地区。

(三)岩石圈与大气圈的相互作用
岩石圈的变化,在很大程度上改变了大气环流,改变了气候的格局与性质。而改变了的大气圈,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。

(四)岩石圈与大气圈间的能量交换

大气圈与岩石圈之间在进行着热能、化学能、动能的交换。地面与大气之间通过长波辐射、大气逆辐射在进行着热量的交换。大气圈与岩石圈之间也在进行着物质的交换,发生着某些化学反应。例如,风化作用从大气中吸收co2,同时也使岩石中的某些元素释放出来,因此两圈之间存在着化学能的交换。通过大气与地面之间的接触与摩擦作用,岩石圈的动能可以传递给大气圈,大气的动能也可以传递给岩石圈。例如,地球自转速度变化,通过地面摩擦动能从岩石圈传递给大气圈,从而导致大气运动速度的改变。研究表明,在厄尔尼诺年,由于地球自转速度的减慢,在赤道附近的大气可以获得1m/s的向东相对速度。当然,大气运动的动能也可以通过地面摩擦传递给地球。例如,地球自转速度的季节变化,就是由于大气角动量的季节变化引起的。

三、地貌与气候

(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。
高原、山地、丘陵、平原及盆地,不同的地貌单元有其独特的气候特征。
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,白天,风由山谷吹向山坡,夜晚,风由山坡吹向山谷。当山体高度超过水汽凝结高度时,在山地的迎风坡往往产生比较多的降水,气候比较湿润,而气流翻过山顶后绝热下沉、增温,使背风坡炎热干燥。
(二)气候对地貌的影响与控制
地貌形成的外动力,主要受气候因素的控制。在不同的气候条件下,由于水热条件不同,外动力的性质、强度和组合情况皆有所差异,从而形成不同的地貌类型和地貌类型组合。外动力组合随各气候带而有所不同。由于气候具有水平地带性和垂直带性,因此地貌也相应地有明显的地带性和垂直带性。
在寒冷气候区,降雪量大于消融量的情况下,发育成冰川。在外动力组合中,以冰川作用占主导地位,其次是冻融风化、块体运动、冰融水的作用等,这里以冰川地貌为主要特征。山地经冰川作用后,形成角峰、刃脊、冰斗、冰川谷等地貌。在降雪量较小,不足以补偿消融量的条件下,则不能形成冰川,而是发育为多年冻土与冻土地貌。多年冻土的分布大致与冰缘气候带相吻合。冰缘气候带的主导外动力是冻融作用,其次是流水与风的作用。冰缘地貌主要为冻土地貌,常出现阶状台地。
在温润气候区,以流水作用为主导,化学风化作用、块体运动也比较普遍。主要形成流水地貌,常见岭脊突起、山坡下凹、和缓的山丘等。
在湿热气候区,以流水作用为主导外动力,但化学风化也很强烈。发育有厚层的红色风化壳的湿润热带,在森林没有破坏的情况下,缓丘上几乎没有水土流失型的沟谷侵蚀,仅以片状流水、土壤蠕动和热带泥流(土溜)作用较强,山体以波状连绵起伏的凸形坡的缓丘地貌为主要特征。在平原或缓丘上,往往出现由抗蚀性较强的基岩组成的穹状或钟状岛山。
在干旱气候区,以风或间歇性洪流为主要外动力。主要形成风沙地貌和间歇性洪流地貌。此外,还形成山麓面,在山麓面上残留着孤立的岛状山。山地河流往往在山麓或盆地边缘发育的洪积扇或冲洪积扇隐没,地下水从洪积扇的前缘渗出,这里成为干旱区的绿洲。
地貌的垂直带性和气候的垂直带性有一定的相似,从其所处的水平地带开始向高处递变。例如,有些高山深谷区,下部气候温暖湿润,主要形成流水地貌和重力地貌,上部气候寒冷,主要发育冰川地貌和冰缘地貌。
总之,在干旱气候区,风沙地貌比较发育;在湿润气候区,流水地貌比较发育;在寒冷气候区,冰川、冰缘地貌比较发育;在石灰岩出露的温暖、湿润气候区,喀斯特地貌发育得比较好。
四、沙尘暴与黄土堆积
(一)沙尘暴
所谓沙尘暴,就是大风扬起的地面尘埃使空气浑浊,水平能见度小于1000m的恶劣天气现象。沙尘暴是大气圈与岩石圈相互作用的产物。
(二)沙尘暴与黄土沉积
历史上曾经发生过许多次沙尘暴,历史文献曾经有许多次“降尘"的记录,甚至在长江中下游地区和江南地区都有这样的记录。这些降尘的记录地点的分布与我国黄土的分布范围一致。这从一个方面验证了黄土主要是风尘堆积的认识,表明了黄土沉积与沙尘暴之间的成因连系一黄土是地质历史时期许多次沙尘暴作用的产物。历史时期降尘的频率分布表明,寒冷干燥时期,降尘频率较大,而温暖湿润时期降尘频率较小。黄土一古土壤序列的分析表明,黄土沉积速率最快的时期发生在干燥的冰期,而相对比较湿润的间冰期黄土沉积速率比较缓慢。末次间冰期洛川地区的风尘通量平均只有818g/cm2ka~',而末次冰期平均却达1724g/cm2ka"1,约为末次间冰期的21倍。黄土的粒度分析也表明,干燥时期黄土颗粒粒度比较粗,而湿润时期黄土颗粒比较细。因此可以认为,在干燥时期,不仅沙尘暴的频率比较大,而且沙尘暴的强度也比较大,影响的范围也比较广;而湿润时期,沙尘暴的频率和强度都有所减弱。

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第二节三圈层的相互作用阶段
p144按形成时间的前后顺序,水圈是地球表层的第三个圈层。水圈一经形成,便与岩石圈、大气圈相互作用,改变着岩石圈与大气圈,同时自身性质也发生着变化。通过三圈层的相互作用,建立了岩一水一气系统,并最终导致了生物的形成与进化。
—、岩石圈与水圈的相互作用
(一)岩石与水
1,岩石的形成与水
水是地球上最丰富的无机化合物,也是生物组织中含量最多的一种化合物。它具有可溶性,可动性和比热高等理化性质,因而它是地球上地质侵蚀的动因,一个地方侵蚀,另一个地方沉积,都通过水的作用所致,岩石的形成自然也离不开水。
沉积岩的形成经历了四个阶段,包括风化剥蚀阶段、搬运作用阶段、沉积作用阶段、成岩阶段,都和水的作用息息相关。在风化剥蚀阶段,岩石的风化、剥蚀,离不开水的参与。破碎的岩石块或者风化产物的搬运,尽管可以通过风、重力、动物等的作用来实现,但在自然界,水是最主要的搬运动力。在沉积阶段,无论是机械沉积作用、化学沉积作用,还是生物沉积作用,都离不开水的参与。
2,岩石的风化、剥蚀与水
岩石的风化、剥蚀都离不开水的参与。正是由于有了水的参与,冰冻风化(冻融作用)才得以进行;正是由于有了水的参与,溶解作用、水解作用、氧化作用、碳化作用、碳酸化作用等化学风化作用才能够发生;正是由于有了水,才有了生物,才有了生物风化作用;也正是由于有了水的侵蚀作用,才使得新的岩石不断出露,岩石的风化作用得以不断地进行。如果没有水的参与,风化剥蚀的效率将会大大降低。
3,岩石的性质与水的下渗、流动与循环
岩石是否含水,含水多少,决定于岩石的孔隙率与裂隙率。
4,水与地貌
岩石圈的结构和岩石圈的构造运动决定岩石圈表面的轮廓与构架。例如,海陆的分布,高原、山地、盆地、平原的形成等。外动力的作用则在这样的背景基础上对其进行改造,从而改变了岩石圈表面的形态。水是外动力作用中最活跃的因素。在水的作用下,形成了河谷、阶地;在水的作用下形成了海滩、海蚀柱、海蚀崖;在水的作用下,形成了峰林、峰丛、石笋、石柱、钟乳石;由于水的侵蚀作用,在黄土区形成了燎、梁、弗,在高原边缘、在山地与平原或山地与盆地过渡区域,形成了峡谷、悬谷和飞瀑;由于固体水(冰川)的作用,形成了冰斗、U型谷、角峰、刃脊。在水的作用下,往往使高地变矮,洼地填平。
(二)岩石圈的结构与水系发育及流域性质
1,岩石圈结构与水系发育
岩石圈的结构,决定了水系的形状。在穹隆构造发育的地方,由于裂隙呈放射状或环状,发育的水系也呈放射状或环状,称为放射状水系或环状水系;在褶皱岩层上,岩层走向与裂隙的走向多平行和垂直,易形成格子状水系;在水平岩层出露的地方,多发育树枝状水系。水沿水系运移,对岩石侵蚀、切割,塑造出各种地貌景观。水系的形状则决定地貌的格局与特征。
2,岩石圏结构对流域性质的影响
岩石圈结构,还决定流域的大小、形状和性质。流域的大小与形状,往往由岩石圈结构或构造控制。因为流域之间的界限是分水岭,分水岭往往是由岩石圈变动(构造运动)而形成的山地或高地。
研究表明,早第三纪中国大陆的地形是东高西低,而不是西高东低。当时的河流,包括长江,是向西流入古特提斯海的。流域的范围与面积也与现在有很大的不同。喜山运动改变了岩石圈的结构与地形,于是流域大小、形状与性质也发生了变化。
流域是水体运动的最基本的地域单元。既然岩石圈的结构与构造影响与控制流域的大小、形状和内、外流性质,那么也就在一定程度上影响水动力对岩石圈的改造。
(三)水的分布、负荷均衡与岩石圈的形变
岩石圈的变形导致水的重新分布,水的重新分布又反过来通过均衡作用引起岩石圈的变形,反映了岩石圈与水圈相互作用、相互影响的一个侧面。
1,岩石圏的变动与水的分布的变化
岩石圈的结构与变形,控制水的分布及其变化。例如,在三亿年前的古生代后期,地球上所有的大陆和岛屿都是连在一起的,构成一个庞大的联合古陆,称为泛大陆;大洋也都连在一起,称为泛大洋。从中生代开始,这个泛大陆逐渐分裂、漂移,一直漂移到现在的位置。大西洋、印度洋、北冰洋是在大陆漂移过程中出现的,太平洋是泛大洋的残余。再如,海底扩张的加速,使地幔物质涌出形成大洋中脊的速度加大,大洋中脊的形成使洋盆体积缩小,从而导致海平面的上升和大陆边缘的海侵。据研究,一条长5000km,宽2000km,高3km的洋中脊的形成,可使海平面上升40m。
2,水均衡与岩石圈的变形
由于水的分布发生了变化,水均衡导致的岩石圈变形的区域也随之发生变化。所谓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压力负荷发生改变,从而导致岩石圈变形、地面升降的过程。
(四)构造一侵蚀一地貌循环
构造一侵蚀一地貌循环,反映了构造运动对水力侵蚀的控制和水力侵蚀对岩石圈表面塑造和改造的关系,是水圈与岩石圈相互作用的良好例证。
戴维斯的地貌循环理论,在一定程度上揭示了地面演化的阶段性以及地球内动力与外动力相互作用对地面演化的影响与控制。斯持拉勒发展了一种新的地面演化模式——剥蚀系统模式。
如图6-3所示,假设有一块宽度约为100km(现代许多山脉的宽度与此相当)的地块,从接近海平面(基准面)的位置迅速上升到海拔6000m的高度。尽管该原始表面在抬升时已经被河流所切割,但它的空间位置仍然可以在剖面图上表示出来(参考面)。假设原始地面的上升是在五百万年内完成的,其中大部分又是在200万年内上升的,上升停止于时间坐标为“0"的时刻(如图)。在上升时,平均海拔高度在增加,剥蚀作用的强度也在急剧增加。因此在时间“0”处,陆块早已被切割成令人望而生畏的峡谷陡壁,形成纵坡降陡峻的山区河流系统。在时间“O"处,已经有1000m厚度的岩石被剥蚀掉了,地面的高程变成了5000m.从时间“0”开始,假设整个地面(参考面)的剥蚀速率为lm/1000a,并假设均衡补偿是连续发生的。由于岩石的密度一般为2.75g/cm3,软流圈物质的密度大约为3.3g/cm3,因此均衡补偿率大约为80%(2.75/3.3),也就是说地面剥蚀的净降低率只有20%,即0.2m/1000ao随着海拔的降低,剥蚀速率以恒定的比率减小,以致每隔1.5X107a,地面高程降低一半,地面剥蚀率也减小一半,可以称之为有效陆块的半衰期或者地面降低的半衰期。相隔1-5X107a(即一个半衰期),平均海拔降低到2500m,净降低率减小为01m/1000a;3X107a(即两个半衰期)以后,平均海拔和剥蚀率再减小一半,即剩下原来的1/4,陆块的3/4被剥蚀掉了,平均高度下降到了1250m。

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 楼主| 发表于 2020-1-14 18:18:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-14 20:43 编辑

二、水圈与大气圈的相互作用
P151地球上的水和大气是一切生物生命活动(包括人类生存)最基本的物质。因此,水圈和大气圈成了影响人类生存最为直接的两个圈层。
(一)水汽与天气
水汽是联系大气圈和水圈的纽带,它既是水圈的一部分,也是大气圈的重要组成成分。在大气圈中水汽含量的分布及其三相变化,造成了大气中天气现象的产生以及这些天气现象分布的地区差异。大气中一切天气现象的产生归根结底是水汽参与的结果,可以这么说,没有水汽的参与就不会有天气现象产生。
大气中的水汽主要来源于水圈(地表)中的液态水蒸发,受制于温度和水源,不均匀地分布在大气中。
海洋上空的空气湿度大,受海洋影响的海洋性气候区内,常形成多云、多雾、多阴雨天气。而干燥的大陆内部却以晴朗少云的天气为主,即使有雾形成,也多以产生在近地表的辐射雾为主且消散很快。年总降水量少。由于低纬度地区温度较高,利于蒸发,加上广阔的海洋水域,水源充足,大气中水汽含量很丰富,常形成云雨天气,年降水量非常丰沛,而高纬地区则相反,即使有降水形成,降水量也很小,多以雪为主。
在垂直方向上,近地表面水汽含量最多,越往高空去,水汽越少,到对流层顶附近(10km高度),大气中水汽含量几乎为零,平流层以上大气基本不含水汽。因此,大气中的天气现象几乎全部集中在对流层,平流层及其以上大气几乎无天气现象可言。
一切天气现象的产生,实际上是大气中水汽运动及其相变的结果。随着气流的升降或水平运动,大气中的水汽因温度的改变(主要指温度的降低),会从气态转变为液态和固态,即水汽发生凝结和凝华,从而产生各种天气现象。主要的天气现象有:云、雨、雪、雾、露、霜、雹等。
(二)水与气候
水圈与大气圈都是气候系统的组成部分,水体和大气的运动共同影响着地球上的气候。大气是气候系统中最活跃的因素。受水体分布、运动等多种因素的影响。大气的运动状况会随之发生调整,导致全球气候及区域气候的形成。反过来,大气环流和气候也影响着水的时空分布。
地球上水的分布极不均匀,其中海洋占据了地球表面积的70.8%,全球10m厚的海洋水的总质量就相当于整个大气圈的质量。因此,地球水圈的主体——海洋对气候的形成意义很大;陆地水虽然相对少得多,但在区域气候及自然地理环境中仍然是很重要的组成部分。
1,海洋水与环流、气候
由于地球上大面积海洋水体的存在,到达地表的太阳辐射约有80%被海洋所吸收且将其中的85%左右的热能储存在大洋表层,这部分能量再以长波辐射、蒸发潜热和湍流显热等方式输送给大气。
海洋是大气运动能量的最主要的储存库和水汽供应的最主要的源地,对地球气候的形成起着不可忽视的作用。
由于水体在全球的不均匀分布,对大气环流及区域气候产生了明显的影响。在受海洋影响深刻的地区出现了特殊的气候——海洋性气候。由于海洋巨大的热力调节作用(海洋的比热41868J/kg.K约为空气比热718J/kg.K的6倍),海洋性气候区内的温度,无论是日较差、年较差还是年温相等时,都与大陆性气候有着明显的差异。同时,受海洋充足水汽的影响,海洋性气候区内空气的湿度大,云雨天气也明显多于大陆性气候区,降水充沛。例如,终年受大西洋深刻影响的欧洲西部,其气候与亚欧大陆中部截然不同,就是这个原因
又由于海陆热力性质的巨大差异,产生了大范围的季风环流。冬季海洋是热源,大陆是冷源,夏季相反。冬夏不同的季节产生的气压梯度方向不同。冬季气流从大陆吹向海洋,盛行冬季风;夏季从海洋吹向大陆,盛行夏季风。季风环流的强弱与海陆热力差异的大小有关,海陆面积对比越大,热力差异越明显,形成的季风环流越强,反之则弱。所以,在世界最大的大陆——亚欧大陆和最大的大洋——太平洋之间形成的东亚季风最强盛,是世界著名的季风气候区。由于季风气候的存在,破坏了全球气候分布的纬度地带性,形成了独特的季风气候。
洋流对气候的影响主要表现在暖洋流的增温、增湿作用和冷洋流的降温、减湿作用。冷暖洋流的不同作用,在不同的纬度影响大小不尽相同:低纬度以冷洋流作用明显,中高纬度以暖洋流作用显著。冷洋流使流经的海面低层空气温度降低且趋于稳定,不易形成降水,常产生雾,如澳大利亚、非洲和南美西岸荒漠的形成都与冷洋流有关;暖洋流使流经的海面低层空气温度升高,气层变得不稳定,易形成明显的降水,如欧洲西海岸由于受强大的北大西洋暖流影响,形成世界上面积最大的、温暖多雨的温带海洋性气候。
2陆地水与环流、气候
陆地水中与气候直接相关的是地表水,主要为河流、湖泊水。地表水能直接增大大气中的水汽含量,使河湖及邻近地区上空的湿度增大;同时,地表水还能调节局地气温,使沿河湖地区的气温变化不致过于激烈。这样,有可能在一定的范围内形成特有的气候,如在大的湖区形成的湖泊小气候。
3环流、气候与水的分布
由于大气全球性的环流运动,调整了地球上水的时空分布,在地球气候的形成中起着重要的作用。若终年在单一环流的控制下,则形成单一的气候类型;若处于大气环流的交替地区,则形成过渡型的气候类型。
地表水通过蒸发不断向空中传输,低纬的水不断地向高纬运移,海洋水不断向陆地输送,到了适当的时间和地点,通过降水的形成又回到地表,实现水的重新分布。上升气流为主的低纬气候区常常是水的输出区,而中高纬陆上常常是水的输入区,尤其在降水集中的季节。例如,东亚季风区,夏半年盛行从海洋吹来的暖湿气流,携带着大量的水汽,使受其影响的地区湿度增大,降水增多;同时,也改变了大气湿度的季节分配。
(三)大气环流与水的循环
地球上的水通过大气环流不断地重新分布,大气环流的方向和速度对水循环中的蒸发、降水、水分输送等环节起着决定作用。大气的不断运动,还导致了地球上水体的不同规模的流动。当然,大规模水体的运动对大气的影响作用也是巨大的。
1大气环流与全球水循环
就全球平均来讲,地球上的水量是平衡的,这是水循环的结果。而水循环必须通过大气环流来实现。水循环中的蒸发和降水受环流影响,水输送也必须通过大气环流来完成。因此可以说,没有大气环流就没有水循环,全球水量也就不可能达到平衡。
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,在水源充足的条件下(如海洋),蒸发的快慢,蒸发量的大小受环流方向和环流速度的影响,海洋上年平均蒸发量最大值出现在风向、风速都很稳定的信风带(15-20°N和10-20°S)。
降水的形成及降水量的大小与环流的形势息息相关:世界降水的纬度分布有两峰,一个在赤道低压带,这里有辐合上升气流,产生大量的对流雨;一个在中纬度西风带,这里冷暖气团交缓,气旋活动频繁,降水量因此也较多,是仅次于赤道带的第二个多雨带。在这两个多雨带之间,是副热带高气压带,盛行下沉气流,降水稀少,形成副热带少雨带。
如果将全球同纬度的蒸发量与降水量相比较,则会发现在赤道带和中高纬度,降水量大于蒸发量,水汽有亏损;而在中低纬度地区,蒸发量大于降水量,水汽有盈余。于是,经过大气径流将水汽从盈余地区输送到亏损地区,才实现了地球上高低纬间的水分传输使水循环和全球的水平衡成为可能。
2大气环流与水体运动
在大气运动所产生的风应力作用下,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。表层水体的运动,受大气运动、大气环流的影响极大,常常产生与大气环流方向一致的定向运动。主要的定向运动有:

1
)洋流: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。例如,北半球副热带地区盛行东北信风,海水产生大规模的从高纬向低纬流动的冷洋流;而中高纬度地区盛行西南风,海水大规模地从低纬向高纬流动,产生暖洋流(低纬大陆东岸的暖洋流和高纬大陆西岸的冷洋流是地形及地转偏向力影响的结果)。冷暖性质不同的洋流,对流经海面及沿岸地区的气候影响很大,这就是为什么同纬度大陆东西岸气候截然不同的主要原因。2)波浪:在风力的作用下,水面起伏产生了波浪,海洋中称为“风浪”。风浪的强度(振幅)、方向和速度取决于风的强度,包括风向、风速及风的阵发性等特点。风力越大,风向越稳定,则风浪越强,振幅越大,移速越快。3)湖流:在大气运动产生的风力作用下,如果风向稳定,陆地水体也会产生一定方向的流动,如湖流的产生,就是由于风应力的作用,湖水在向风岸堆积下沉、背风岸上升所形成的闭合的垂直环流。(四)海气相互作用海洋是水圈的主要组成部分。
海气相互作用,是水圈与大气圈相互作用的主体和典型代表。
1厄尔尼诺/南方涛动
大气环流导致了洋流的产生。洋流的运动与变化,反过来又影响和改变了大气环流和气候。最为明显的是:当洋流的运动引起水体的温度发生明显改变时,常常促使水体上空的大气环流发生相应的改变,甚至产生环流变异。厄尔尼诺现象就是大气环流变异的典型。
厄尔尼诺用来表示在南美洲西海岸(秘鲁和厄瓜多尔附近)向西延伸,经赤道东太平洋至日期变更线附近的海面温度异常增暖的现象。在正常年份,此区域东西向信风盛行。赤道表面东风应力把表层暖水向西太平洋输送,在西太平洋堆积,从而使那里的海平面上升,海水温度升高。而东太平洋在离岸风的作用下,表层海水产生离岸漂流,造成这里持续的海水质量辐散海平面降低,下层冷海水上涌,导致这里海面温度的降低。上涌的冷海水营养盐比较丰富,使得浮游生物大量繁殖,为鱼类提供充足的饵料。鱼类的繁盛又为以鱼为食的鸟类提供了丰盛的食物,所以这里鸟类甚多。由于海水温度低,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;而赤道西太平洋地区由于海水温度高,空气层结不稳定,对流强烈,降水较多,气候较湿润。当东向信风异常加强时,赤道东太平洋海水上翻异常强烈,降水异常偏少;而赤道西太平洋海水温度异常偏高,降水异常偏多。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。
与厄尔尼诺事件密切相关的环流还有南方涛动,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,两者的气压变化有“跷跷板”现象,故称为涛动。南方涛动与厄尔尼诺之间,存在内在成因上的联系。
6-7反厄尔尼诺(拉尼娜)
6-8厄尔尼诺

6-9水圈与大气圈的相互作用及对生物圈的影响
厄尔尼诺对气候的影响,以环赤道太平洋地区最为显著。在厄尔尼诺年,印度尼西亚、澳大利亚、南亚次大陆和巴西东北部均出现干旱,而从赤道中太平洋到南美西岸则多雨。许多观测事实还表明,厄尔尼诺事件通过海气作用,还对相当远的地区,甚至对北半球中高纬度的环流变化也有一定影响。研究发现,当厄尔尼诺出现时,将促使日本列岛及我国东北地区夏季发生持续低温,有的年份使我国大部分地区的降水有偏少的趋势。
上述分析从一个侧面说明,地球表层环境的整体性。一个圈层的变化会导致其他圈层的变化,一个地区的变化会引起其他地区的变化,局部区域的变化也会引致半球甚至全球环境的变化。

2风暴潮
风暴潮是指由于强烈的大气扰动引起的海平面异常升高,并使海水漫溢上陆的现象。风暴潮是一种严重的自然灾害。
顾名思义,风暴潮是风暴与潮水结合的产物,是大气圈与水圈相互作用的结果。当风暴与潮水叠加导致异常高潮位时,便形成了风暴潮。风暴主要有热带风暴和温带气旋两种。最强烈的热带风暴在太平洋地区叫做台风,在大西洋地区称为飓风。当风暴形成在大洋上,并且不经过沿海地区时,不会形成风暴潮;当风暴经过沿海地区时,如果正值小潮低潮时,也可能不会形成风暴潮,至少不会造成严重的风暴潮灾害;如果风暴经过沿海地区时,正值大潮高潮时,很可能形成特大的风暴潮,造成严重的风暴潮灾害。风暴潮的强度除了与潮位状况有关外,还与风暴强度有关。风暴强度越大,引致的风暴潮强度可能越强。反之,风暴强度越小,则引致的风暴潮强度越弱。当然,风暴潮强度还与风暴作用于近岸水域时的风向有一定的关系。向岸风会加强风暴潮的强度与破坏力,离岸风则会减弱风暴潮的强度与影响。
3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。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。冰期来临,气候变冷,引起大陆冰盖扩展,导致海平面降低、海洋面积缩小。气候的变冷,大陆冰盖的扩展,使得全球蒸发量减少,导致全球气候的变干。据研究,末次冰期最盛期(大约18000年前)全球蒸发量比现在减少15%,全球降水量减少14%,北半球降水量减少20%。海平面的降低及海洋面积的缩小,使得蒸发区域变小,大陆地区的大陆度增大,世界气候变干。研究表明,末次冰期最盛期(大约18000年前),中国东部大陆架广泛出露,边缘海面积缩小85km2,蒸发水量减少89X109m3/ao当气候变暖,冰盖融化,海平面上升,海洋面积增大。海平面的上升,海洋面积的增大又导致世界蒸发总量的增大和世界气候的变湿。气候的冷暖变化,将导致海水温度的降低或者升高,海水温度的降低或者升高将引起海水的收缩或膨胀,从而导致海平面的下降或者上升。海平面的升降以及海水温度的变化,将导致洋流的变化,从而通过海气相互作用导致大气环流和气候的变化。
上述分析表明,气候的变化引起海平面的升降;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,构成气候与海平面之间的一个反馈机制






三、水圈、大气圈、岩石圈的相互作用
(一)水一气一岩系统
p160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,岩石圈的变动又会影响气候的变化,海平面的升降与冰川的消长。它们之间相互反馈、相互作用,构成了一个有机联系的水一气一岩系统。
冰期与间冰期的气候变化,导致冰川的进退,海平面的升降,水圈结构发生了变化,从而通过均衡作用,引起岩石圈的变动。岩石圈的变动,又引起水圈结构的调整,进一步作用于岩石圈,引起岩石圈新的变动。
(二)水圈、大气圈、岩石圈的相互作用与地理事物的形成
1,水圈、大气圈、岩石圈的相互作用与季风的形成
季风的形成是水圈、大气圈、岩石圈相互作用的结果,岩石圈发生了大的构造运动,导致海陆分布、地形起伏的变化,从而引起大气环流的变化。
例如,东亚季风的形成,由于岩石圈发生的构造运动,造成太平洋与亚欧大陆的分布,致使夏季大陆表面温度高,形成热低压,海洋表面温度低,形成冷高压区。因此气流由高压区流向低压区,这样亚洲大陆的热低压和北太平洋西伸北进的高压之间的偏南风就是东亚的夏季风;冬季,亚洲大陆温度较低,是冷源,为冷高压所控制,而海洋是相对的热源,为热低压所控制,气流由大陆吹向海洋,亚洲大陆高压前缘的偏北风就是东亚的冬季风。本来干旱少雨的副热带亚洲东部地区,变为湿润多雨的气候,区域水平衡也由原来的负值变为正值。
另外,岩石圈的构造运动,青藏高原隆起,这样青藏高原相对于周围地区处于冷高压,周围大陆处于热低压,气流由高原吹向大陆,形成高原季风,同时也加强了东亚季风。由于青藏高原的阻挡作用,来自印度洋的水汽难以到达亚洲的中部地区,并且由于青藏高原的隆起对亚洲季风的加强作用,使得北半球中纬度地带盛行下沉气流,从而导致亚洲中部地区的干旱化。
构造运动或岩石圈的变动,改变了地形的起伏,形成了一些山地,山地对气流的阻挡作用,气流上升而在迎风坡形成降水。湿度降低了的气流翻过山顶而绝热下沉,使背风坡温度升高,产生焚风效应,降水少而干旱°
2,水圈、大气圈、岩石圈相互作用与黄土地貌
黄土地貌是一种特殊的地貌类型。过去通常把黄土地貌与风沙地貌放在一起阐述与讨论,或者把它作为干旱区地貌的一种,但实际上黄土地貌的成因与发育过程,与风沙地貌有着本质的不同,并且典型的黄土地貌不是发育在干旱区,而是发育在半干旱和半湿润地区。风沙地貌主要是风力侵蚀和堆积的结果,而黄土地貌则是水流与风力共同作用于由黄土这一特殊物质组成的地面的结果。如果说风沙地貌是大气圈与岩石圈相互作用的结果,那么黄土地貌则是水圈、大气圈与岩石圈相互作用的产物。
(1)黄土的性状与成因
黄土是一种灰黄色或棕黄色的特殊的土状堆积物。中国是黄土分布最广,厚度最大的地区中国的黄土广泛地发育于第四纪,黄土状堆积可以追溯到晚中新世。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,通水后碳酸钙等可溶盐被淋溶、流失而地面沉陷。尽管存在着不同成因类型的黄土,但大部分黄土是由风力堆积而成的,这是因为:
①黄土主要分布在沙漠、戈壁外围,并见三者逐渐过渡,成带状排列;
②黄土颗粒由沙漠边缘向外围逐渐变细;
③黄土披盖在不同成因的、高低起伏的各种地貌部位上,并且保持相似的厚度;
④黄土的矿物组成及元素组成在很大区域范围内具有高度的一致性,而与当地岩石的矿物及元素组成有所不同;
⑤黄土中含有随地形起伏的多层的埋藏古土壤层;
⑥黄土中发现早生和中生植物和陆生动物化石。
(2)黄土地貌的类型及其形成机制
黄土地貌可以根据地貌部位划分为沟谷地貌和沟间地貌,可以根据发育的时间划分为同生地貌和后生地貌,还可以根据地貌发育的过程划分为侵蚀地貌、堆积地貌和湿陷地貌。
沟谷地貌包括纹沟、切沟、冲沟和坳沟,都是水流侵蚀的结果。沟间地貌是指发育在沟谷之间的地貌。沟间地貌主要有宽广平坦的黄土墟,长条状的黄土梁,圆穹形的黄土昴。沟间地貌可以是在黄土下伏地貌基础上发育而成:平坦的地面被黄土覆盖形成黄土堀,长条状的山岭被黄土覆盖形成黄土梁,圆形山丘被黄土覆盖形成黄土昴。也可以在黄土高原形成以后,流水切割使黄土燎破碎形成黄土梁,黄土梁进一步被切割形成黄土昴。
准同生地貌是指与黄土的发育差不多同时发育的地貌,后生地貌则是指在黄土形成以后发育的地貌。准同生地貌包括黄土阶地、黄土增(被黄土覆盖的宽阔谷地)以及受原来地形起伏控制而发育的黄土塩、梁、昴。后生地貌则包括沟谷地貌以及侵蚀切割形成的黄土梁、黄土昴,还包括由于侵蚀在沟谷边缘形成的黄土柱和黄土桥。
黄土侵蚀地貌,顾名思义是黄土受侵蚀而形成的地貌。黄土堆积地貌则不同于其他的堆积地貌的概念。例如,黄土阶地、黄土墉以及黄土覆盖原始地形而形成的黄土源、梁、第,就是典型的黄土堆积地貌,是在特定的原始地形基础上黄土堆积覆盖的结果。湿陷(潜蚀)地貌是指由黄土中的碳酸钙等可溶盐被淋溶、流失而沉陷形成的地貌。湿陷(潜蚀)地貌主要包括:黄土碟——由于黄土遇水湿陷而成的浅碟形洼地和黄土陷穴——地表水汇集到节理裂隙中进行潜蚀而成的洞穴。潜蚀作用也可以形成黄土桥。
(3)黄土地貌的发育与水圈、大气圈,岩石圈的相互作用
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、潜蚀和淋溶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。
3,岩石圈、大气圈、水圈的相互作用与有机界的形成
有机界的形成是在绿色植物吸收了大气圈中的CO"土壤中的营养盐,水圈中的水分,在光合作用下合成活有机质,实现无机界到有机界的转化。

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 楼主| 发表于 2020-1-14 21:16:04 | 显示全部楼层
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第三节四圈层的相互作用阶段
大气圈、水圈、岩石圈之间的相互作用、相互联系,构成了生物或生物圈存在的环境。然而,生物虽是环境的产物,但一经形成,就不单纯地被动适应环境,而对环境也产生不可忽视的作用和影响。
一、生物与岩石圈的相互作用
岩石是陆地生物存在的固体支撑,也是生物生长所需营养元素的来源地。生物作用可以破坏岩石,改造岩石,也可以建造岩石。生物与岩石,生物圈与岩石圈,相互作用、相互影响。
(一)生物风化与岩石分解
生物风化作用是指生物在其生命活动过程中对岩石产生的破坏作用,这种作用可以是机械的,也可以是化学的。由于生物广泛分布在地壳表层,因此生物风化是一种普遍的地质作用。
1,生物机械风化作用
生物机械风化作用是指生物在其生命活动中对岩石产生的机械破坏作用。例如,生长在岩石裂隙的植物,在其生长过程中,随着根系由小变大,由短变长,迫使岩石裂隙扩大,并引起岩石最终崩裂(称根劈作用)。植物根系张大对周围岩石产生的压力可达到106Pao动物对岩石的机械破坏作用也不可忽略。例如,穴居动物田鼠、蚂蚁和蚯蚓等不停地挖洞掘穴,使岩石破碎、土粒变细等。据统计,温带地区每公顷土地内有蚯蚓30X10,条左右,每年能翻动30t±壤,使之变细、变松。有蹄类动物的践踏对地表岩石、土层也有破坏作用。
人类活动已构成一种地质破坏营力。例如,挖掘隧道、采矿、建水库等,都加速了施工地区岩石的风化作用。
2,生物化学风化作用
生物化学风化作用是通过生物新陈代谢和生物死亡后的遗体腐烂、分解进行的。植物细菌在新陈代谢过程中,常常形成和析出有机酸、硝酸、碳酸和其他一些物质,它们对岩石具有较强的侵蚀能力。生物尸体逐渐堆积起来,在还原的环境中经过缓慢腐烂分解,形成一种暗黑色的胶状物质,即腐殖质。它一方面供给植物必不可少的钾盐、磷盐以及含氮的化合物,另一方面,腐殖本身就是一种有机酸,对岩石、矿物有着腐蚀作用。
生物(特别是微生物)的化学风化作用是很强烈的。据统计每克土壤中可含几万个微生物,它们都在不停地制造各种酸类,从而强烈地破坏岩石。据估计,微生物对岩石所产生的总分解力远远超过全部动植物所具有的分解力。例如,高岭土在实验室内经1ooo°c高温化学处理才能分解,而硅藻在常温条件下即可完成这一分解过程。
(二)岩石一土壤一生物
土壤是在一定的水热条件下,岩石与生物相互作用的产物,是岩石与生物联系的纽带与桥梁。
1,生物与岩石相互作用形成土壤
岩石风化后形成的松散碎屑物质,称为成土母质。与岩石相比,成土母质具有许多新的特征。例如,对水分、热量和空气的通透性和保蓄性明显加强,并且还释放出可能被植被体吸收的矿物质养分,为土壤肥力的发生和发展提供了有利条件。成土母质经过生物作用便可形成土壤。
生物风化作用,尤其是生物化学风化作用是土壤发育的重要过程。随着生物化学风化的进行和有机质的积累,风化壳的物质组成与性质发生变化、并且形成一定的结构与肥力,这时土壤便形成了。生物是促进土壤发生发展的最重要、最根本的因素。通过生物的物质循环才能把大量的太阳能纳入成土过程,才能使分散于岩石圈、水圈和大气圈的多种养分聚集于土壤之中,才能使土壤具有肥力并使之不断更新。因此,成土过程实质上是岩石在一定条件下被生物不断改造的过程,没有生物的作用便没有土壤的形成。
岩石是一切陆地生物的固体支撑,没有固体岩石的支撑,很难想象有陆地生物的发生与发展。并且许多生物,尤其是植物所需的矿物元素,都来自岩石及其风化的产物,这些矿物元素经过风化分解释放出来,在土壤中经过腐质酸等的作用转变成离子的形式被植物吸收。生物的生长发育促进岩石的风化和土壤的形成,岩石的风化释放出更多的矿物质养分,从而又反过来促进生物的进一步生长和发育。
2,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。
(三)生物岩石、生物矿床、生物地貌
生物可以破坏岩石,如生物风化作用就是生物破坏岩石的一个例证。另一方面,生物也可以建造岩石。在一定的条件下,生物作用可以形成岩石。生物作用形成的岩石可以称之为生物岩石。例如,在深海区,由于陆源碎屑物质的短缺,沉积在海底的主要是生物的残骸,这些生物残体堆积、固结便形成岩石。如硅藻土就是一种主要由硅藻残骸组成的岩石,硅藻含量可达70%?90%。再如,珊瑚礁,主要是由珊瑚的骨骼胶结而成,是珊瑚生长过程中残骸不断堆积而形成的。实际上一些碳酸盐岩的形成也与生物的作用有关。
自然界许多矿床的形成与生物作用密切相关,甚至一些矿床就是生物作用形成的。例如,大量植物残体积聚形成泥炭,当泥炭被埋藏、变质就可能形成煤。大量生物尤其是海洋浮游生物和低等微生物死亡后,在一定的温度、压力条件下,经过分解、变质,就可能生成石油与天然气。
地貌是指地球表面的形态与面貌。说具体一点,地貌主要反映了岩石圈表面的形态与外观。生物对岩石的破坏或建造,可以形成一些地貌类型。例如,在石灰岩地区,由于植物分解的有机酸的作用,往往形成一些围绕着植物个体或群丛分布的溶蚀洼地或溶沟。在潮滩上,由于大米草丛的促淤作用,往往在大米草丛的地方形成高地或垄岗。珊瑚残体的堆积往往形成一些珊瑚地貌。例如,珊瑚在岸边发育与堆积,塑造了珊瑚礁平台,这个平台叫做岸礁。珊瑚围绕着火山口生长形成一种由珊瑚残骸组成的环状地貌——环礁,环礁中间为圆形泻湖;珊瑚在堡岛或者岸外沙坝附近生长、发育、堆积,便形成堡礁;堡礁与海岸之间常常为长条状泻湖。在一些河口,有时有牡蛎的生长,牡蛎残骸堆积可以形成牡蛎礁。
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。
二、生物圈与大气圈的相互作用
(一)生命活动与大气组分
科学研究发现,除了极少数厌氧微生物外,其他所有生物都必须依赖空气而生存。即使常年生活在水中的鱼,也要吸收水中的对于陆地上的动、植物来说,莖气更是一刻也离不开的东西。世界上,没有比空气更重要的物质了。没有食物人可以生存十几天,没有水人的生命可以坚持数天,但是没有空气,人在几分钟内就会死亡。
植物还可以通过光合作用来调节大气组成的变化。研究发现,当大气CO2的浓度增加时,植物的光合作用将大大加强。光合作用的增强,将会使得植物从大气吸收的CO2的数量增加,从而降低大气CO2的浓度。
大气元素(如0、N)是生命活动的物质来源,生物通过光合作用、呼吸作用,与大气之间不断地进行着物质的交换。生物依赖于大气而生存,在生存过程中,又不断地改变或调节着大气的组成。反过来,大气组成的变化又影响到生物的生长与发育。生物与大气就是这样相互作用、相互影响的。
(二)风与生物
在某些环境条件下,风对生物有重要的作用。例如,风促进植物蒸腾加剧,在风向较稳定而风力强劲的地方,乔木迎风面的树叶和枝条逐渐枯萎死亡,形成旗状树冠。当风速超过10m/s时,就会引起树木的风倒(连根拔起)和风折(树干折断)。
风还可以传播花粉,地球上10%的有花植物是靠风力授粉的风媒植物,在海岛上风媒植物的比例可以达到1/3。草原上著名的风滚植物在秋季种子成熟时,全株成球状,茎基折断(多年生植物)或者连根拔起(一年生植物),在风力作用下滚动,散播种子。
温度高、湿度小的风力为干热风。干热风具有干燥、高温和吹干三种加强蒸腾的作用,往往引起植株水平衡的破坏。作物在灌浆期遇上干热风将会大大减产。
风对植物有影响,植物对风也有一定的作用。森林可以降低风速。在空旷的海滩或草原上,你会觉得风很大,但当你步入附近的森林或来到一片树林的背风侧,你就会立刻感到风小多了,这就是树木、森林降低了风速的结果。
植物还可以通过光合作用来调节大气组成的变化。研究发现,当大气CO2的浓度增加时,植物的光合作用将大大加强。光合作用的增强,将会使得植物从大气吸收的CO2的数量增加,从而降低大气CO2的浓度。
大气元素(如0、N)是生命活动的物质来源,生物通过光合作用、呼吸作用,与大气之间不断地进行着物质的交换。生物依赖于大气而生存,在生存过程中,又不断地改变或调节着大气的组成。反过来,大气组成的变化又影响到生物的生长与发育。生物与大气就是这样相互作用、相互影响的。
(二)风与生物
在某些环境条件下,风对生物有重要的作用。例如,风促进植物蒸腾加剧,在风向较稳定而风力强劲的地方,乔木迎风面的树叶和枝条逐渐枯萎死亡,形成旗状树冠。当风速超过10m/s时,就会引起树木的风倒(连根拔起)和风折(树干折断)。
风还可以传播花粉,地球上10%的有花植物是靠风力授粉的风媒植物,在海岛上风媒植物的比例可以达到1/3。草原上著名的风滚植物在秋季种子成熟时,全株成球状,茎基折断(多年生植物)或者连根拔起(一年生植物),在风力作用下滚动,散播种子。
温度高、湿度小的风力为干热风。干热风具有干燥、高温和吹干三种加强蒸腾的作用,往往引起植株水平衡的破坏。作物在灌浆期遇上干热风将会大大减产。
风对植物有影响,植物对风也有一定的作用。森林可以降低风速。在空旷的海滩或草原上,你会觉得风很大,但当你步入附近的森林或来到一片树林的背风侧,你就会立刻感到风小多了,这就是树木、森林降低了风速的结果。据测试,在5级风时,人造林带外的风速为9.5m/s,而人造林带内却只有7.7m/s,减弱了近20%。据测定,从森林边缘向林内深入30-50m,风速可减少30%-40%;如果深入到200m,则平静无风。连片的森林能使台风减弱1-2级。为了减少风灾,人们往往在海岸上建造防护林,在沙漠边缘植树造林。我国建造的三北防护林,被誉为“绿色长城",在挡风拦沙,防止沙漠扩大,减少沙尘暴方面起到了重要的作用。例如,1961年5月,12级大风袭击吐鲁番,全县85%的农田被沙割、沙压、沙埋,颗粒无收。但防护林建成后的1970年,同样的大风袭击吐鲁番,灾害损失比1961年减少77%。
(三)大气圏的演化与生命的起源及进化
在地球演化的历史进程中,大气与生物相互作用、相互影响,才形成了今天这样的大气圈和生物圈。
在地球形成的初期,地球周围的大气成为原始大气。原始大气的成分与现在有很大的不同,它主要由C02,CH4,NH3,H20,HzS等组成,没有氧,是一种还原大气。按今天的观点来看,这是一种有毒的窒息的大气。然而,就是这样的原始大气却成了原始生命孕育的温床和摇篮。正是由于原始大气中没有氧,才满足了生命诞生的两个基本条件。第一,大气中没有氧也就没有臭氧与臭氧层,因而来自太阳和宇宙的高能辐射可以直接到达地面。第二,因为没有游离态的氧,地表出现的有机化合物不会马上被分解。在太阳紫外线和宇宙射线的作用下,加上雷击闪电、火山爆发、陨石撞击的交互作用,使大气的各种成分相互碰撞、化合分解,经过亿万年的时间,积累起了合成生命的最基本的物质——氨基酸、糖、嘧啶等。
当绿色植物出现后,光合作用开始了。由于绿色植物不断吸收CO2而放出O2,大气中的CO2含量逐渐减少,而O2含量逐渐升高(图6-12),还原型的大气逐渐转变成氧化型的大气。大气圏上层形成了臭氧层,臭氧层吸收对生物有杀伤作用的短波、紫外线等,从而为生物在地表的演化创造了有利的环境。此后植物经历了菌藻类繁盛的时期,蕨类繁盛的时期,裸子植物繁盛的时期,进入了被子植物繁盛的时期;动物则经历了裸露动物、硬壳动物、鱼类、两栖类、爬行类、哺乳类繁盛的时代,最后出现了人类。
总而言之,大气的演化促进了生命的过程,生命的出现与演化又导致了大气的变化。在生命的演化过程中,生物与大气相互作用、相互影响、相互促进。
(四)生物与气候变化之间的正负反馈作用
生物与气候变化之间存在着正负反馈作用,这些反馈作用在一定程度上反映了生物圈与大气圈的相互作用。
1生物对气候变化的负反馈作用
2生物对气候变化的正反馈作用
生物与气候变化之间同样存在着正反馈作用。

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 楼主| 发表于 2020-1-15 15:05:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2020-1-15 15:21 编辑

五)大气污染与植物
P174随着人类活动的加强,大气污染越来越严重。大气污染不仅对动物与人类产生了严重的危害,而且也给植物带来严重的影响。当然,植物在净化空气方面也发挥着重要的作用。
1,大气污染对植物的影响
在空气中,已经检测出261种挥发性的有机污染物。其中最主要的污染物是SO2、HF、Cl2,以及由氮氧化物和碳氢化物在紫外线作用下形成的光化学烟雾。
(1)大气污染对植物影响的机制
SO2对植物的影响主要有两个途径,一是从植物叶片的气孔进入,溶解在细胞组织的水形成亚硫酸盐,从而干扰植物正常的新陈代谢。二是so2在空气中与水作用形成酸雨,酸雨直接破坏植物枝叶,影响植物的正常生长。
(2)大气污染对植物的影响
①大气污染降低植物的寿命。②大气污染降低植物生产率。③大气污染导致植物群落的变化。④大气污染导致植物死亡。
2,植物净化空气的作用
(1)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。植物叶面积比其自身的占地面积大几十倍。例如,高大树木组成的森林的叶面积是其自身占地面积的75倍,草坪的叶面积是其占地面积的22-28倍。由于叶面积巨大,植物对大气尘埃的吸附作用是很显著的。据北京的测试结果,绿化树木地带对飘尘的减尘率为21%-39%;南京的测试结果为37%-60%。每公顷的榆树林每年能滞留粉尘11t,云杉和松林的滞留量为榆树林的3倍左右,水青冈林比松林还要高1倍,1hn?的栋林每年吸尘量达68t0
日本宇部市以燃烧劣质煤为主,月平均降尘高达57t/km20由此引起的发病率,尤其是眼病、心脏病和气管炎的死亡率都比其他城市高。但从1964年开始,大搞绿化,种草植树,几年后降尘量明显下降,市民的健康状况得到改善,眼病发病率下降,心脏病和气管炎的死亡率也比别的城市低了。根据苏联的调査,城市工业区,因空气污染而患眼病的比率为22,9%,而在绿化较好的地区却只有1,08%。铺草坪的足球场比不铺草坪的足球场上空的含尘量少2/3-5/6。这些都说明植物具有吸附尘埃、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、桜油、松脂、肉桂油、柠檬油等,具有杀菌的功能,称之为杀菌素。每公顷松柏树或者松树,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。调査表明,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1000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。
(2)吸碳吐氧。由于人类活动的影响,释放到空气中的CO2越来越多。C02的增多,不仅会引起温室效应,而且对于人与动物来说,就会感到空气越来越不如原来那么新鲜。绿色植物具有吸收CO?,制造Q,清新空气的功能。每公顷阔叶林,每天能吸收1000kgCO?,放出732kg的O2o光合作用所放出的Q,比它自身呼吸作用所需要Q量大20倍左右。一个成年人的呼吸作用,每天需要02约0,75kg,每个城市人均生产和生活消耗0大约7,5kg。据估算,城市每人需要绿地61,5m2,才能保证城市人呼吸到新鲜的空气。日本的调査表明,城市绿地和水面应占城市面积的一半才是比较理想的。由此可以看出,植物在调节CO,与O2的平衡,保持空气的清新方面,发挥了至关重要的作用。
(3)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,从而有净化空气的能力。
植物体内含硫量一般在0,5-3,5g/kg干重之间。受污染的植物含硫量可以超过本底值数倍至数十倍。一些植物不仅对硫的抗性强,而且具有很强的吸收硫的能力。例如,柑橘叶片吸收积累硫可达0,77%以上,每公顷柑橘树每年能吸收SO21,4t之多。多数植物叶片含氟量在10-35mg/kg干重,但在氟污染环境中生长的植物,其氟含量可以大于本底值数倍至数十倍。比如,在广东肇庆某化肥厂定植8个月的植物,叶中氟含量达到243,27~2671,30mg/kg干重。多数植物叶片含氯量为0,3-5g/kg干重之间,在氯气污染环境中生长的植物,其叶片中氯含量可以高岀本底值数倍。如放置在广州某化工厂58天的盆栽植物,叶片含氯量为1,16-16,93g/kg千重。各种植物对臭氧的吸收、吸附能力不同。松柏科的黄杉属能吸收较多的臭氧,桦属和李属对臭氧的吸收小于吸附,而花楸属则相反,吸收大于吸附。研究表明,烟草是汞污染的良好净化植物,大叶黄杨、女贞、榆树、石榴、刺槐对铅污染具有良好的净化效果。
三、生物圈与水圈的相互作用
生命来源于水,生物的生存离不开水,水的多少决定了生物的特征与种类。反过来,生物的作用又在一定程度上改变了水的分布、水的循环、水的组成与性质。水与生物相互作用,决定了地球表层自然环境的某些性质。
(一)生命与水1,生命来源于水
2,生物的生存离不开水
水不仅是重要的氧源和氢源,而且是生物体内含量最多的组分;生物在整个生活过程中离不开水。没有水生物就无法生活。水既是构成生物体的物质基础,又是生物新陈代谢的必要介质。生物体内含水量约占体重的60%-80%,有的可高达90%以上。水也是多种物质的溶剂,如土壤中很多矿物质要先溶解于水,然后才能被植物所吸收和利用;有的营养物质如水溶性维生素只有溶解于水后,才能被生物机体所吸收。水能维持细胞和组织的紧张度(膨胀),使各个器官保持饱满状态,使机体保持一定形态;水也是植物光合作用制造有机物的原料。此外,水的比重、密度、比热、电导率等特性都有利于水生生物的生活。水对生物的作用因水的形态(固体、液体、气体)、水的量(指大气湿度和土壤湿度)以及持续时间(包括降水、水淹和干旱的持续时间)的不同而异。
水是生命活动的必要条件,生物体内的一切生物化学变化都需要水。
营养物质和代谢产物都要在水溶液状态下被吸收和运输。水是光合作用的原料之一。水的蒸发要消耗大量的热量,所以它还有调节生物体温的作用。同时,水对生物也是一个限制因素,特别是对陆生生物更是如此。总降水量、雨水的季节分布、大气湿度以及地面水的供应,是限制生物分布的重要因素。在枯水期,因为缺水一些花草枯黄、树木凋零。
(1)对植物的影响
植物一生中要消耗大量的水,如一株玉米一天中就需要2kg的水,一生要消耗200kg的水,这些水主要用于蒸腾作用,维持植物体的水平衡,满足各种生理生化活动的需要。
水是种子萌发的关键因素,只有吸足水以后种皮才能膨胀软化,使氧易透过,增加胚的呼吸,突破种皮萌发,并进行其他生理生化过程。种子的萌发,需要吸收相当于其自身质量25%-50%或更多的水,比如,水稻需40%、小麦需50%、大豆需120%的水。根的发育与土壤水含量有密切关系,土壤水过多空气相对减少,根系因缺氧生长缓慢,形态短小根毛缺乏。土壤水分过少,由于缺水也会影响根系的发育。只有土壤水分适中,根系才会发育良好。土壤水含量对植物的果实种子质量也有影响。土壤干燥有利于蛋白质、纤维素的形成和积累,水含量高,会增加脂肪和淀粉的合成。
由上所述,水对植物的生长发育有重要的影响。最适范围时,植物生长正常良好;低于最适范围,植物萎薦、生长停止;超过最适范围,植物缺氧、窒息。所以干旱和水涝时间过长形成灾害时,植物的新陈代谢就会受到破坏而死亡,故在农业上采取合理灌溉、排水等措施,调节作物与水的关系,能保证优质高产。
(2)对动物的影响
水对动物比饥饿更重要,动物没有食物的生存时间要比缺水时间长;人如果长期缺乏食物,体重降低40%,但如果降低身体水分10%,生命活动就会严重失调,降低水分的20%时就会死亡。水对动物的影响有以下几方面:
①湿度的影响。湿度有绝对湿度和相对湿度两种表示方式。相对湿度受地势、地理位置、地面性质、植被、年降水量等影响,有昼夜和季节变化。湿度对动物的形态、体色、生长发育、繁殖、分布、行为以及寿命都有影响。例如,我国苏北的棕色田鼠比河南一些较干旱地区的棕色田鼠体色要深暗,因为较高的湿度能提高生物色素酶的活性;衣鱼的幼虫在相对湿度小于70%或大于90%时,不能生长而死亡。
②降水的影响。降水影响有直接和间接两方面的作用,暴雨可冲击动物,浸没其隐蔽地或巢穴,使动物淹死或受潮后热能代谢破坏,过冷而死。蝗虫的数量消长与雨水成负相关作用,雨量越多对蝗虫的发生越不利。因为雨水多,则温度低,蝗虫发育迟缓,而有利于它的天敌蟾赊、寄生蜂等的生长。
③覆盖的影响。它可分为季节性的(如在中纬度和高纬度的河、湖、海的冰)和经常性的冰覆盖。冰盖限制动物的活动,尤其对水栖动物的影响较大,有时可发生急性的Q供应缺乏,阻塞觅食通路,迫使一些水栖小兽离开该水域。
3,水的多少决定生物的种类
水对植物的分布影响极大,所以根据植物与水的关系。可把植物分为水生植物、中生植物和旱生植物三类。生长在水中的植物称为水生植物,它们一般有大量通气组织,以减轻体重,增加植物体积和叶片,的漂浮能力。中生植物是指生活在水平衡不成问题的环境中的植物,它们在一般情况下既不耐旱,也不耐涝,但对短期的、强度不大的干旱和过湿,也有一定的调节适应能力。旱生植物具有高度控制体内水平衡的能力,如热带沙漠中的仙人掌是“节流”的能手,它有刺状的叶和肉质的贮水茎,还有特殊的光合途径以提高其用水效率。而温带沙漠中的梭梭则着重于“开源”,它们具有十分发达和深长的根系,并有强大的吸水力,以提取深层的地下水,另外,它们也有减少蒸腾的能力。
陆生动物根据它们对空气湿度和食物中需水的状况,可以分成比较喜湿和比较喜旱的两类。喜湿动物包括多数环行动物、软体动物、许多昆虫以及一部分鸟类和哺乳类。喜旱动物主要包括昆虫、爬行类、鸟类和哺乳类的一部分。
(二)生物的分布与水
由于生物的生长、发育离不开水,因此生物的分布受到水的分布的控制与影响。
1,干湿度分带性——降水的空间分异与生物分带现象
地球表面,生物的分布受干湿度带性的影响与控制。海洋蒸发的大量水汽,通过大气环流输送到陆地。海洋是陆地上大气降水的主要来源。因此,随着离海岸距离的增大,降水有逐渐减少的趋势,尤其季风气候区更是如此。因此,在同一个热量带内,沿海地区空气湿润,降水量大,分布着森林植被;距离海洋较远的地区,大气降水量减少,干旱季节长,分布着草原植被;到了大陆中心,大气降水量最少,地面蒸发量大于降水量,气候极为干旱,则分布着干旱荒漠植被。植被因水分状况而由海岸向内陆成带状依次更替。动物的种类与数量,同样由湿润区向干旱区递减。生物生产率也呈现出随着降水减少而降低的规律。
2,植物的分布形式与地表水、地下水分布的关系
水是控制生物生长与分布的最重要的因素之一,在水缺乏的干旱、半干旱区和土壤水过剩的沼泽区,尤为明显,在这些地区,生物的分布格局和形式,受地表水、地下水分布格局的影响与控制,形成了各种各样的分布形式
(1)条带状分布
在沙漠或戈壁滩上,有时会看到植物呈条带状分布,形成一个绿色长廊。这往往与地下河道的分布有关,因为地下河道为植物的生长提供了比较充足的水分。在现在的河流两侧或沟谷中也会出现类似现象。植物的条带状分布与地表或地下水的条带状分布有着密切的关系。
(2)岛状分布
在沙漠或戈壁滩上,有时会看到植物集中分布在某一区域,周围仍然是茫茫沙漠或戈壁,像茫茫人海中的一个小岛,故称为岛状分布。植物的岛状分布往往与消亡的湖泊沼泽有关,因为那里地下水比较丰富。有时在局部地形比较低洼的地方,由于地下水位比较高以及容易蓄积地表水的缘故,也会出现岛状分布的植被。
(3)弧状分布
在干旱区洪积扇前缘地带,往往有地下水的流出或渗出,成为适合植物生长发育的地方。植物围绕洪积扇前缘生长,呈现孤状分布的格局,故称为弧状分布。在沙漠的新月形沙丘的丘间洼地,由于局部积水,有时也可以形成弧状分布的植被。
(4)格状分布
在沙漠地区,尤其是在格子状沙丘发育的地方,有时由于环境的变化,沙丘变为固定沙丘。由于丘间洼地地下水位高、并且容易积水,成为适合生物生长的地方。由于沙丘与丘间洼地以格子状形式交错分布,导致了生物的分布也呈现格子状形式。
(5)帽状分布
分布在荒漠中的小山包,如果高度适宜,下部由于缺水被荒漠环绕,而在山顶由于湿度增大,生长着森林或灌从草甸,远远望去就像帽子盖在山顶上,故称为帽状分布。
(6)盆状分布
在湿润地区局部低洼的地方,由于洼地中心土壤水过剩、不利于森林的发育,多生长草本植物,发育为沼泽,而森林往往生长在周围相对较高的地方。由于中间草本植物矮小,而环绕在周围的森林比较高大,看起来就好像一个盆地,故称之为盆状分布。这种生物的盆状分布形式,同样是水的分布影响的结果。
也许生物的分布还有其他的形式,这里列举这些分布类型只是为了说明水的分布对生物分布的影响与控制。
(三)水质与生物
1,海水、淡水与生物
水的平衡调节总是同各种溶质的平衡调节密切联系在一起的,动物与环境之间的水交换经常伴随着溶质的交换。
2,水体富营养化与生物
水体富营养化是指在人类活动的影响下,生物所需要的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等水体,引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧下降,水质恶化,鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下,湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态,不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时,浮游藻类大量繁殖,形成水化。因占优势的浮游藻类的颜色不同,水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等,这种现象在海洋中则叫做赤潮。
(1)生态平衡破坏与水体富营养化
在地表淡水系统中,磷酸盐通常是植物生长的限制因素,而在海水系统中是氮氨和硝酸盐限制了植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质,通常是这些水域系统中,含量有限的营养物质。例如,在正常的淡水系统中磷通常是有限的,因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长。在海水系统中磷是不缺的,而氮含量却是有限的,因而含氮污染物就会消除这一限制因素,从而导致植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业废水以及农田排水都含有大量的氮、磷和其他无机盐。天然水体接纳这些废水后,水中营养物质增多,促使自养型生物生长,特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解,不断消耗水中的溶解氧,或被厌氧微生物分解,不断产生硫化氢等,从两个方面使水质恶化,造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中,又把大量的氮、磷等营养物质释放到水中,供新一代的藻类等生物利用。因此,富营养化了的水体,即使切断外界营养物质的来源,水体也很难自净和恢复到正常状态。上述分析表明,水体富营养化是水体生态系统破坏的结果。
(2)水体富营养化对生物的危害
富营养化会影响水体的水质,造成水的透明度降低,使阳光难以穿透水层,从而影响水中植物的光合作用。某些自养生物的大量繁殖使溶解氧缺少,造成水生动物如鱼类的大量死亡。同时,因为水体富营养化,水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻,形成一层“绿色浮渣",致使底层堆积的有机物质在厌氧条件下,分解产生的有害物质和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐,人畜长期饮用这样的水也会中毒致病。
(四)植被与水循环
植物对水的再分配作用是非常明显的,它可以改变局部或者区域的水分循环,影响局部或区域的大气降水,从而使水在时间与空间上重新分配。
1,植物的蒸腾作用
植物体内的水经过体表向大气蒸发散失的过程,叫做蒸腾作用。植物的蒸腾作用是非常强烈的,有时甚至超过了植被分布区的蒸发作用。一般而言,由于植被的蒸腾作用,年消耗和散失在大气中的水约为2000-3000t/hm2;某些需水特多的农作物,或某些常绿植被蒸腾的水则年达4000-6000t/hm2o一种生长有蓟属植物和驴蹄草的沼泽地上每年每公顷地面植物的蒸腾作用量达11650t,这相当于1165mm的降雨量。
生产单位质量的干物质所消耗于蒸发作用的水的质量,称为蒸腾系数。蒸发系数随植物不同而不同。此数值常在125-1000之间变化。蒸腾系数随气候不同而不同:为了生产出同样数量的干物质,干旱地区植物消耗的水将二倍于潮湿地区的植物耗水量。
在没有植被的地方,水循环主要是蒸发、降水、径流、下滲几个环节,而在植被覆盖的地方,水分循环的环节增多,除了降水、径流、蒸发、下渗外,还有植物蒸腾。植物蒸腾的加入,必将对水循环产生重要的影响。
2,植被对降水的影响
不少调査结果证明,森林能够增加其覆盖地区及其周围地区的大气降水量,特别是在远离海洋的内陆地区。例如,俄罗斯欧洲部分,在年降雨量505mm中有295mm是由于当地蒸发作用所产生的水汽皿形成的雨量,而海洋气流所形成的雨量只有210mmo植物本身蒸腾作用和土壤蒸发所消耗土壤水的总和,往往是比没有植物的空旷地表土壤单独消耗于蒸发作用的水要多,可多40%。可见在内陆干旱地区,大面积森林的存在,可以减少径流的流失,又能通过蒸腾作用增加空气中的水汽,进而提高降水量。
3,植被对径流的影响
在大气降雨下落遇到森林的林冠后,就会出现林冠对雨滴的阻碍以及林冠对斜降雨的再分配作用。
大气降水到达林冠后,雨滴继续下落受到阻碍,而使大气降雨受到阻截损耗,这叫做林冠截流作用。林冠截流的水,一部分附着在林木表面被蒸发到大气中,很少一部分被叶子和树皮直接吸收,其余沿着树干流向地面。一般来说,林冠可以截留15%-40%的降水。针叶林对降水的截留量相当于总降水量的30%,而阔叶林截留量占总降水量的20%。通常降水强度越小,降水量越少,则被截流的降水的比例越大。
林区的地表往往积累了一定厚度的枯枝落叶层,并且下部又有结构良好的土壤和发达的根系,因此森林增加了对水源的涵养能力。研究表明,每公顷森林至少可以蓄积3000m3的水,3000hm2的森林相当于一个1X106m3的水库。据计算,日本森林涵养水源能力为每年2,3X10nt。
由于森林对于降水的截留和蓄积,减缓了降水转变为径流的速度,调节了径流的季节分配。在有森林的流域,普遍的情况是森林拦蓄了洪水径流,将其转化为地下水,并源源不断地补给河流。这样就消减了洪峰,减小了洪水灾害,同时增加了枯水期流量,使河流流量的年内分配趋于稳定(图6-11)。
由于植被有减少地表径流、增加入渗的作用,因此在不同程度上削弱了流水、风力等外动力对地表的侵蚀。
4,植被与水循环
由于植被的蒸腾作用及其对降水、径流的影响,改变了局部和区域的水循环。植被对水循环的影响,主要表现在以下几个方向。
(1)减慢了水分大循环的速度
水循环主要包括降水、径流和蒸发几个环节。水分大循环是指海陆间的水循环:由于蒸发,水离开海洋进入大气,大气环流将之带到陆地上空以降水的形式落到地面,一部分水分被蒸发,另一部分以径流的形式通过河流回到海洋。由于植被对降水的截留作用和蓄积作用,减缓了降水转变为径流的速度,因此减慢了水分大循环的速度。
(2)加快局部水循环的速度
由于植被的蒸腾作用,使空气中的水汽增多,空气温度增大。同时植物的蒸散(蒸发和蒸腾)吸收了大量的热能,降低了空气的温度。从而增加了植被覆盖区的降水。如前所述,俄罗斯欧洲部分,在年降雨量505mm中,有295mm是由于当地蒸发作用所产生的水汽而形成的。这说明,植被覆盖区蒸散的加强和降水的增多,是局部或区域水分小循环加强的结果。热带雨林区,几乎每天午后都有一次降雨,也表明植被覆盖区局部水分小循环的速度加快。
(3)调节洪水/枯水的径流
由于植被的存在,增加了水的下渗,使比较多的降水转变为地下水,或蓄积在土壤与枯枝落叶层中,从而减小了洪峰径流。当枯水季节来临,蓄积的水就会释放出来供给植物利用,同时也增加枯水季节的径流。实际上,植被起着类似水库对水的调节和再分配的作用。
(4)提高水的利用率
由于植被覆盖区局部水分小循环的加快,为该区植物创造了重复多次使用水的机会。由于植被对水季节分配的调节,使生物能够充分利用水的时间延长。因此,植被覆盖区水分的利用率明显提高。

(五)生物与水的正反馈作用
从上述分析可以看出,生物与水相互作用,相互影响,它们之间存在着正反馈作用机制。如图6-16所示,植被发育变好,将会导致局部水循环的加快和使水的季节分配变得比较均匀,从而使得植物对于水的利用率提高,植被发育进一步变好。反之,植被发育变坏,将会导致局部水循环的变慢和使水的季节分配变得不均匀,从而使植物对于水分的利用率降低,植被发育进一步变坏。
四、水圈、大气圈、生物圈的相互作用
前面讨论了水圈、大气圈、生物圈两两之间的相互作用、相互影响。这一节则着重阐述三者之间的相互作用与机制。
(一)湖泊效应
水体的比热容和热容比土壤、岩石和植被大。一般来说,水的热容量平均比土壤的热容量大1倍;水的比热容是黏土矿物、花岗岩比热容的4?5倍,是土壤有机物质比热容的1,6-1,7倍(表6-3)0由于比热容与热容量的差异,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(图6-17)
这种环流,类似于由于海陆热力差异导致的季风环流。在这种环流的作用下,从湖泊蒸发的水源源不断地被输运到湖泊周围地区,在那里形成降水。由于上述作用,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(图6-18
例如,新安江水库于50年代末(1959?1960年)建成以后,该区从一个狭窄的河流变为一个面积394km2的水库,对湖泊及其湖泊周围的气候产生了一些影响:
1)水分平衡的变化,根据分析,建库前(1951-1958年)湖区的蒸发量为720mm,建库后(1965?1972年)为775mm,建库后湖区蒸发量增加55mm,而湖泊周围地势高处降水增加,影响范围一般为8-9km,最大不超过60-80km。
2)对温度的调节,建库后库区年均温度升高0.4-0.8°C,温度年较差减少
3)湖面风速增大30%,白天由湖面吹向陆地,夜晚由陆地吹向湖面
4)由于湖区温度升高,故常年多晨雾,无霜期比建库前延长25天
5)广阔的湖面对气团交换有一定的影响或制约作用,云团经过湖面时变得温顺稳定。根据记载,新安江水库建成以后,湖区雷电阵雨的形成相对减少,甚至消失
6)由于温度降水的变化,水库周围植被也发生了相应的变化
(二)沙漠化效应
在干旱、半干旱地区,当植被遭到破坏,则可能导致严重的沙漠化。植被层的反射率只有15%-20%,而裸露的地面(沙石组成)反射率可达35%-40%。当地面植被受到破坏,地面反射率明显增大,地面所吸收的太阳辐射能明显减少。由于沙石的比热小,白天在阳光照射下,地面强烈增温,使地面长波辐射增强。又因为空气干燥无云,大气逆辐射弱,地面散失的热量很多。在缺少平流热量输入的情况下,为了维持热量平衡,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。查纳(Charney)的模拟结果表明,在其余条件不变的情况下,如果将非洲撒哈拉(Shahale)地区的反射率从14%提高到35%(相当于过度放牧引起的沙漠化),降水量将会减少大约一半。模拟结果表明,如果南美洲30°S以北的森林被草地所取代,降水将减少15%;如果亚马孙流域的森林被沙漠取代,降水将减少70%类似于非洲撒哈拉半干旱地区的水平
实际上,植被一气候一水循环之间的相互作用,还有另外一种机制。当植被受到破坏,地面沙漠化发生,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;没有了植被的覆盖,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
植被的变化,影响了气候与水循环,反过来又进一步导致植被的变化。因此沙漠化效应,是生物、大气、水相互作用的结果

(三)绿洲效应
沙漠里空气干燥,温度日较差比较大,并且降水稀少。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。根据罗辛的研究,在乌兹别克,灌溉良好的巴克坦亚(Pakhta-Aral)绿洲上,日平均土壤表面温度比周围的半沙漠地区的土壤表面温度低13?15笆,近地表(05?20m)的日平均气温比周围的半沙漠地区低3?5°C,近地表的空气相对湿度比周围的半沙漠地区高25%以上。绿洲的影响随高度增加而迅速地减少,但在200m的上空仍能分辨出绿洲的影响
灌溉后的土地,土壤湿度增大,土壤热容量增大,将会起到类似于绿洲的效果。因此,可以说灌溉具有绿洲效应。大规模的灌溉,甚至可以改变区域的气候。在美国俄克拉何马、科罗拉多、内布拉斯加州62000km2土地上的灌溉,使得这些地区初夏的降水大约增加了10%
从上述分析可以看出,灌溉是改造沙漠的一个良好的途径。在某些具有比较丰富的地下水或者不远的邻区具有比较丰富的水源的地区,尤其是在人类活动引起的草地退化和沙漠化的初期阶段,通过灌溉可以打破或者阻断沙漠化的恶性循环,使地面环境得以恢复(图6-20)。
(四)洋面封冻效应
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。
理论上分析,洋面封冻将会产生下列效应:
1)阻断了洋流,阻断了南北向洋流的热量输送,从而导致中高纬度地区气候的变冷。
2)增大了洋面的反射率,使得地面接受的太阳辐射减少,引起气候的变冷。
3)阻断了洋面的水汽蒸发,使得气候变得干燥。
4)封冻洋面由于缺乏Q与太阳辐射,生物生产率将会大幅度降低。
气候的变冷,将导致洋面封冻面积的扩大以及冰川的扩展通过反射反馈(反射率增大——吸收的太阳辐射减少——气候变冷),导致气候的变冷。
气候的变冷和气候的变干,将会引起生物生产率的降低。生物生产率的降低,将使得光合作用吸收的CO2减少,从而导致大气C02浓度的升高、温室效应的加强,由此引致气候的变暖。气候变暖,将导致冰川的融化、封冻洋面的融化瓦解,导致生物的繁盛。水圈、大气圈、生物圈就是这样相互作用、相互影响的(图6-21

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