第六章自然地理环境的时间演化规律

第六章自然地理环境的时间演化规律发展方向性节律性稳定性基本特点思路A方向性B节律性C稳定性D发展演化规律E基本特点理解记忆地球形成的“固体的冷物质积聚假说”：冷物质积聚过程中：放射性元素的蜕变放热；原始地球的重力收缩不断使地球增温。地球热能积累到使内部物质由刚性改变为可塑性，为重力分异创造了有利条件。在重力作用下，较重的铁、镍物质缓漫下沉，向地球内部集中；较轻的硅酸盐类物质则缓慢地向上移动，向地表集中。物质的对流导致了物质的分异，最后形成现代地球内部的三个组成部分：地核、地幔、地壳。第一节自然地理环境发展的方向性一、岩石圈发展的方向性（1）地壳的演化具有明显的方向性。地槽区地洼区活动区稳定区地台区地壳演化过程示意图xy1.岩石圈发展的方向性（1）地壳的演化•地槽区（活动区）•地台区（相对稳定区）•地洼区（新的活动区）（2）大陆面积有逐渐扩大的趋势。（3）地貌的发育也具有方向性。Davis的侵蚀循环学说（地理轮回说）假定地壳抬升后再没有上升、下降运动及大的气候变化，由流水逐渐夷平地表，从以下蚀为主的V型河谷的河流青年期开始，经过侧蚀为主的壮年期，最后进入侵蚀微弱、谷地间地面降低成缓坡的老年期，整个地表被磨蚀成几乎是起伏不大的平原，即准平原。然后地壳再上升进入第二轮回，往复下去。（4）风化壳的发育以及土壤的形成过程也都具有方向性。波雷诺夫的风化发育阶段:物理风化-化学风化富钙阶段→富硅铝阶段→富铝铁阶段二、大气圈发展的方向性原始大气→二氧化碳大气→现代大气。地球现代大气就是氮、氧大气。三、水圈发展的方向性海水的主要盐分含量1、水体体积的日渐增大2、大洋含盐浓度的逐渐增大四、生物圈发展的方向性1.生命起源的方向性（1）从无机物到简单有机物。（2）从简单有机物到复杂有机物。（3）从复杂有机物到原始生命。1、生命起源无机物→简单有机物→复杂有机物→多分子体系→原始生命􀁺从无机小分子物质→有机小分子物质􀁺从有机小分子物质→有机高分子物质􀁺从有机高分子物质→多分子体系􀁺从多分子体系→原始生命IntegratedPhysicalGeography2、生物从海向陆的方向性IntegratedPhysicalGeography3、植物演化方向性:藻类→蕨类→裸子植物→被子植物4、动物发展方向性单细胞动物→无脊椎动物→鱼类→两栖类→爬行类→哺乳动物→人类五、自然地理环境的进化发展原始自然系统天然生态系统人类生态系统1、原始自然地理系统的形成•原始自然地理系统的形成大概经历如下阶段：(1)天文期——宇宙大爆炸:46亿年前，地球起初是一些相互靠近的宇宙物质、星云。由宇宙大爆炸产生。(2)地质时期——原始自然地理系统开始形成（原始圈层形成）：46亿年后，由于地球内放射性热的生成率比今天高出许多倍，是当时地球表层演化的主要能源。由于地球内部热量大量聚积→导致地球物质熔融→喷溢大量岩浆、气体和水蒸气→形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈，标志着原始自然地理系统开始形成。由于此时地球内能占优势，所以原始大气以CH4、CO、N2、H2O、NH3和CO2等为主。原始海洋和海水为低盐、高钙型，且水少，因此物质、能量的交换受到一定的限制。(3)原始自然地理系统形成——三大圈层紧密联结成统一整体：约于37～20亿年前，地壳不断增厚。由于地壳增厚，地球内能对地表的作用减弱，太阳辐射能逐渐成为地球表层的主要能源，在三大无机圈层中不断转换、耗散，并促成三大无机圈中的物质交换，使三大圈层紧密联结成统一整体，联结成一个新的物质系统——原始自然地理系统。由于原始大气对太阳的短波辐射基本透明，因此，在强烈的紫外辐射照射下，环境中的小分子和元素，在原始的海洋中合成高分子化合物（如碳水化合物）。这为地球生物的诞生，淮备了充足的物质基础。2、天然生态系统的形成原始自然地理系统是具有耗散结构的物质系统，它还要继续进化。(1)原始生命的形成——异养细菌：大约在30亿年前，地壳增厚到20km，地球内能对地表的作用再减弱，太阳辐射能对地表的作用进一步增强。同时，海洋里的有机化合物大量积聚，这些物质在太阳能的作用下，终于合成了生命，最初是异养细菌：靠海洋中的有机物和积聚能量为生。(2)原始生态系统的形成——光合作用：异养细菌感到食物匮乏，产生自养生物（叶绿素，称为蓝藻），能进行光合作用。原始生态系统形成，这是自然地理环境的一次重大飞跃(3)生物圈逐渐形成：原始生态系统大大改变了自然地理环境的物理、化学过程和元素迁移过程，从而改变了自然地理环境的组成和结构，逐渐形成生物圈。由于含有叶绿素的生物不断增多，因而固定太阳能的数量也随之增加。(4)氧气形成：光合作用的不断加强，原始大气中的二氧化碳（CO2）减少（碳酸盐岩类固定在沉积岩中）。O2不断增加，并出现臭氧层，为生物在自然地理环境中繁衍创造了有利条件。由于氧含量不断增加，导致喜氧生物大量产生。而由于有了氧呼吸，自然地理环境中的能量转换效率提高了大约19倍。(5)天然生态系统的形成：大约在距今4亿年前，生物从海洋登陆，接受太阳辐射更为充分。结果导致生物种类和数量大增，水陆都形成由生产者（植物）、消费者（动物）和分解者（细菌）组成复杂、完善的生态系统，这就是天然生态系统。生物圈的形成，标志着自然地理环境的进化进入了一个全新的阶段：太阳能在有机界的转换，把有机界和无机界联结成整体系统。实际上是绿色植物通过光合作用把太阳能转变成潜能→通过食物链转移→最后，食物链中残存的有机物质的潜能，由微生物通过发酵、腐烂等形式加以释放。生物圈的出现，天然生态系统的形成，使自然界的两个极重要的地球化学循环建立起来。3、人类生态系统的形成(1)人类的出现：大约在距今二三百万年前，人类从动物界中分化出来。人类的出现，是自然地理环境进化史上又一次重大飞跃。也是人类生态系统形成的标志。(2)人类社会的不断演化：从狩猎、采集→农耕放牧→农业→工业→后工业阶段等。宇宙大爆炸地质时期（地球内能主导）原始自然地理系统地壳增厚（太阳辐射能主导）原始生命的形成——异养细菌自养生物大气成分发生变化生物从海洋登陆生物圈出现，天然生态系统形成人类生态系统形成自然地理环境的进化二三百万年4亿年30亿年37～20亿年46亿年第二节自然地理环境的节律性一、节律性的概念把自然地理过程（及其现象）随时间重复出现的变化规律称为自然地理环境的节律性，简称节律性或节奏性、韵律性。二、节律性分类周期性节律旋回性节律阶段性节律自然地理环境的节律性周期性节律周期性节律是自然地理过程按严格的时间间隔重复的变化规律。昼夜节律季节节律二、旋回性节律旋回性节律是以不等长的时间间隔为重复周期的自然演化规律。1、地质旋回2、气候旋回地质旋回地质旋回具有旋回性节律。岩层的沉积层序非常鲜明地反映了地质旋回的节律性。例如在地层剖面上见到的由老渐新反复出现砾岩→砂岩→页岩→石灰岩的岩相更迭演化，就反映了从海退到海侵又到海退的旋回性节律。地壳的演化可分为太古代、元古代、早古生代、晚古生代、中生代和新生代等若干个时期，这些时期实际上就是地质旋回的周期。地质旋回的周期基本决定于天文因素。气侯旋回气候的变迁也呈现一种旋回性节律。6亿多年来的地球气候史是以温暖时期和寒冷时期交替演变为其基本特点的。气候旋回又可分为世纪内旋回、超世纪旋回和冰期-间冰期旋回三种。（1）世纪内旋回王绍武：中国20世纪气候趋势：降水：干→湿10年周期气温：暖→冷20年周期气温∩降水：暖干-冷湿-冷干-暖湿-暖干40年周期IntegratedPhysicalGeography􀁺世纪内旋回波动周期较短，在几年至几十年范围内。常见周期：22-23及35年竺可桢：中国温度的升降有50-100年周期。第3章自然地理环境的时间演化规律（2）超世纪旋回周期长短超过100年以上如:周期1800-1900年的超世纪气候旋回。两个阶段：一是寒湿气候阶段，长约300—500年，其间冰川扩展，河流水量增加，湖泊水位上升；二是干热气候阶段，长在1000年以上，其间冰川退缩，河流变浅，湖泊水位下降。（3）冰期-间冰期旋回这7亿年中出现过三次大冰期：震旦纪大冰期石炭-二叠纪大冰期第四纪大冰期。在欧洲，第四纪大冰期的亚冰期-亚间冰期划分为：（1）群兹亚冰期寒冷群兹-明德亚间冰期温暖（2）明德亚冰期寒冷明德-里斯亚间冰期温暖（3）里斯亚冰期寒冷里斯-武木亚间冰期温暖（4）武木亚冰期寒冷冰后期（延至现代）温暖三、阶段性节律1.生物生长节律种子休眠衰老和死亡果实和种子形成生物生长节律生长速度2.生物进化节律阶段性的突变和跃升第三节自然地理环境的稳定性一、自然地理环境的稳定性的概念是指其影响条件发生变动，或人为干扰的场合下，自然地理环境的状态并不会变动过大，或变动后经自我调节机制的作用，使其逐渐恢复原态的性质。1、正反馈环坡面径流土壤渗透力坡面侵蚀--++正反馈环1、正反馈（positivefeedback）如果回返信息使系统输入或过程原因在原来变化方向上得到放大，进一步偏离初始状态，称为正反馈。当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各环节的连锁反应，加强这种变化趋势，使其脱离初始状态。空气中的二氧化碳含量植物生长气温+-+-负反馈环2、负反馈（negativefeedback）如果回返信息使系统输入或过程原因在原来变化的方向上得到抑制或缩小，趋向回到初始状态，称为负反馈。当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各要素的连锁反应，减弱了这种变动，使变化趋于稳定3、系统的稳定取决于正、负反馈环的力量对比系统的稳定是由正反馈环与负反馈环两者的力量对比关系所决定。由于正反馈环的自我增强作用和负反馈环的自我调节作用，系统必然是在变动与稳定、增长与衰减间相互斗争。当负反馈环的自我调节作用强于正反馈环的自我增强作用时，系统趋于稳定；但当正反馈环的自我增强作用超过负反馈环的自我调节作用时，系统的稳定遭到破坏，脱离初始状态。第三节自然地理环境的稳定性性4、自然地理环境在长达几年-8000万年间，保持着相对的稳定，靠的是自然地理环境本身复杂的网络结构。一旦出现重大的结构调整，导致不平衡，达到某阈值以后出现不稳定，随机涨落可能迅速被放大，并扩散到整个系统，形成新结构，出现新的稳定。5、几点说明1）稳定只是代表整个演化过程的一个阶段。整个地球表层是不断向前发展，是由简单到复杂的不可逆过程。自然地理环境在某阶段是稳定的，但自然历史的长河又是发展的。2）负反馈环的自我调节作用不会引起自然环境演化的终止，负反馈环的自我调节作用在演化过程中，虽然是起“保守”作用，但它的作用有一定限度，当某些变动超过“阈值”时，自我调节便会失去作用，系统会偏离初始状态。3）系统的稳定性还与系统结构的复杂程度有关。越复杂的系统，负反馈作用的阈值范围越大，也就越稳定。珠峰甘肃黄土高原巴蜀梯田黄淮海平原腾格里沙漠呼伦贝尔大草原第四节自然地理环境时间演化的基本特点一、演化是不可逆的前进过程二、演化是不断重复的节律过程三、演化是前进与节律的统一过程IntegratedPhysicalGeography􀁺太古代早期（距今25亿年）地球表面有许多小型花岗岩陆块，其间为深度不一古海洋。地壳运动和岩浆活动广泛而又强烈，火山喷发十分频繁，“脱气”过程形成了大气圈和水圈。大气圈富含CO2、水蒸汽、火山尘埃、很少的N和非生物成因的O。陆地是炎热的、荒芜的。后期水圈中陆续出现了蛋白质、核酸、原核细胞、细菌和蓝藻，开始形成生命。IntegratedPhysicalGeography􀁺元古代（距今6-25亿年）•大陆地壳逐渐扩大、增厚，火山活动相对减弱，大气中CO2浓度降低，游离氧增加。•原核生物进化为真核生物，嫌气生物转化为好气生物，物种数量增多。•植物经历第一次大发展，晚期出现了原始动物。•造山运动多次发生并使小陆块逐渐拼合为泛古陆。IntegratedPhysicalGeography􀁺古生代（距今2.3-6亿年）泛大陆分裂，形成冈瓦纳、北美、欧洲和亚洲四个大陆。大陆分裂引