第五章 自然地理环境的内部联系

第五章自然地理环境的内部联系重点：掌握自然地理环境的整体性、物质循环、内部联系特征难点：整体性的认识过程。内容概要•第一节自然地理环境的整体性•第二节自然地理环境的物质循环•第三节自然地理环境的地球化学作用•第四节自然地理环境的水热作用•第五节自然地理环境内部联系的基本特点第一节自然地理环境的整体性自然地理环境整体性发展的三个阶段：一、自然综合体观点阶段—内在联系性二、系统论观点阶段—结构和功能的整体性三、耗散结构理论阶段—非平衡有序系统的整体性一、自然综合体观点阶段特点：从自然地理环境具相互联系性质的角度来认识整体性。自然地理综合体各组成要素和各组成部分之间的存在复杂的相互联系。地球表层是由地质、地貌、气候、水文、土壤、动物等成分组成，这些无机自然界与有机自然界各组成成分相互联系、相互作用，并通过自然历史过程，形成自然地理综合体。综合体中任何一个成分或环节的变化都会影响其它成分或环节的变化甚至整体的变化。一、自然综合体观点阶段比如：暖温带落叶阔叶林带，作物为一年两熟，寒温带气候作物只能一年一熟，种植耐寒、生长期短的作物。同样，地貌因素发生变化，也会引起一系列变化，再如海拔上升，气温降低，降水发生相应的变化，土壤、植被也随之改变。一个因素变化会影响另外的因素，这种传统观点的整体性是内在联系的整体性。是定性的描述，不能定量地表达整体性原理。二、系统论观点阶段特点：从自然地理环境的结构和功能的角度来认识其整体性。作为一个有机整体，自然地理环境具有各单独组成要素或各单独组成部分不具备的统一的结构和功能。整体和部分的关系，主要表现在三种情况：整体=部分之和整体部分之和整体部分之和二、系统论观点阶段①系统的整体等于系统的各组成部分之和只适应于由各要素机械组成的系统。如一筐苹果、一堆沙粒等。②系统的整体小于各部分之和如果系统中各部分相互牵扯，相互扼制，甚至掺杂着一些寄生和坏死的要素，这样的系统往往使整体的能量大大下降。“三个和尚没水吃”。③系统的整体大于各部分之和如果系统中各组成要素互相协同，彼此配合，会使系统出现新质，即整体系统会出现各子系统没有的功能。二、系统论观点阶段系统的整体效应——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，具有放大（或缩小）效应，使系统整体大于（或小于）部分之和。系统论中有一个重要原理——整体大于各部分之和。二、系统论观点阶段例如：人的双眼视觉功能大大超过两只单眼视觉功能简单相加的总和。双眼的视敏度比单眼高6～10倍，双眼的视觉能形成立体感，而单眼却无能为力。又如，当年拿破仑在埃及作战时，同一少数民族——马木留克对阵，马木留克兵英勇善战，个人搏杀技术很好。法国兵在当时曾打过很多胜仗，但3个马木留克兵肯定能够战胜3个法国兵；100个马木留克兵和100个法国兵势均力敌，而300个法国兵绝对能够战胜300个马木留克兵。这是因为法国兵在大兵团作战中，彼此配合得很好，而马木留克兵不善于协同作战，这就是整体性起了作用，整体出现的功能是各部分之和所不具备的。自然地理环境具有生产有机物和形成土壤的功能也是任何一个要素的单独作用都不具备这种功能。特点：从自然地理环境是一个非平衡有序开放系统的角度来认识其整体性的。创始人：普里高津比利时人（1）什么叫耗散结构？一个远离平衡的开放系统，只要通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定的阈值时，可能从原有的混乱无序状态，转变为一种在时间上和空间上或功能上的有序状态，这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，依靠不断地耗散外界的物质和能量来维持，称为耗散结构。三、耗散结构理论阶段三、耗散结构理论阶段自然地理环境不断地与外界进行物质和能量交换，这种无休止的物质、能量交换过程，使得自然地理环境从简单到复杂、从低级到高级、从无序到有序地不断进化发展，并形成稳定有序的结构。两层意思：①开放系统：系统与外界环境有物质和能量、信息交换。②在一定条件下，使系统变无序为有序。简单概括为：消耗外界环境的物质、能量来维持系统内部的新的有序结构。如：沙漠中的绿洲，就是不断地从外界获得物质、能量，才保持这种有序状态。一旦断绝了水源，很快就变成寸草不生的沙漠。自组织现象：耗散结构在与外界交换物质、能量的同时，还有一种自组织能力，变无序为有序的过程。如：诗句“野火烧不尽，春风吹又生”，大火焚烧过后，第二年春天有充足的阳光和雨水的滋润，恢复原状。说明自然地理环境有自组织能力。•总结：整体性概念是在发展的、逐步深化的。•传统的观点内在联系的整体性，定性描述•系统思想结构和功能的整体性•耗散结构理论非平衡有序系统的整体性系统的主要特征——整体性•要求：掌握整体性概念，包括不同观点中整体性的特点和含义。逐步丰富了整体性的原理，引导着人们从物质流、能量流、信息流，三个相互联系相互补充的客观过程中去认识整体性。第二节自然地理环境的物质循环自然地理环境中物质循环方式可以归纳为四种：一、大气循环二、水分循环三、地质循环四、生物循环一、大气循环大气循环运动的基本形式——大气环流。大气环流按其空间范围和规模的大小，大致可分为全球性环流系统、海陆间季风型环流系统和地区性环流系统等不同层次。形成大气环流的原动力来源于太阳辐射能，但是不同规模的大气环流，又各有其不同的形成因素。在物质能量系统中，大气环流具有重要的意义和作用。地球静止状态下的大气环流——单圈环流三圈环流模式类型源地风向性质成因东亚季风冬季风夏季风南亚季风冬季风夏季风亚洲高压西北风寒冷干燥夏威夷高压东南风温暖湿润海陆热力性质差异亚洲高压南印度洋东北风干燥西南风湿润②气压带风带的季节移动高气压F低气压0°印度低压夏威夷高压高气压1月7月低压①海陆热力性质差异季风环流模式一、大气循环大气环流最显著的作用在于传输大气中所含的各种物质元素和贮存的热能，不断对地表的热量和水分的空间分配进行调节，从而形成各种气候、促使天气发生变化。大气环流在输运物质与能量上作用很大。如在赤道上发生的环流圈，平均每秒流动2×108吨空气，因此他也不断地改变着自然地理系统中能量、物质、水分和其他物质的分配。大气圈与其它圈层的循环—在太阳能的作用下，其它圈层的水体可以通过蒸腾和蒸发进入大气层中。据计算，每年约有52km3的水量进入大气层。一、大气循环大气环流积极搬运地表松散的物质。岩石圈进入大气圈的物质主要是尘埃（通过风力、火山爆发和燃烧）。据估算全球每年有50座左右的火山喷发，向大气中排放数百万吨的尘埃和火山灰等。大气环流塑造地表形态，可作为地貌形成的外力条件之一。水汽输送蒸发降水蒸发降水植物蒸腾湖地表径流地下径流海洋蒸发降水陆地水循环图示二、水分循环凝结凝结水循环是指地球上的各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断发生相态转换和周而复始运动的过程。这样，水圈的内部及其外部圈层之间的物质循环与能量转化过程。在自然地理系统的物质能量系统中，水循环既是协调各圈层之间能量转化的物质因素，又是沟通各圈层物质联系、促成地质循环的主要动力因素，同时他还参与大气循环及生物循环的全过程，并起着重要作用。二、水分循环极地冰川水1万年山地冰川水1600年深层地下水1400年内陆湖水20年湖泊淡水10年土壤水1年河水16.6天动态水河水湖泊淡水内陆湖水土壤水静态水山地冰川水深层地下水冰川陆地水更新循环类型及其更新循环周期类型包括水体循环周期特点利用状况静态水动态水冰川深层地下水内陆湖泊水地表水浅层地下水1600（年）1400（年）20（年）16天储量大，周期长，更新慢储量小，周期短，更新快直接利用不多开发重点水循环运动具有多方面的作用和重要的地理意义：它对全球性水分和热量的再分配起着重大作用。它是岩石圈风化壳产生机械输运作用、促使地表各种化学元素迁移的主要动因；它是陆地上雕塑各种地貌形态、形成各种水域的重要机制；它是维持生物生命活动、形成地表生态系统中水胶体系的基本条件，是沟通无机界与有机界物质联系的纽带。三、地质循环在自然地理系统中，岩石圈的内部以及与其环境之间存在着物质循环和能量转化过程。地质循环是在一定的能流驱使下进行的，比较明显易于观察到的动因是地表水循环。而深层次的原因有地球内能。地质循环的全过程实际蕴含着太阳能与地球内能的一系列转化及其相应的四种作用过程：风化剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、构造作用。地壳物质循环示意图地壳物质循环示意图岩浆沉积岩变质岩岩浆岩三大类岩石间的相互转换变质作用重熔再生四、生物循环生物循环是生态系统中的物质循环，包含两个基本的意义：一是生物作为土壤-植物-大气之间的一个联系环节，二是实现了有机界和无机界之间的互相转化，是生物循环的最本质体现。生物循环对于能量的贮存和消耗，对于化学元素的迁移和积累，对于碳循环、氮循环、氧循环和其他有关成分的循环等具有明显的作用。碳的循环过程无机环境生产者消费者光合作用呼吸作用呼吸作用捕食分解者呼吸作用煤、石油燃烧（有机物）（有机物）（CO2）食物链碳的循环过程四、生物循环生物有机体可以把太阳辐射能转化为化学潜能。生物循环引起化学元素的迁移，使得这些元素在自然地理环境中重新分配生物循环可以改变大气的组成成分，并保持大气圈中气体的相对平衡。生物循环影响并改造水圈中的化学成分生物循环还把太阳能引进成土过程，促进土壤的形成和发展。生物循环参与某些岩石和矿物的形成。第三节自然地理环境的地球化学作用一、元素的地球化学迁移1、定义：自然地理环境中化学元素由一种存在形式转变为另一种存在形式（结合状态变化），并伴随着一定的空间位移的运动过程。理解元素地球化学迁移的定义：（1）空间上的位移表现为元素发生了重新分配、元素的分散和集中的分带性（即元素的分布特征）（2）时间上从物质分解到元素搬运再到重新固定的整个过程（表现元素迁移的阶段性）2、意义：是微观的物质循环，作为地表自然界物质运动的重要形式，贯穿于各组成成分之间，并使之建立紧密的相互联系和相互制约的关系。第三节自然地理环境的地球化学作用二、元素的地球化学迁移因素1、迁移的内在因素取决于化学元素的物理和化学性质（1）化学键（2）重力性质（3）化学性质（4）晶格性质（5）放射性质第三节自然地理环境的地球化学作用二、元素的地球化学迁移因素2、迁移的外界因素取决于迁移介质的热力学、化学及生物学环境（1）温度（2）压力（3）浓度（4）酸碱度（5）氧化还原电位（6）胶体吸附（7）生物活动第四节自然地理环境的水热作用一、自然地理环境的水热关系1、热运动和水运动是自然地理环境物质循环的基础2、热和水的矛盾是推动自然综合体演化的基本矛盾。3、热、水配置不同，自然综合体区域特征不同。4、热、水矛盾的主要方面随地域变化而变化。第四节自然地理环境的水热作用二、水热关系与自然地理环境的水平结构1、水热系数——确定地面热量平衡和水量平衡的相对数值的参数。其数值可以用来揭示水平地带性规律。2、辐射干燥指数（创立者：格里哥里耶夫、布迪科）A=R/L*rA—辐射干燥指数；R—辐射平衡值；L—蒸发潜热；r—降水量。两层含义：（1）辐射平衡值与蒸发年降水量所消耗的热量之比；（2）蒸发力（R/L）与降水量r之比。湿润地区，A值小；干旱地区，A则大。苔原：0.35；森林：0.35-1.1；草原：1.1-2.3；半荒漠：2.3-3.4；荒漠：3.4.格里高里耶夫和布迪科把辐射平衡与辐射干燥指数结合起来，发现了全球水平地带的分布规律和地理地带的周期律。第五节自然地理环境内部联系的基本特点1、在自然地理环境中存在着由各组成要素和各组成部分所建立起来的一定结构，并完成一定的功能和形成一个整体效应。2、物质循环必然伴随着能量转换与传输。3、在自然地理环境中，物质循环与物质平衡不可分割。4、自然地理环境中的物质循环不是简单的往复运动，而是旋回发展的复杂过程。复习思考题1.人们对自然环境整体性的认识经历了哪三个阶段，各个阶段的特点是什么？2、简述自然地理环境中四种物质循环类型。