1.2 地球表層系統(tǒng)

1、 地球表層系統(tǒng)與圈層相互作用1地球表層概念最早由德國地理學(xué)家李?；舴遥?883-1905）等提出，指的是與人類有直接關(guān)系的那部分地球環(huán)境。他認(rèn)為地球表層是地理學(xué)研究的核心，并說地理學(xué)的任務(wù)在于集中研究地球表層相互聯(lián)系的各種現(xiàn)象，特別是研究人與地球以及生物現(xiàn)象之間的聯(lián)系。2錢學(xué)森等提出，“地球表層”的上界應(yīng)劃在大氣同溫層的底部或?qū)α鲗拥纳舷蓿ㄆ骄s10km）,下界為巖石圈的上部（陸地表面往下約5-6km)。有的專家認(rèn)為，以巖石圈中地殼的底面為“地球表層”的下界。3地球表層系統(tǒng)：由各圈層：大氣圈的下部、水圈、生物圈和地圈的上部構(gòu)成。地球表層系統(tǒng)科學(xué)：是研究地球表層系統(tǒng)內(nèi)各圈層的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)

2、過程之間的相互作用，以及人與地球表層系統(tǒng)之間的相互作用的一支新興學(xué)科。各圈層的相互作用，人類與各圈層的相互作用，地球系統(tǒng)的各自然界面問題（陸-氣、陸-海、海-氣、海岸帶）是地球表層系統(tǒng)科學(xué)研究的內(nèi)容。4地球表層自然環(huán)境是由巖石圈、大氣圈、水圈與生物圈相互作用而成的，自然地理學(xué)是研究地球表層自然環(huán)境的核心學(xué)科。與研究巖石圈、大氣圈、水圈與生物圈的核心學(xué)科地質(zhì)學(xué)、大氣科學(xué)、水文學(xué)和生物學(xué)相比，自然地理學(xué)的優(yōu)勢，不在于分門別類地去研究各個圈層，而在于從學(xué)科交叉和要素融合的角度去研究圈層的相互作用。地球表層能量的傳輸與交換，物質(zhì)的遷移與循環(huán)，是地球表層環(huán)境發(fā)展演化的原因與動力，也是圈層間相互作用的紐帶

3、和橋梁。地貌、土壤是圈層相互作用的結(jié)果。5一、地球表層能量傳輸、交換與圈層相互作用能量是維持地球表層系統(tǒng)運(yùn)行與發(fā)展的動力，也是聯(lián)系四大圈層的橋梁和紐帶。圈層間進(jìn)行著多種不同能量的傳輸，這里只做一個簡要的歸納： 大氣圈與水圈之間進(jìn)行著熱能、動能、化學(xué)能和勢能的傳輸與交換。由于大氣與水體之間溫度的差異，大氣圈與水圈之間熱能交換一直在不停地進(jìn)行著。如冷空氣經(jīng)過的水面會發(fā)生降溫現(xiàn)象，暖洋流對大氣有增溫、增濕作用。由于大氣與水面之間的摩擦作用，大氣運(yùn)動往往影響和帶動水體的運(yùn)動，如風(fēng)吹拂水面會產(chǎn)生波浪，信風(fēng)作用于洋面產(chǎn)生洋流。6當(dāng)然水體的運(yùn)動也會影響和改變大氣的運(yùn)動，如在靜風(fēng)天氣的時候，你來到瀑布或快速流

4、動的河流附近，立刻感到風(fēng)的存在。這是大氣圈與水圈動能交換的結(jié)果。大氣與水體（主要是海洋）之間在不斷地進(jìn)行著物質(zhì)的交換，在交換過程中也會發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)，因此兩者之間也存在化學(xué)能的交換。氣壓代表了大氣勢能的大小。當(dāng)大氣壓力不同或發(fā)生變化時，會改變水體的分布與位勢。如氣壓偏低時，海平面就會升高，如氣壓偏高時，海平面就會相應(yīng)降低。如臺風(fēng)經(jīng)過的海面，由于臺風(fēng)中心氣壓比較低，往往會導(dǎo)致海平面高出周圍幾十厘米至幾米。當(dāng)水體分布發(fā)生變化時，同樣也會引起氣壓的變化。又如，高山、高原冰川以及中高緯度地區(qū)冰蓋的發(fā)育，將會使這些地區(qū)的近地面氣壓升高，導(dǎo)致區(qū)域間的氣壓差增大。7 同樣，大氣圈與巖石圈之間在進(jìn)行著熱能、

5、化學(xué)能、動能的交換。水圈與巖石圈之間存在著熱能、動能、勢能與化學(xué)能的交換。生物圈與其他三個圈層之間，普遍存在著熱能與化學(xué)能的交換。8二、地球表層系統(tǒng)的物質(zhì)遷移、循環(huán)與圈層相互作用 物質(zhì)遷移與循環(huán)，和能量傳輸與轉(zhuǎn)化一樣，是地球表層系統(tǒng)發(fā)展演化的原因與動力，也是圈層間相互聯(lián)系的紐帶、相互作用的橋梁。 地球表層系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，通常劃分為大氣循環(huán)、水循環(huán)、地質(zhì)循環(huán)、生物循環(huán)和生物地球化學(xué)循環(huán)。顧名思義，大氣循環(huán)、水循環(huán)、地質(zhì)循環(huán)、生物循環(huán)主要發(fā)生在大氣圈、水圈、巖石圈與生物圈，但也不完全局限于單一圈層之中。大氣滲透到各個圈層，水圈、巖石圈和生物圈中都有大氣，并且還在不斷與大氣圈進(jìn)行著交換：生物通過光合

6、作用與呼吸作用在更新和改變著大氣，巖石、土壤中的大氣也在不斷地與大氣進(jìn)行著交換，海洋則是大氣某些組分的重要的源和匯。因此可以說水圈、巖石圈與生物圈也參與了大氣的循環(huán)。水循環(huán)似乎是水圈中的物質(zhì)循環(huán)，但實(shí)際上水循環(huán)跨越了大氣圈、巖石圈與生物圈：降水發(fā)生在大氣圈，水汽的運(yùn)移是由大氣運(yùn)動完成的；徑流發(fā)生在巖石圈表層（地表徑流）和巖石圈內(nèi)部（地下徑流），是水循環(huán)的重要步驟；9植物的蒸騰是水循環(huán)的重要方面，植被對降水的截留，改變了水循環(huán)的過程與速度。地質(zhì)循環(huán)也不僅僅局限于巖石圈，因為巖石的風(fēng)化、分解、溶蝕、侵蝕和沉積物的搬運(yùn)、堆積、 固結(jié)成巖，都離不開大氣與水的參與，生物在地質(zhì)循環(huán)中也發(fā)揮一定的作用。 生

7、物地球化學(xué)循環(huán)，更是跨越大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈。10三、圈層相互作用與地貌的塑造從圈層相互作用的角度來說，河流地貌、海岸地貌是水作用于巖石而產(chǎn)生的地貌，是水圈與巖石圈相互作用的結(jié)果；風(fēng)沙地貌是干燥氣候條件下風(fēng)作用于巖石圈表面而產(chǎn)生的地貌，是大氣圈與巖石圈相互作用的產(chǎn)物；冰川地貌、冰緣地貌是特定氣候條件下，固態(tài)和液態(tài)水對巖石表面進(jìn)行作用而形成的地貌，是大氣圈、水圈、巖石圈相互作用的結(jié)果。黃土地貌是水、重力等作用于特殊的巖石黃土而形成的地貌，而黃土一般都是干燥氣候條件下風(fēng)作用于巖石表面而形成的，因此黃土地貌也可以認(rèn)為是大氣圈、水圈、巖石圈相互作用的產(chǎn)物。11喀斯特地貌是在一定的大氣、氣候和生

8、物條件下，水對巖石溶蝕、淀積、侵蝕、沉積的結(jié)果，在一定程度上反映了水、大氣、生物、巖石的相互作用，是水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈相互作用的產(chǎn)物?？λ固刈饔玫陌l(fā)生必須具備四個條件（1）巖石的可溶性，（2）巖石的透水性，（3）水的溶蝕力，（4）水的流動性。巖石的可溶性、透水性是由巖石圈的結(jié)構(gòu)與變動（構(gòu)造運(yùn)動）決定的；水的流動性取決于氣候條件、地形坡度以及巖石的空隙類型與連通性；水的溶蝕力不僅取決于水的性質(zhì)，而且還受大氣二氧化碳含量、生物產(chǎn)生的有機(jī)酸多少的影響與控制。喀斯特作用、喀斯特地貌的空間分布，同樣受巖石圈結(jié)構(gòu)、水的分布以及氣候與生物的空間分異的影響。因此，喀斯特作用是水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈相互作用的一個很好的例子。12四、圈