导图社区 自然地理学(1)
自然地理学是研究自然地理环境的组成、结构、功能、动态及其空间分异规律的学科,是地理学的一个重要分支学科。
编辑于2024-10-21 19:37:27自然地理
绪论
自然地理学的研究对象和分支
地理学常识
地理学的性质
综合性
多学科交叉
多要素融合
区域性
环境性
系统性
地球表层
地理环境的分类
自然环境
经济环境
社会文化环境
自然地理学的研究对象
天然的和人为的自然地理环境,具有一定的组分和结构,分布于地球表层并构成一个地理圈
自然地理学研究地球表层的自然地理环境
该表层是具有独特的物质结构状态和一定厚度的圈层,在地里文献中称为“地理圈” 地理壳“ 地球表层”
人为的自然地理环境
人类是干扰和控制自然地理系统的一个重要因素,在人类的作用下,现在自然地理环境已经发生不同程度的变化,许多地区在天然背景下变为人为环境。
人类活动遵循自然界的客观规律,人类就收益于自然界,人与自然环境的关系就比较协调,一些自然资源就可以得到不断更新,相反资源就会收到破坏,环境质量就下降,生态失调,人类必将受到自然界的惩罚
自然地理学的分科
部门自然地理学
研究各要素的组成、结构、动态分布、分布特征和规律
综合自然地理学
研究自然地理环境的整体性特征和整体各部分的相互关系和相互作用,阐明环境整体的结构特点,形成机制、地域差异和发展规律
区域自然地理学
研究区域的部门情况和区域的综合情况
自然地理学的研究任务
自然地理学的研究任务
研究各自然地理要素的特征、形成机制和发展规律
研究各自然地理要素之间的相互关系,彼此之间物质循环和能量转化的动态过程,从整体上阐明它的变化发展规律
研究自然地理环境的空间分异规律,进行自然地理分区和土地类型划分,阐明各级然区和各种土地类型的特征和开发、利用方向
参与自然条件和自然资源评价
研究人为环境的变化特点、发展动向和存在问题,寻求合理利用和改造的途径及整治方法
自然地理学的研究目的及意义
自然地理学的作用和贡献
自然地理学与其他学科的关系
与区域经济地理学的关系
与其他地学学科和生物学科的关系
与环境地学的关系
地球
地球在宇宙中的位置
宇宙和天体
太阳和太阳系
太阳系行星运动特征
开普勒行星运动规律
轨道定律
面积定律
周期定律
地球在天体中的位置
地球的形状和大小
地球的形状及其地理意义
地球的形状
指的就是大地水准面的 形状
大地水准面
指以平均海平面表示的平滑封闭曲面,在测量工作中,均以大地水准面为依据。因为地球表面起伏不平和地球内部质量分布不均,故大地水准面是一个北半球较细长,南半球较粗短的不规则曲面。该面包围的形体近似于一个旋转椭球,称为大地体,用来表示地球的物理形状
地球形状的地理意义
形成半球性的白昼和黑夜
地球是一个不规则的扁球体,同时也是一个不透明的球体,因接受同一光源的照射,形成半球性的白昼和黑夜
在同一时刻不同地点将具有不同的太阳高度
可以将投射到地面的太阳光线视为平行光线,同一时刻不同纬度地区的正午太阳高度角不同,从南北回归线向两极递减,太阳高度角大,获得太阳辐射能越大
造成热量分布的纬度差异
太阳辐射使地表增暖的程度也按同样的方向降低,造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地理现象的地带性分布
地球的大小及其地理意义
地球的大小
地球大小的地理意义
保证地球的大气不致逸散
地球的巨大质量,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。为生物的生长,天气系统的形成提供了前提条件。
为生命的诞生准备了必要的条件
地球质量不大也不小,从而引力适中,形成了适宜的大气圈与水圈,为生命的诞生准备了必要条件。
控制温差,减弱紫外线辐射,保护人类及动植物健康
使温差控制在一定范围,同时减弱太阳的紫外辐射,保护人类及动植物健康。
对于人类的经济活动也有影响
远距离广大空间曾是人类互动的障碍,为了克服这种障碍,就必须运用最完美的技术成就,另一方面,地球的广阔面积,给人类带来了一个辽阔的活动场所。
地球自转、公转及其意义
地球自转及其意义
地球自转
地球绕地轴仔自西向东旋转,自转一周的时间称为周期,周期为一日,地球自转速度包括角速度和线速度。赤道上线速度最大,两极为零;角速度除两极点外每小时15°。地球自转的速度并不是固定不变的,减慢是主要趋势。
地球自转的意义
决定了昼夜更替,并使地表各种过程具有昼夜节奏
地球是一个不发光、也不透光的球体,所以在同一时刻,太阳只能照亮地球表面的一半,向着太阳的半球为白天,背着太阳的半球是黑夜。昼夜更替适中,地表增温和冷却不超过一定的限度,生物才得以生存。
地转偏向力
地球的自转,产生了地转偏向力,使地球表面做水平运动的物体运动方向发生了一定的偏转。在北半球向右偏转,南半球向左偏转。例如,北半球的河流多有冲刷右岸的倾向。
不同的地方时间
地球自西向东转,在同一纬度地区,相对位置偏东的地点,要比位置偏西的地点早一点见到太阳,这样不同经度的时刻就有了迟早之分,因而产生了地方时。
月球和太阳的引力使地球体发生弹性形变,在洋面上则表现为潮汐
而地球的自转又使潮汐变为方向与之相反的潮汐波,并反过来对他起阻碍作用。
地球的整体自转运动同它的局部运动密切相关
地壳运动、海水运动、大气运动等有密切的关系。大陆漂移、地震、潮汐摩擦等现象在不同程度上收地球自转的影响
当地球自转加快时,离心力把海水抛向赤道,可以造成赤道和低纬区的海面上升,而中高纬度区海面则相应下降
地球公转及其意义
地球公转
地球按照一定的轨道绕太阳运动,公转周期为一年,由于太阳引力场以及自转的作用,导致地球的公转。地球的公转也有其自身的规律,表现在地球轨道、地球轨道面、黄赤交角、地球公转的周期的效应等。
恒星年
地球连续两次通过太阳和另一卫星连线与地球轨道的交点所需的时间。
太阳年也是回归年
连续两次通过春分点的平均时间365d5h48min46s
地球公转的意义
四季的递变和五带的区分
黄道面是地球的公转轨道所在平面,黄道面与地球赤道面之间存在着一定夹角,即黄赤交角。由于黄赤交角的存在以及地球的公转运动,使得正午太阳直射点在一年中变化于南北纬之间,影响着太阳辐射能在地面上的分布与变化,导致季节的变化和五带的划分
导致昼夜长短的变化
由于黄赤交角的存在以及地球的公转运动,使得正午太阳直射点在一年中变化于南北纬之间,导致昼夜长短随季节的变化,当太阳直射北半球时,北半球的昼长大于夜长。反之北半球的夜长大于昼长
对地表温度调节、生命孕育有重要意义
地球绕太阳运转的轨道近似于圆形,保证从太阳得到的辐射相对比较稳定,使地面温度变化不过于激烈。地球自转一周为24h,自转的速度比较适中,因而昼夜温差变化比较小,有利于生物的生存。
提供了日和年两个时间的自然单位
即地球的自转公转周期
引起太阳的周年视运动
是地球在天球上的反映,其运动轨迹就是黄道面,这是古代历法和12星座的依据
春分日(3月20日或21日)秋分日(9月22或23日)
太阳位于春分点和秋分点。由于阳光直射赤道,阳光照射圈即昼夜分界的晨昏圈,正好切过两极,而且所有纬线圈都被晨昏圈一分为二。南北半球各维度上的白昼和夜晚都是12h
冬至日(12月22日或23日)夏至日(6月21或22日)
冬至日太阳直射南回归线,切过南极圈,南极圈内整日处于晨昏圈的向太阳一侧,北极圈内整日处于晨昏圈的背阳一侧,北半球夜晚比白昼长,南半球相反。愈向两极,昼夜相差愈悬殊北极圈内夜长12h,南极圈昼长12h
夏至日太阳直射北回归线,切过北极圈,北极圈内整日都在晨昏圈向阳一侧,昼长长大24h,南极圈整日都在晨昏圈背阳一侧,夜长24h。南北球的夜晚比白昼长,北半球相反。
如果黄赤交角为0,地球表层环境会发生怎么样的变化
太阳辐射是地球表面的主要能量来源,由于黄赤交角存在,决定了正午太阳高度角,有南北纬向两极地区减小,太阳辐射使地表增暖程度也按同样的方向降低,造成了地球上热量带状分布和所有与地表热状况相关的自然地理现象的地带性分布,如果为0度则
温度带的变化
热度带消失,温度带扩大,寒带减小
昼夜长短的变化
太阳终年直射赤道,全年都是昼夜平分,各地也无四季变化。
气压带和风带的变化
由于气压带和风带是随着太阳直射点的移动而移动,所以黄赤交角变为零度,气压带风带的季节变化消失,气压带和风带交替控制下的气候也将消失。
岁差、章动和极移
岁差
地球自转按照陀螺运动原理,自转轴必然绕黄道面旋进。由于地球自转轴的进动引起春分点西移,地球公转不到一周即可两次经过春分点。
章动
月球和地球太阳的相对位置不断变动,引力方向也不断变化,太阳每年两次,月球每月两次通过地球的赤道面,这就在地轴旋进的平均位置上附加了一个短周期的摆动,使地球自转轴在空间扫过的轨迹成为荷叶边形的锥面,而不是一般的圆锥面。附加在圆上的这种短周期摆动叫做章动。
极移
地球质量分布不均,真正的极点位置常常发生变化,因此自转轴又将围绕新极点旋转,这种现象就是极移。
地理坐标
纬线和纬度:
地球南北极的连线是地球自转的轴线,即地轴。地轴的中心是地心,通过地心并和地轴垂直的平面与地表相交而成的圆是赤道。赤道把地球分成南北半球,所有与地轴垂直的面,都和地表相交而成圆,就是纬线
纬度:就是该地铅垂线对赤道面的夹角,赤道的纬度为零度,由赤道向两极,各分为90°,北半球为北纬,南半球为南纬
经线和经度:经线圈、经线、经度
经线
所有通过地轴的平面,都和地球表面相交而成为圆,这就是经线圈,每个经线圈都包含两条相差180°经线,一条经线则只是一个半圆弧。所有经线都在两极交会,所以经线都呈南北方向,长度也彼此相等。由经线和纬线构成的经纬网是地理坐标的基础
经度
某一地点的经度就是该地与所在经线与本初子午线之间的角距,即这两个经线平面在地轴上。
地球的圈层构造
地球的圈层分化
地球从外部到地心的圈层构造
大气圈、水圈、生物圈、地壳、地幔、地核
地球的内部构造
两界面
莫霍面
位于大陆处约33km的地下,地震纵波发生突然增大的不连续分界面。
古登堡面
一个位于2900km的低下,地震纵波、横波都发生变化的界面
地壳
地表至莫霍洛维奇面之间厚度极不一致的岩石圈的一部分。
地幔
莫霍面以下,深度为35-2900km的圈层
地核
2900km以下至地心为地核,主要由铁、镍等致密物质构成。一般认为外地核呈熔融态,而内地核却可能呈固态。
地球的外部构造
大气圈
因地球的引力聚集在地表周围的气体圈层。大气圈的气体主要集中于地表以上18km的范围内,往上气体变得极为稀薄。有地表往上可以分为:对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层
水圈
指地球表层由水体构成的连续圈层。其物态有固、液、气三种状态。水体形式有河湖海冰川水蒸气地下水等,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。在重力、太阳能的作用下,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;水圈与大气圈间的循环
生物圈
指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层,是地球生物及其分布范围所构成的一个极其特殊的、极其重要的圈层。生物从高等到低等,从植物到动物,乃至细菌和微生物等生活于陆地表面一定范围的陆地、水体、土壤及空气中,构成了一个基本连续的圈层
地球表面的基本形态和特征
海陆分布
地球表面明显地分为海洋和陆地两大部分
连续广阔的水体称为世界的大洋,他是海洋的主体。被海洋所环绕,但突出于海洋面上的部分就成为陆地。大陆是陆地的主体。岛屿是组成部分。
地表的海陆分布不均匀
陆地的2/3集中于北半球,占该半球面积的39.3%。在南半球,陆地只占总面积的19.1%
全球共有七个大陆
亚、非、欧、南美洲、北美洲、大洋洲、南极洲
除南极洲外所有大陆都是成对的
例如北美洲和南美洲,欧洲和非洲,亚洲和大洋洲
每个大陆都是北部比较宽广,向南逐渐变窄
南半球各大陆西边都向里凹进,而东边则向外突出
例如非洲西海岸和南美洲东海岸在形态上具有相似性
地球上的海陆分布形式对南北两半球的气候有很大影响
南北球的水面广阔,气候比较温和,普遍更具有海洋性特征。北半球温度变化的幅度比南半球要大。
海陆起伏曲线
为了形象地表示地球上各种高度和深度的对比关系,可以根据陆地等高线和海洋等深线图,计算各高度陆地和各深度海洋所占的面积或占全球总面积的百分比,绘出曲线,这就是海陆起伏曲线。
岛屿
被海洋所环绕,但面积远比大陆小的小块陆地
大陆岛
位于大陆附近,在地质构造上与邻近的大陆有着密切的联系,他本来就是大陆的一部分,由于大陆的某些部分发生破裂或沉陷而被海水所淹没,使他与大陆分离,形成了岛屿
海洋岛
面积比大陆岛小,与大陆在地质上没有直接的联系,从来也不是大陆的一部分
火山岛
是由于海底火山喷发形成的岛屿,夏威夷岛是最著名的火山岛
珊瑚岛
是由珊瑚礁构成的岩岛,珊瑚礁可以分为岸礁、堡礁和环礁三种。澳大利亚东岸的大堡礁是世界上规模最大的也最著名的珊瑚礁。
地球表面的基本特征
地球表面是人类社会发生、发展的环境,是人类活动的基本场所
尽管随着科技的发展,人类已有了能潜入深海或上升至宇宙空间,但地表仍是人类活动的基本场所。
相互渗透的地表各圈层之间进行着复杂的物质、能量交换和循环,并且在交换和循环中伴随着信息的传输
地球表面具有其特有的、由其本身发展形成的物质和现象
如生物、风化壳、土壤层、黏土矿物、沉积岩、各种地貌形态等
太阳辐射集中分布于地表,太阳能的转化亦主要在地表进行
地球表层是一个远离平衡状态的开放系统。正是太阳辐射的输入和输出平衡对于维持这个系统的有序性起着重要的作用
固态、液态、气态物质同时并存于地表,各界面物质相互渗透,相互转化,形成多种多样的胶体物质和溶液系统
海底是液-固界面、陆地是气-固界面、海洋表面是液-气界面、沿岸地带是三项界面
地球表面存在着复杂的内部分异
地球表面的地域分异在水平上和垂直方向上都有表现。分异的结果是形成不同等级的自然综合体和自然区域
人类相互特有,太固执,太复杂
地壳
地壳的物质组成
化学成分与矿物
化学成分
构成地壳物质的基本单元就是化学元素。氧、硅共占地壳总质量的74%左右,铝、铁、钙、钾、钠、镁共占24%,八大元素共占98%,其他元素不超过2%
克拉克值
又称为元素丰度,表示化学元素在地壳中的平均质量百分比,由美国学者克拉克提出,为表彰他的贡献,国际地质学会将地壳元素丰度命名为克拉克值。
矿物
矿物形成的主要方式
矿物是单个元素或若干元素在一定地质条件下形成的具有特定物理化学性质的化合物,是构成岩石的基本单元。自然界中的单质矿物为数极少,而化合物构成的矿物则占绝大多数。大部分矿物为晶质固体,亦有少数呈液态和气态,如自然汞、石油、天然气
自然界矿物的形成的四种主要方式是
气态凝华
液态结晶
胶体凝固
固体再结晶
矿物的形态、光学性质与力学性质,既是矿物的特征,也是鉴别矿物的依据
矿物的形态
单体形态
一向延申型
二向延展型
三向等长延申型
集合体形态
柱状
钟乳状
葡萄状
肾状
矿物性质
物理性质
光学性质
颜色
矿物的内部结构和化学成分所决定
光泽
矿物对可见光的反射能力。可分为金属光泽、半金属光泽、非金属光泽
透明度
矿物透过可见光的能力。一般地,非金属矿物都是透明矿物。金属为不透明矿物,有些金属矿物为透明矿物
条痕
不透明矿物粉末颜色
力学性质
硬度
矿物抵抗外来机械作用侵入的能力
解理
节理
岩石中的裂隙,其两侧岩石没有明显的位移,是地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造
受外力作用下,矿物晶体沿一定结晶方向分裂为解理面的能力
极不完全解理
不完全解理
中等解理
完全解理
极完全解理
解理与节理的区别就是对象不同
节理的对象是岩石,是分裂解理面的能力
解理的对象是矿物晶体,是一种断裂构造
断口
岩石收到外力作用不规则的破裂并产生凹凸不平的形态
化学性质
单质和化合物
单质就是一种元素组成的矿物,化合物是指由两种以上元素以不同形式化合而成
胶体矿物
非晶质矿物,胶体1-10um的微粒在另一些气体、液体和固体中分散而成的混合体
类质同象
在一种晶体的内部结构中,本来完全可由某种离子或原子占据的位置,部分地由性质类似的他种离子或原子所占据,共同形成均匀的、单一相的混合晶体的现象。
同质多象
一种物质能以两种或两种以上不同的晶体结构存在的现象。
主要造岩矿物与常见矿物
造岩矿物
石英、钾长石、斜长石、云母、角闪石、辉石和橄榄石
常见矿物
石墨、黄铁矿、萤石、白云石
岩石
造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体称为岩石,依据其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类;岩石结构和构造是识别岩石的重要特征之一
岩石的结构和构造
结构
岩石中矿物颗粒本身的特点(结晶程度、晶粒大小、晶粒形状)及颗粒之间 的相互关系。
构造
组成岩石的矿物集合体的形状、大小、排列和空间分布等反映出来的特征。
岩石的分类
按照岩石的成因,一般将岩石分为三大类,即岩浆岩、沉积岩、变质岩。
岩浆岩、沉积岩、变质岩
岩浆岩
岩浆作用
在地壳深部处于高温高压状态的岩浆,由于温度和压力的变化便会发生运动。当岩浆沿着岩石圈破裂带上升而侵入到地壳中时,称为岩浆侵入活动;由此冷凝结晶而成的岩石称为侵入岩。当岩浆喷出地面时,称为火山活动或喷出活动;由此冷却凝固而成的岩石称为火山岩或喷出岩。岩浆的活动和冷凝的整个过程统称为岩浆作用。
岩浆岩
地下深处的岩浆侵入地壳、喷出地表冷凝而形成的岩石。按岩浆活动方式,可分为侵入岩和喷出岩。
岩浆岩的矿物组成
硅酸盐、金属硫化物、氧化物、挥发物
同样成分的岩浆在地表或低下不同深度冷凝时,因温度压力等条件不同所表现出来不同的结构特征,包括岩石中矿物颗粒本身的特点(结晶程度、晶粒大小、晶粒形状等)及颗粒之间的相互关系。
岩浆岩的产状、结构和构造
产状
深成侵入岩
在地壳深处冷凝形成深成侵入岩
浅成侵入岩
在浅层冷凝则形成浅成侵入岩
整合侵入体
不整合侵入体
依据岩体形状及上覆岩层的关系
结构
玻璃质结构
在喷出的熔岩表面,因快速冷却而来不及结晶时
隐晶质结构
熔岩体内部较慢冷却,常结晶成显微级的晶体
显晶质结构
岩浆在地下缓慢冷却和充分结晶时形成肉眼明显可见的晶体,依晶体的大小又可分为:粗粒、中粒、细粒和伟晶结构
斑状结构
冷却速度先慢后快,先形成粗大晶体即斑晶。后来则冷却变快都结晶成细粒或微粒的晶体,称为基质。从而形成斑状结构。
构造
块状构造
即岩石中各种矿物的排列无一定方向,侵入岩和一些火山岩中常见;
斑杂构造
即岩石中矿物的成分和结构呈不均匀分布,在颜色和粒度上乱杂排列。常见于侵入岩体的边缘;
流纹构造
即岩石中保存有熔岩流动的形迹,其中矿物和气孔等呈定向排列。在酸性和中性喷出岩中常见,以流纹岩最为典型
气孔构造
即熔岩中大量气体逸出时形成大小不等的空洞。在喷出岩中常见
杏仁状构造
即喷出岩中的气孔为次生矿物所充填。在玄武岩中常见。
岩浆岩的主要类型
按化学成分与矿物组成
超基性岩
Si02含量< 45%,含铁、镁较多,含钾、钠甚少。主要由橄榄石、辉石组成。
基性岩
SiO2含量 45%~52%,主要由辉石、钙长石和少量橄榄石和角闪石组成。
中性岩
Si02含量 52%~65%,主要由角闪石、长石和少量石英、辉石、黑云母组成
酸性岩
Si02含量大于65%,含钾、钠较多,铁镁较少,主要由长石、石英、云母组成。
按结构、构造与产状
侵入岩
深成岩
浅成岩
喷出岩
沉积岩
由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物质等疏松沉积物固结而成的岩石。
成岩过程
先成岩石的破坏
风化作用
是暴露在地表或接近地表的各种岩石,在温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物作用下,原地发生的破坏作用
剥蚀作用
是各种外力在运动状态下对地面岩石及风化产物的破坏作用。
搬运作用
风化作用和剥蚀作用的产物,由流水、风、冰川、海洋、重力等动力 转移,离开原来位置。
沉积作用
被搬运的物质逐渐沉积,沉积作用可以发生在海洋,也可以发生在大陆地区
机械沉积作用
被搬运的岩石碎屑在重力大于水流、风的搬运力时,便先后沉积下来
化学沉积作用
岩石或碎屑与水体发生化学反应,逐渐沉积
生物沉积作用
生物残体的沉积和生物化学沉积
固结成岩作用
通过压固作用、脱水作用、胶结作用、重结晶作用使岩石碎屑等逐渐成岩。
沉积岩的基本特征
具有层理,富含次生矿物、有机质和生物化石
层理
层理是指岩石的颜色、矿物成分、粒度、结构等在岩石垂向上的变化表现出的成层性。层理是沉积岩中最普遍的原生构造,是沉积岩区别于岩浆岩和变质岩的最主要标志。按形态及成因可以将层理进一步划分为水平的、倾斜的和交错的几种类型。
有碎屑结构或非碎屑结构之分
层面呈波状起伏
沉积岩的主要类型
碎屑岩类
主要指母岩风化碎屑经搬运再堆积后经胶结而成的岩石
砾岩和角砾岩。具砾状结构。前者经长途搬运砾石圆度为圆形或次圆形;后者未经搬运或运距很短,砾石圆度为次菱形或菱形。
粘土岩类
具泥状结构,由黏土矿物及其他细粒物质组成,硬度低。固结好而无层理的为泥岩,固结较好并有良好层理的为页岩,固结差的则为黏土。
生物化学岩类
多由化学和生物化学形成物组成,并主要见于海相或湖相沉积物,具显晶或隐晶结构、鲡状结构或豆状结构、生物结构。成分单一而种类繁多,且常为单矿岩,如铝质岩、铁质岩、锰质岩、硅质岩、岩盐等。
变质岩
固态原岩因温度、压力及化学活动性流体的作用而导致矿物成分、化学结构与构造的变化统称为变质作用,其形成的岩石即为变质岩。温度、压力与化学活动性流体是控制变质作用的三个主要因素。
变质作用的类型
动力变质作用
构造运动引起的定向压力使原岩变形、碎裂及一定程度的重结晶称为动力变质作用。
代表性岩石:构造角砾岩、碎裂岩、棱岩。
接触热变质作用
发生于侵入体与围岩接触带,围岩受热后矿物发生重结晶、脱水、脱碳,形成变晶结构与新矿物。
代表性岩石:斑点板岩、角岩、大理岩、石英岩。
接触交代变质作用
发生于侵入体与围岩接触带,高温下岩浆分泌的挥发性物质与热液通过围岩的交代作用使后者化学成分发生变化形成新矿物。
代表性岩石:矽卡岩。
区域变质作用
区域性构造运动导致的深广范围的变质作用。
代表性岩石:板岩千枚岩、片岩、片麻岩、变粒岩、麻粒岩。
混合岩化作用
区域变质与岩浆作用间的一种过渡性地质作用。
代表性岩石:混合花岗岩。
变质岩的主要类型
构造运动与地质构造
构造作用的特点与基本方式
构造运动
构造运动主要是地球内动力引起的地壳机械运动。构造运动使地壳发生变位与变形,形成各种地质构造,促进岩浆活动与变质作用。
构造运动的一般特点
普遍性和永恒性
地壳自形成以来,在地球的旋转能、重力和地球内部的热能、化学能的作用下,以及地球外部的太阳辐射能、日月引力能等作用下,任何区域和任何时间都在发生运动。构造运动将来也不会停止。通常,把新第三纪以来的地壳运动称为新构造运动。
方向性
水平方向
是指地壳部分沿平行于地表即沿地球各地表面切线方向的运动,它使岩层发生水平位移
垂直运动
是指其垂直于地表即沿地球铅垂线方向的升降运动,它使岩层发生隆起与拗陷。
非均速性
构造运动的速度有快慢,即使缓慢的运动其速度也不是均等的。总的来说,构造运动的速度在时间上和在空间上都是不均等的,有强有弱的。
幅度与规模差异性
构造运动的幅度常大小不一,这与运动的方向和速度有关。若运动的方向在长期内保持一致而且速度又较快时,其运动的幅度就增大;若运动的方向变化频繁,其幅度可能就小。由于地壳运动的速度、幅度和方式不同,其波及的范围也就不同,有的可影响到全球或整个大陆,有的仅涉及局部区域。
构造运动的基本方式
水平运动
地壳或岩石圈块体沿大地水准面切线方向的运动:相邻块体因水平运动而相互分离、分裂,或相向汇聚,或侧向错位:
垂直运动
地壳或岩石圈块体垂直于大地水准面切线方向的升降运动;地壳因上升运动而隆起形成山地与高原,因下降运动而拗陷形成盆地与平原
构造运动与岩相、建造和地层接触关系
岩相
海相
深海相、浅海相
陆相
河流相、湖泊相、沼泽相、滨海相
过渡相
沉积建造
彼此有共生关系的地层或岩相的组合,或岩性大致相同的沉积物组合,就是沉积建造。
地槽型建造
主要由海相地层组成,厚度很大,无沉积间断或仅有极短间断,产生于强烈构造下降区,岩浆岩与火山碎屑岩分布较广,
地台型建造
以陆相碎屑沉积为主,厚度不大,未受强烈构造变动,产生于地壳升降幅度均较小的地台上,岩浆岩分布较少。
过渡型建造
兼有地槽型与地台型建造特征但以碎屑岩占优势,陆相沉积与潟湖 相沉积分布广泛。
地层的接触关系
整合
相邻新老地层产状一致且相互平行,时代连续,无沉积间断,表明两种地层是在构造运动持续下降或上升而未中断沉积的情况下形成的。
假整合(平行不整合)
又称平行不整合,指相邻地层产状平行但时代不连续的接触关系。反映了地壳下降,接受沉积,地壳隆升,遭受侵蚀,地壳再次下降,重新接受沉积。
不整合(角度不整合)
又称角度不整合。上下两地层产状既不一致,时代也不连续,其间有地层缺失
侵入接触
指侵入体与围岩的接触关系。侵入体边缘有捕虏体,接触带界面不规则围岩有变质现象。表明围岩形成在先,岩浆活动或构造运动在后,即围岩老而侵入体新。
侵入体的沉积接触
指后期沉积岩覆于前期侵入体所形成的剥蚀面之上的接触关系。表明侵入体形成后曾因构造上升而遭受剥蚀,而后下沉堆积了上覆新地层,上覆地层年轻而侵入体老。
地质构造
岩层或岩体经构造运动而发生的变形与变位称为地质构造。地质构造是构造运动的形迹。
水平构造
水平岩层经垂直运动而未发生褶皱,仍保持水平或近似水平产状者,称为水平构造。在未受切割的情况下,同一岩层形成高原面或平原面,受到切割而顶部岩层较坚硬时,则形成桌状台地、平顶山或方山。软硬岩层相间时形成层状山丘或构造阶地。
丹霞地貌
倾斜构造
岩层经构造变动后层面与水平面形成夹角时,即为倾斜构造。褶皱、断层或不均匀升降运动都可造成岩层的倾斜。其产状以走向、倾向和倾角三要素确定。
单面山和猪背岭
单面山山脊走向与岩层走向一致,两坡明显不对称,与岩层倾向相同的山坡即顺向坡坡面平整、坡较缓且坡体较稳定,与倾向相反的山坡即逆向坡坡面不平整、坡度较陡且坡体不稳定。
猪背岭因岩层倾角一般大于 40°,因而脊峰更突出、但两坡较对称。
褶皱构造
岩层在侧向压力作用下发生弯曲的现象称为褶皱,其中单个弯曲则叫褶曲。褶皱能直观地反映构造运动的性质和特征。褶皱有两种基本类型,即向上凸的背斜和向下凹的向斜。
按轴面产状
直立褶皱
轴面直立,两翼岩层倾向相反,倾角相近者
倾斜褶皱
轴面倾斜、两翼岩层倾向相反、倾角不等者
倒转褶皱
轴面倾斜,两翼倾向相同者
平卧褶皱
两翼上下重叠且一翼地层层序倒转,核部张裂发育者
背斜
从外形上看,岩层上凸的弯曲,两翼岩层从中心向外倾斜。
向斜
是岩层下凹的弯曲,两翼岩层自两侧向中心倾斜。
断裂构造
岩石所受应力强度超过自身强度而发生破裂,使岩层连续性遭到破坏的现象称为断裂。通常根据断裂岩块相对位移程度,把断裂构造分为节理和断层两大类。
节理
虽有破裂而破裂面两侧岩块未发生明显滑动的断裂构造
断层
岩块破裂且沿断裂面有明显位移的断裂构造。
断层的基本要素
断层面、断层线、断层盘、断距等要系组成。
断层的分类
按照两盘相对位移的特点进行分类
正断层
上盘相对下降、下盘相对上升的断层;
逆断层
上盘相对上升、下盘相对下降的断层;
平移断层
沿断层走向即在水平方向位移的断层:
枢纽断层
两盘沿断面某一点发生旋转的断层:
垂直断层
断层面直立的断层;
地垒和地堑
地垒:是指地壳中被两侧倾向相反的正断层所界限而中间断盘上升的槽形断块构造。纵向延伸可达数百千米。地垒的形成与地壳的水平拉伸作用有关。地垒在地形上常表现为断块山,如华山、泰山、庐山。
地堑:两条或两组大致平行的断层,其中间岩块为共同的下降盘,两侧为上升盘,这样的断层组合
大地构造学说
板块构造学说
大陆漂移学说
该学说是德国地球物理学家魏格纳提出的学说。他根据大西洋两岸的非洲和南美洲两个大陆海岸的形状、地质构造、古生物等的相似性,认为在二三亿年以前,地球上只有一整块联合古陆(也称泛大陆),它的周围是海洋。后来,在地球自转所产生的离心力和天体引潮力的作用下,这一块联合古陆开始分离。由较轻的硅铝层组成的陆块,像冰块浮在水面上一样,在较重的硅镁层上漂移,逐渐形成了现代的海陆分布状况。
海底扩张学说
海底扩张学说是美国地质学家赫斯和迪茨提出。他们主要根据50年代以来,人们利用放射性同位素测定海底岩石的年龄都很轻,一般不超过2亿年,而且岩石离海岭(也叫大洋中脊)越近,年龄越轻,离海岭越远,年龄越老,并且在海岭两侧呈对称分布的规律,而提出了海底扩张学说。
海底扩张学说认为,地幔物质从海岭顶部的巨大开裂处涌出,到达顶部冷却凝结,形成新的大洋地壳。以后继续上升的岩浆,又把早先形成的大洋地壳,以每年几厘米的速度推向两边,使海底不断更新和扩张。当扩张着的大洋地壳遇到大陆地壳时,便冲到大陆地壳之下的地幔中,逐渐熔化而消亡。
板块构造学说
地球的岩石圈不是整体一块,而是被一些构造活动带(如洋脊、海沟、转换断层等)分裂成若干块体,每个块体就像板子那样浮在地幔软流圈上做漂移运动,由于这些板块的相互运动而产生的一系列构造现象,称之为板块构造
板块边界的类型
扩张(或增生)型边界
他是新生地壳的地方,喷出物多为玄武岩,以张应力产生的正断层和节理为主,地震震源较浅;烈度不大,如美洲板块与非洲板块之间的边界等
俯冲(或汇聚)型边界
岛弧海沟型边界
即质量较重的大洋地壳俯冲到较轻的大陆地壳之下重返地幔:俯冲一侧皆为伸长海沟,被挤压抬升到一边则形成岛弧和海岸山脉;多火山、地震、超深断裂及叠瓦式逆掩构造。如太平洋板块与亚欧板块之间的边界。
地缝合线型边界
当两个大陆板块汇聚时,在原弧沟系中发生碰撞,于是产生大规模的水平挤压,褶皱成巨大的山系。多强烈地震,分布亦广如印度洋板块与亚欧板块之间的边界--喜马拉雅山系。
转换断层(或次生)型边界
这类边界是由前两类边界的活动导致板块间其他部分剪切向水平错动而形成。仅见于大洋地壳中,以浅震为主,亦有少量玄武岩喷出。
板块的划分
太平洋板块
欧亚板块
印度一澳大利业板块
非洲板块
南美洲板块、北美洲板块
南极洲板块 七个大板块
纳兹卡、伊朗、阿拉伯、菲律宾、加勒比等小板块。
板块的驱动力
来自于地幔,是由地幔对流驱动的。地质力学学说认为,岩石圈运动的驱动力,来自地球自转速度的变化。由于地球自转速度的变化,导致了东西向的转动惯性力和南北向的地转离心力的水平分力,从而引起东西向和南北问的拉张、挤压、错动,形成纬向构造和经向构造及其派生的其他构造。
大洋盆地的发展演化阶段—威尔逊旋回理论
胚胎期
地幔的活化,引起大陆壳(岩石圈)的破裂,形成大陆裂谷,东非裂谷
幼年期
地幔物质上涌、溢出,岩石圈进一步破裂并开始出现洋中脊和狭窄的洋壳盆地,以红海、亚丁湾为代表。
成年期
洋中脊的进一步延长和扩张作用的加强,洋盆扩大,两侧大陆相向分离,出现了成熟的大洋盆地,洋盆两侧并未发生俯冲作用,与相邻大陆间不存在海沟和火山弧,称为被动大陆边缘。大西洋是其典型代表。
衰退期
随着海底扩张的进行,洋盆一侧或者两侧开始出现了海沟,俯冲消减作用开始进行,主动大陆边缘开始出现,洋盆面积开始缩小,两侧大陆相互靠近,太平洋即处于这个阶段。
残余期
随着俯冲消减作用的进行,地中海处于这个阶段。 两侧大陆相互靠近,其间仅残留一个狭窄的海盆,
消亡期
最后两大陆直接碰撞拼合,海域完全消失,转化为高峻山系。横亘欧亚大陆的阿尔卑斯一喜马拉雅山脉就是最好的代表,它是欧亚板块与印度板块碰撞接触的地带,是一条很长的地缝合线。
槽台说与地洼说
槽台说
地洼说
地质力学学说
火山与地震
火山
岩浆喷出地表是地球内部物质与能量的一种快速猛烈的释放形式;
火山的类型与分布
火山类型
裂隙式喷发
多见于大洋中脊的裂谷中,是海底扩张的原因之一。
中心式喷发
夏威夷型、中间型
火山分布
分布在板块边界上,世界上大的火山带:环太平洋火山带、阿尔卑斯-喜马拉雅火山带、大西洋海岭火山带,我国近代火山多属于死火山或者休眠火山,活火山不多。
火山地貌
火山活动对地理环境的影响
火山爆发时,常常喷出大量的火山特殊物质,主要有灼热的熔岩、碎屑、灰尘、CO2、H2S,SO2及大量水蒸气。这些喷出的特殊物质对地理环境有较大的影响,常给人类带来巨人痛苦和灾难,也能为人类提供丰富的矿产和肥沃的土地。
(1)火山活动对气温和降水影响较大。短时间内火山爆发的火山灰和 SO,等气体星气体溶胶状态时,产生“阳伞效应”导致气候全球变化。火山灰尘随各种风系漂移扩散,在高空形成火山尘幕影响大气透明度,对太阳辐射有强烈的反射和散射作用,致使周围大部分地区气温降低。 (2)火山活动对周围生态环境影响较大,污染环境,摧毁建筑,危害生物。 (3)火山喷发诱发各种地质灾害。 (4)火山活动塑造周围的地表形状。 (5)火山活动还为人类提供大面积土地和肥沃的土壤,火山灰能够改良土壤结构。使土质变松,富含水分,火山灰中含大量的N、P、K等营养可以肥沃土壤,有利于植物生长。
地震
是构造运动的一种特殊形式,即大地的快速震动。当地球聚集的应力超过岩层或岩体所能承受的限度时,地壳发生断裂、错动,急剧地释放积累的能量,并以弹性波的形式向四周传播,引起地表的震动。
基本概念
震源
地震时,地下岩石最先开始破裂的部位叫作震源。
震中
地下发生地震的地方,震源在地面的垂直投影叫震中。
震源深度
从震中到震源的距离
按震源深度可以划分为浅源地震、中源地震、深源地震
地震带
地震集中分布的地方。
全球地震带
环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带、大洋中脊带、东非裂谷地震带。
我国地震带
华北地震带、东南沿海地震带、中部南北地震带、藏南地震带、西北地区盆地边缘地震带、东北东部地震带、河西走廊地震带等。
地震对地理环境的影响
地震是一种自然灾害,不仅本身能造成各种破坏,还能够形成灾害链,诱发各种次生灾害。地露的破坏力极强,不仅能体房易倒塌而危及到人的生命,还会对环境造成极大的破坏
与地震伴生出现的环境问题主要有以下几个方面:栖息地的丧失和退化,生物多样性的丧失和野生物种的迁移,突发性的洪灾、持继性的滑坡及土壤侵蚀,自然资源减少,用于燃料、建筑、住房目的的森林被毁,卫生条件差及废弃物管理不当引起的健康危害,建筑材料运输量大幅度增加,涸水河道及河流、溪流两岸的碎物堆积,地表或地下水水体污染,河流补给过程中淤泥堆积造成的危害,以及社会心理风险。
地震若使水库、水利枢纽等蓄水工程,或是湖泊等自然水利发生溃决,还会导致洪灾,加重对环境的影响。
地震使农村原有的地质条件改变,水土流失加重,农业面源污染加剧
地震可能引发一些危险品的泄漏。在剧烈的地震之后,一些储有危险品液体的容器破裂使之流入附近水体,改变水质情况,造成水污染,而由于水体的流动性,还会扩大污染范国影响。
地壳的演变
地质年代和地质年代表
相对年代法(古生物地层法
是指依据地层下老上新的沉积顺序,地层剖面中的整合与不整合关系,标准古生物化石与生物群体进行对比,确定某个地层或事件的相对年代的方法。
绝对年代法
是指通过矿物或岩石的放射性同位素的测定,依据放射性同位素蜕变规律计算其距今年代的方法。
地壳演化简史
太古宙
元古宙
早古生代
晚古生代
中生代
新生代
新生代始于距今6.5x107年前,是地球地质史上最短的一个代,包括古近纪、新近纪和第四纪。此期间海地继续扩张,强烈的构造运动使古地中海带即阿尔卑斯喜马拉雅带与环太平洋带形成一系列巨大的褶皱山地。被子植物空前发展,哺乳动物也空前繁盛,故新生代又称哺乳动物时代,由于生物界逐渐呈现了现代的面貌故名新生代。新生代最重要的事件是第四纪出现了人类。
第四纪
约始于2.6x106年前,分为更新世和全新世。第四纪出现了人类,所以第四纪又称为灵生代。新构造运动强烈、频繁而普遍是第四纪又一重要特征,表现为大洋中脊扩张,澳大利亚大陆向东北漂移,青藏高原和喜马拉雅山以前所未有的速度继续上升以致成为亚洲乃至全球气候与环境变化的重要因素等,
海洋和陆地水
地球水循环与水量平衡
地球上水的分布
水循环与水量平衡
水循环
概念
地球上各种形态的水,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,不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。
水循环基本过程
蒸发-水汽输送-降水-径流(地表径流和地下径流)
水循环机理
海陆表面的水分因太阳辐射而蒸发进入大气。在适宜条件下水汽凝结发生降水。其中大部分直接降落在海洋中,形成海洋水分与大气间的内循环;另一部分水汽被输送到陆地上空以雨雪形式降落到地面。
降落到地面后又以三种情况:一是通过蒸发和蒸腾返回大气;
二是渗入地下形成土壤水,潜水及地表径流最终注入海洋,后者是水分的海陆循环;
三是内流区径流不能注入海洋,水分通过河面和内陆尾闾湖面蒸发再次进入大气圈
水循环的基本类型
大循环
发生在全球海洋与陆地之间的水分交换过程。又称为外部循环。
小循环
发生在海洋与大气之间,或陆地与大气之间水分交换过程。又称为内部循环。
水循环的意义
形成水圈,联系四大圈层
水循环不仅将地球上的各种水体,组合成连续、统一的水圈,而且在循环过程中渗入大气圈、岩石圈与生物圈,将地球上的四大圈层联系在一起,形成相互联系、相互制约的统一整体。
进行各大圈层的物质输送、能量传输
地球上的水循环是巨大的物质和能量流动,是具有全球意义的能量传输过程。水循环通过对地表太阳辐射能的重新分配,使不同纬度间热量收支不平衡的矛盾得到缓解。
水循环是海陆间联系的主要纽带
海洋表面的水蒸发后通过大气循环输送到陆地上,形成降水。降水又参与到陆地系统中对地表系统,与陆地系统发生一系列的物理、化学、生物过程;而陆地上的径流,不仅向海洋输送泥沙、有机质、各类营养盐,从而影响海洋系统。
不断塑造地表形态
流水以持续不断的冲蚀、搬运、堆积、溶蚀作用,在大地构造的基底上重新塑造了全球的地貌形态。
由于存在水循环,水才成为可再生资源
水量平衡
水量平衡是水循环的数量表示。根据质量守恒定律,任意选择的区域(或水体),在任意时段时,其收入的水量与支出的水量之差额必等于该时段区域(或水体)内蓄水的变化量,即水在循环过程中,从总体上说收支平衡。
水量平衡方程
大陆降水量+海洋降水量=大陆蒸发量+海洋蒸发量
重要因素
降水量、蒸发量、净流量
全球水量平衡的表现
海洋
海洋起源与海水的物理化学性质
海洋的起源
世界大洋及其区分
洋
海及其分类
海
大洋的边缘因为接近或伸入陆地面或多或少与大洋主体相分离的部分称为海
海总是与陆地(大陆、岛屿)对大洋的分隔相联系的。海从属于洋,或者说是洋的组成部分。海的面积和深度都远小于洋。
河水的注入使海的许多重要特征,如海水物理化学性质生物发育状况均有别于洋。海基本上没有自己独立的洋流系统和潮汐,不具有洋那样明显的垂直分层。
海的分类
内海
四周几乎完全被陆地包围、只有一个或多个海峡与洋或邻海相通,它位于大陆内部或两个大陆之间,如地中海、红海、波罗的海、渤海:
边缘海
是位于大陆和大洋的边缘的海洋。位于大陆边缘,以半岛或岛屿与大洋或邻海相分割,直接受外海洋流和潮汐影响,中国东海、中国南海,以及白令海是亚洲三大边缘海。
外海
虽位于大陆边缘,但与洋有广阔联系的海,如阿拉伯海、
岛间海
大洋中由一系列岛屿所环绕形成的水域,如爪哇海。
海湾
是海洋伸入大陆的部分,其水域的深度和宽度向大陆方向逐渐减小。一般以入口处海角之间的连线或湾口处的等深线作为洋或海的分界线。海湾的特点是潮差较大。
海水的组成
海水的化学成分
海水的盐度和氯度
海水盐度
海水中含盐量的一个标度,指的是海水中全部溶解固体与海水重之比,通常以每千克海水中所含的克数表示。世界各大洋表层的海水,受蒸发、降水、结冰、融冰和陆地径流的影响,盐度分布不均:两极附近、赤道区和受陆地径流影响的海区,盐度比较小,在南北纬 20度的海区,海水的盐度则比较大。深层海水的盐度变化较小,主要受环流和湍流混合等物理过程所控制。
海水氯度
每千克海水中所含氯的克数,称海水的氯度
海水的温度、密度和透明度
海水温度——太阳辐射是最主要的热量来源;
透明度--以直径 30cm 的白圆盘投入水中的可见深度米表宗。
海水的运动
潮汐与潮流
潮汐
由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升降。在潮汐现象中,海面上升叫涨潮,海面下降叫落潮:涨潮时的最高水位为高潮,落潮时最低水位为低潮;相邻二次高潮或低潮的时间间隔,称为潮期,相邻高潮和低潮的水位差,叫潮差。
潮流
海水受月球和太阳引力而发生潮位升降的同时,还发生周期性的流动,这就是潮流
随涨潮而产生的潮流叫涨潮流,随落潮而产生的湖流叫落湖流。潮流同样也分为半日潮流、混合潮流和全日潮流。
海洋中的波浪
波浪
波浪是指海水质点以其原有平衡位置为中心,在垂直方同上作周期性圆周运动的现象。
波浪四要素
波峰
静水面以上的波浪部分;
波谷
静水面以下波浪部分
波长
两相邻波顶或波底间的水平距离。
波高
波顶与波底间的垂直距离:
波浪的成因分类
风-->风浪和涌浪:
地震/风暴->海啸:
引潮力-->潮波:
气候突变-->气压波:
行船-->角船行波:
波浪的折射
波浪的前进方向常与海岸斜交,这样,同一波列两端的水深就可能有较大差异。近岸较浅一端因受海底摩擦阻力影响而减速,离岸远而较深一端在深水处继续保持原速前进,最后使波向发生转折,波峰线与海岸线平行,这就是波浪折射。波浪前进方向不垂直于海岸时,可造成水体沿海岸流动,形成沿岸流。
洋面流和水团运动
洋流
海水速度相对稳定、沿着一定方向有规律的水平流动。洋流是海水的主要运动形式。洋流对气候也发生虽然并非直接的、却是巨大的影响,许多沿海地区的温度和降水状况都与附近的洋流有关。
洋流产生的主要原因是风力作用和海水密度差异。
洋流的成因和分类
按成因
摩擦流
摩擦流中最重要的是风海流、盛行风对水面摩擦力的作用,以及风在波浪迎风面上所施的压力迫使海永向前运动
重力-气压梯度流
重力-气压梯度流包括倾斜流、密度流和补充流等
倾斜流是因风力作用、陆上河水流入或气压分布不同,使海面因增水或减水形成坡度,从而引起的海水流动。
密度流则是由于海水温度、盐度不同,使得密度分布不均匀,海面发生倾斜而造成的海水流动。
潮流
潮流是水受月球和太阳引为而发生潮位升降的同时,还发生周期性的流动。
按水温
暖流
比流经海区的水温高
寒流
比流经海区的水温低
大洋表层洋流模式和主要洋流
亚热带环流
以南北回归线高压带为中心,北半球顺时针环流,南半球为逆时针流动。
亚极地环流
以纬度 60°为中心,北半球形成逆时针环流,南半球形成顺时针环流
赤道环流
在赤道无风带两侧,北半球部分的洋面流为逆时针方向,南半球部分则是顺时针方向。形成了两个赤道环流。
大洋水团
大洋中具有特别温度和盐度值的、性质相同的大团水体,称为水团
表层水团
深100m
中心水团
深达主要变温层底部
中层水团
从中心水团以下至3000m
深层与底层水团
充满大洋盆。
温盐环流
海平面升降
两者相互作用,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。 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/海平面之间的一个反馈机制。
如当冰期来临,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。海平面的降低,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,世界气候同样变干。
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,海水温度的降低或升高将引起海水的收缩或膨胀,从而导致海平面的下降或上升。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。
海平面上升的危害
海平面上升将使沿岸地区风暴潮灾害加剧,海岸侵蚀强化,潮滩湿地损失,盐水入侵河口及海岸地下含水层,阻碍陆地洪水与沿海城镇污染排放,理应受到高度重视。
海平面升降与气候变化的关系
大气圈与水圈的显示
相互作用相互影响
气候变冷→海平面降低→气候变干
气候变暖→海平面上升→气候变湿润
气候的冷暖导致海平面高低,进而导致海水收缩和膨胀紧接着导致海平面上升下降
海洋资源和海洋环境保护
海洋资源
海洋资源,主要是指与海水本身有着直接关系的物质和能量。例如溶解于海水的化学元素、海洋生物、海底矿藏、海水运动产生的能量及储藏在海水中的热量等。
海水化学资源
海水中含有大量溶解固体、生物遗体和气体物质,其中包括80多种化学元素,溶解后就成为海水化学资源。
海底矿产资源
石油和天然气是最重要的海底资源,主要蕴藏在大陆架及浅海区。
在目前海底矿产资源开发中,产值仅次于石油的是海滨砂矿。
大陆边缘海区还有磷钙石海绿石和煤、铁、铜、硫等各种矿物资源。
锰结核和含金属泥质沉积物是深海底的主要矿产。
含金属沉积物指某些深海区构造活动带含铁、锰、锌、铜、铅、银和金的泥质沉物。
海洋动力资源
太阳能是海水动力能量的主要供应者。海洋动力资源的总能量相当于全球动植物生长所需能量的1000倍,波浪和潮汐都具有巨大的能量。
海洋生物资源
海洋电共有20多力种生物:鱼类是海洋生物资源的主体,鱼类资源尤其丰富。
海洋生物中种类最多的是无脊椎动物,它们也是重要的海洋资源。
鲸、海豚、海龟、海鸟、海狮、海豹、海象等海洋脊椎动物数量也相当多,并且具有重要的经济价值。
海洋对地理环境的影响
形成最大的生态系统—海洋生态系统
海洋是地球上真正的生命摇篮,最早的生命即产生于海洋。而目前,仍有大量生物生活在海洋,并且形成了最大的生态系统--海洋生态系统。
到达地球表面的太阳能的主要接收者和蓄积者
海洋借助自己与大气的物质和能量交换过程间接影响气候和受气候影响的各种自然现象。
海洋是气温的重要调节者
海洋中运动着的水体—洋流与气候的关系非常密切。从地球低纬区输送到高纬区的热量,约有一半是由洋流完成的。濒临寒流的海岸,气温比同纬度内陆地区低:接近暖流的海岸,气温则比同纬度内陆地区高。洋流影响降水的地理分布。暖流影响区降水往往比较多;寒流影响区降水比较少。
海洋的环境保护
陆地工业废物、农业废物、居民生活废物、军事废物等污染物超过海洋自净能力,造成污染和生态平衡的局部破坏。因而需要查明海洋自净能力,限制进入海洋的污染物数量积极开展废水净化处理,合理开发海洋资源。
河流
河流、水系和流域
基本概念
河流
降水或由地下涌出地表的水汇集在地面低洼处,在重力作用不经常地或周期地沿流水本身造成的洼地流动。
水系
河流沿途接纳很多支流,并形成复杂的干支流网络系统,即为水系。
外流河
一些河流以海洋为最后的归宿,
内陆河
一些河流注入内陆湖泊或沼泽,或因渗漏、蒸发而消失于荒漠中,
我国最长的内陆河塔里木河
流域
每一条河流和每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给,这部分陆地面积便是河流和水系的流域,也就是河流和水系在地面的集水区。
分水岭
划分相邻水系或河流的山岭或河间高地。分水岭最高点的连线称为分水界。
水系形式
从水系与岩层构造、沉积物性质等的关系来看,水系形式可分为树枝状、格状和长方形等类型。
从水系干支流配置关系或它们构成的几何形态来看,有扇状水系、羽状水系、梳状水系、平行水东
河流的纵横断面
落差
河源与河口的高度差,称为河流的总落差。某一河段的落差是这一河段两 端的高度差。
河流的比降
单位河长的落差,称为河流的比降。通常以小数或千分数表示
河流纵断面
以落差为纵轴,距河口的距离为横轴,据实测高度值定出各点的坐标,连接各点即得到河流的纵断面图。它能够很好地反映河流比降的变化。影响河流纵断面变化的因素:岩性、地貌类型、河流年龄等。
河流横断面
河槽中垂直于流向并以河床为下界、水面为上界的断面。由于地转偏向力和弯曲河道中河水离心力的影响,水面具有横比降。由于流速分布不均匀,水面还发生凹凸变形。所以河水面几乎不可能是一个严格的平面。
平衡剖面
河流在每一时刻任一个河段不仅进行侵蚀,同时也发生堆积,正因为这些原因的结果,使得河流发展到一定阶段后,河床的侵蚀和堆积达到了平衡状态,水流动力正好消耗在搬运水中泥沙和克服水流内外摩擦方面,在地质构造相同、岩性均一和气候不变等条件下,河床纵剖面将呈现一条圆滑的曲线,即河流平衡剖面
河流的分段
河源
指河流源地,通常与山地冰川、高原湖泊、沼泽和泉水相联系:
上游
上游比降大,流速大,冲刷占优势,河槽多为基岩或砾石;
中游
中游比降和流速减小,流量加大,冲刷、堆积大致均衡,河床位置比较稳定,河流侧有所发展,河槽多为粗砂。
下游
下游比降平缓,河谷宽广,河道弯曲,流速小而流量大,淤积占优势,多浅滩或沙洲,河槽多细砂或淤泥。
河口
河口是河流入海、入湖或汇入更高级河流处,经常有泥沙堆积,有时分汊现象显著,在入海、湖处形成三角洲。
流域特征对河流的影响
河流水量大小和流域面积大小有直接关系
除干早区外,一般是流域面积愈大,河流水量也愈大
流域形状影响河流水量变化
圆形或卵形流域降水最容易向干流集中,形成巨大洪峰;狭长型流域洪水宣泄比较均匀,因而洪峰不集中:
流域高度影响降水形式和流域内气温,进而影响流域水量变化
根据某一高度上的降雨、降雪量和融雪时间,可以估计河流的水情变化:
流域方向或干流方向对冰雪消融时间有一定影响
如流域向南,降雪可能较快消融,形成径流或较快渗入土壤;流域向北,则冬季降雪往往迟至次年春季才开始融化。
流域气候、植被、地貌特征、岩石土壤的渗透性和抗腐蚀性对河网密度的影响
河网密度
是指流域内干支流的总长度和流域面积之比,即单位面积内河道的长度。河网密度表示一个地区河网的疏密程度。河网的疏密能综合反映一个地区的自然地理条件它随气候、地质、地貌等条件不同而变化。一般来说,降水量大,地形坡度陡,土壤不易透水的地区,河网密度较大;相反则较小。
水的运动
层流
紊流
环流
水情要素
水位
是指河流中某一标准基面或测站基面上的水面高度。它以一定的零点做为起算的标准,该标准称为基面。水位高低是流量大小的主要标志,流域内的径流补给是影响流量、水位变化的主要因素。实际工作中还要了解水位变化的某些特征值,如平均水位、平均高水平均低水位,中水位、常水位等。侍
流速
指河流中水质点在单位时间内移动的距离。它决定于纵比降方向上水体重力的分力与河岸和河底对水流的摩擦力之比。
流量
指单位时间内通过某过水断面的水量,单位立方厘米每秒,流量Q=A断面积×V平均流速
水温和冰情
水温影响因素
河流补给特征
由冰川和积雪补给的河流水温必然较低,从大湖泊流出的河流春季水温低而秋季水温高;地下水补给量丰富的河流冬春季水温较高
太阳辐射和流域气温
河水温度随时间、流程远近发生变化
夏季水温有明显的日变化,且中低纬河流比高纬河流显著。季节变化表现为夏季水温高,冬季水温低。北方河流冬季常结冻。
流程愈近,水温与补给水源的温度愈接近:流程愈远,水温受流域气温的影响愈显著。
受河流流向的影响
亚欧大陆和北美洲大陆向北流入北冰洋的大小河流。愈向下游水温愈低。甚至一条河流的个别北向河段这一特点也表现得相当突出。
河水与大气及河谷地表的热交换
冰情
当气温降到 0℃以下,水温降到0℃时,河水中开始出现冰晶,岸边形成岸冰。冰晶扩大,浮在水面形成冰块。随着冰块增多和体积增大,河流狭窄处和浅水处首先发生阻塞,最后使整个河面封冻。我国北方河流每年都有时间长短不等的封冻期,长的可达1-5个月。
河川径流
径流的形成和集流过程
停蓄阶段
降水落到流域内一部分被植物截留,另一部分被土壤吸收,然后经过下渗,进入土壤和岩石孔隙中,形成地下水。所以降水初期不能立即产生径流。降水进行到大于上述消耗时,便在一些分散洼地停蓄起来。这种现象称为填注。停蓄于洼地的水也不能立即变为径流,即停蓄阶段
漫流阶段
降水进行到植物载留和填洼都已达到饱和,降水量超过下渗量时,地表便开始出现沿天然坡向流动的细小水流,即坡面漫流。坡面漫流逐渐扩大范围,并分别流向不同的河里,叫漫流阶段。这个阶段只有下渗起着削减径流形成的作用。
河槽集流阶段
坡面漫流的水进入河道中,沿河网向下游流动,使河流流量大为增加,叫做河槽集流。河槽集流阶段,大部分河水流出河口外,只有小部分渗过河谷堆积物补给地下水,待洪水消退后,地下水又反过来补给河流。河槽集流过程在降水停止后还将继续很长时间。这个阶段包括雨水由坡面进入河网,最后流出出口断面的整个过程,它是径流形成的最终环节。
径流计量单位
径流总量
在一特定时段内流过河流测流断面的总水量
径流模数
指单位时间单位面积上产出的水量,径流模数最能说明与自然地理条件相联系的径流特征。
径流深度
径流变率(模比系数)
径流系数
正常径流量
离差系数
影响因素
年径流量
补给来源
流域面积
径流的变化
年内变化
根据一年内河流水情的变化特征,可以分为若干个水情特征时期,如汛期、平水期、枯水期或冰冻期。
河流处于高水位的时期称为汛期,汛期径流量大,洪峰起伏变化急剧,是全年最重要的水情阶段。
枯水期是河流处于低水位的时期,枯水期河水主要依靠地下水补给,流量和水位变化很小,如果此时河流封冻,又可称为冰冻期。
平水期是河流处于中常水位的时期。
年际变化
径流量的年际变化往往是由降水量的年际变化引起的。
特征径流
洪水
指大量的降水在短时间内汇入河槽、形成的特大径流,河流水位达到某一高度,致使沿岸城市、村庄、农田等收到威胁。
主要原因
连续的强烈降水
积雪融化也可以造成洪水
流域内的降水分布、强度、降水中心移动路线及支流排列方式,对洪水性质有直接影响
按来源可分
上游演进洪水
上游净流量明显增加,洪水自上而下沿河推进
当地洪水
所处河段的地面径流直接形成
枯水
一年内没有洪水时期的径流,称为枯水径流。枯水期径流呈递减现象,久旱之后可能出现年内最小流量。
主要来源于
流域的地下水补给。湖泊、沼泽、森林及水库的调节作用都能增加枯水径流。
河流的补给
河流补给的形式
雨水、冰川和积雪融水、地下水、湖泊和沼泽,都可以构成河流的水源。
特点
降水补给
雨水是全球大多数河流最重要的补给来源。降水补给为主的河流的水量及其变化,与流域的降水量及其变化有着十分密切的关系。
融水补给
融水补给为主的河流的水量及其变化,与流域的积雪量和气温变化有关。这类河流在春季气温回升时,常因积雪融化而形成春汛。高山冰川的融水补给时间略迟常和雨水一起形成夏季洪峰
地下水补给
河流从地下所获得的水量补给,称地下水补给。地下水是河流较经常的水源,一般约占河流径流总量的15-30%。地下水补给具有稳定和均匀两大特点。
湖泊与沼泽水补给
湖泊、沼泽水补给量的大小和变化,取决于湖泊和沼泽对水量的调节作用。湖泊面积愈大,水量愈多,调节作用就愈显著。一般说来,湖泊沼泽补给的河流,水量变化缓慢而且稳定。
人工补给
从水量多的河流、湖泊中,把水引入水量缺乏的河流,向河流中排放废水等,都属于人工补给范围
河流水源的定量估计
直线分割法
退水曲线法
流域的水量平衡
河流的分类
河流分类
融水补给的河流
平原和1000m 以上山地融雪水补给的河流
山中冰雪融水补给的河流
春季或夏初雪水补给为主,常年有多量雨水补给的河流:
雨水补给的河流
雨水补给。夏季有洪水的河流
冬季雨水补给为主,全年分配较均匀的河流
冬季雨水补给半足,夏季降水很少的河流
由于气候干燥而不成河流;
融雪及雨水补给不足的河流
干涸河流。
冰川补给的河流
为南极洲和格陵兰岛所特有。
我国河流分类
东北型河流(春汛、夏汛)
①由于冰雪消融,水位通常在4月份开始上升,形成春汛,但因积雪深度不大。春汛流量较小
②春汛延续时间较长。可与雨季相连续,春汛与夏汛之间没有明显的低水位:
③河水一般在10月末或11月初结冰:结冰期间只依靠少量地下永补给,1-2月份出现最低水位
④纬度较高、气温低、蒸发弱、地表径流比我国北方其他地区丰富
华北型河流(春汛、春早和夏汛
①每年有两次汛峰,两次枯水,3-4月间因上游积雪消融和河冰解冻形成春汛,但不及东北型河流显著:
②夏汛出现于6月下旬至9月,和雨期相符合。夏汛与春汛间有明显枯水期,有些河流甚至断流,造成春季严重缺水现象:
③雨季多暴雨,洪水猛烈而径流变幅大;
华南型河流(夏汛:梅汛和台风汛)
①地处热带、亚热带季风区,有充沛的雨量作为河水主要来源:
②雨季长,汛期也长,5-6月有梅汛,7-8月出现台风汛;
③最大流量和最高水位出现在台风季节,当台风影响减弱时,雨量减小,径流量亦减小,可发生秋星;
西南型河流(径流与降水变化规律一致,7-8月洪峰最高
包括中、下游于支流以外的长江、汉水、西江上游及云贵高原的河流,一般不受降雪和冰冻的影响。径流与降水变化规律一致,7-8月洪峰最高,流量最大,2月份流量最小,河谷深切,洪水危害不大。
西北型河流(高山冰雪补给,春汛不明显,7-8出现洪峰)
主要包括新疆和甘肃河西地区发源于高山的河流。①主要依靠高山冰雪补给,流量与高山冰川储水量、积雪量和山区气温状况有密切关系。10-4月为枯水期,3-4月有不明显的春汛,7-8月间出现洪峰。
②产流区主要在高山区,出山口后河水大量渗漏,愈向下游水量愈少,大多数河流消失于下游荒漠中,少数汇入内陆湖泊。
内蒙古型河流(以地下水补给为主,兼有雨水补给)
以地下水补给为主,或兼有雨水补给;夏季径流明显集中,水位随暴雨来去而急速涨落,雨季的几个月中都可以出现最大流量;冰冻期可长达半年。
青藏高原型河流(以冰雪补给为主,东南边缘有雨水补给)
青藏高原内部河流以冰雪补给为主。东南边缘的河流主要为雨水补给,7-8月降雨最多,冰川消融量大,流量也最大:春末洪水与夏汛相连。11月至次年4-5月为枯水期。
阿尔泰型河流
以积雪补给为主,春汛明显。我国境内属于此型的河流为数很少。以积雪补给为主,春汛明显,讯期一般出现在5-6月。
河流与地理环境的相互影响
自然地理要素对河流的影响
河流的地理分布受气候的严格控制
河流的水文特征受气候条件制约
包括水源的补给形式及其比例,水位、流量及其季节变化,结冰与否及结冰期长短等,无一不受气候条件制约。
流域海拔高度、坡度和切割密度直接影响着径流汇聚条件:地表物质组成决定着径流下渗状况;植被则通过对降水的截留影响径流等等。
其他自然地理要素对径流的影响
植被与水循环
减缓了水分循环的速度
加快了局部水循环的速度
调节洪水、枯水的径流
提高水的利用率
河流对地理环境的影响
地球水循环的重要、不可或缺的环节
内陆河把水分从高山输送到内陆盆地底部或湖泊中,实现水分小循环
外流河把大量水分由陆地带人海洋,弥补海水的蒸发损耗,实现水分大循环。
热量和矿物质随水分一起输送
南北向河流把温度较高的水送往高纬地区,或者相反,对流域气温都具有调节作用。
而固体物质的随河水迁移,则使地表的高处不断夷平和低处不断被充填。所以河流既是山地景观的创造者。又是大小冲积平原的莫基者,还是内陆和海洋盆地中盐类的积累者。
荒漠地区绝大多数绿洲的形成与河流有密切联系
流入干旱区的河流,不仅给那里带来水与细粒土,而且使荒漠河岸林和灌溉农业得以发展,从而形成了生机勃勃的绿洲景观。
河流对人类社会的发展
河流对于人类社会发展也具有重要意义。它在交通运输、灌溉、发电和水产事业等方面都为人类带来了重要财富。
湖泊与沼泽
湖泊
地面上洼地积水形成比较宽广的水域称为湖泊。湖盆是形成湖泊的必要地貌条件,水是形成湖泊的物质基础。
湖泊的分类
湖泊的成因分类
内力作用形成的湖:构造湖、火山口湖、堰塞湖(熔岩堰塞湖与山崩堰塞湖);
外力形成的湖泊:(牛轭湖)、风成湖、冰成湖、海成湖、岩溶湖。
湖泊的其他分类
按照湖水的来源,分为海迹湖和陆面湖两大类
依据湖水与径流的关系,分为内陆湖和外流湖
根据湖水的矿化程度,分为淡水湖和咸水湖
按湖水温度状况,分为热带湖、温带湖和极地湖等
以湖水存在的时间久暂,分为间歇湖、常年湖
湖水的性质
湖泊水文特征
湖水的运动
定振波
湖流
水位变化和水量平衡
沼泽
较平坦或稍低洼而过度湿润的地面为沼泽,沼泽中生长各种喜湿植物,并有泥炭层
沼泽形成的自然条件和过程
沼泽形成的条件
水分条件
是沼泽形成的首要因素。只有过多的水分才能引起喜湿植物的侵入,导致土壤通气状况恶化,并在生物作用下形成泥炭层。
地势地平
排水不畅
蒸发量小于降水量
地表组成物质粘重不易渗透
一般要求
沼泽的形成过程
水体沼泽化
沿湖岸水生植物或漂浮植毡向湖中央生长,使全湖布满植物,大量有机物质堆积于湖底,形成泥炭,湖渐变浅,最后形成沼泽。低注平原的河流沿岸沼泽化过程与此相似。当河水不深、流速也不大时,水生植物从岸边生长,造成泥炭堆积,最终导致河流沿岸的沼泽化。
陆地沼泽化
森林沼泽化
在过湿区域的森林砍伐迹地或火烧迹地上草本植物大量繁殖,一方面阻碍木本植物的生长,另一方面又成为苔藓植物的温床,最后形成苔藓沼泽,
草甸沼泽化
地表长期处于过湿状态,特别是河水泛滥及邻近水体沼泽化的影响,使潜水位升高或地下水出露地表,造成草甸的过度湿润,以致低洼处水分积聚,土壤中形成嫌气环境,死亡有机质在嫌气细菌作用下,缓慢分解而形成泥炭层,
沼泽的水文特征
地表经常过湿或有薄层积水,且水的运动十分缓慢,径流极小,径流量只及蒸发量的1/3
生长湿生植物或沼生植物
有泥炭积累或无泥炭积累,但有潜育层存在,这导致蒸发是沼泽水的主要损耗方式
苔藓沼泽中的潜水面多是中间凸起,周围逐渐低落,具有明显的季节变化
沼泽对水分的滞蓄可调节径流
沼泽的分类
低位沼泽
低位沼泽是沼泽发育的初级阶段。沼泽初形成时,沼泽表面低注,经常成为地表径流和地下水汇集的所在。水源补给主要是地下水,随着水流带来丰富的矿物营养物质,主要生长富营养苔草植被,这就是低位沼泽。
高位沼泽
高位沼泽是沼泽发育的最后阶段。随着沼泽的发展,泥炭增长,泥炭层厚,沼中部隆起,高于周围,故称为高位沼泽或隆起沼泽。水源补给仅靠大气降水,水和泥炭呈强酸性。灰分含量低,营养贫乏,故名。
中位沼泽
属于上述两者之间的过渡类型,由雨水与地表水混合补给,营养状态中有富养沼泽植物,也有贫养沼泽植物。苔藓植物较多,但尚未形成藓丘,地表形态平坦,称为中位沼泽或过渡沼泽
湿地
湿地的生态意义
地下水
地下水的物理性质和化学成分
物理性质
温度、颜色、透明度、相对密度、导电性、放射性、嗅感和味感
化学成分
化学性质
总矿化度
硬度
岩石的水理性质
容水性
指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能:
持水性
指在岩土引力超过了重力作用情况下,能保持一定水量的性能
给水性
指在重力作用下,饱水岩土能够自由流出一定水量的性能
透水性
指在一定条件下,岩土本身能够使水透过的性能:
地下水的动态和运动
地下水动态
地下水流量、水位、温度和化学成分,在各种因素彩响下发生日变化和季节变化,称为地下水的动态。
影响地下水动态因素
气候
降水、蒸发、气温的周期性变化引起地下水相应的变化;暴雨、干旱等则造成地下水的突然性变化
河湖水位升降,海岸附近涨落潮
在地表水与地下水之间有水力联系时,也常引起地下水位的变化。
地壳的升降运动引起侵蚀基准面位置的变化
也必然引起地下水动态的改变。
植物的蒸腾作用
使地下水位产生以昼夜为周期的升降,
人为因素的多方面影响
抽水、排水工程可以降低地下水位,农田灌溉、修建水库可使地下水位增高。
地下水的运动形式
层流
水在岩土空隙中流动时,水质点有秩序地、互不混杂的流动:
紊流
水在岩士空隙中流动时,水质点无秩序地、互相混杂的流动:
地下水按埋藏条件和储存条件的分类
基本概念
饱水带
重力水在重力作用下向下运动,聚积于不透水层之上,使这一带岩石的所有空隙都充满水分
包气带
饱水带以上的部分、除存在吸着水、薄膜水、毛管水外,大部分空隙充满空气,
潜水面
包气带和饱水带之间的界限
按埋藏条件的分类
上层滞水
上层滞水是指存在于包气带中局部隔水层之上的重力水。常分布于砂层中的粘土夹层之上和石灰岩中溶洞底部有粘性土充填的部位。上层滞水由雨水、融雪水等渗入时被局部隔水层阻滞而形成,消耗于蒸发及沿隔水层边缘下渗。由于接近地表和分布局限,上层滞水的季节性变化剧烈,一般多在雨季存在,旱季消失。上层滞水仅能用作季节性的小型供水,并容易受到污染。
潜水
是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。这个自由表面就是潜水面。从地表到潜水面的距离称为潜水埋藏深度。潜水面以上通常没有隔水层大气降水、凝结水或地表水可以通过包气带补给潜水,因而潜水补给区和分布区是一致的。潜水和河水间一般具有互补关系。
承压水
承压水是充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。典型的承压含水层可分为补给区、承压区及排泄区三部分。承压水的形成与地质构造有密切关系,最适宜于承压水形成的地质构造是向斜构造和单斜构造。受到隔水顶板的限制,承压水与大气圈和地表水圈的联系较弱,动态比较稳定,不易遭受污染。绝大多数承压水来源于渗入水,是宜于饮用的淡水。
特征
承压水有上下两个隔水板;
补给主要来源于大气降水和地表水入渗,也有越流补给,排泄是以泉和其它径流方式向地表水体或地表排出,也可以通过上下部的含水层进行越流排泄:
动态比较稳定,气候、水文因素的变化影响较小:
水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度;
承压水的资源不容易补充恢复,资源具有多年调节性:
受污染时难治理。
按储存空间的分类
孔隙水
埋藏在孔隙岩层中的地下水称为孔隙水。
裂隙水
存在于岩石的各种裂隙中的水称为裂隙水。按裂隙成因将裂隙水细分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水三种。
岩溶水(溶隙水)
存在于可溶性岩层的溶蚀空隙中的地下水称为岩溶水。
冰川
成冰作用与冰川类型
冰川是指发生在陆地上,由大气固态降水演变而成的,通常处于运动状态的天然冰体。冰川是极地气候和高山冰雪气候的产物。
成冰作用
是指积雪转化为粒雪,再经过变质作用形成冰川冰的过程。
成冰作用的三个基本类型
重结晶
渗浸
冻结成冰
两个过渡类型
渗浸——重结晶
渗浸——冻结作用
冰川类型
山岳冰川
主要分布于中低纬山区,由于雪线较高,积累区不大,因而冰川形态受地形的严格限制。
山岳冰川按形态又可分为:
悬涨川、
冰斗冰川、
山谷冰川。
大陆冰川
目前只发育在两极地区。南极和格陵兰岛的冰川就是大陆冰川。
高原冰川
高原冰川也叫冰帽,是大陆泳川和山岳冰川的过渡类型。
山麓冰川
数条山谷冰川在山麓扩展汇合成为广阔的冰原,叫做山冰川。
地球上冰川的分布
冰川分布
冰川分布的高度
雪线
多年积雪区和季节积雪区之间的界限。雪线上年降雪量等于年消融量,所以雪线也就是降雪和消融的零平衡线。
气候雪线
理论雪线,气候雪线是理论上假想的,所以是理论雪线。即假想有一个只受地区性气候条件影响,处于某一高度上的平坦地面,那里冬季的降雪在夏季刚好全部融化完,平坦地面若高于这一高度则形成常年积雪,若低于这以高度则无积雪,这一高度就叫气候雪线。
地形雪线
实际雪线,是夏季中雪以孤立分片形式持留在地表的最低高度。它是在山坡的坡向、坡度和坡形等地形条件影响下,山坡上终年积雪在夏季也不全融化的最低界线,是地面上实际可见的雪线。
雪线的影响因素
气温
降水量
地形
山势
坡向
冰川对地理环境的影响
形成独特的冰川景观
在极地和中低纬高山冰川区,冰川本身是自然地理要素之一,
规模较小的冰川只对附近地区的气候发生影响,巨大的冰川对广大地区甚至全球气候发生影响。冰盖的扩展将大大增强地球的反射率,从而促使地球进一步变冷,并影响气团性质和环流特征
在水圈的水分循环中起重要作用
冰盖消融量的增减,将直接影响海平面的升降。
不仅是河流的补给来源还是其调节者
冰川的推进与退缩的影响
冰川推进时,将毁灭它所覆盖的地区的植被,动物被道迁移,土壤发育过程亦将中断。自然地带将相应向低纬和低海拔地区移动。
冰川退缩时,植被、土壤将逐渐重新发育,自然地带相应向高纬和高海拔地区移动。
冰川的侵蚀和堆积作用形成特殊的冰川地貌
土壤圈
土壤圈的物质组成及特性
土壤含义
土壤
发育于陆地表面具有生物活性和孔隙结构、进行物质循环和能量转化的疏松表层,是(天然或栽培)植物的立地条件和生长发育的基地。土壤是重要的自然资源
土壤肥力
是指土壤供应与协调植物正常生长发育所需的养分、水分、空气和热量的能力,是土壤的基本属性和本质特性
土壤形态
土壤形态是指土壤和土壤剖面外部形态特征,如土壤剖面构造、土壤颜色 质地结构、结持性、孔隙度等。
土壤剖面与土壤发生层次
土壤剖面
土壤构造(剖面构造)
土壤中土层层次的数量、组合特点和显现程度等综合特征
土壤发生层
土壤剖面又称为发生剖面,其中的土层呈水平状,由土壤成土过程中物质发生淋溶、淀积、迁移和转化所形成,称为土壤发生层。
自然土壤剖面发生层的划分和命名
O 层(有机层)
指覆盖于矿质土壤表面的由植物和动物的残落物及其分解产物所组成的层次。根据生物残体的分解和腐化程度,还可将问层进一步划分出三种不同的层次。最上一层是新鲜未受腐解的残落物质L层;向下是半腐解状态的,有机物原状尚可辨认的F层;最下层是已腐解的无定形状 H层。有机质层一般位于土壤的表面,也可被埋藏于一定深度。
A 层(腐殖质层)
形成于表层或位于O层之下的发生层。是土壤有机质在动物和微生物的作用下经腐烂分解和再合成的产物。这层的颜色在土壤剖面中最深,呈黑褐色或灰黑色,具有团粒状结构富含有机养分
E 层(淋溶层)
这一土层的主要特征是淋溶作用占优势。随着上层水分的下渗,硅酸盐粘粒、铁、铝等童独或随细小土粒一起向下层淋失,产生淋溶作用。在淋溶作用强烈的土壤中,不仅易溶性物质如 k、Na、Ca、Mg等从此层淋失,而且难溶性物质如 Fe、AI 和粘粒也发生变化而下移,结果在此层中只留下最难移动,抗风化力最强的矿物颗粒,以石英为主。因此,淋溶层颜色浅淡,一般呈灰白色,土壤颗粒较粗,主要由砂粒和粉砂粒组成。
B 层(淀积层)
此层是土壤物质积累的层次,常和淋溶层相伴存在,即上部为淋溶层,下部为为淀积层。该层质地较粘重,土体紧实,颜色一般为棕色或红棕色。
C 层(母质层或风化层)
此层是土壤形成发育的原始物质基础。是指土体以下疏松的、尚未受到成土过程(特别是生物作用)影响的层次。有些母质是原地基岩直接风化的产物(残积母质),而有些则是异地搬运沉积的物质,如河流冲积物、风砂堆积物和黄土等
R 层(母岩层)
即尚未受到风化作用影响的坚硬岩石,如花岗岩、砂岩、石灰岩等。有些土壤与基岩有发生上的继承关系(残积母质),有些则没有(异地运积母质)。
耕作土壤耕作层的划分和命名
耕作层(表土层)
受耕作影响形成的耕作土壤表层。灌淤表层淤积与耕作交替进行土性疏松,结构良好,有机质含量高,颜色较暗,土壤比较肥沃
犁底层(亚表土层)
耕作层下,经长期耕作压实,土壤呈片状结构,腐殖质比上层减少;
心土层(生土层)
子在犁底层之下,受耕作影响小,淀积作用明显,颜色较浅
底土层(死土层)
几乎未受到耕作影网,根系少,未发育土壤,仍保留母质特征:
土壤的一般形态特征(除剖面构造外,还包括)
土壤颜色
可作为判断和研究成士条件、成土过程、肥力特征和演变的依据。
土壤质地
是土壤物理性质之一。是指土壤颗粒的组合特征,也叫土壤的机械组成。一般土壤质地分为砂土、壤和粘土等。土壤质地影响土壤水分、空气和热量的交换,也影响土壤养分的转化。所以出壤质地状况是拟定土壤利用、管理和改良措施的重要依据。土壤质地主要决定于成土母质类型,有相对的稳定性,但耕作层的质地仍可通过耕作、施肥等活动进行调节。
土壤结构
是指土壤颗粒胶结情况。有团粒、块状、核状、柱状结构,片状结构。
松紧度
土壤疏松和紧实的程度。
孔隙
是指上粒之间存在的空间,它是土壤水分、空气的通道和仓库,决定着液气两相的共存状态,并影响土壤养分和温度状况。
土壤干湿度
指土壤干湿程度。反映土壤中水分含量的多少
新生体
指土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚积的生成物,根据新生体的性质和形状可判断出土壤类型、发育过程及历史演变特征。
侵入体
指由外界进入土壤中的特殊物质。
土壤物质组成
土壤矿物质
是土壤的主要组成物质,构成了土壤的“骨骼”,它主要由成土母质继承和发展而来的,而这母质又来源于岩石。
原生矿物
指母岩经机械风化破碎而成的碎屑物质,
次生矿物
由原生矿物经风化之后重新形成的新矿物。
土壤有机质
指土壤中动植物残体微生物体及其分解和合成的物质,是土固相组成部分。土壤有机质在土壤中数量虽少,但对土壤的物理化学性质和土壤肥力发展影响极大,而且是植物和微生物生命活动所需养分和能量的源泉。
非特殊性有机质
动植物残体及其分解的中间产物:
土壤腐殖质
土中特殊的有机物质
土壤有机质的转化过程
矿质化过程
是指进人土壤中的动植物残体在土壤微生物参与下把复杂的有机物质分解为简单化合物的过程。在通气良好条件下生成CO2、H20、NO2、N2、NH3和其他矿质养分,分解速度快,彻底,放出大量热能,不产生有毒物质。在通风不良条件下分解速度慢,不彻底,释放能量少,除产生植物营养物质外,还产生有毒物质如CH4、H2S、H2等。
腐殖质化过程
是指进人士壤的动植物残体在土壤微生物作用下分解后再缩合和聚合一系列黑褐色高分子有机化合物的过程。主要产物有黄色溶液富里酸和棕色沉淀物胡敏酸
有机质对肥力的作用
富含植物所需营养元素和多种微量元素,不断供应植物吸收利用
具有较大代换能力,可大量吸收和保存植物养分,以免淋溶损失
能提高无机磷酸盐的溶解性
有活化土壤微量元素的作用
土壤有机胶体具有缓冲土壤酸碱性的能力
腐殖质能使土粒形成良好的团粒结构,改善土壤的耕作性能
腐殖质色暗,可增加土壤吸热能力,同时其导热性能小,有利于保温
土壤水分
土壤水分是土壤的重要组成成分和肥力因素。它不仅是植物生活必需的生态因子,也是土壤生态系统中物质和能量的流动介质。土壤水分存在于土壤孔隙中。
土壤水分的来源及损耗
大气降水、灌溉用水、地下水、水汽凝结:
土壤蒸发、植物吸收利用和蒸腾、水分的渗漏和径流:
土壤水分平衡
D水=水收入一水支出
土壤水分类型
吸湿水
是指土壤颗粒表面张力所吸附的水汽分子:
毛管水
是指毛管孔隙中毛管力吸附保存的水分,分为毛管上升水和毛管悬着水两种,毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量:
重力水
土壤水分含量超过田间持水量时沿土壤非毛管孔隙向下移动的多余水分:
相关概念
饱和持水量
当土壤孔隙全部充满水分时为饱和持水量。
田间持水量
最大吸湿水
凋萎系数
土壤干燥时的含水量是土壤有效水分下限界限,也是植物利用土壤水分有效性的临界点,土壤中水分的水势和传导度下降为零,不再能满足植物的需求,植物缺水发生萎蔫,此时的土壤水分含量称为凋萎系数。
土壤有效含水量
是指土壤中能被作物吸收利用的水量,通常指田间持水量和凋萎系数间的那部分土壤水分含量。土壤有效含水量的大小取决于作物根毛吸水力和士壤吸力的大小。土壤吸水力大小与土壤含水量有关,如在相同条件下,土壤水分愈多,王壤吸力愈小,有效水含量愈多
土壤空气
指土壤孔隙中存在的各种气体混合物。上壤空气主要来自大气,其组成成分和大气基本相似。土壤水分和空气共同存在于土壤孔隙内,经常处于彼此消长状态。
土壤组成物质间的相互作用
土壤机械组成(土壤质地)
土壤是由大大小小的土粒按不同的比列组合而成的,不同粒级的土粒混合在一起表现出的土壤粗细状况,
影响土壤水分、空气和热量运动,也影响养分的转化
影响土壤结构类型
土壤胶体
是指土壤中高度分散,粒径在1-100nm之间的物质。
种类
土壤矿质胶体
如蒙脱石、伊利石、高岭土等)
有机胶体
如腐殖质、有机酸等高分子有机化合物)、
有机无机复合胶体
性质
巨大的比表面和表面能
带电性
分散和凝聚性
土壤的离子交换
土壤溶液
是土壤中水分及其所含溶质的总称
组成物质
作用
土壤的酸碱反应
土壤的氧化还原作用
土壤的缓冲性
土壤圈在地理环境中的地位和作用
土壤圈
土壤圈在地理环境中占据一定不变的位置,处于大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的界面上,是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一,土壤圈与其它圈层之间不断进行物质循环与能量平衡。
土壤圈与其他圈层的关系
土壤圈与生物圈
土壤圈与生物圈进行养分元素的循环,土壤的理化性质决定了自然植被的分布。
土壤圈与水圈
土壤圈与水圈进行水分循环与平衡,影响降水在陆地和水域的重新分配,影响元素的表生地球化学迁移过程及水平分布,也影响水圈的化学组成。
土壤圈与大气圈
土壤圈与大气圈进行着气体交换,影响大气圈的化学组成、水分与热量平衡和全 球大气变化。
土壤圈与岩石圈
土壤圈与岩石圈进行着金属元素与微量元素的循环。土被覆盖在岩石圈表面,对其具有一定的保护作用,减少各种外营力的破坏。
土壤圈对地理环境作用
土壤圈与地球生命作用
包括土壤圈物质循环的能量变化,生物转化,水循环,碳、氮、硫、磷循环及环境效应。
土壤圈与人类生存条件
包括土壤资源区域性开发与管理,土壤对农林牧业适宜性评价,营养元素的空间调控等
土壤圈与自然环境
包括重金属元素在土壤圈中的空间分布、迁移、转化及生存效应,土壤污染物质的来源、分布、变化、迁移、浓集对生物环境的影响和调控;土壤在复合农业生态系统中的功能及优化模式
土壤圈与全球土壤变化
包括自然与人为条件下土壤圈内不同土壤类型的演变;现代成土过程基本特性变化预测:土地退化,土壤痕量气体的通量及其对温室效应的影响。
土壤圈物质的组成与性质
包括土壤胶体表面的性质,土壤中有害物质的化学行为,土壤水分性质,植物营养元素的化学性质,根据主要微生物的生理生态性质,土壤有机质组成、性质六土壤生态系统的结构、功能等
土壤形成与地理环境间的关系
成土因素学说
土壤是母质、气候、生物、地形和时间五大自然因素综合作用的产物
所有成土因素始终同时存在,并同等重要和相互不可替代地参与土壤形成过程
土壤永远受制于成土因素的发展变化而不断形成和演化
土壤形成因素存在着地理分布规律
成土因素对土壤形成的作用
母质因素
决定了土壤的属性
酸性岩母质含石英等抗风化能为强的浅色矿物较多,往往形成酸性粗质土;基性岩母质含角闪石等抗风化弱的深色矿物较多,形成土层较厚粘质土
不同母质对土壤次生矿物也有影响
酸性岩中的钾长石若发育的土壤则以高岭石为多:冰碛物和黄土中含水云母和绿泥石较多。
不同母质所形成的土壤养分状况不相同
钾长石风化后形成的土壤有较多的钾,斜长石风化后形成的土壤有较多的钙。
影响土壤的质地
发育在残积物上的土壤中含石块较多,发育在坡积物上的土壤质地虽然较细,但夹有带棱角的石块。
气候因素
影响土壤水热状况,进而影响土壤形成过程的方向和强度
影响次生粘土矿物的形成
一般情况下,降水量增加和土温增高,岩石矿物的风化作用加强,土壤黏粒含量增多。
影响岩石矿物的风化强度
矿物风化包含物理作用和化学作用,风化速度与温度和降水有关,因而热带地区岩石风化和土壤形成的速度以及风化壳和土壤厚度均比温带和寒带地区大。
对土壤有机质的积累和分解起重要作用
潮湿积水和长期冰冻地区有利于有机质积累、而干旱、高温、好气、微生物活跃地区有机质矿化速度快,积累少。
影响土壤微生物的数量和种类
气候影响土壤微生物的数量和种类。微生物在草甸土中数量最多。
生物因素
生物因素的组成者
植物和土壤微生物及土壤动物,是影响土壤发生、发育最活跃的因素。
生物因素的机制
生物将太阳辐射能转变为化学能引入成土过程,并合成土壤腐殖质,产生士壤肥 力
地带性土壤有其特定的植被类型
寒温带针叶林和以真菌为主的微生物相结合的群系下发育成灰化土:温带干草原植被及好气细菌为主的微生物相结合的群系下发育为栗钙土。不同植物群系决定着土壤形成过程的发展方向,植被类型的演替又导致土壤类型的演变
地形因素
不同地形影响地表水热条件的重新分配
使得不同高度、坡度和坡向等对太阳辐射的吸收和地面辐射的差异
地形支配地表径流
表现为:斜坡排水快,土壤物质易受淋溶,土颗粒粗,层薄;低地易积水,细土粒和腐殖质易积累,土色较暗,土层深厚。
地形影响成土母质的分配
山地或台地上部主要为残积物质,坡地和山为坡积物,山前冲积平原为洪积物和冲积物
影响土壤发育过程
地壳的上升、下降或局部侵蚀基准面的变化,都会导致土壤侵蚀和堆积过程不断产生,引起水文和植被发生变化,改变成土过程的方向,使土壤类型发生演替。
时间因素
成土年龄
绝对年龄
土壤在当地新风化层或新的母质上开始发育时起直到目前所经历的时间
相对年龄
通常所谓的“土壤年龄”是指土壤的发育程度,而不是指年数,即相对年龄
时间越长土壤复杂性以及土壤的叠置性越强
人为因素
通过改变某一成土因素或改变土壤组成和性状来影响成土过程
影响具有双向性
人为活动对土壤的影响受社会制度和社会生产为水平的制约,而且这种影响具有双向性,即可通过合理利用,使土壤朝向良性循环方向发展,也可因不合理利用引起土退化。
土壤形成的基本规律
地质大循环
是指结晶岩石矿物在外力作用下发生风化变成细碎而可溶的物质,被流水搬运迁移到海、洋,经过漫长的地质年代变成沉积岩,当地壳上升,沉积岩又露出海面成为陆地,再次受到风化淋溶。
生物小循环
是指植物吸收利用大循环释放出的可溶性养分,通过生理活动制造成植物的活有机体当植物有机体死亡之后,在微生物的分解作用之下,又重新变为可被植物吸收利用的可溶性矿质养料。
二者关系
生物小循环是在地质大循环的基础上进行的。有了地质大循环才有生物小循环,有了生物小循环才有土壤的形成。
在土壤形成过程中,这两个循环过程是同时并存、互相联系和相互作用的,从而推动土壤不停地运动和发展。
地质大循环使岩石风化为成土母质,并释放、淋溶出植物生命过程所需要的营养元素。
生物小循环是植物营养元素的积累过程,它可以不断地从地质大循环中获得一系列生物所必需的养料元素,由于有机质的积累、分解和腐殖质的形成,发生和发展了土壤肥力,使岩石风化产物脱离了母质阶段,形成了土壤。
主要成土过程
原始成土过程
在裸露的岩石表面或薄层的岩石风化物上着生细菌、真菌等微生物,继后生长藻类,再后生长地衣、苔藓,它们开始积累有机质,并为高等植物生长创造了条件。这是土壤发育的最初阶段,是在低等植物和微生物参与下进行的,形成的原始土初具肥力。(如发育在青藏高原等地高山寒漠土)
灰化过程
灰化过程是指土体亚表层 Si0₂残留、R2O3及腐殖质淋溶及淀积的过程。在寒温带针叶林植被条件下,由于有机酸(富里酸)溶液的下渗淋溶作用,在上部土体中,除石英外,碱金属和碱土金属淋失,铁铝胶体淀积于土体下部,结果形成一个灰白色土层,称灰化层。这是灰化土的典型特征
黏化过程
粘化过程是指土体中粘土矿物的生成和聚积的过程。主要在暖湿气候条件下,化学风化作用强烈,大量的原生矿物分解和次生粘土矿物形成,或表层粘粒向下机械淋洗,在土体中下部明显聚积,形成一个较粘重的层次。
富铝化过程
富铝化过程是指土壤形成中土体脱硅富铝铁的过程。在热带、亚热带湿热气候条件下,土壤形成过程中原生砍物强烈分解,不但盐基离子强烈淋失,硅酸盐也大量淋失,次生粘土矿物中的铁和铝发生分离,不断形成氧化物而大量累积,常形成铝土矿和铁盘。由于铁的染色作用,土体呈红色。如砖红壤。
钙化过程
钙化过程是指碳酸盐在土体中淋溶、淀积的过程。在干早半干早气候条件下,淋溶作用较弱,易溶性盐类如氯、硫、钠、钾等大量淋失,钙、镁等盐类部分淋失,而硅铁铝氧化物基本未迁移。土壤溶液和地下水均为钙离子所饱和,从土壤表层向下迁移的钙便在一定深度上又积聚起来,形成钙积层。如黑钙土、栗钙土、棕钙土等。
盐渍化过程
是土体上部易溶性盐类的聚集过程。在干旱和半干旱地区,成土母质中的易溶性盐类,随水搬运至排水不畅的洼地,在蒸发作用下,使盐分向土体表层集中,形成盐积层。
碱化过程
是指土壤吸收性复合体上交换性钠占阳离子交换量的30%以上,pH值大于9, 呈 碱性反应,并引起土壤物理性质恶化的过程。
潜育化过程
是指低洼积水地区土体发生的还原过程。由于土层长期被水浸润,空气缺乏,处于脱氧状态,有机质在分解过程中产生较多的还原物质,高价铁锰转化为亚铁锰,形成一个颜色呈现蓝灰或青灰色的还原层。
潴育化过程
是指土壤形成中的氧化还原过程。主要发生在直接受地下水浸润的土层中。由于地下水雨季升高,旱季下降,土层干湿交替,引起土壤中铁锰物质处于还原和氧化的交替过程。在土壤渍水时,铁锰被还原迁移,土体水位下降时,铁锰氧化淀积,形成一个有锈纹斑、黑色铁锰结核的土层。
白浆化过程
是指土壤表层由于土体上层滞水而发生的潴育漂洗过程。发生在质地粘重或冻层顶托、水分较多的地方。土壤表层经常处于周期性滞水状态,引起铁锰的还原淋溶。其中一部分低价铁锰淋出土壤并逐渐脱色形成白浆层,另一部分低价铁锰早季时就地化形成结核。
腐殖质化过程
是指在生物因素作用下,土体中尤其是土体表层进行的腐殖质累积过程。它是土壤形成中最为普遍的一种成土过程。腐殖质化的结果使土体发生分化,在士体上部形成一个暗色的腐殖质层。
泥炭化过程
是指有机质以植物残体形式的累积过程。主要发生在地下水位接近地表,或地表有积水的沼泽地段,湿生植物因嫌气环境不能彻底分解而累积于地表,形成了泥炭,有时可保留有机体的组织原状。
人为熟化过程
是指在人类合理耕作、利用改良及定向培育下,使土壤向着肥力提高的方向发展的过程。人类通过耕作培肥和改良措施,消除土体的障碍因子,调节土壤水肥气热条件和补充土壤养分,使土壤具有适合作物生长熟化程度的人为表士层。
土壤分类及空间分布规律
土壤分类
国外土壤分类
前苏联的土壤分类
美国的土壤系统分类
诊断层
诊断特性
中国的土壤分类
中国土壤发生学分类
中国土壤系统分类
土壤空间分布规律
土壤分布与地理环境间的关系
土壤是特定的历史--地理因子的产物,它的形成、发展和变化与地理环境有密切关系。土壤类型是随着空间转移而变化,是以三维空间(经度、纬度、高度三个方向)形态存在。
土壤的水平分布规律
纬度地带性
全球性的土壤纬度地带分布
是因太阳辐射从赤道向极地递减,气候、生物等成土因子也按纬度方向呈有规律的变化导致地带性土壤大致呈平行于纬线并依纬度呈带状分布的规律。纬度地带性分布有两种表现形式:一是全球性的土壤纬度地带分布,大致沿纬线延伸而横跨全大陆,这就是由北而南的冰沼土带、灰化土带和砖红壤带:二是区域性的土壤纬度地带分布,由于地区性因素影响,使有些土带出现间断、尖灭、偏斜,以中纬地区表现的最为典型
区域性的土壤纬度地带分布
是因海陆分布的态势不同,水分条件和生物因素从沿海至内陆发生有规律的变化,上地带谱也从沿海至内陆呈大致平行于经线的带状分布规律。一般是从沿海至内陆依次出现湿润森林土类,半湿润的森林草原土类,半干旱的草原土类及干旱的荒淡土类,以中维地区表现最为典型。
干湿度带性
是因海陆分布的态势不同,水分条件和生物因素从沿海至内陆发生有规律的变化,土壤带谱也从沿海至内陆呈大致平行于经线的带状分布规律。一般是从沿海至内陆依次出现湿润森林土类,半湿润的森林草原土类,半干早的草原土类及干早的荒漠土类,以中非地区表现最为典型。
土壤的垂直分布规律
土壤分布的垂直带性,是指随山体海拔升高,热递减,降水在一定高度内通增,超出一定高度后降低,引起植被等成土因素按海拔高度发生有规律的变化,土壤类型世相应呈垂直分带现象。
土壤垂直带谱
山地土壤各类型的垂直排列顺序
分布规律
地理位置不同,亦即基带土壤不同,土壤乘直带谱的组成亦不同,而在相向的尘物气候土壤区内,土壤乘直带谐的组成和排列规律较接近
在相似的经度上,从低纬到高纬土壤重直带谱由繁变简,同类上的分布高度有 由高降低的趋势。
在相似的纬度上,由湿润到半湿润、半干早及千早地区,山地土壤重直带谱山复杂趋向简单,同类土壤的分布高度则逐渐升高。
在相似或相同的地理位置,山体越高,相对高差越头,土壤乖直带谱越完整
山地坡向不同,土壤垂直带谱组成及同类土壤分布高度也有差别,特别是有些山地,界于两个水平地带之间,不同坡向基带完全不同,因而坡向的能响尤为显著。一般情况是:山地下部两坡带谱土壤类型各异,向上逐渐趋子一致,但同一土带分布高度仍然有别,在阳坡分布高度较阴坡高,在于早地区较湿润地区高
山体形态对土壤垂直带谱的展布形式也有明显的影响。高原边缘地区,多出现“镶边式”(又称“单面山式”)垂直带谱。例如,我国青藏高原边缘山地及太行山等,位于同一水平地带内的山体,两面具有类同的垂直带谱,则形成“猪背式”的乘直带谱。
土壤的地域分布规律
土壤分布的地域性(地方性)规律,是指广域地带范围内土壤与中、小地形及人为排作影响、母质、水文地质等地方性因素相适应的分布规律。
中域性分异规律
是指在中地形条件下,地带性土类与非地带性士类按不同地形部位呈现有规律的组合现象。Z般有枝形、扇形和盆形三种组合形式。
枝形土壤组合
广泛出现于高原与山地丘陵区,由千河谷发育,随水系的树枝状伸展,形成树枝形土壤组合,由地带性土壤、水成士和半水成土壤组成。如我国黄土高原沟谷多皇树枝状,由黑坊土、黄绵上、土组成。
扇形土壤组合
主要是不同土壤类型沿冲积扇显有规律分布。由于沉积物的分选洪积扇上部物质粗,多为地带性土壤,下部地下水位升高出现草土或盐土。
盆形土壤组合
是以湖泊洼地为中心向周围所形成的土壤组合。如漠地带由山麓到盆地中心常见的荒漠土、草甸土、风沙土、盐土等。
微域分布规律
是指在小地形影响下在短距离内土种、变种、甚至土类和亚类既重复出现又依次更替的现象。如在黑钙土地带的高地上,相应地见到淋溶黑钙土、黑钙土和碳酸盐照钙土、在思钙土地带低洼地上,则出现盐化草向土、盐淡土或盐化沼泽土。
耕作土壤分布规律
同心圆式分布、阶梯式分布、棋盘式分布、框式分布
世界土壤分布
土壤分类是土壤科学的基础,土壤分类的进展代表了土科学的发展水平。 壤分类系统有发生学分类系统和系统分类两种方法。
发生学分类
土壤系统分类以诊断层、诊断特性及定量化指标为分类原则,代表了 目前世界土壤分类的新方向。
系统分类
土壤系统分类具体指标是可以直接感知和定量测定的土壤属性,上壤类型主要根据土壤的诊断层和诊断特性划分。
诊断层就是凡是用于鉴别土类型,在性质上有一系列定量说明的土层则为诊断层。
土壤类型特征
掌握定义、成土环境、成土过程、诊断层和诊断特性
有机土
人为土
灰土
火山灰土
铁铝土
变性土
干旱土
盐成土
潜育土
均腐土
富铁土
淋溶土
雏形土
新成土
土壤资源的合理利用保护
土壤资源及特点
土壤资源概念
土壤资源是指具有农林牧业生产性能的土壤类型的总称,是人类生活和生产最重要的自然资源,是陆地生态系统的重要组成部分。
土壤资源特点
土壤资源具有一定生产力,其生产力高低除与土壤的自然属性有关外,很大程度上取决于人类的科学技术水平。不同种类和性质的土壤对农林牧具有不同的适宜性。
土壤资源具有可更新性和可培育性,人类可以利用土壤的发展变化规律,应用先进技术促使肥力不断提高,生产更丰富的产品,满足人类生活需要。若不恰当地利用土壤,其肥力和生彦为将随之下降。
土壤资源的空间存在形式具有地域分异规律,在时间上有季节性变化的周期性,土壤性质及其生产特征也随季节变化而发生周期性变化
土壤资源位置有其固定性,面积有其有限性,同时具有其他资源不能代替的性质。 人白不断增加的情况下,应合理利用和保护土壤资源。
世界及我国土壤资源概况
农林牧土壤资源的利用
土壤资源开发利用中存在的问题
耕地逐年减少,人地矛盾突出
由于人口增长,人均耕地面积逐年减少已成为世界性问题,人地矛盾突出。
土壤侵蚀严重,水土流失加剧
水蚀和风蚀是土壤资源遭到破坏的常见现象,水土流失加重,导致土壤质量下降,耕地而积减少。
土壤退化,生产力下降
由于士壤侵蚀和垦殖利用不合理,土壤不断退化,表现为有机质含量下降,营养元素短缺,土壤结构破坏,土层变薄、土壤板结,土壤盐渍化和沙化。
土壤盐渍化
土壤盐碱化。干旱、半于旱地区土壤盐碱化问题十分突出。土壤盐碱化使上壤肥力下降,可耕地面积进一步减少
土地沙化
土地沙化是干旱、半干旱区土壤资源退化的又一种表现。不仅使可耕地面积减少、土壤肥力下降,更易导致沙尘等灾害。
土壤污染
土壤污染。工业三废、农药、化肥进入土壤,或者有毒有害物质在土壤中含量达到危害植物正常生长发育的程度,并通过食物链的传递影响人体健康。
土壤资源的合理利用和保护
扩大耕地面积、盘活土地存量
扩大耕地面积,主要是开垦荒地。
综合整治,合理布局
要充分发挥土壤资源潜力,就必须按照土壤资源对农林牧的适宜性,合理安排农业生产布局和结构。安排不当势必限制土壤资源潜力的发挥,直接影响农林牧业的全面发展。
改造土壤资源的障碍因素
防治土壤侵蚀
改良盐碱地
改良沙土地
防治土壤污染
培肥土壤提高单位面积产量
土壤质量指标评价与体系
土壤质量
土壤质量是与土壤利用和土壤功能有关的土壤内在属性。土壤质量的内涵就是土壤具有维持生态系统生产力和动植物健康而不发生士壤退化和其他生态环境的能力。我国学者阐述土壤质量一般都从土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量三个方面论述。
土壤质量评价指标体系
土壤肥力质量
土壤环境质量
土壤健康质量
自然地理综合研究
自然地理环境的整体性
自然地理环境的整体性
地理要素间进行着物质与能量交换
地理要素间相互作用产生新功能
自然地理环境具有统一的演化过程
地理要素的变化会“牵一发而动全身”
自地理环境的差异性
地理环境是由性质不同的各种要素组成的
每种要素不是以单一形态而是以多种形态存在
地理环境是大小不同的各种形态单位的有规律的组合
自然综合体
是指各种自然地理要素相互联系、相互制约、有规律地结合成统一的整体。
地理系统
指各自然地理要素通过能量流、物质流和信息流的作用结合而成的、具有一定结构和功能的整体,即一个动态的多等级开放系统。是“在空间分布上相互联系,并作为整体的部分发展变化的各组成成分相互制约的动态系统
耗散结构理论
指任何远离平衡的开放系统,都能在一定条件下通过与外界的物质、能量交换而发生非平衡相变,实现从无序到有序的转变,形成新的有结构一耗散结构。地理耗散结构具有一定的抵抗外界干扰的能力,可吸收外界环境的一般性涨落。其结构水平越高,涨落回归能力即保持系统稳定性能力越强。
自然地理环境的组成与能量基础
物质组成
进入地理环境的太阳辐射能,包括直接辐射和散射两部分,合称总辐射。总辐射是绝大多数自然地理过程,如大气环流过程、洋流、地表径流、成土过程、绿色植物生产过程以及外力地貌过程的动力学基础、太阳辐射进火地理环境后,被大气、水、地面和土壤吸收并转化为热能,并最终返回宇宙空间。地理环境则始终保持能量收支平衡。
能量基础
能量转换
地理环境主要的和稳定的能量供给来自太阳能。地理环境的次要能源包括宇宙射线、湖汐能,构造作用转化而成的势能,太阳辐射通过然发作用转化而成的势能等。此外还有进入地理环境的地球内部核辐射能。
地理环境各要素的物质转换
对流层的物质交换
水圈的物质交换
岩石圈的物质交换
有机界与其他要素的物质交换
自然地理环境的地域分异
地域分异规律
也称空间地理规律,指自然地理环境整体及其组成要素在某个确定方向上保持特征的相对一致性,而在另一确定方向上表现出差异性,因而发生更替的规律。一般公认的地域分异规律包括纬度地带性和非纬度地带性两类,分别简称地带性规律和非地带性规律(气候干湿分异和垂直带性分异)。
地带性分异规律
成因
太阳光线在地球表面具有不同的入射角而引起太阳辐射沿纬度方向呈不均匀的分布。
表现
地带性的表现是地球表层许多自然地理现象和过程由赤道向两极呈有规律的变化。
学说要点
太阳辐射能是自然带和自然地带形成的能量基础:
由宇宙-行星因素如日地距离、地球形状和黄赤交角等引起的太阳辐射能在地表不同纬度区域的不均匀分布,是形成自然带和地带的动力学原因:
地带性规律并非唯一的空间地理规律,客观上应存在另一种规律。道库恰耶夫的地带和带,实质上是纬度地带和纬度带。地带性学说问世后,受到怀疑的同时也在实践中不断得到充实、完善和发展。
非地带性规律
地球的内能是非地带性地域分异的能量基础。海陆分异,海底地貌分异,陆地上大至沿海-内陆间的分异,小至区域地质、地貌、岩性分异,以及山地、高原的垂直分异,均属非地带性分异范畴。
海陆分异
海陆分异是地球上最大尺度的非地带性地域分异,形成了地球表面两个最大的自然地域系统:海洋地域系统和陆地地域系统。
陆地干湿度分带性与所谓“经度地带性”
概念
陆地干湿度分带性与“经度地带性” 陆地自然界的干湿度分带性主要是指在热量背景相同或近似的各纬度区域内部,以年降水量由沿海向大陆腹地方向递减为契机,所引发的区域自然景观及其各组成要素的变化。
纬度地带性的科学性
经度地带性的非科学性
具有构造- 地貌成因的区域性分异
大地构造有其地貌表现,一个大地构造单位有其相应的地貌单元。其发生统一性导致区域特征的相对一致性,于是进而形成一个自然区
具有地方气候背景的地域分异
地方气候都可导致特殊自然地理环境的形成。在有些地区,地方风也是一个重要的地域分异因素。除去东北信风作用下的非洲西海岸外,海岸带一般比较湿润,在陆风影响下气温变幅也较小;湖区有湖陆风形成,除相对湿度较高外,热量特征更接近偏低纬度的地区;林区和灌区的地方气候与海岸带和湖区相似;城市气温比所在地区偏高,风速减小、温度较低而降水量偏多。地方风对地表自然界的地域分异有着特殊的影响:地方风塑造的地貌景观常常成为一个区域的标志性特征从而有别于另一区域。
垂直带性分异
这是山地特有的地域分异现象。
成因
当山地具有足够的海拔和相对高度时,随着地面高度的增加,气温递降,一定范围内降水量递增,不同高度层带水热组合特征各异
垂直带谱的性质
首先形成气候垂直带、进而导致其他地理要素发生相应变化,形成地貌、植被、土壤等垂直带和自然景观垂直带。
地域分异的尺度
全球性地域分异
热量带及在其基础上形成的气候带,贯穿海洋和陆地,这种地带性地域分异属于全球性分异。非地带性的海陆分异及海陆起伏,前者形成了地球表面两个最大的地域系统:由四大洋组成的海洋系统和由七个大陆组成的陆地系统;后者则导致海洋内部形成海沟、洋盆、洋中脊、大陆坡、大陆架,陆地表面形成平原、盆地、山地与高原。两者都是全球性地域分异的表现。
全海洋和全大陆地域分异
纬度地带性分异使海洋和陆地各自分化为若干自然带和地带,但海洋自然带并不延冲到陆地,陆地自然带总是在大陆东西边缘被海洋切断。因此,纬度地带性既是全海洋的,也是全大陆的地域分异,干湿度分带性在陆地最广的北半球中纬度地区表现最明显,在其他度区也有不同程度的表现,应属全大陆地域分异范畴。陆地上巨大的南北向、东西向或其他走向大地构造单元或这类构造单元的集合体,在地貌上表现为巨大山系或高原;如科迪勒拉山系、伊朗高原一帕米尔一青藏高原,或纵贯南北美洲,或横贯亚洲大陆,是全大陆地域分异。
区域性地域分异
区域性大地构造一地貌分异、地带性区域内的非地带性分异、菲地带性区域内的地带性分异,统属区域性地域分异。以区域性大地构造为背景,常常形成相应的地貌区,尽管两者的界线并不完全吻合,但通常不会相差太大,这个地貌区因其海拔、热量、水分特征等相对一致,最终形成一个自然区。如果其面积很广阔,就应归入区域性分异。青藏高原即是一个例证。
中尺度地域分异
包括由高原、山地、平原内部地貌差异引起的地域分异,地方气候(如林区气候、灌区气候、海岸气候、湖区气候、城市气候和地方风引起的地域分异,及山地垂直带性分异等。
小尺度地域分异
由局部地势起伏、小气候差异、岩性与土质差异、地表水与地下水的聚积和排水条件不同等引起。通常只在小范围内发生作用的地域分异,均属小尺度地域分异,可看作非地带性分异的微观表现形式,即使在一个很小的区域内,地貌部位的变化也可以导致水分与热量的重新分配从而形成不同的小气候和植物群落。
地域分异规律的相互关系
从分异的表现形式或地域结构来看,空间上主要有水平结构、垂直结构,以及水平与垂直相结合的多维空间结构。在大陆的水平结构中,主要表现有纬度地带性和干湿度带性两种基术形式。前者是由地带性分异因素形成的,后者是由非地带性分异因素形成的。
从地域分异的成因来看,由地带性分异因素和非地带性分异因素形成的地带性差异和非地带性差异,是最基本的地域分异规律性。
无论起因于地带性分异还是非地带性分异,水热组合关系的变化都是促使自然地带在水平方向上发生更替的直接原因。当热量分异起主要作用时,水平地带强烈表现为纬度地带性质,当水分分异起主要作用时,水平地带实际上成为干湿度地带。
水平地带与垂直地带关系复杂。垂直地带不是水平地带的浓缩,这是因为:第一,温度的纬度变化缘于太阳辐射的纬度变化,温度的垂直变化是因海拔愈高接受地面长波辐射愈少所致。第二,降水量的纬度分布与垂直分布遵循完全不同的规律。第三,山地地貌的复杂性导致气候特征趋向复杂化,使得垂直带中出现一系列纬度地带不可能具有的特征。
自然区划
自然区划
自然区划是以地域分异规律学说为理论依据划分自然区并 力求反映客观实际的方法。
自然区划原则
发生统一性原则
自然地域系统或区域单位的特征与性质,是历史发展的结果。因此,需要从其发生发展过程来进行分析。在自然区划时,所划出的同一地域系统或同一个区域单位,其发生的原因以及发展的过程,应该具有相对的统一性或一致性。
相对一致性原则
即必须保证每个自然区的自然地理特征具有相对一致性。这里有三层含义:①强调区内特征的相对一致性,也就是强调区间特征的差别性;②区域特征一致性的相对性质,表明自然区本身存在着一个等级系统,高级区可以划分为若干中等区,而后者又可进一步划分一系列低级区;③不同等级自然区的一致性有不同的标准。
空间连续性原则
空间连续性原则(共轭性原则分:要求所划分的区域作为个体保持空间连续性,不可分离,也不可重复。这是区域同地域类型划分的本质区别之所在。
综合性原则与主导因素原则
任何自然区有别于其他同级自然区,都表现在地域分异因素及整体自然特征的差异上。进行区划时必须全面分析区域整体特征和自然要素的区间差异性、区内相对一致性,以及作为其根源的地域分异因素,尤其是主导因素,
自然区划方法
顺序划分或合并法
顺序划分或合并法:贯彻相对一致性与空间连续性。顺序划分实质在拟进行区划的分区,从高级区开始逐级向下划分中低级自然区。顺合并需从确定基本土地类型开始,依据士地类型分布状况合并为低级自然区,而后再顺序合并为中高级。
部门区划图重叠法
通过重叠同比例尺地貌区划、气候区划、水文区划、土壤区划和植被区划图,分析和比较其区界,确定自然区界限。
地理相关分析法
利用资料、文献、统计数据和专门地图分析自然地理要素的相互关系,而后进行区划的较为传统的方法
主导标志法
强调选取反映地域分异主导因素的指标作为确定区界的主导标志:各种气候指标、地貌指标、土壤、植被分布界限均可作为主导标志。
中国的自然区划
三者之间在成因上的相互作用主要表现为青藏高原的隆升对另外两区域的气候、生物等影哨。
东部季风区
东部季风区--处于欧亚大陆东缘,地势相对低平,土层深厚,季风影响显著,风向和降水依季节变化。夏季多来自海洋的东南季风,带来丰沛的水,气候湿,河网纵横,由南面北随温度差异发育着不同类型的森林植被和土壤。由于人类活动广泛而长期的深刻影响天然森林大多不足存在,几乎可朵的土地都被醉为农田,区内城镇密度大,农村居住点追布这里也是全国人口密度最大,经济最活跃的地区
西北干旱区
子西北干早区--位置靠近欧亚大陆中心,在中国的第二阶梯上,东南季风对其能闹很加之有山脉横耳其上,因而气候为干早或半干早。河流稀少,主要为内流区。相应的值被为荒漠、荒漠草原和草原,只在较高山地才有山地森林和高山草向存在。上一般薄,盐溃化常见。在广大的盆地中,多有流动和半流动沙丘存在,为风沙的重要来源地。区内人类活动的影响虽远不如东部季风区强烈,但由于过度开垦和过度放牧,以沙危害和草原退化严重。
青藏高原区
世界最高大的高原,平均高度在4000m 以上人空气稀薄、气温低寒,辐射强烈,风力强动:在高原的腹地,由区外进入的水汽不多,但由字气温低,在高山之上有较多的冰川存在。由于生存环境严酷,植物和动物种类较少,植被主要为高寒荒漠与高寒草原高原的东南部,峡谷深切,植被垂直分布,主要是亚高山森林与高山草向。区内人口稀少或为无人区,人类活动的较大影响局限于部分河谷地区
自然区划的等级系统
地带性区划单位:带、地带、亚地带和次亚地带
非地带性区划单位:大区、地区、亚地区和州
综合性区划单位
土地类型研究
土地的含义及土地分级
土地
土地是地表某一地段的综合体,包括地质、地貌、气候、水文、植被、土壤等全部自然要素以及人类活动对其的影响
土地是由各自然要素组成的自然地理综合体或自然地域综合体;
土地具有一定的范围和厚度,且两者均因土地级别高低而异;
作为自然客体,土地必然受自然规律制约;)
作为人类活动场所和重要的自然资源,土地也必然受人类影响。
土地分级
土地分级:指土地个体地段的划分,是一种小区域个体单位的划分。
立地(相)
综合自然特征最一致的土地地段:
土地单元(限区)
相有规律组合而成的中级土地分级
土地系统(地方)
限区有规律组合而成的高级土地分级单位。
土地的分类
由于在一个区域范围内土地个体单位的数目很多,除特殊需要逐个研究其个体特征,只按它们的性质的相似性做不同程度的概括,从而将土地划分出不同的类型。对土地单位的类型划分叫做土地分类。
立地分类
以人类影响程度为划分依据:天然立地、衍生立地、人源立地。
土地单元分类
首先考虑地表切割及正负地貌分布状况,其次考虑地貌发展过程并以水分状况、沉积物分布状况、土壤、植被标志作为补充。
土地系统分类
以土地单元的复域分布为依据。
土地评价
在土地资源调查、土地类型划分完成之后,以土地合理利用为目标,根据特定的自的或针对一定的土地用途来对土地的属性做质量鉴定,从而阐明土地的适宜性程度、生产潜力、经济效益和对环境的影响程度,确定土地的价值。
土地评价的对象
土地评价的原则
土地的适宜性和限制性原则,以保证评价的客观性
效益与投入比较的原则,效益好而投入少的为好地
多用途比较及综合评价原则,要求比较多适宜性土地的各种用途
永续利用原则:从长远利益考虑土地利用方式和强度,重视保护生态和环境
因地制宜原则:既考虑制约土地质量的自然因素,也须顾及当地劳动力、市场、资金等社会经济因素。
土地评价的方法
定性方法:以土地的自然条件、生产潜力为依据,同时考虑其社会经济背景,凭借知识与经验进行土地评价;
定性方法:以土地的自然条件、生产潜力为依据,同时考虑其社会经济背景,凭借知识与经验进行土地评价;
平行法:同时采用定性与定量方法。
两段法:先定性后定量的方法。
土壤诊断-土地潜力分等法:土地组成要素之一的土壤生长作物潜力为衡量
人地关系研究
人地关系
人地关系即人类与地理环境的关系,它是地理学研究的核心,人是指社会的“人”是指在一定的地域空间中,一定社会生产方式下从事各种生产和社会活动的人。
人地关系的“地”指的是地理环境,即与人类各项社会活动密切相关的各种要素,通过空间相互结合的整体
人类对地理环境的影响
积极影响
通过垦殖和养殖活动把大量天然生态系统改变为农业生态系统,把可食用野生植物培育成农作物,把可役使、食用和观赏的野生动物驯化为饲养动物,满足了迅速增加的人们日益增长的需变,而天然生态系统绝无此种可能。
人在长期的耕作中培育了性状和肥力都优于天然土壤的各种农业土壤。这些土壤生长的粮食、蔬菜、瓜果、花卉等保证了对人类需求的供给。
人类对地表和近地表物质的机械搬运使地貌发生了变化,但这种改变为农业生产 、水利和交通建设所必须。
水利建设改变了地表水的时空分布,保证了航运和灌溉,同样功不可没。中国京杭大运河、巴拿马运河和苏伊士运河,是便利航运的典范。遍布世界各国的水利工程则多有灌溉与防洪之利。
消极影响
农业开发必然破坏森林和草原,猎捕,毒杀,采集动物与人为改变其生活环境加速了物种灭绝;破坏原有地貌将导致地表稳定性减弱和侵蚀强度增加,不合理和耕作造成士壤次生盐渍化、改变土壤孔隙度和渗透能力,加剧土壤侵蚀和土地荒漠化;破坏水源涵养林引起突发性洪流,盲目抽取地下水导致区域性地下水位下降,河流上游超盘用水导致下游断流等等。
地理环境对人类不合理行为的反馈
部分物种灭绝,水土流失,土壤盐淡化,土地荒漠化,气候变迁都是自然过程。不合理的人类活动往往不是抑制,而是促进不利于人类本身的过程加速发展,反过来损害甚至毁灭人类文明。滥垦、滥牧、过度樵采等掠夺性土地利用方式导致了水土流失加剧和部分地区的荒淇化。
人地关系的协调发展
可持续发展,要求人们开发利用自然条件和自然资源时,兼顾当代人和后代人的权利即兼顾眼前和长远利益,还应兼顾局部人群和区域的利益与全人类和整体地理环境的利益简而言之,就是兼顾人与自然的利益。
大气圈与气候系统
大气的组成和热能
大气的成分
干洁空气
是指除去大气成分里的水汽,液体和固体杂质外的整个混合气体。它是大气的主体,主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等,还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等。
从作用上看,氧气是干洁空气的主要有效成分,起到了主要氧化剂的作用,对生物的生存亦极为重要。氮气虽多,其作用主要只是冲淡氧气,防止氧化过快:此外可通过一定途径(雷电、固氮菌等)进入生物循环中,成为生物体内蛋白质的组成物质之一。
二氧化碳主要来源于燃料的燃烧、动植物的呼吸及有机物的腐败。其含量虽不高,但作用却相当突出:它是光合作用的主要原料之一;是吸收地面辐射的主要物质之一,在大气保温效应中意义突出。
水汽
水汽是唯一能发生相变的大气成分,同时,水汽能强烈吸收和放出长波辐射能;在相变过程中还能释放和吸收热量。因此,水汽在天气变化、大气能量转换过程及大气与地面的能量交换中起着重要的作用。
固液体杂质(气溶胶)
大气悬浮固体杂质和液体微粒,也可称为气溶胶粒子。近地面大气层气溶胶粒子的浓度,一般陆地大于海洋,城市大于农村。在时间上,一般夜间悬浮的粒子多于白天,冬季多于夏季,大的水溶性会溶胶粒子最易使水汽凝结,是成云致雨的重要条件。
自然源
火山灰、宇宙尘埃、陨石灰烬
人工源
人类活动和工业生产过程中排放的烟、粉尘等
对气候的影响
大气的结构
大气质量
大气上界
大气质量
大气压力
气压
从观测高度到大气上界单位面积上垂直空气柱的重量为大气压强
气压的垂直分布
大气分层
对流层
大气的最底层,空气垂直运动旺盛。平均高度11km,是受地面影响最大,最直接的圈层,同时它也是对地表影响最直接、对人类生产生活影响最为强烈的圈层。
特点
气温随高度上升而降低;
空气对流运动显著
云、雾、雨、雪等主要天气现象都出现在此层,天气现象复杂多变
平流层
从对流层顶以上到 55km 高度为平流层。
特点
随高度上升温度不变或微升,即由等温分布变为逆温分布,
气流平稳,以水平运动为主,水汽合量较少,
几乎没有天气现象,大气透明度良好。
中间层
自平流层顶到 85km 左右为中间层,又称高空对流层。
特点
气温随高度的升高而迅速下降,是大气圈中最冷的部分
并有相当强烈的垂直运动,
暖层
自中间层顶到 800km 高空为暖层)又称电离层。
特点
该层中的大气物质强烈吸收太阳紫外线辐射,因此气温随高度增加而迅速升高。
空气因受太阳紫外辐射和宇宙线作用而处于高度电离状态,该层又称为电离层。
电离层能够反射无线电波,对远距离无线电通讯具有特别重要意义。
散逸层
暖层顶以上的大气层称为散逸层,
特点
是地球大气与星际空间的过渡区域
温度也随高度升高,散逸层空气及其稀薄
由于温度高,空气稀薄且远离地面,地球引力很小,高速运动的分子可挣脱地球引力束缚而逃逸到宇宙空间。
标准大气
大气的热能
太阳辐射
太阳常数
在日地距离上,大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳牺射称为太阳常数
太阳总辐射
到达地面的太阳辐射经大气削弱后,到达地面分为两部分:直接辐射(从太阳直接发射到地面的部分)、散射辐射(经大气散射后到达地面的部分)。二者之和为到达地面的太阳辐射总量,称为太阳总辐射。
日变化
一天之内,夜间总辐射为零,日出后逐渐增加,正午达到最大值,午后又逐渐减少,日出前达极小值;
年变化
一年内,月均总辐射值,以夏季各月为最大,冬季各月为最小
反照率
到达地面的总辐射一部分被地面吸收转变成热能,一部分被反射。反射部分占辐射量的百分比
大气能量及其保温效应
大气获得能量的具体结构
对太阳辐射的直接吸收
大气中吸收太阳辐射的物质主要是臭氧、水汽和液态水,占大气体积 99%以上的氮和氧对太阳辐射的吸收微弱。平流层以上主要是臭氧和氧气,对紫外辐射的吸收,平流层至地面主要是水汽对红外辐射的吸收:整层大气对太阳辐射的吸收带大部分位于太阳辐射波谱两端的低能区,仅占太阳辐射能的18%左右。
对地面辐射的吸收
地表吸收了到达大气上界太阳辐射能的50%,变成热能,温度升高而后再以长波(红外)向外辐射。这种再辐射能量的 75%-95%被大气吸收,只有极少部分长波辐射通过“大气窗”逸回宇宙空间,可见,地面是大气的第二热源。地面长波辐射几乎全被近地面 40-50m厚的大气层所吸收。如果没有这些能量,近地面平均气温将降低40℃,致使绝大多数生命不能生存。
潜热输送
海面和陆面的水分蒸发使地面热量得以输送到大气层中。一方面水汽凝结成雨滴或雪时,放出潜热给空气;另一方面雨滴和雪降到地面不久又被蒸发,这个过程交替进行。
感热输送
陆面、水面温度与低层大气温度并不相等,因此地表和打气间便由感热交换而产生能量输送。在地球表面能量转换过程中。当地表温度高于低层大气时,将出现指向大气的感热输送,反之,感热输送方向将指向地面。
大气辐射
大气逆辐射
温室效应
大气获得热能后依据本身温度向外辐射,称为大气辐射。其中一部分外逸到宇宙空间,一部分向下投向地面。后者即是大气逆辐射。大气逆辐射的存在使地面实际损失的热量略少于以长波辐射放出的热量,地面得以保持一定的温暖程度。这种保温作用,通常称为“花房效应”或“温室效应”
全球变暖的危害
应对全球变暖措施
温室气体
地- 气系统的辐射平衡
大气和地面吸收太阳短波辐射,又依据本身的温度向外发射长波辐射。由此形成了整个地-气系统与宇宙空间的能量交换。
辐射平衡
日变化
年变化
辐射能净收入
气温的周期性变化与分布
气温的周期性变化
气温的日变化
气温日较差
一天之内,最高温度与最低温度之差。其大小与纬度、季节、地表性质、天气状况等密切相关。一般情况下,气温日较差随纬度增加而减小,夏季大于冬季,陆地大于海洋,晴天大于阴天。
大气主要因吸收地面长波辐射而增温,地面辐射又取决于地表面吸收并储存的太阳辐射量。气温随太阳辐射变化而变化。正午太阳高度角最大时太阳辐射最强,但地面储存的热量传给大气需要一个过程,所以气温最高值不出现在正午,而是在午后2时前后。其后,太阳辐射逐渐减弱。地面温度和气温也逐渐下降。直到次日清晨日出前地面储存热量减至最少,所以一日之内气温最低值出现在日出前后。日出时间随纬度和季节不同,因而最低温度出现时间也不同。日出后太阳辐射加强,地面储存热量又开始增加。气温也相应逐渐回升。
气温的年变化
气温年较差
是一年内最热月与最冷月平均气温之差。太阳辐射年变化与气温年较差均随纬度的增高而增大。此外,气温年较差还随下垫面得性质、地形、高度而不同。
除赤道地区外,地球上绝大部分地区,一年中月平均气温存在一个最高值和一个最低值。北半球大陆气温最高值一般出现在7月,海洋出现在8月;气温最低值出现在1月和2月
气温的水平分布
等温线
将气温相同的地点连接起来的曲线
水平温度梯度
全球气温水平分布特点
由于太阳辐射能随纬度变化,等温线分布的总趋势大致与纬线平行
同纬度夏季海面气温低于陆地,冬季海面气温高于陆地,等温线发生弯曲
洋流对海面气温的分布有很大影响
近赤道地区有一个高温带称为热赤道
南半球无论冬夏,最低气温都出现在南极;北半球最低温度夏季出现在极地,冬季出现在高纬大陆
气温的垂直分布
气温直减率
对流层大气离地面愈高,吸收的长波辐射能愈少。因此气温随海拔升高而降低。气温随高度变化的情况,用单位高度(通常取100m)气温变化值表示,即0.65℃/100m,称为气温垂直递减率,简称气温直减率,
逆温层
辐射逆温
平流逆温
锋面逆温
下沉逆温
大气湿度、蒸发与凝结
大气湿度
湿度概念及其表示方法
水汽压
大气压力是大气中各种气体压力的总和,大气中水汽所产生的那部分压力叫水汽乐。
饱和水汽压
水汽达到饱和时的气压。空气中水汽含量与温度关系密切。温度一定时,单位体积空气内容纳的水汽量有一定的限度,达到这个限度,空气呈饱和状态。超过这个限度,水汽就开始凝结。饱和水汽压随温度升高而增大。不同温度条件下饱和水汽压的数值不同
绝对湿度
单位体积湿空气所含有的水汽质量;它是大气干湿程度的物理量的一种表示方式。湿度不能直接测量,但可以间接算出。
相对湿度
空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压之比的百分数:
饱和差
一定温度下,饱和水汽压与空气中实际水汽压之差
露点温度
露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下,冷却到饱和时的温度。也就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度。露点温度常用于测量水汽的湿度,当空气中水汽已达到饱和时,气温与露点温度相同;当水汽未达到饱和时,气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。
湿度的变化与分布
日变化
年变化
蒸发与凝结
蒸发及其影响因素
蒸发
液态水转化为水汽的过程称为蒸发。
蒸发面上出现蒸发(升华)还是凝结(凝华)决定于实际水汽压(e)与饱和水汽压(E)的关系。当e<E时,出现蒸发;e>E则出现凝结。饱和水汽压和实际水汽压都是不断变化的。通堂饱和水汽压变化更迅速明显,因此,饱和水汽压在蒸发和凝结的相互转化中起主要作用。
影响蒸发的因素
蒸发面的温度
蒸发面的性质
蒸发面的性状
空气湿度
风
凝结和凝结条件
凝结
是发生在实际水汽压大于等于饱和水汽压情况下与蒸发相反的过程。大气中的水汽产生凝结需要一定条件,既要使水汽达到饱和或过饱和,还必须有凝结核。
凝结条件
空气中的水汽要达到饱和与过饱和
增加空气的水汽含量,是水汽压增大到饱和状态
使含有一定量水汽的空气冷却,使之达到露点
大气降温过程有四种
绝热冷却
空气上升时,因绝热膨胀而冷却,可使气温迅速降低,在较短时间内引起凝结现象,形成中雨或大雨。空气上升愈快冷却也愈快,凝结过程也愈强烈,大气中很多凝结现象是绝热冷却的产物。
辐射冷却
空气本身因向外放散热量而冷却。近地面夜间除空气本身的辐射冷却外,还受到地面辐射冷却的作用,使气温不断降低。如水汽较充沛,就会发生凝结。辐射冷却过程一般较缓慢,水汽凝结量不多,只能形成露、霜、雾、层状云或小雨。
平流冷却
较暖空气经过冷地面,由于不断把热量传给冷的地表造成空气冷却。如果暖空气与冷地表温度相差较大,暖空气温度降低至露点或露点以下时,就可能产生凝结。
混合冷却
温度相差较大且接近饱和的两团空气混合时,混合后气团的平均水汽压可能比混合前气团的饱和水汽压大,多余的水汽就会凝结。
凝结核
如果在纯净空气中投人少量尘埃、烟粒等物质,当相对湿度为100%~120%,甚至小于100%时,就能产生凝结现象,这些吸湿性质点,就是水汽开始凝结的核心,称为凝结核。
对水汽的吸附作用
使形成的滴粒比单纯由水分子聚集而成的滴粒大得多,有利于水汽继续凝结
水汽的凝结现象
地表面的凝结现象
露与霜
露点温度高于0度,凝结物是水滴,为露
露点温度低于0度,凝结物是疏松结构的白色冰晶,为霜
雾凇与雨凇
是一种白色固体凝结物,由过冷雾滴附着于地面物体或树枝迅速冻结而成,俗称“树挂”,多出现于寒冷而湿度高的天气条件下,主要形成在垂直面上。
是形成于地面或地物迎风面上,透明的或毛玻璃状的紧密冰层,俗称“冰凌”
大气中的凝结现象
雾
霾
悬浮在大气中的大量微小尘粒、)烟粒或盐粒的集合体,使空气浑浊,水平能见度降低到 10k 以下的一种天气现象。霾的核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒,气象学上称为气溶胶颗粒。
辐射雾
夜间地面辐射冷却使贴近地面气层变冷而形成的雾。辐射雾在大陆上最为常见,尤以山谷、盆地为多。常出现于晴朗、微风、近地面水汽较充沛的夜间或早晨
平流雾
暖空气移到冷下垫面形成的雾,范围广且深厚。只要有适宜的风向、风速,常可持续很久,但只要暖湿空气来源中断,雾立即消散。我国沿海春夏季节的海雾就是平流雾。
蒸气雾
冷空气移动到暖水面上形成的雾。这种雾可在一日中任何时间形成,也可终日不消散。蒸气雾在北冰洋的冬季较为常见,叫做极地烟雾或北极烟。深秋或初冬早展见于河面、湖面的轻雾,则称河、湖烟雾。
上坡雾
潮湿空气沿山坡上升使水汽凝结而产生的雾称为上坡雾。但潮湿空气必须处稳定状态,山坡坡度也不能太大,否则就会发生对流而成为层云。上坡雾在我国青藏高原云贵高原东部经常出现。
锋面雾
发生于锋面附近的雾称为锋面雾,主要是暖气团的降水落入冷空气层时,冷空气因雨滴蒸发而达到过饱和,水汽在锋面底部凝结而成。我国江淮一带梅雨季节常出现锋面雾。
雾的地理分布一般是沿海多于内地,高纬多于低纬。因为沿海地区水汽较内陆丰富,而高纬比低纬气温低,这些都有利于近地面气层达到饱和状态。我国四川盆地、贵州一带雾日较多,则是由于受当地特殊的盆地和高原地形的影响,水汽充且不易流走,具有形成雾的有利条件所致。
云
高空水汽凝结现象。空气对流、锋面抬升、地形抬升等作用使空气上升到凝结高度时,就会形成云
积状云
包括淡积云、浓积云、积雨云:
层状云
按云底高度可分为雨层云、高层云和卷层云;
波状云
包括卷积云、高积云、层积云和层云。
大气降水
降水的形成
降水
从云层中降落到地面的液态或固态水,称为降水。降水是云中水滴或冰晶增大的结果。
降水的形成条件
雨滴下降速度超过上升气流速度
雨滴从云中降落到地面前不致完全被蒸发
这表明雨滴必须具有相当大的尺度才能形成降水
云滴增长的过程
云滴凝结(凝华)增长
云滴因水汽凝结或凝华而逐渐增大
云的发展阶段,云体上升绝热冷却,或不断有水汽输入,使云滴周围的实际水汽压大于其饱和水汽压
冰晶效应
当水滴和冰晶共存时,在温度相同条件下,由于冰面饱和水汽压小于水面饱和水汽压,水滴将不断蒸发变小,而冰晶则不断凝华增大,
云滴的冲并增长
云滴大小不同具有不同运动速度
云滴大小愈不均匀相互冲并增大愈迅速
降水的类型
对流雨
暖季空气湿度较大,近地面气层强烈受热引起对流而形成的降水,多以暴雨形式出现,并伴有雷电现象,又称热雷雨。全球赤道地区全年以对流雨为主(我国西南季风区,也以热雷雨为主,但通常只见于夏季。
地形雨
暖湿气流在运行的过程中,遇到地形的阻挡,被迫沿着山坡爬行上升,从而引起水汽凝结而形成降水。因此,山地迎风坡常成为多雨中心;背风坡因水汽早已凝结降落且下沉增温,将发生焚风效应,降水很少,形成雨影区。世界降水量最多的地方基本上都与地形雨有关。
锋面(气旋)雨
两种物理性质不同的气团相遇,暖湿空气循交界面滑升,绝热冷却,达到凝结高度时,便产生云雨。雨区广,持续时间长,温带地区较多。
台风雨
台风是产生在热带海洋上的一种空气旋涡。台风中有大量暖湿空气上升,可产生强度极大的降水。台风雨和对流雨的性质化较近似,对流雨较普遍但一般强度较弱,范围较小,台风扰动剧烈且范围很大,半径可达数百千米。台风雨的产生仅限于夏、秋季,有时造成灾害。
降水的时间变化
降水强度和降水量
单位时间内的降水量,常用的单位是毫米/天、毫米/小时。在气象上用降水量来区分降水的强度、可分为:小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨,小雪、中雪、大雪和暴雪等,降水强度关系到降水量的利用价值,降水强度过大,地表径流过程迅速,不利于河川径流调节,并易引起山洪暴发,形成水患。
是指降落在地面的雨、雪、雹等,未经蒸发、渗透流失而积聚在水平面上的水层厚度:单位时间内降水量愈多,降水强度愈大;反之,则降水强度愈小。降水强度关系到降永量的利用价值。
降水的日变化
大陆型
午后上升气流最为强盛,多对流雨。清晨相对湿度大,云层低,稍加扰动易降雨
海洋或海岸型
夜间,海面温度大于气温,易形成对流,产生云雨
降水的季节变化
赤道型
全年多雨,春秋分降水量最多,冬夏至降水量最低值。南北纬10°以为
热带型
副热带型
温带及高纬型
降水变率
是指各年降水量的距平数与多年平均降水量的百分比表征降水量的变化程度
距平数为当年降水量与平均数之差
降水变率大小,反映降水的稳定性或可靠性。一个地区降水量丰富,变率小,表明水资源利用价值高。降水变率越大,表明降水越不稳定,往往反映该地区旱涝频率较高。我国降水变率大致是北方大于南方,内陆大于沿海。
温润系数
降水量的地理分布
赤道多雨带
赤道及其两侧是全球降水量最多的地带。气流运动方向与地形相配合可形成大量降水。
南北纬15° ~ 30° 少雨带
这一纬度带受副热带高压控制,以下沉气流为主,是全球降水量稀少带
中纬多雨带
受天气系统影响,即锋面、气旋活动频繁,多锋面雨、气旋雨。大陆东岸受夏季季风影响,降水多。中纬大陆内部因离海洋较远,空气干燥,降水量很少分布着大面积的温带荒漠。
高纬少雨带
本带因纬度高,全年温度低,蒸发微弱,大气中所含水汽数量少,敌降水量也少。
大气运动和大气环流
大气的水平运动
作用于空气的力
水平气压梯度力
气压在空间分布不均匀,存在气压梯度,空气便受到沿气压梯度方向的作用力在气压梯度存在的同时,作用于单位质量空气上的力,为气压梯度力。
地转偏向力
由于地球转动而使在地球上运动的物体发生方向偏转的力。赤道上地转偏向力为零,两极地转偏向力最大。地转偏向力使北半球水平运动的物体向右偏转,南半球向左偏转,赤道上不偏转。
惯性离心力
指空气曲线运动时,受到一个离开曲率中心而沿曲率半径向外的作用力。
摩擦力
运动状态不同的气层之间、空气和地面之间都会产生阻碍气流运动的力,称为摩擦力。摩擦力总是和运动方向相反,使空气运动速度减小,地转偏向力也相应减小。气流运动方向并不与等压线平行而是与之形成一定的交角。
自由大气中的空气运动
地转风
自由大气中,空气作等速、直线水平运动。在高空自由大气中,摩擦力可以忽略不计,起作用的主要是气压梯度力和地转偏向力,当这两种力平衡时,就形成地转风。高空风近似于地转风,它的方向与等压线平行,背风而立,在北半球是高压在右,低压在左:在南半球是高压在左,低压在右。
梯度风
自由大气中的空气作曲线运动时,作用于空气的气梯度力、地转偏向力、惯性离心力达到平衡时的风,称为梯度风。
风随高度的变化
地转风随高度的变化:热成风
水平温度分布不均将导致气压梯度随高度发生变化而风也相应随高度发生变化。由水平温度梯度引起的上下层风的向量差,称为热成风。
摩擦层中风随高度的变化
(在气压梯度力不随高度变化的情况下,离地面愈远,风速愈大,风向与等压线的交角愈小。
大气环流
全球环流
全球气压带
赤道低压带
副热带高压带
副极地低压带
极地高压带
在热力和动力因子作用下,气压的水平分布呈现规则的气压带,且高、低气压带交互排列。这种气压分布规律主要是由地表气温的纬度分布不均匀造成的。赤道附近,终年受热,温度高,空气膨胀上升,到高空向外流散,导致气柱质量减少,低空形成低压区,称赤道低压带。两极地区气温低,空气冷却收缩下沉,积聚在低空,而高空伴有空气辐合,导致气柱质量增加,在低空形成高压区,称极地高压带。从赤道上空流向两极地区的气流在地转偏向力作用下,流向逐渐趋于纬线方向,阻滞着来自赤道上空的气流向高纬流动,空气质量增加,形成高压带,称副热带高压带。副热带高压带和极地高压带之问是一个相对低压带,称副极地低压带。这样就形成了全球的7个低空纬线方向气压带
行星风系
行星风系是指不考虑海陆分布和地形起伏等的影响,地面盛行风的全球性形式。
信风带
南北纬30°--35°附近副热带高压和赤道低压之间存在气压梯度,从副热带高压辐散的一部分气流便流向赤道,因受地转偏向力的作用,在北半球形成东北风,南半球为东南风。其位置、范围和强度随副热带高压带作比较规律的季节性变化。这种可以预期在一定季节海上盛行的风系称为信风。因其与海上贸易密切相关,也称贸易风。信风向纬度更低、气温更高的地带吹送,因此其属性比较干燥,有些沙漠和半沙漠就分布在信风带内
西风带
南北纬35-60°之间,因副热带高压与副极地低压之间存在气压梯度,从副热带高压辐散的气流一部分流向高纬度,因受地转偏向力的作用变成偏西方向即西风。在北半球地面风是西南风,而南半球是西北风。实际上、从极地方向吹来的风既强烈又频繁。西风带内有各种方向的风,但以西风占支配地位。西风带内常见速度极快的气旋性风暴。
极地东风带
自极地高压向外辐散的气流因地转偏向力的作用变成偏东风,故称极地东风带。这个概念用在北半球时稍嫌简单,因为高纬区风向受局地天气扰动而变化不定。而南极大陆极地东风带的外向螺旋气流是一种盛行环流。纬度60°附近是极地东风与中纬度西风相互交接地带。两种气流性质差异很大,暖气流沿冷气流爬升,冷暖气流之间形成所谓极锋面,致使天气多变。
经向三圈环流
信风环流圈
是一个直接的热力环流,约占30个纬度。暖空气在热带辐合带上升,到高空向高纬输受地转偏向力作用,气流向东偏转,出现高空西风。空气在副热带纬度下沉分为两支送,-支流向赤道,在低纬地区形成闭合环流,即信风环流圈。
中纬度环流圈
约35°-65°地带,从高空到地面都盛行偏西风,但地面附近具有指向低纬的风速分量,上层具有指向高纬的风速分量,分别与副热带高压带下沉气流和副极地低压带上升气流相结因而构成一个环流圈。
极地环流圈
由副热带高压带流向极地的气流,在地转偏向力作用下,在中纬度地区形成偏西风。当它达到副极地低压带时,与由极地高压区吹来的偏东气流在纬度60°附近相遇形成极锋。暖空气沿极锋向极地方向上滑,在地转偏向力作用一下变为偏西气流,最后在极地冷却下沉,补偿极地地面流失的空气质量。于是,在纬度60°附近和极地之间构成一个闭合环流圈,称为极地环流圈。
高空西风带的波动和急流
西风波动
形成于极地冷气团和热带气团的狭长交汇区内,向赤道一侧形成弯曲低压槽,向极地一侧形成高压脊。当波动加深,最后被分割,交错出现孤立的低压中心(切断低压)与高压中心(阻塞高压)。
西风急流
位于对流层上层或平流层中的强而窄的气流。一般长几千公里,宽几百公里,鹰几公里。急流中心的长轴称为急流轴,它近于水平。在急流轴线附近,风速的切变很强。由于急流同大气热量和角动量的输送有关,是全球大气环流的重要环节。急流又往往同锋区相联系,因此和天气系统的发生、发展有着密切的关系。
季风环流
季风成因
海陆热力差异
海陆分布的相对位置、形状和大小
行星风带的季节位移
南北半球相互作用
地形尤其是青藏高原
季风类型
东亚季风
东亚季风区位于世界最大的大陆,濒临世界最大的大洋,因而季风范围广,强度大,海陆的气温与气压对比和季节变化比其他任何地区都显著,加上青藏高原大地形的影响,冬季加强偏北季风,夏季加强偏南季风,季风现象最为典型。
南亚季风
位于印度半岛、东南亚以及我国云南等低纬度地区,每年4-10月间盛行西南气流,通常称为西南季风,其中以印度半岛最为典型,因此又称印度季风。它主要由行星风带的季节性移动引起,也含有海陆热力差异和青藏高原的大地形作用,导致低纬度上两个行星风带相交接的地带,风向随季节而改变。
高原季风
高耸挺拔的大高原,由于它与周围自由大气的热力差异所形成的冬夏相反的盛行风系,称为高原季风,以青藏高原季风最为典型。夏季,高原作为热源,形成一个高温低压区,出现与哈得莱环流相反的经向环流圈。冬季,高原地表是个冷源,为低温高压区,出现与哈得莱环流相似的经向环流圈。
局地环流
由于局部环境比如地形起伏、地表受热不均等引起的小范围气流,称为局地环流。
海陆风
滨海地区白天风从海洋吹向陆地,晚间风从陆地吹向海洋,这就是海陆风环流。海陆风也是由于海陆热力差异引起的,但影响范围局限于沿海。风向转换以一天为周期。
白天,陆地增温比海面快,陆面气温高于海面,因而形成热力环流。下层风由海面吹向陆地,叫海风。上层有反向气流。夜间,陆地降温快,地面冷却,而海面降温缓慢,海面气温高于陆面,海岸和附近海面间形成与白天相反的热力环流,气流由陆地吹向海面,为陆风。
陆海风的转换时间因地区和天气条件而不同。一般说来,陆风在上午转为海风,13-15 时海风最盛,日落以后,海风逐渐减弱并转为陆风。阴天,海风要推迟到中午前后才出现。
山谷风
当大范围水平气压场较弱时,山区白天地面风从谷地吹向山坡、晚间地面风从山坡向谷地,以一日为周期的周期性风系,称为山谷风。
白天,因为山坡上空气比同高度的自由大气增温强烈,空气从谷地沿坡向上爬升,形成谷风;夜间由于山坡辐射冷却,冷空气沿坡下滑,从山坡流入谷地,形成山风。
焚风
气流受山地阻挡被迫抬升,迎风坡空气上升冷却,起初按干绝热直减率降温,当空气达到饱和状态时,水汽凝结,气温按湿绝热直减率降低,大部分水分在迎风坡降落。气流越山后顺坡下沉,基本上按干绝热直减率增温,以致背风坡气温比迎风坡同高度气温高,从而形成相对干热的风,即焚风。
主要的天气与气候系统
气团和锋
气团及其分类
气团
指在广大区域内水平方向上温度、湿度、垂直稳定度等物理属性比较均匀的大块空气团。其水平范围几百到几千公里,垂直范围几到十几公里
气团的形成条件
范围广阔、地表性质比较均匀的下垫面。
有利空气停滞和缓行的环流条件
地表温度和湿度状况决定了气团的大气属性,
气团变性
当气团离开源地,日常所见的气团,大多属于变性气团。 其物理属性逐渐改变,这种过程就称为气团变性。
气团的类型
地理分类法
冰洋气团
极地气团
热带气团
赤道气团
热力分类法
冷气团
凡是气团温度低于流经下垫面温度的
暖气团
凡是气团温度高于流经下垫面温度的
一般,由低纬度流间高纬度的是暖气团,反之为冷气团
锋及其分类
锋
温度或密度差异很大的两个气团相遇时,在它们之间形成一个狭窄的过渡区域,称为锋。
锋面
通常把锋看成一个几何面,称为锋面
锋线
锋面与地面的交线称为锋线。
锋的类型
根据锋面两侧冷暖气团移动方向和结构
冷锋
冷气团主动向暖气团方向移动的锋
暖锋
暖气团主动向冷气团方向移动的锋
准静止锋
指很少移动或移动方向非常缓慢的锋
锢囚锋
锋面相遇、合并后的锋
根据形成锋的气团源地
冰洋锋
极锋
赤道锋
锋面天气
冷锋天气
过境前 天气晴朗、
过境时 阴天下雨刮风降温
过境后 气温升高、温度骤降、天气转晴
云的变化 低云系向高云系转化
降雨位置 地面锋线后
暖风天气
过境前 晴朗
过境时 连续性降水
过境后 气压下降、温度升高、天气转晴
云的变化 高云系向低云系转化
降雨位置 地面锋线前
准静止锋天气
其天气特征与第一种冷锋相似。受其影响,常造成大片的连阴雨天气我国江南清明节前后细雨绵绵和江淮流域初夏时的梅雨天气都与准静止锋有关。
锢囚锋
是两个移动锋面相遇形成的,其云系具有两种锋面的特征,锋面两侧都有降水区。由于大范围暖空气被迫抬升,锋面两侧降水强度往往很大。冬春季我国东北地区多出现冷式锢囚锋,华北地区多出现暖式锢囚锋。
气旋和反气旋
气旋
由锋面上或不同密度空气分界面上发生波动形成的,占有三度空间、中心气压比四周低的水平空气涡旋。气旋的中心地带是由于是上升气流,所以多云雨的,而四周通常是容易干燥晴朗的下沉气流,台风亦是如此。
温带气旋
锋面气旋,分布在中纬度地区。主要出现在东亚、北美、地中海等地区 形成干热带海洋的
热带气旋
形成于热带海洋上的一种具有暖心结构的气旋性涡旋。中心附近平均最大风力小于8级的热带气旋称热带低压;最大风力8~9级者称热带风暴,10~11级者称强热带风暴,大于 12 级称为台风。
反气旋
是指占有三度空间的中心气压值高于四周的大型空气水平涡旋。北半球反气旋区域内的空气作顺时针向外围辐散流动,南半球反气旋区域内的空气流动方向相反。
根据温压结构
冷性反气旋
暖性反气旋
根据生成地区
极地反气旋
温带反气旋
副热带反气旋
气候系统
气候
气候是指某地区多年间大气的一般状态及其变化特征。它既反映平均情况,也反映极端情况,是各种天气现象的多年综合。它以稳定性高,空间尺度大,范畴广而区别于天气
气候系统
气候系统的特性
热力学性质
气温、水温、冰温和地温;
动力学特性
风、洋流及相应的垂直运动和冰块的运动:
含水性
空气的含水量或湿度、云量和云中含水量、地下水、湖泊水位,雪的含水量,
静力学特性
大气和海洋的压力和密度,空气成分、海水盐度,以及系统的几何边界和物理常数。
气候系统组成部分
大气圈
是气候系统的主体,也是系统最易变化和最敏感的部分
海洋
是气候系统的热量储存库,海洋热力和动力学惯性使它具有“低通滤波作用。,有利于气候系统中缓慢运动的维持和发展。其在空间和时间上的“平滑过程”
冰冻圈
包括全球的冰层和积雪,有大陆冰盖(高山冰川、地面雪被、多年冻土、海冰、湖冰和河冰。是气候变化的指示器,对气候长期变化产生反馈,在地球热平衡中起重要作用。
陆面
山脉、地表岩石、沉积物、土壤等。地表土壤作为大气微粒物质的重要来源之一,在气候变化中有重要作用,而土壤又会随气候和植物状况而变化。
生物圈
地球生命物质构成的圈层。包括陆地和海洋中的植物,空气、海洋和陆地生活的动物,以及人类本身。生物圈的各部分变化特征时间显著不同,总的来说比较缓慢,他们不仅对气候变化敏感,也影响气候。
气候的形成因素
气候形成的辐射因子
地球辐射平衡温度
太阳辐射和日地距离这两个参数,决定了太阳常数的大小,加上地球表面反射率,就决定了地球上具有较为适宜的有效温度。它是大气上界吸收太阳辐射与行星地球长波辐射外于平衡时所具有的温度,故又称为辐射平衡温度
地球上的天文气候
地球表面因辐射平衡温度随纬度和季节的分布形成假想的简单气候模式,天文气候能够反映地球气候的基本轮廓。
日地距离
太阳高度
日照时间
气候形成的环流因子
大气环流促进热量的输送和水分循环
将低纬度的热量盈余传输到高纬度
弥补高纬度的热量亏损
把水汽从盈余地区输送到亏损地区
形成了锋、对流雨等天气系统
调节海陆间热量
形成季风
大气环流与海温异常
沃克环流
赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的一种纬圈热力环流。正常情况下赤道太平洋水温的分布为东冷西暖。位于南太平洋副热带高压东侧的南美洲西海岸,强烈的下沉气流受冷海水影响降温后,随偏东信风西流,到达西太平洋附近受热上升,转向成为高空西风,以补充东部冷海区的下沉气流。于是在赤道太平洋垂直剖面图上,就出现了一种大气低层为偏东风,上层为偏西风的东西向热成闭合环流,称为沃克环流。
南方涛动
是指热带太平洋与热带印度洋之间气压呈负相关的振荡现象,厄尔尼诺-南方涛动事件的内在联系,是全球海气相互作用的强烈信号,所以人们常合称为“ENSO”
厄尔尼诺
是西班牙语“圣婴”音译,原指每年圣诞节前后,沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸出现一股弱暖洋流,取代了沿岸原有冷海水的现象。现在,厄尔尼诺一词是指赤道太平洋东部海洋表层水温持续异常增温的现象(暖水事件)
暖流回流,东岸降水增多,西岸降水减少
ENSO 对我国的影响
降水的影响
气温的影响
台风的影响
拉尼娜
拉尼娜是西班牙语“圣女”的音译,又称“反厄尔尼诺”,是指赤道太平洋中部和东部海洋表层水温持续异常降温的现象冷水事件)。当东南信风增强时,东太平洋更多表层的暖海水被吹送到西太平洋,导致更多的下层冷海水补充上表层,表层海水温度因而下降,结果使太平洋东西两侧表层海水的温差加大,形成拉尼娜。
降水少的地方更干旱,降水多的地方发生旱涝
气候形成的地理因子
海陆分布对气候的影响
致使同纬度、同季节海洋和大陆的增温与冷却显著不同,海上和陆上气温差异明显
影响气压分布、大气运动方向及水分分布
海洋性气候
大陆性气候
大陆度
大陆度是大陆度指数的简称,表示某地的气候受大陆影响的程度。由于海洋和大陆热力性质的不同,以及大气的运动,不同地点受海洋和大陆的影响有差异。某地大陆度大,即受大陆影响大。
洋流对气候的影响
洋流的热量输送对气温差异的作用
洋流的热量输送对气温差异起着很大作用,自低纬度流向中高纬的暖洋流,起着增温的作用,自高纬流向低纬的洋流,起着降温的作用
冷暖洋流对所经处降水的影响
其次,冷暖洋流对所经之地的降水也有较大影响,冷空气在暖洋流上经过逐渐变为暖湿海洋性气团。当空气与冷洋流接触则增加其稳定性,一般难于形成降雨。
地形对气候的影响
地形对温度的影响
地形通过海拔升高而使温度降低
地形对降水的影响
迎风坡降水通常大于背风坡。
形成垂直气候带
山地水热状况具有明显垂直变化
气候带与气候型
掌握分布地区,形成原因,气温降水、植被土壤特征
低纬度气候
赤道多雨气候
热带海洋气候
热带干湿季气候
热带季风气候
热带干旱与半干旱气候
中纬度气候
亚热带干旱与半干旱气候
亚热带季风气候
亚热带湿润气候
亚热带夏干气候
温带海洋气候
温带季风气候
温带大陆性湿润气候
温带干旱与半干旱气候
高纬度气候
副极地大陆型气候
极地长寒气候(苔原气候)
极地冰原气候
高地气候
局地气候
森林气候
农田气候
城市气候
城市热岛
城市雨岛
暗岛效应
干岛效应
全球气候变化及原因分析
气候变化简史
地质时期的气候变化
历史时期的气候变化
近代气候变化
气候变化及其原因
气候变化
经过相当一段时间的观察,在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。
全球气候变化的原因
天文学方面的原因
太阳辐射强度的变化
太阳辐射是地球表层系统能量的主要来源,是气候系统的能量来源,因此太阳辐射的周期性增多或减少,必然影响到气候系统的能量变化,从而导致气候的变化。
太阳活动的准周期变化
太阳活动是发生在太阳面上的一系列物理过程。这些过程使太阳辐射的光谱辐射和微粒辐射发生显著变动。从而导致气候能量来源的周期性变化。
地球轨道要素的变化
地球公转轨道椭圆偏心率、自转轴对黄道面的倾斜度及罗差均存在长周期变化。地球轨道要素的变化使不同纬度在不同季节接受的太阳辐射发生变化,)通常用以解释第四纪冰期与间冰期的交替。
地文学方面的原因
地极移动与大陆漂移
造山运动
造山运动使得本来比较平担的地球表面变得凹凸不平,从而增加了大气垂直方向上的扰动强度,降水增加。
火山活动
火山爆发喷出大最熔岩、烟尘、二氧化碳、硫化物气体以及水汽。火山灰尘进入平流层形成火山灰尘幕对中高纬度影响最大。
人类活动对气候的影响
改变下垫面性质
改变大气中某些成分
人为的释放热量
人类活动一方面是改变地表面貌,影响下垫面的粗糙度、反照率和水热平衡,从而引起局地气候变化。另一方面是在工业革命后的 200年里,由于人类的滥伐森林,盲目垦荒、再加上大最燃烧化石燃料,使得温室气体在空气中的浓度不断增加,气候趋于变暖。
未来气候的可能变化
变冷说
变冷说认为,到 20 世纪40年代为止,气候变暖业已结束,并倒转为全球变冷。其主要依据是,自20世纪40年代中期开始,特别是60年代以来,北极和近北极高纬地区气候明显变冷。70年代以来北大西洋流冰数量较前数十年也明显增多。
变暖说
变吸说认为,现在正进入超间冰期,即项为温暖的时期,地球的平均气温将逐渐增加,以致高纬度海冰和积雪融化,造成海而上开。主要依据是人类活动影响气候范围、程度正在扩大和日趋严重。
生物群落与生态系统
地球的生物界
原核生物界
原生生物界
植物界
真菌界
动物界
生物与环境
生态环境相关概念
生物圈
是指在地球上存在生物并受其生命活动影响的区域,包括大气圈下层、整个水圈和岩石圈上部。生物参与各种地理过程和不同地理环境的形成,并常常成为地理景观最突出的特征。生物也是人类进行生产活动的重要资源和生存的基本条件,是社会、经济持续发展的重要物质基础,是宇宙中最活跃的物质形式:
生态环境
是指生物有机体或生物群体所在空间内一切事物和要素的总和。包括非生物的所有自然要素,以及主体生物之外的其它一切动植物。
生态因子
指对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有影响的环境要素。
限制因子
当一个或几个生态因子的质或量低于或高于生物生存所能忍受的临界限度时生物的生长发育、繁殖就会受到限制,甚至引起死亡,这些接近或超过耐性上下限的生态因子称作限制因子。
生存条件
指生态因子中生物生存不可或缺的那些因子;例如:光、热、气、土等
生态幅
生物对每一种生态因子的耐受上下限之间就是生物的耐受范围。其中最适生存范围,生物生长发育得最好
生态位
是群落中每一个生物种所占据的小生境(住所、空间)及其功能(作用)的结合。同一群落中不同生物种的生态位不同,据此可把它们划分为不同的群落成员型,有优势种和伴生种两种生活型。
生态因子作用的一般特点
综合性
各个生态因子并不是孤立地、单独地对生物发生作用,而是相互制约、相互影响并综合在一起对生物产生影响。
非等价性
对生物起作用的诸因子是非等价的。有起关键作用的主导因子,也有起 次要作用的因子,
不可替代性
生态因子虽非等价,但都不可缺少,一个因子的缺失不能用另一个因子来代替。
限制性
生态因子对生物的生存并非总是适宜的,因为地球上各种生态因子的变动幅度很大,而每种生物所能耐受的范围却有一定的限度。
生态因子与生物
光与生物
太阳辐射被绿色植物吸收,通过光合作用把光能转化为化学能储存在有机物质中,除供应本身消耗外还为其他生物提供所需要的能量。光的性质、光照强度和光照时间的长短对生物的生长、发育、形态结构、生殖、行为和地理分布有明显影响。
光的性质(波长)对植物的生态作用最为明显
如红光能促进叶绿素的形成。
光照强度对生物的影响
各种植物对光的需要量和适应范围是不同的。因此可以把植物分成阳性植物、阴性植物、耐阴植物。动物分为夜行性、昼行性、晨昏性
光的周期对生物的作用
地球上不同纬度地区,在植物生长季节里每天昼夜长短比例不同,对植物的开花结实具有明显的影响,这叫做光周期现象。根据植物对光周期反应的不同,可分为长日照植物、短日照植物和中间性植物。
温度与生物
对生物生长发育和形态的影响
各种生物对温度都有一定的适应范围,在此范围内生物体内的生物化学过程才能进行。温度过高和过低,超出生物所能忍受的限度时,生物的生长发育就会受阻而导致死亡。
对动物行为的影响
动物主动选择适宜的温度环境,以利其生存。
影响动物分布
热带和亚热带有利于生存,故生物种类较多,寒带和高山 地区种类较少。
水与生物
水是生物有机体的重要组成部分
生物的一切代谢活动都必须以水为介质
营养物质的吸收和运输、食物的消化、废液的排除、激素的传递以及其他各种生物化学过程都必须在水溶液中进行:
水是植物进行光合作用的重要原料
由于较大的热容量且吸热放热过程缓慢,为水生生物创造了稳定的温度环境
对生物的热量调节和热能代谢有重要意义
空气与生物
化学成分方面
氮气氧气
空气运动方面
空气水平运动产生风。风对生物的作用既有利,也有害。风是植物传粉、
绿色植物对大气污染的净化作用
土壤与生物
对植物而言
对植物而言,作为陆生植物生长发育的营养库,土壤具有供应和调书植物生活所需要的水分、养料和空气的双重作用。土壤和植物之间以极大的接触面积进行者频繁的物质交换;
对动物而言
对动物而言,土壤是比大气更稳定的生活环境,其温度和湿度的变幅小;
生物之间的关系
竞争
寄生作用
捕食作用
原始合作与互利共生
原始合作(互助):在一起生活的两个物种彼此从中都受到利益,但它们并不必须互相依赖,可以单独生存。
互利共生:是两个不同物种的有机体密切地结合在一起,在共同的生活中双方均获得利益但彼此不能分开单独生存而区别于原始合作。
生物对环境的适应
生物的适应
生物适应的类型
趋同适应
是指亲缘关系相当疏远的不同种类的生物长期生活在相同或相似环境中,通过变异和选择形成相同或相似的适应特征和适应方式的现象。
趋异适应
是指同一生物的若干个体长期在不同环境条件下生活,形成了不同的适应特征和适应方式,
k 对策者
生物的一种,栖息生境稳定,很少发生难以预测的灾害,出生率低,发育慢,成熟晚,寿命长,,个体大,能进行多次繁殖,具有完善的保护后代机制。
r 对策者
生物的一种,生境多变而不稳定,灾害频繁,出生率高,个体小,发育快,早熟,寿命短,竞争力弱。
生物的区系性
是指不同的动植物和微生物,在漫长的历史演变过程中,在一定的地理条件下,由于分布区相同而组成一定的生物区系。区系性反映生物彼此间的亲缘关系和系统发育过程以及地理隔离情况。一个生物区系中,特有类群越多,分类等级越高,说明它们越古老,地理隔离越久,即区系性越强。
生物种群和群落
种群及其一般特征
生物种群
占据着一定空间或地区的同一种生物的个体群
种群的基本特征
种群的数量和密度
在一定空间中某种生物个体的总数目称为种群的数量或大小:在单位空间或面积内的个 体数目叫做种群的密度。
种群的年龄结构和性别比
种群中个体的水平分布格局
出生率和死亡率
出生率泛指生物六生新个体的能力,它是种群内个体数目增长的因素,以单位时间内产生的新个体表示
指种群中个体死亡的速率,是种群个体数量衰减的因素,用单位时间内死亡的个体数目表示,
种群增长
种内关系
生物群落
是在一定时间内居住于一定生境中的不同种群所组成的生物系统。它虽然是由植物、动物和微生物等各种生物有机体组成,但仍是一个具有一定成分和外貌比较一致的组合体。一个群落中的不同种群不是杂乱无章地散布,而是有序、协调地生活在一起
种类组成
群落交错区
两个或多个群落间的过渡带。
物种多样性
是指群落中的物种数目(丰富度)和各物种的个体数目(均匀度)两个参数的结合;它不仅仅反映了群落或生境中物种的丰富度,变化程度或均匀度,也反映了群落的稳定性与动态,以及自然地理条件与群落的相互关系。
边缘效应
生态位
群落中每一个生物种所占据的小生境(住所、空间)及其功能(作用)的结合;同一群落中不同生物种的生态位不同,据此可把它们划分为不同的群落成员型,有优势种、建群种和伴生种几种生活型
优势种
是指群落中占优势的种类,它包括群落每层中在数量上最大、体积上最大、对生境影响最大的种类。
伴生种
这些物种虽然在群落中出现,参加到群落的组成中去,但对群落内的环境所发生的作用不及优势种,有的是群落中常见的,即相当稳定地与优势种伴生在一起,可作为群落分类的一个参考。有的种类是由于外界因素(如动物、人类作用)偶然进入群落的。
建群种
优势种中的最大优势者,即盖度最大,占有最大空间,因而在建造群落和改 造环境方面做出最突出的生物。
群落的外貌与植物的生活型
群落的结构
若干生物种群在群落内部按一定规律排列组合的现象即是群落的结构。
垂直结构
指群落在空间上的垂直分化或成层现象;森林群落划分出乔木层、灌木草木层和地被层;草本植物群落结构分为高草层、中草层和矮草层。
水平结构
指群落在空间上的水平分化和镶嵌现象
生态结构
成层现象和镶嵌性是群落在空间上的形态结构。
群落环境
群落在形成过程中,随着各种生物的逐渐定居,通过植物枝叶的遮荫和挡风,根系不断地分泌有机化合物。枯枝落叶层覆盖地面和减弱地表径流、微生物对有机物质的分解以及动物的活动等,不断地改造原来的物理环境。使群落内部形成了显著不同于其周围裸地的环境,即群落环境。
生物群落的动态
植物群落的季节性变化
生物群落的演替
是一个植物群落被另一个植物群落所取代的过程。它是植物群落动态的一个最重要的特征。它贯穿整个群落发展的始终
按群落所在地物理环境
原生演替
在以前没有生产过植物的原生裸地上首先出现先锋植物群落,以后相继产生一系列群落的替代过程叫做原生演替。又可分为发生于干燥地面的早生演替和发生于水域里的水生演替系列。
次生演替
原来有过植被覆盖,后来由于某种原因原有植被消失了,这样的裸地叫次生裸地,有土壤的发育,其中常常还保留着植物的种子或其他繁殖体,环境条件比较好,发生在这种裸地上的群落演替称作次生演替。
按其发展方向不同
进展演替
演替顶级
逆行演替
群落的分类
植被型
群系
群丛
生态系统
生态系统的概念和特征
生态系统
在一定空间内生物成分(生物群落)和非生物成分(物理环境)通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而形成的一个生态学功能单位。
特征
生态系统是一个开放系统
生态系统与外界环境之间存在着能量和物质的交换, 其行为经常受到外部环境的影响。
生态系统是一个控制系统或反馈系统
生态系统并不是完全被动地接受环境的影响,在正常情况下(即在一定限度内),其本身都具有反馈机能,使它能够自动调节,逐渐修复与调整因外界干扰而受到损伤,维持正常的结构与功能,保持其相对平衡状态。
生态系统是一个动态系统
其演化要经历一个由简单到复杂、由不成熟到成熟的发育过程,它的早期阶段与晚期阶段具有许多不同的特征。生态系统的这一发展规律为预测未来提供了重要的科学依据。
生态系统的组分和结构
组分
非生物成分
包括太阳辐射能、H2O,CO2,02,各种无机盐类和蛋白质、脂肪、糖类、腐殖质;
生产者
包括所有的绿色植物、蓝藻和为数不多的光合细菌与化学能合成细菌;
消费者
包括各类动物,属于异养生物,它们不能利用太阳能制造食物。只能直接或间接依靠生产者植物为食物资源获取所需要的能量,维持其生存。
分解者
主要指细菌、真菌和一些原生动物。
结构
生态系统的结构除形态结构、垂直结构和水平结构外,最重要的是由食物或营养关系形成的营养结构,即食物链和食物网。
食物链
在生态系统中以生产者植物为起点,一些生物有机体以吃和被吃的关系,即通过食物的关系彼此联结而形成的一个能量与物质流通的系列,即为食物链。
食物网
各个食物链彼此交织、错综联结形成复杂的能量与物质流通的网络。是生 态系统的营养结构。
营养级
在食物网中从生产者植物起到顶部食肉动物止,在各食物链上凡属同一级
生物放大作用
生物体从周围环境中吸收某些元素或不易分解的化合物,这些污染物在体内积累,并通过食物链向下传递,在生物体内的含量随生物的营养级的升高而升高,使生物体内某些元素或化合物的浓度超过了环境中浓度的现象。又叫生物富集作用。
生态系统的功能
生态系统有机物质的生产
绿色植物的初级生产
消费者动物的次级生产
生态系统是指在一定空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而形成的一个生态学功能单位。生态系统有三个基本功能:单向的能量流动、循环式的物质流动和信息的传递。
信息传递
信息传递决定着物质循环和能量流动的方向和状态,在生态系统中,种群和种群之间种群内部的个体和个体之间,甚至生物和环境之间都有信息传递。其主要形式有物理信息、化学信息、营养信息和行为信息。
生态系统的能量流动
过程
输入
起点:从生产者固定太阳能开始;输入数量:生产者固定的太阳能的总量就是流经这个生态系统的总能量;
传递
生产者-初级消费者-各级消费者-腐生生物(分解者)分解死亡动植物残体,能量释放到环境中;渠道:沿食物链和食物网:
散失
生产者、消费者、分解者的呼吸作用(以及排泄作用)
特点
能量流动是单向的
林德曼效率
b.能量流动是逐级递减的,后一营养级所获能量约为前一级能量的 10%,这
生态金字塔
:生态学中表示不同关系的一种形式。由于能量传递效率的限制,顺着营养级序列向上,能量或生产力便梯级般地递减,出现“金字塔”特点,即能量或生产力金字塔生物个体和生物量也顺序向上递减,形成个体数目“金字塔”和生物量“金字塔”,三者总称“生态金字塔”。
生态系统的物质循环
生物有机体在生命过程中所需的无机元素及其化合物首先被植物从空气、水、土壤中吸收利用,然后以有机物的形式从一个营养级传递到下一个营养级。动植物有机体死亡后被微生物分解,它们又以无机形式的矿质元素归还到环境中,再次被植物重新吸收利用。这样,物质就不同于能量的单向流动,而是在生态系统内一次又一次地被利用,即发生循环。这就是生态系统的物质循环或生物地球化学循环。
生物地球化学循环可分为水循环、气体型循环、沉积型循环
生态系统的反馈调节与生态平衡
生态平衡
当生态系统处于相对稳定状态时,生物之间和生物与环境之间出现高度的相互适应,种群结构与数量比例能够长久维持,能量和物质的输入与输出接近平衡,结构与功能之间的关系协调,这种状态就叫做生态平衡。
反馈调节
当生态系统中某一成分发生变化的时候,它必然会引起其它成分出现一系列的相应变化这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分
负反馈
;负反馈是比较常见的一种反馈,它的作用是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态,反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。
例如,如果草原上的食草动物因为迁入而增加,植物就会因为受到过度啃食而减少,植物数量减少以后,反过来就会抑制动物的数量。
正反馈
正反馈的作用与负反馈相反,即生态系统中某一成分的变化所引起的其它系列的变化,反过来加速最初发生的变化,因此正反馈使生态系统远离平衡状态。
例如,如果湖泊受到污染,鱼类就会死亡,鱼体死亡腐烂后又会进一步加重污染并引起更多鱼类死亡因此,正反馈具有极大的破坏作用,但是它常常是爆发性的,所经历的时间也很短。从长远看,生态系统中的负反馈和自我调节将起主要作用。
生态系统的分类
陆地和水域生态系统
陆地生态系统的主要特征、分布规律与主要类型
主要特征和分布规律
陆地生态系统类型众多
具有较高的平均生物生产量和巨大的生物累积量
环境的多变使陆地生态系统的动态变化比较明显
具有明显的空间分布格局
纬度地带性分布
经度地带性分布
垂直地带性分布
主要类型
热带雨林
热带稀树草原
亚热带常绿阔叶林
温带落叶阔叶林
北方针叶林
温带草原
荒漠
冻原
水域生态系统的主要特征与类型
特征
特征比较均一且变化较缓和
水生生物分布范围广泛,系统类型比陆地少
各种水体及同一水体不同部分自然条件也不完全一致
出现颠倒的生物量金字塔
淡水生态系统
流水生态系统
静水生态系统
海洋生态系统
社会- 经济- 自然复合生态系统
农业生态系统
主要特征
生物成分发生显著变化
系统结构发生变化
是一个能量和物质大量流通的开放系统
生物产量一般较高
具有明显的地域性特点
人是农业生态系统的核心,社会因素起重要的导向作用
生态农业
城市生态系统
主要特征
是以人为主体的生态系统
食物链简化
能量和物质流量巨大、转换迅速的生态系统
依赖性强,独立性弱,自我调节能力小
是人类对陆地自然生态系统影响最强烈、改造最彻底的地方
生物多样性及其保护
生物多样性
指在一定时间和一定地区所有生物(动物、植物、微生物)物种及其遗传变异和生态系统的复杂性等的总称。或者说,生物多样性是生物和它们组成的系统的总体多样性和变异性
遗传多样性
遗传多样性也称基因多样性:是指存在于生物个体内、单个物种内以及物种之间的遗传变异的总和。一个物种的遗传多样性丰富,对环境的适应能力就强,进化潜力就大:反之,遗传多样性贫乏的物种在进化中的适宜性就差。
物种多样性
指某一区域内生物种类的丰富度或物种的总数目。物种多样性越丰富,生态系统越稳定;当生态系统丧失某些物种使多样性降低时,就可能导致系统功能失调,出现不稳定现象,甚至使整个系统瓦解。
生态系统多样性
是指生物圈内生境、生物群落和生态学过程的多样化以及生态系统内生境差异和生态学过程变化的多样性。
生物多样性的价值
是指基因、物种和生态系统对人类的生存所具有的现实和潜在意义,是人类赖以生存的物质基础。因此,它在社会、经济、文化和伦理等方面的作用和意义是非常重要的。
直接使用价值
为人类提供食物;生物的遗传资源(例如抗病性、抗早性等)还被用来改良农作物、家畜和家禽的品种以提高农业生产水平;利用天敌防治害虫;医疗价值;提供工业原料等。
间接使用价格
改善人类生存环境,维持自然界的生态平衡保持水土、涵养水源、调节气候缓和温度变化、增加空气湿度、减少旱涝灾害的发生;吸收和分解环境中的有机废物、农药和其他污染物,减少空气中尘埃和细菌的数量,净化大气、改善环境。
潜在价值和选择价值
即为后代人在利用生物多样性方面提供选择机会的价值。
全球生物多样性概况及受威胁现状
现状
水热条件的差异、地形的复杂性和地理隔离程度导致生物多样性在地球上的分布很不均匀
随着人口的增加、不合理的资源开发、环境污染和生态破坏等,物种灭绝速率不断加快
物种和生态系统的灭绝及因之造成的遗传多样性损失是不可逆和不可弥补的
我国生物多样性的特点
生物多样性的保护
就地保护
是指将有价值的自然生态系统和野生生物物种及其生境在原地划出一定面积,以建立自然保护区和保护点的方式将其严格保护起来,借此保护生态系统内生物的繁衍与进化,维持生态系统的结构和物质能量流动与其它生态学过程的正常进行,即系统整体得到保护。因此自然保护区是保护生物多样性最有效的措施
迁地保护
由于某些动植物物种受到高度威胁,处于严重濒危状态,必需紧急拯救,可将保护对象的部分种群迁出原地以外,在动物园、植物园、水族馆、畜牧场、引种繁育中心等人工保护中心,进行驯养和繁育,使其种群数量不断有所扩大。
离体保存
利用现代技术,特别是低温技术,将农作物、家畜、家禽及其野生亲缘种等生物体的一部分进行长期储存以保存物种的种质。常用的方法是建立植物种子库、动物细胞库等。
地貌
地貌成因及类型
地貌概念及地貌动力
地貌
指地球硬表面由地貌内外动力共同作用塑造而成的多种多样的外貌和形态
地貌动力
地貌内营力
指内能所产生的作用力,主要表现为地壳运动、岩浆活动与地震
地貌外营力
指太阳辐射能通过大气、水和生物作用并以风化作用、流水作用、冰川作用、风力作用、波浪作用等形式表现得力
地貌成因
构造运动与地貌发育
构造运动主要是指地球内动力引起的地壳机械运动,使地壳乃至岩石圈发生变形、变位,从而形成各种地质构造的运动,可分为水平运动(造山运动)和垂直运动。
构造运动造成地球表面的巨大起伏,因而成为形成地表宏观地貌特征的决定性因素
大陆板块和大洋板块的区别造就了陆地和海底地貌的差异。陆地上大山系、大高原、大盆地和大平原。海洋中的大洋中脊、洋盆、海沟、大陆架与大陆坡的形成
在中观尺度上,呈上升运动的水平构造是形成桌状山、方山与丹霞地貌的前提。
地壳的升降运动可在短距离、小范围内形成巨大的地表高度差异,不同高度地貌特征因而表现出垂直分异。它不仅决定了地表轮廓和水圈的分布,还影响着生物圈的分布,并改变大气环流,以至影响着整个地球表层环境。
地貌形成的气候因素
塑造地貌的外动力,主要受气候因素的控制。不同气候条件下,水热组合状况不同,外动力的性质、强度和组合状况不尽相同,从而塑造了各种地表形态
高纬和高山寒冷气候条件。冰川冰缘作用成为主要外动力。在冰川作用下山地将形成角峰、刃、冰斗、u形谷、冰川三角面、冰碛垅、冰碛堤、冰碛丘陵等冰川地貌和冻胀丘、冰核丘、融冻泥流、融冻阶地、石河、石带、石海、石环、多边形土等冰缘地貌。
温湿气候条件地表径流丰富,流水作用成为主导外动力,各种流水地貌类型普遍发育。湿热气候条件下,流水作用虽然仍居主导外动力地位,但同时化学风化强烈,红色风化壳普遍较厚,植被有效地减弱了流水侵蚀力,平原、缓丘、钟状基岩岛山成为最常见的地貌类型。
干旱气候条件。风与间歇性洪流为主要外动力,相应的地貌类型包括风蚀残丘、风蚀洼地、洪积扇等。干燥剥蚀山地山坡后退形成的残留有岛山的山麓面,也是干旱区特有的地貌类型
山地气候。山地气候与地貌均因高度而异。湿润而有足够高度的山地以冰川冰缘作用与流水作用组合及相应地貌类型占优势。干旱区山地高、中、低山带则分别以冰川冰缘作用、流水作用和干燥剥蚀作用为主要外动为并形成相应的地貌类型。
岩性对地貌因素形成的影响
各种岩石因其矿物成分、硬度、胶结程度、结构与产状不同,抗风化与抗外力剥蚀的能力常表现出很大的差别,形成的地貌类型或地貌轮往往很不相同。
坚硬和胶结良好的岩石如石英岩、石英砂岩、砾岩常形成山岭和峭壁,
松软岩石如泥灰岩、页岩常形成低丘、缓岗,
柱状节理发育的玄武岩易形成陡崖与石柱,
垂直节理发育的花岗岩易形成陡峻山峰,
湿热气候下的碳酸盐岩易遭溶蚀而形成喀斯特地貌
黄土与黄土状岩石干燥时稳定性强,遇水即蚀并发生湿陷
软硬相间分布的岩石在水平方向上常导致河谷盆地与峡谷相间分布。在垂直方向上则形成陡缓更替的阶状山坡。
生物对地貌形成的影响
生物在其生命过程中使岩石发生机械风化和化学风化,进而影响地貌发育。植物根系由疏到密,由短到长,由细到粗,致使岩石裂隙扩大以至崩裂,即发生所谓根劈作用,是植物导致岩石机械风化的典型例子。
穴居动物挖掘洞穴促使岩石破碎,是动物导致岩石机械风化,是动物导致岩石机械风化的例证
而生物尤其是微生物在新陈代谢和遗体分解过程中析出的有机酸对岩石和矿物的腐蚀则是生物化学风化作用的表现。
生物也可以形成岩石,除生物遗体沉积形成生物岩外,生物的化学作用常促进某些化学物质,从而形成典型的生物地貌,如珊瑚礁与牡蝠礁。
人类活动对地貌的影响
人类活动对地貌发育的影响通常有两种方式。一是通过改变地貌发育条件加速或延缓某种程度的地貌过程,
例如破坏植被加速地表侵蚀
植树种草降低侵蚀速度
大量引水入渠导入致河流蚀积过程发生重大变化
在干旱区甚至导致洪积扇发育中断
营造防风林抑制风沙作用及风沙地貌的形成与发展。
二是直接干预地貌过程,甚至改变地貌发育方向
例如修建梯田或水平沟使原本平滑的山坡转而具有阶状结构
修堤筑坝约束河流或迫使其改道,从而改变冲积扇与冲积平原的发展道路
采挖矿石造成地表塌陷;
削山造田把丘陵变为平地
围河、围湖、围海造田把水域变为陆地等
地貌类型
地貌等级划分
一级为大陆和海洋盆地
二级为大陆上的山地、平原,海洋中的洋中脊、深海平原
三级为分水岭、河谷、山间盆地等
基本地貌类型(分为山地和平原)
山地(是山岭、谷地、山间盆地的总称
山岭
山顶
山坡
山麓
谷地
河川
河漫滩
阶地
山间盆地
丘陵
是山地与平原的一种过渡性地貌类型,不受绝对高度限制,但相对高度一般不足100m
平原(是一种开阔、平坦、地势起伏很小的地貌形态类型
依据海拔高度
高平原
地势较高、切割相对强烈
低平原
地势低而平缓,切割深度和切割密度均很小
依据表面形态
平坦平原、倾斜平原、凹形平原、起伏平原
依据外动力差别
熔岩平原、喀斯特平原、冲击平原和海成平原
盆地
当平原四周被山地环绕时,平原及面向平原的山坡共同组成一种新的地貌类型
地貌在地理环境中的作用
导致地表热量的重新分配和温度分布状况复杂化
假定地表没有地势起伏和地貌分异,到达地表的太阳辐射及由之转化而成的热能和地表温度状况应严格按纬度分布。实际存在的地貌分异显著改变了这一特点,导致山地阳坡与阴坡温度不相同,各高度层的温度更迴然相异,东西走向山地经常成为热最带界线:
高原与平原相比较,温度表现出“偏向极地”的特点,有时甚至低于其高纬一侧的平原的温度,从而呈现所谓温度南北倒置现象。
即使迎风坡与背风坡也可显示温度差别。特定地貌条件下发生的焚风常使背风坡温度高于同海拔迎风坡。
山地与高原在气温垂直递减规律作用下常形成“冷岛”,盆地和河谷相反,成为“热岛”
改变降水量分布格局
山地的屏障作用迫使湿润气流上升凝结使降水集中发生于迎风坡,而背风坡往往成为雨影区。山地降水量在一定范围内随高度上升而增加,一方面与温度垂直变化一起构成气候的垂直变化,
另一方面也使山地总体降水量高于附近平原,因而成为湿润区的多雨中心和干旱、半干旱区的“湿岛”,盆地与深切河谷则相反,成为“干岛”
对生物界的影响
山地地貌的复杂变化将最终导致生境复杂化,因而全球陆地以山地的生物多样性最为丰富,各高度层带物种的总和常常数倍于当地平原的物种数。
山地与河谷还往往成为气候急剧变化过程中某些生物的避难所
同时,巨大的高原和山地可以成为各种区系成分相互渗透的障碍
平原、谷地甚至山口又可成为物种迁移的通道。
对自然地域分异的影响
对任何尺度的地域而言,地貌都是一个重要的非地带性因素。地貌变化既干扰和破坏全大陆尺度的地带性分异,致使绝大多数自然带不能实现沿纬线方向的环球分布,又在地带性区域内部表现非地带性分异。例如许多大地貌单元,同时也是高级自然区,且地貌界线基本上与自然区界相吻合。又如东西走向山地的南北两坡对温度变化的不同影响和南北走向山地的东西两侧降水量的差异,常常使山地本身成为自然地带或地区间的分界。
对土地类型分化的影响
地貌是土地单位中一个举足轻重的组成要素和致变因素。地貌形态的任何变 化都将导致整个土地类型的变化。
构造运动与构造地貌
构造运动
构造地貌
水平岩层构造地貌
褶曲构造地貌
穹隆构造地貌
断层构造地貌
风化作用与块体运动
风化作用
风化作用
指地表岩石与矿物在太阳辐射、大气、水和生物参与下理化性质发生变化,颗粒细化、矿物成分改变,从而形成新物质的过程
物理风化
又称机械风化或崩解。它是一个岩石由整体破裂为碎屑,裂隙、孔隙和比面积增加,物理性质发生显著变化而化学性质不变的过程。
化学风化
指岩石在大气、水和生物作用下发生分解进而形成化学组成与性质不同的新物质的过程。其方式可归结为水化、水解、溶解、氧化等
生物风化
生物物理风化:是指生物对岩石矿物的机械破坏作用。
生物化学风化:是指生物通过新陈代谢和生物死亡后的遗体腐烂分解而对岩石物 进行的化学风化作用。
风化壳
风化壳是指经过风化与剥蚀后依然残留原地覆盖于母岩表面的风化产物。包括分化作用的残留矿物,此生矿物,可溶性物质。岩石风化的程度与强度,在很大程度上受到气候的影响与控制。
形成条件
有利于风化作用持续进行的气候、岩性和构造条件
比如高温多雨,温差较大,岩石多节理、裂隙,构造破裂显著等
有利于风化产物残留原地的地貌、水文、植被等条件
地势起伏,地貌较稳定,植被覆盖度高,地表流水侵蚀较弱
基本特征
空间分布不连续,厚度差异大
组成物质以黏土和碎屑为主,也包括少量残存液体
结构疏松,表层分散性强,分解程度高,粒径细,中下层相反,但不具备有类似沉积岩的层理
可分为强度风化、中度风化和微风化三个层带
基本类型及其分布
富铝型酸性风化壳
热带,铝、铁高度富集,形成铁镍风化矿床
硅铝铁型酸性风化壳
热带,亚热带,铝铁分离不显著,硅铝形成高岭土类黏土矿物
硅铝黏土型弱酸性风化壳
湿润的温带森林区。风化壳颜色主要呈棕色或黄
碳酸盐型中性至微碱性风化壳
半湿润、半干旱森林草原,颜色不深,厚度不大,主要含钙质,
富钙碱性风化壳
干旱区,风化壳颜色浅、土层薄、含碎屑。
岩屑型风化壳
高寒区与极旱荒漠区物理风化,岩石在原地崩解破裂,碎屑成分基本与母岩相同
古风化壳
块体运动与重力地貌
块体运动
岩体和土体在重力作用及地表水、地下水影响下沿坡向下运动称为块体运动,大致可分为崩落、滑落与蠕动三类,并发育相应的重力地貌。
重力地貌
崩落与崩塌地貌
陡坡上的岩体与土体在重力作用下突然快速下移,称为崩落或崩塌。崩落形成两种地貌,即山坡上部的崩塌崖壁与坡麓的倒石堆。
地貌条件
山坡坡度和相对高度。坡度陡,崩落速度快;相对高度越大,崩落发育规模越大。
地质条件
主要指岩石的岩性、结构和构造。
气候条件
在温度变化较大的地区,物理风化作用促使岩石风化破碎,产生崩塌。此外,崩塌多发生在雨季,也说明了气候条件对崩塌作用的影响
水文条件
导致岩体、土体失稳。地下水活动引起坡体变化,地表水冲刷坡麓,导致岩体、土体失稳。
滑落与滑坡地貌
由岩体、土体或碎屑堆积物构成的山坡体,在重力作用下沿软弱面发生整体滑落的过程叫作滑坡。
产生的条件
滑坡只有在由重力引起的下滑力超过软弱面的抗滑力时才能发生。
软弱面比如断层面、节理面、岩层层面
内在因素
包括地层岩性、地质构造、坡体结构和有效临空面
诱发因素
降水强度、地下水、地震、地表径流对坡麓的冲淘、坡面加积作用,以及人为的在坡地上蓄水灌溉、建房筑路破坏坡地稳定性等。滑坡体、滑动面都可形成滑坡地貌。
蠕动
坡面上的岩屑、土屑在重力作用下以极缓慢的速度移动的现象称为蠕动。15-30°的坡地最易发生蠕动。
土屑蠕动的原因
主要是士层的冻融交替、干湿变化和温度升降等。蠕动可造成坡面土层或碎屑层发生弯曲及斜坡上的物体变形。
作用结果
平常不易察觉
经过相当长的时间之后,可以发现碎屑层或图层发生弯曲,斜坡上的物体发生改变形
防治措施
崩塌崩落
加固工程
在崩塌可能发生的地区,对不稳定的岩土体,可采用清挖、网包、锚固、拦挡等
合理建井
在开采地下水时要合理建井严格控制抽水量
对已经出现的喀斯塌陷洼地应按不同情况和要求采用填、堵、跨越、灌溉围封和加盖等工程
滑落滑坡
排水工程
在滑坡体顶部外围开挖截水沟,使流水不断进入滑坡体内
减重与反压工程
在滑坡体上部挖方,减轻重量,在下部或前缘填方,以增加滑坡体的抗滑力
抗滑拦挡工程
在滑坡体前方建立挡土墙,以固定滑坡体,墙背后和墙上也应分别修渗水沟和泄水孔,使地下水排出墙外
蠕动
子主题
流水作用与地貌
流水作用
地表流水包括坡面流水、沟谷流水和河流三类。流水具有侵蚀、搬运和堆积三种作用,而三者均受流速、流量与含沙量等因素制约。流速、流量增加或含沙量减少,将导致侵蚀作用加强;反之则堆积作用旺盛。
流水对破面、沟谷与河谷均可发生侵蚀
下切
主要针对谷底并使谷底加深
侧蚀
使谷坡后退,谷底拓宽
溯源侵蚀
使谷地向源头方向伸长
流水对泥沙的搬运
推移
即使沙砾沿沟底或河床滑动、滚动或跃动。山区河流可搬运巨大的砾块。
悬移
细粒物质呈悬浮状态运动。
流水的堆积作用
含沙量过多
搬运能力不足
流速变小与流量减少
河床比降由都陡变缓
坡面流水与沟谷流水地貌
坡面流水地貌
雨水或冰雪融水在坡面直接形成薄层片流和细流,出现的时间很短,被冲刷下来的物质,成为江河泥沙的主要来源
一般来说,在分水岭的顶部地面较平坦,片流较小,冲刷能力微弱,成为微弱蚀带;坡面的中段,坡度较陡,流量较大,冲刷强度也大;到了坡麓地段,因坡度变缓,流速变小,便出现堆积。
坡积物
坡面流水冲刷下来的物质,或汇入沟谷与河流,或在缓坡坡麓与洼地堆积下来
坡积裙
坡麓堆积围绕着山麓接连地成片分布时形似衣裙
沟谷流水地貌
形成:
坡面细流顺坡而下时,流速流量加大,并转变为线状集流,形成冲刷能力增强的沟谷水流
影响
地形、岩性软弱、植被减少、降水强度大
冲出锥(冲积扇)
由间歇性洪流堆积物组成,呈半圆锥形,锥顶坡度略大,向下逐渐变缓,分选差,磨圆度低
集水盆地
泥石流
泥石流是山区介于携砂水流与滑坡之间的土、水、气混合流。
形成条件
固体松散物质储备丰富
坡面坡度与沟谷纵比降大
可从高强度降水或冰雪融水获得充足的水源补给
形成地貌
泥石流沟谷
泥石流扇
泥石流在世界及中国的分布
世界上泥石流主要分布区是环太平洋山地及从阿尔卑斯山到喜马拉雅的广大山地。我国的泥谷流则广泛分布在天山、昆仑山、祁连山、贺兰山、太行山、燕山、横断山、巫山、长穷天山、南岭等山地,而尤以甘、川、滇等省最多。它是一种地质灾害,往往会对人类造成巨大危害。
防治措施
修筑蓄水工程
建立拦泥坝工程
建立排导沟工程
河流地貌
河谷的发育
河谷--是以河流作用为主,并在坡面流水与沟谷流水参与下形成的狭长形凹地。河谷的基本地貌形态:河床、河漫滩、谷坡、阶地。河谷的发育分三个阶段。
第一阶段:峡谷
沟谷流水常形成下蚀和溯源侵蚀,使沟谷不断加深和延长。当沟谷深及地下含水层时,地下水开始汇入沟谷。由于获得了稳定的地下水补给,沟谷发育成河。发育初期的河谷集水面积较小,横剖面呈“v”字形。
第二阶段:宽谷
V形河谷形成后,河流的下蚀作用减弱,侧蚀作用加强,河流在凹岸侵蚀,在凸岸堆积,河谷出现连续的河湾。
第三阶段:成熟河谷
河湾不断向两侧扩展,最终将河谷展宽,并在河谷内堆积大量泥沙,这时河谷发育进入成熟期,河谷变宽,横剖面呈槽形。
河床和河漫滩
河床是平水期河水淹没的河槽,河漫滩则是汛期洪水淹没而平水期露出水面的河床两侧的谷底。广阔的大型河漫滩称为“泛滥平原”
深槽与浅滩
深槽是河床中水深较大的河槽部分,在曲流河床中分布于凹岸
浅滩是泥沙或砾石堆积体,枯水期可出露水面而平水期没入水中。如边滩,心滩
边滩与河漫滩
河漫滩是当河流发育到一定阶段,旁蚀(侧蚀)作用占主导地位,河谷不断展宽,为河漫滩的发育奠定了基础,分布在河床两侧洪水时被淹没的平整地面,
河漫滩的特征
具有二元结构
下部为较粗的河床沉积物
上部为较细的河漫滩沉积
牛轭湖
河曲两相邻凹岸间的曲流颈因河流侧蚀而变窄,最终被洪水冲决,发生裁弯取直
弯曲河流发展到一定程度,发生裁弯取直,废弃的河床形成像牛角 一样形状的湖泊
河岸沙堤
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,挟沙少力使泥沙沉积下来,形成贴近河床并与河岸平行的沙堤一河岸沙堤。
迂回扇
由于河床的快速侧向移动,形成了多条大致平行的河岸沙堤,它们组合成扇形,
心滩与江心洲
三角洲和洪积扇
河口三角洲
河流与海洋共同作用下由河流挟带的泥沙在河口地区的陆上和水下形成的、平面形态近似三角形的堆积体
三角洲的沉积结构
三角洲平原带
它是三角洲的陆上部分,以河流作用为主,沉积物具有陆相特征。其中有浅滩相、心滩相、河漫滩相、河床相和沼泽相等。沉积物下粗上细,以粉砂为主,夹黏土及泥炭。
三角洲前缘带
它是三角洲的水下斜坡部分,是在河、海作用相当的环境下堆积的。颗粒稍粗,以黏士质粉沙为主,
前三角洲带
由河流夹带的黏土悬浮物和胶体溶液在海底沉积而成,沉积物富含有机质
三角洲的类型
鸟足状三角洲
多形成于汊流发育的弱潮河口,形如鸟足,因而岸线极曲折,例如密西西比河三角洲
尖头状三角洲
三角洲呈尖头状向海凸出,岸线平直,沿岸发育沙嘴,例如 西班牙埃布罗河三角洲
扇形三角洲
前缘守海浪作用,岸线圆滑并基本上被沙堤堡岛封闭,例如尼罗河三角洲
三角洲的发育条件及人类活动的影响
丰富的泥沙来源
海洋的侵蚀搬运能力较弱
河口外海滨区地势平坦,水深较浅
人类活动的影响
洪积扇
冲积扇
常年径流也可形成类似扇形地貌,称之为冲积扇。实际上,冲积扇与洪积扇间并没有明显界限,主要是发育环境不同,即分别由常年径流和问歇性洪流组成。
干旱、半干旱地区的季节性或突发性洪流在河流出山口因比降突减、水流分散、水流减少而形成的扇形堆积地貌。
绿洲
山麓洪积倾斜平原
洪积扇阶地
河流阶地
构造阶地
谷底因河流下切抬升到洪水位以上并呈阶梯状分布于河谷两侧
形态特征
阶面
原有谷底的遗留部分
阶坡
由河流下切而成
阶地高度
阶面与河流平水期水面的高差
阶地宽度
阶地前缘与阶地后缘之间的水平距离
形成原因
构造运动
主要是通过构造抬升或下降改变河流比降来完成的。在构造相对稳定时期河流在均衡条件下形成宽阔的河漫滩,在强烈构造抬升时期河流下切形成阶地。
气候干湿变化
当气候变干时,植被稀疏,泥沙增加,流量减少,河床发生大量堆积。当气候变湿时,流量增大,下切力增强,河床被重新下蚀
侵蚀基准面下降
当河流基准面下降,新出露的部分坡度大于河流比降时,河流要发生溯源侵蚀。溯源侵蚀所到达的地区在河流纵剖面上表现为比较突然的增加,这样的一个点称为裂点。在裂点以下,由于河流的下切,原来的河漫滩出露形成阶地。
侵蚀基准面
暂时侵蚀基准面
终极侵蚀基准面
类型(依据组成物质与结构)
侵蚀阶地
多发育在山区河谷中,并由基岩构成,阶地面为河流长期侵蚀面成的切平构造面。
堆积阶地
多发育在河流中下游,全部由冲积物组成吗,是在谷地展宽并发生堆积,后期下切深度未达到冲积层底部的情况下形成的。
基座阶地
阶地形成时,河流下切超过了老河谷谷底而达到并出露基岩。阶地下方有基岩暴露,上部为河流沉积物组成,这表明河流已切过早先的冲积物而达于基岩之中。
河谷类型与河流劫夺
河谷类型
顺向河
指顺原始地面或构造面发育的河谷、海滨倾斜平原上,火山锥上、背斜或向斜两翼顺岩层倾向及沿向斜谷发育的河谷。
次成河
是沿背斜两翼或轴部软弱岩层及构造破碎带发育的顺向河支流河谷,背斜谷、
逆向河
次成河进产步下切致使逆岩层倾向的斜坡上也发育河流,因其流向与岩层倾向相反
先成河
河流形成后流域内发生局部地壳上升而河流下切速度超过构造上升速度,河流仍将保持固有流路,
叠置河
河流最初在松散堆积物上流动,后随流域地壳整体上升而不断下切并基本上保持固有流路切入基岩
河流劫夺
是指一条河流溯源侵蚀导致分水岭外移,从而占相邻河流沉域的过程。处于分水岭两侧的两条河流,其中一条侵蚀力量较强且侵蚀较深的河流进行溯源侵蚀,切割分水岭,将另一条河流的一部分袭夺过来,此现象称为“河流劫夺”。常发生在两条垂直流向的河流间,一般侵蚀基面较低水量较大的河流劫夺另一条河流。
准平原与山麓面
准平原
准平原是湿润气候条件下,地表经长期风化和流水作用形成的接近平原的地貌形态,
形成过程
在地壳相对稳定的条件下,河谷受河流侧蚀作用而逐渐展宽。而山坡因风化作用和流水冲刷使高度降低,坡度变缓,逐渐成为准平原
幼年期
壮年期
老年期
山麓面
夷平面
是指各种夷平作用形成的陆地平面,是一种陆地抬升或侵蚀基面下降,侵蚀作用重新活跃,经过一个时期后所残留的地表形态。它包括准平原、山麓平原、风化剥蚀平原和高寒夷平作用形成的平原等。夷平面多为山区居民点和工农业较发展的地区。
干旱、半干旱气候条件下坡面洪流不断搬运风化碎屑而致山坡大体保持原有坡度平行后退,山体逐渐缩小时在山麓形成的大片基岩夷平面。被分割的山丘则以孤立岛状山形式残留其上
岩溶作用与喀斯特地貌
喀斯特作用
喀斯特作用的化学过程
岩性与构造条件
可溶性
透水性
水动力条件
溶蚀力
流动性
影响岩溶地区碳酸盐沉积的因素
水流速度
二氧化碳含量
温度
喀斯特地貌
地表喀斯特地貌
喀斯特(作用)地貌是地下水与地表水对可溶性岩石溶蚀与沉淀,侵蚀与沉积,以及重力崩塌、坍陷、堆积等作用形成的地貌
石芽与溶沟
石芽,溶沟之间的石质垄脊:
溶沟是地表水沿岩石裂隙溶蚀,侵蚀而成,宽10cm-2m深2cm-3m,底部常填充泥土和碎屑.
喀斯特漏斗
溶蚀作用形成的漏斗状的小型洼地。宽数十米,深数米至10余米,底部有垂直裂隙或落水洞
落水洞
开口于地面而连接地下河流、洞穴的竖直洞穴或通道。深可达数十至数百米。在广西、云南等地称之为“天坑”,一般称竖井
溶蚀洼地
是一种大型的溶蚀形成的洼地,周围往往由石林环统,多个喀斯特漏斗扩大相连而成;
喀斯特盆地与喀斯特平原
喀斯特盆地是一种大型喀斯特洼地,面积10-100km2以上,边缘略陡病发育峰林,底部平坦且覆盖残留红土
多个溶蚀谷地相连形成的溶蚀平地:地表覆盖红土并发育孤峰残丘
峰丛、峰林与孤峰
同一基座而峰顶分离的碳酸盐出峰:
喀斯特地区分布的,根部分离或者略有相连的一组山峰;
孤零零分布在溶蚀谷地或者溶蚀平原上的单个山峰。
干谷与盲谷
喀斯特地区无水谷地;
河流通过落水洞转到地下,突然消失的河谷;
地下喀斯特地貌
溶洞与地下河
石钟乳
CaCO3,可因温度升高,压力减小与水分蒸发而沉淀,形成自洞顶向下增长的石钟乳,
石笋
自石钟乳上滴落到洞底的水中所含CaCO3沉淀又形成自下而上增长的石笋
石柱
石钟乳与石笋相接则形成石柱。
暗湖
是与地下河相通的地下湖,可储存和调节地下水。
喀斯特地貌发育过程与地域分异
喀斯特地貌的发育过程
在理想状态下,岩溶区地貌的发育过程大致如下。 首先发育地面的石芽、溶沟、漏斗和落水洞。地表水部分转入地下,循裂隙进行溶蚀。随着裂隙的不断扩大,岩体内形成许多独立的洞穴系统,无统一的地下水面。随地下洞穴发育,独立洞穴归并,地下水位渐趋一致,地下水位以上出现干溶洞,附近发育地下河。地面缺水支离破碎 由于长期溶蚀和侵蚀,地面逐渐蚀低,较浅的溶洞与地下河因崩塌而出露地表,地下河逐渐转变为地面河。随崩塌范围扩大,破碎地面就出现大型的溶蚀洼地和峰林等地貌。悬后地下河道及浓洞的大量崩塌形成了地表水系,岩溶盆地不断蚀低扩大,地面广布石灰岩残余堆积物,形成溶蚀平原,但石灰岩残丘及孤峰仍有存在。
第一阶段
第二阶段
第三阶段
第四阶段
喀斯特地貌的地域分异
热带及亚热带季风型
在我国南方的广大石灰岩区,地处热带,高温多雨,岩溶作用非常强烈。热带的地表岩溶和地下岩溶都很发育。这里有规模较大的溶蚀盆地和洼地:形成许多锥状峰丛和塔状峰林,石芽和溶沟发育极好,有时成为石林式石芽;地表和地下发育的水系相万连通,地下洞穴系统发育,具有“逢山必有洞”的地貌特征。地面多塌陷。
地中海型
以南斯拉夫喀斯特高原为代表,该地夏季干热,冬季湿冷,喀斯特不 如热带典型。
温带型
温带岩溶又分两种,即温带季风气候区岩溶和温带干早区岩溶(温带季风气候区年降雨分配不均匀,有明显的雨季。雨季降雨集中,时间短,地表岩溶地貌不发育,只有一些小的溶蚀浅沟,但地表水渗入地下滞留时间较长,故地下洞较发育。温带干旱区(干燥型)降雨很少,地表岩溶作用极微弱,几乎看不到现代岩溶地貌)
寒带及高山寒冷型
寒带和高山寒冷地区,气温极低,有永人冻或季节冻土,溶蚀作用极缓慢,喀斯特地貌极不发育,但在长期岩溶作用下,仍有岩发育。
干旱型
我国喀斯特地貌的地带性特征
地带性
非地带性
喀斯特地貌与圈层作用
冰川作用与冰缘地貌
冰川地貌
冰川是改造地球表面形态的巨大力量,其塑造地貌的过程主要是通过冰川运动实现的。
冰川作用
冰蚀作用
磨蚀作用
在冰川滑动过程中,它们不断锉磨冰川床,这种作用通常称为磨蚀作用。
拔蚀作用
冰川下面因节理发育而松动了的岩块和冰冻结在一起,冰川运动时岩块被拔起带走,这就是拔蚀(掘蚀、挖蚀)作用
搬运作用
被冰川搬运的碎屑物统称为冰碛物,巨大的砾石称为漂砾。冰碛物分为6种:表碛、侧碛、中碛、底碛、内碛、终碛。大陆冰川只有底碛和终碛两种。
堆积作用
冰碛物结构疏松,堆积杂乱,无层理,磨圆度极差,表面有擦痕。
冰川地貌
冰蚀地貌
冰斗、刃脊、角峰、冰川槽谷(U形谷)、羊背石、悬谷、冰蚀三角面、湾等。冰斗呈围椅状,三面环以峭壁,出口处有冰槛,底部是一个洼地。冰斗发育于雪线附近,冰斗底部高度可指示雪线高度。
冰碛地貌
冰碛丘陵、侧碛堤、终碛堤、鼓丘等。鼓丘是高数十米、长几百米的,流线型丘陵。平面上呈蛋形,长轴与冰流方向平行。迎冰面陡,背冰面缓。
冰水堆积地貌
冰水扇、冰水河谷沉积平原、季候泥、冰砾阜与冰砾阜阶地、锅 穴、蛇形丘等。
季候泥
又称纹泥,是冰水湖泊由于季节变化,接纳的冰水沉积物有颗粒粗细和颜色深浅的差别而形成的
冰面地貌
冰瀑、冰裂隙、冰川弧拱、冰面河、冰面湖、冰藤菇,冰塔林
冰缘地貌(冻土地貌)
冻土
凡处于零温或负温,并含有冰的各种土体或岩体,称为冻土。温度状况相同但不含冰的,则称为寒土。冻土按其处于冻结状态的时间长短,可以分为季节冻土和多年冻土两类。
冻融作用
由于温度周期性发生正负变化,冻土层中的地下水和地下冰不断发生相变和位移,使土层产生冻胀、融沉、流变等一系列应力变形
冰缘地貌
石海与石河
基岩经过剧烈的冻融崩解,产生一大片巨石角砾,就地堆积在平坦地面,为石海
若在重力作用下顺着湿润的碎屑垫面或多年冻土层顶发生整体运动,形成石河
构造土
多年冻土区广泛分布的一种微地貌。由松散沉积物组成的地表因冻裂作用和冻融分选作用而形成的网格式地面。每单个网眼都呈近似对称的几何形态,如环形、多边形。根据组成物质和作用性质的差别,可分为泥质构造土和石质构造土。
冻账丘和冰锥
冻胀丘是由于地下水受冻结地面和下部多年冻土层的遏阻,在游弱地带冻结膨胀,使地表变形隆起而形成的。
冰锥是在寒冷季节流出封冻地表和冰面的地下水或河水冻结后形成的丘状隆起的冰体。
热融地貌
是指由热融作用产生的地貌。热融地貌分为热融滑塌和热融沉陷两种。
风沙作用与黄土地貌
风沙作用
风和风沙流对地表物质所发生的侵蚀、搬运和堆积作用。
风蚀作用
吹蚀,风吹过地面,(由于风压力和气流紊动而引起沙粒吹扬。
磨蚀,风挟带的沙子对地表物质的冲击、磨擦,一般在接近地面处比较强烈。
搬运作用
风的搬运作用主要是通过风沙流即挟带沙粒气流的运动实现的。以贴近地面的沙子搬运为主,绝大部分沙子是以跃移方式搬运。
风积作用
风沙搬运过程中,当风速变弱或遇到障碍物以及地面结构、下垫面性质改变时,就会发即风积作用。风积物的主要类型有风沙堆积和风成黄土,
风沙地貌
风蚀地貌
风棱石与石窝
风蚀柱与风蚀蘑菇
风蚀洼地与风蚀盆地
风吹蚀地面松散物质后形成的平面呈圆形或马蹄形的洼地。
风蚀湖与风蚀谷
风蚀残丘与雅丹地貌
风蚀谷间的残留高地或孤立丘岗即是风蚀残丘
形态与风蚀残丘近似但由蚀余松散土状堆积物如河湖相地层形成的一类特殊风蚀残丘,则称雅丹地貌。(注意与丹霞地貌的对比)
风积地貌
主要指在沙漠里、由风积作用所形成的各种沙丘形态。
沙丘及其形态特征
分类
垂直于风向的横向沙丘
新月形沙丘、沙丘链和复合型沙丘链等:
平行于风向的纵向沙丘
新月形沙垄、沙垄和复合型沙笙等、
多风向作用下的沙丘形态
金字塔沙丘。
新月形沙丘的形成过程
在单风向作用下由沙堆演变而成的,状如新月,弧形突向主风向,迎风坡缓而呈凸形,坡度10°-20°,背风坡陡而微凹,坡度28°-33°
沙丘的移动
移动方向
与年合成风向一致
移动方式
前进式、往复前进式、往复式
移动速度
取决于风速和沙丘高度。沙丘移动速度与其高度成反比,而与输沙量成正比,和风速的三次方成正比。
另外,沙丘移动还受植被、沙丘的水分和下伏地面等因素的影响。沙丘上植物的生长使风速减小,从而使沙丘移动速度减慢;在地面湿润情况下,沙丘移动速度要比干燥时小等等。
黄土和黄土地貌
黄土
第四纪时期、主要由风力搬运堆积形成的一种灰黄色或棕黄色的特殊的土状堆积物,多分布在干旱、半干旱区。
黄土的特性
黄土质地均一,以粉砂为主;结构松散,孔隙比较发育;富含碳酸钙;无沉积层理,垂直层理发育:具有湿陷性(遇水浸湿后发生强烈的沉陷和变形)是黄土区别于其他土状堆积物的主要特征之一。
黄土地貌
黄土地貌形成的影响因素
水力
风力
重力
人为因素
黄土沟谷地貌
细沟、浅沟、切沟、冲沟、河沟
黄土沟间地地貌
黄土塬、黄土梁、黄土峁
土地沙漠化与石漠化
形成原因
防治措施
海岸与海底地貌
海岸地貌
海岸结构
海岸
海岸是岸线以上狭长的陆地部分,以激浪作用到达处为上界。
潮间带
位于高、低潮间,高潮时淹没,低潮时出露。
水下岸坡
指低潮线以下直到波浪有效作用下界
海岸地貌
影响海岸地貌发育的因素
海岸动力因素
生物因素
气候因素
海蚀地貌
海蚀穴
在海蚀崖底部形成的凹槽:
海蚀崖
主要是在波浪作用下,海岸侵蚀后退而形成的陡壁:
海蚀拱桥
波浪从两侧侵蚀岬角,在两侧都形成海蚀穴或海蚀洞,海蚀穴或海蚀洞贯通,便形成了海蚀拱桥;
海蚀柱
随海蚀崖的后退,在海蚀崖前面形成的宽缓的微微上凸并向海倾斜的平台;
海蚀台
海蚀崖后退过程中,一些岩石残留并突兀于海蚀平台之上,像一个岩柱。
海积地貌
指由于堆积作用形成的海岸地貌。主要包括泥沙横向运动形成的海积地貌和泥沙纵向运动形成的海积地貌。泥沙横向运动是指泥沙颗粒垂直于岸线的运移;泥沙纵向运动是指泥沙颗粒平行于岸线的运移。
泥沙横向运动形成的海积地貌类型
中立带
侵蚀凹地
水下堆积台
海滩
水下堤与离岸坝
潟湖
泥沙纵向运动形成的海积地貌类型
基岩沙砾质海岸
粉沙淤泥质海岸
海岸的分类
岩岸(山地海岸)
沙岸(平原海岸)
海底地貌与海底沉积
海底地貌
大陆架
是大陆的水下延续部分,广泛分布于大陆周围,平均坡度只有0.1°,其深度在低纬区一般不超过 200m,在两极可达600m,宽度差别很大。大陆架是一个广阔平坦的浅海区,主要由第四纪冰川性海面变动与地壳运动相互作用造成。
大陆坡
:位于大陆架与深海底之间,是大陆和海洋在构造上的边界。坡面上常有海底峡谷,故地表比较破碎。
大陆隆
大陆坡下部与深海底之间,坡度转缓后形成的平缓隆起地带称为大陆隆(大陆基),水深2000一5000m,因地而异,宽度也变化很大
边缘海沟
弧后盆地
深海平原
大洋隆起
大洋中脊
海底沉积物
近海沉积
指大陆架上的沉积
机械沉积
生物沉积
化学沉积
远海沉积
火山地貌
地球内部处于高温和高压的状态,当上覆岩层发生破裂或地壳背斜褶皱升起时,地下的炽热岩浆将沿地层的破裂面或背斜轴部喷出地表,形成火山。这种喷出的现象叫火山喷发,火山喷发的形式有两种:裂隙喷发和中心喷发。裂隙式喷发在海底形成洋脊和洋盆,在陆上则形成大面积玄武岩高原,如巴西高原、德干高原。中心式的常形成火山锥、火山湖
主题
表示某地的气候受大陆影响的程度
太平洋中部获得大量太阳辐射有暖流,信风减弱,暖洋流得不到推动力,使得本来吹向西部的暖洋流向东部移动,取代了中东太平洋的冷水,澳大利亚海水变冷,降水几乎消失,使得澳大利亚内陆干旱,南美洲秘鲁附近大量降水
子主题
大洋异常升温
季风环流,大陆与海洋之间的广大地区,以一年为周期、随着季节变化而方向相反的风系,称为季风。季风是海陆间季风环流的简称,它是由大尺度的海洋和大陆间的热力差异而形成的大范围热力环流。夏季,风由海洋吹向陆地,形成夏季风;冬季,风由陆地吹向海洋形成冬季风。
大气环流是指大范围内具有一定稳定性的各种气流运行的综合现象。水平尺度可涉及某个大地区、半球甚至全球;垂直尺度有对流层、平流层、中间层或整个大气圈的大气环流;时间尺度有一至数日、月、季、半年、一年直至多年的平均大气环流。其主要表现形式包括全球行星风系、三圈环流、定常分布的平均槽脊和高空急流、西风带中的大型扰动、季风环流。