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1、自然地理系统的物质与能量结构第1页，共67页，编辑于2022年，星期二一、物质元素一、物质元素组分组成结构组分组成结构二、物质循环结构二、物质循环结构第一节第一节 自然地理系统的物质结构自然地理系统的物质结构第2页，共67页，编辑于2022年，星期二一、物质组分组成结构一、物质组分组成结构 一类是无机组分，另外一类为有机组分。一类是无机组分，另外一类为有机组分。固态岩石固态岩石 无机组分无机组分 液态水液态水 气态空气气态空气 有机组分有机组分活质有机体活质有机体第3页，共67页，编辑于2022年，星期二n三三种种无无机机组组分分在在自自然然地地理理系系统统有有规规律律地地构构成成三三个个相相
2、互互渗渗透透又又相相互互独独立立的的物物质质圈圈层层（沉沉积积岩岩石石圈圈、水圈和大气圈）。水圈和大气圈）。n每每一一个个圈圈层层的的内内部部，除除了了各各有有一一种种占占绝绝对对优优势势的的主主要要组组分分（沉沉积积岩岩石石圈圈的的岩岩石石、水水圈圈的的水水、大大气气圈圈的的空空气气）以以外外，还还有有一一定定数数量量的的其他组分混杂渗透其他组分混杂渗透其间。其间。一、物质组分组成结构一、物质组分组成结构第4页，共67页，编辑于2022年，星期二n在自然地理系统中，除了上述在自然地理系统中，除了上述四种基本组成四种基本组成成分成分外，还有多种外，还有多种次生次生的组成成分。这些次生的组成成分
3、。这些次生的组成成分是四种基本组成成分相互作用的的组成成分是四种基本组成成分相互作用的结果，又称为结果，又称为衍生物衍生物。衍生物一般集中分布。衍生物一般集中分布于大气圈、水圈和岩石圈直接接触和联系于大气圈、水圈和岩石圈直接接触和联系最最紧密的部位紧密的部位，即自然地理系统的，即自然地理系统的界面界面上。上。一、物质组分组成结构一、物质组分组成结构第5页，共67页，编辑于2022年，星期二自然地理系统的衍生物主要有以下几种类型：自然地理系统的衍生物主要有以下几种类型：（1 1）陆陆地地表表面面岩岩石石风风化化壳壳及及其其表表层层的的土土壤壤，主要分布于大气圈和岩石圈的界面上；主要分布于大气圈和
4、岩石圈的界面上；（2 2）覆覆盖盖于于岩岩石石圈圈表表面面的的大大陆陆冰冰川川，分分布布在在大气圈和岩石圈的界面上；大气圈和岩石圈的界面上；（3 3）富含生物有机体的）富含生物有机体的海底软泥、湖底腐泥和海底软泥、湖底腐泥和沼泽泥炭沼泽泥炭等类现代沉积物，分布在水圈和岩石圈的界等类现代沉积物，分布在水圈和岩石圈的界面上面上 一、物质组分组成结构一、物质组分组成结构第6页，共67页，编辑于2022年，星期二n从总的来看，自然地理系统的物质，既广泛分布，从总的来看，自然地理系统的物质，既广泛分布，又相对集中。各种组成成分在不同的圈层中都有又相对集中。各种组成成分在不同的圈层中都有分布，而他们又相对
5、集中于某一圈层。这就是自分布，而他们又相对集中于某一圈层。这就是自然地理系统物质组成的然地理系统物质组成的广布性、集中性和成层性广布性、集中性和成层性。一、物质组分组成结构一、物质组分组成结构第7页，共67页，编辑于2022年，星期二（二）（二）组成要素组成要素 1.1.大大气气圈圈的的基基本本组组成成成成分分为为空空气气，主主要要的的组组成成要要素素为为氮氮（N N2 2）、氧氧（O O2 2）、氩氩（ArAr）、二二氧氧化化碳碳（COCO2 2）和和水水汽汽（HH2 2O O）等等元元素素态态气气体体及其化合物，另外还有固体杂质等。及其化合物，另外还有固体杂质等。2.2.水圈水圈是由各种水
6、体（海洋、江河、湖泊是由各种水体（海洋、江河、湖泊和地下水等）所组成。这些天然水体则为复杂和地下水等）所组成。这些天然水体则为复杂的混合液，含有多种溶解质。的混合液，含有多种溶解质。第8页，共67页，编辑于2022年，星期二l天然水中的溶解性气体多呈分子状态，主要由溶解氧（天然水中的溶解性气体多呈分子状态，主要由溶解氧（O O2 2）、）、二氧化碳（二氧化碳（COCO2 2）、硫化氢（）、硫化氢（HH2 2S S）、氮气（）、氮气（N N2 2）、甲烷）、甲烷（CHCH4 4）和氦（）和氦（HeHe）等。）等。l天然水中的大部分元素呈离子状态，主要由氯离子（天然水中的大部分元素呈离子状态，主要
7、由氯离子（CLCL-）、钠离子（）、钠离子（NaNa+）和钾离子（）和钾离子（K K+）、钙离子（）、钙离子（CaCa2+2+）、）、镁离子（镁离子（MgMg2+2+）、重碳酸根（）、重碳酸根（HCOHCO3 3-）、碳酸根（）、碳酸根（COCO3 32-2-）、硫酸根（）、硫酸根（SOSO4 42-2-）等。）等。l一般说来，海水的溶解质以一般说来，海水的溶解质以氯化物氯化物为主，陆地水的溶解为主，陆地水的溶解质以质以碳酸盐类碳酸盐类为主。此外，地下水中还富含生物的分解物为主。此外，地下水中还富含生物的分解物质，如硝酸根（质，如硝酸根（NONO3 3-）、亚硝酸根（）、亚硝酸根（NONO2
8、2-）和铵离子）和铵离子（NHNH4 4+）等。）等。第9页，共67页，编辑于2022年，星期二 3.3.沉沉积积岩岩石石圈圈的的主主要要组组成成成成分分是是粘粘土土和和泥泥质质页页岩岩、砂砂岩岩和和灰灰岩岩等等，其其组组成成要要素素主主要要为为氧氧、硅硅、铝铝、铁铁、钙钙、氢氢、碳碳、钠钠、钾钾、镁镁等等元元素素及及其其化化合合物物SiOSiO2 2、AIAI2 2OO3 3、CaOCaO、COCO2 2、H H2 2OO、FeFe2 2O O3 3、K K2 2OO、MgOMgO、NaNa2 2O O等。等。第10页，共67页，编辑于2022年，星期二表3.1 自然地理系统的元素组分组成结
9、构表第11页，共67页，编辑于2022年，星期二二、物质循环结构二、物质循环结构 一一种是种是物质循环物质循环，一种是，一种是能量转化能量转化。二者是辩证统一的。能量转化是物质二者是辩证统一的。能量转化是物质循环的循环的动力基础动力基础，物质循环是能量转化，物质循环是能量转化得以实得以实现的保证现的保证。正是这样，自然地理系统才能不断向前发正是这样，自然地理系统才能不断向前发展展。第12页，共67页，编辑于2022年，星期二 这四种类型的物质循环，既代表了无机圈层之这四种类型的物质循环，既代表了无机圈层之间以及生态系统内部物质流通过程，也反映了自然间以及生态系统内部物质流通过程，也反映了自然地
10、理系统物质组分的地理系统物质组分的“固、液、气固、液、气”三种形态的转三种形态的转变。变。地质循环水分循环大气循环生物循环四大循环第13页，共67页，编辑于2022年，星期二n在在自自然然地地理理系系统统中中，岩岩石石圈圈的的内内部部以以及及与与其其环环境境之之间间所所存存在在的的物物质质循循环环和和能能量量转转化化过过程程，称称为为地地质质循循环。环。n地质循环是在一定的能流驱使下进行的，比较明显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。易于观察到的动因是地表水循环。n地质循环的全过程实际蕴含着地质循环的全过程实际蕴含着太阳能与地球内太阳能与地球内能能的一系列
11、转化及其相应的四种作用过程：的一系列转化及其相应的四种作用过程：风化风化剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、构造作用剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、构造作用。1.1.地质循环地质循环第14页，共67页，编辑于2022年，星期二n总之，岩石圈的物质循环是由四个基本过总之，岩石圈的物质循环是由四个基本过程构成的。岩石圈风化物渗入水圈、大气程构成的。岩石圈风化物渗入水圈、大气圈和生物圈；另一方面水圈中、大气圈中圈和生物圈；另一方面水圈中、大气圈中和生物体中的物质又返还岩石圈中，从而和生物体中的物质又返还岩石圈中，从而完成地质循环，并形成自然地理系统特有完成地质循环，并形成自然地理系统特有的发生体的发生体沉积
12、岩。沉积岩。物质循环结构物质循环结构地质循环地质循环第15页，共67页，编辑于2022年，星期二2.2.大气循环大气循环n在在自自然然地地理理系系统统中中，有有相相当当一一部部分分的的物物质质和和能能量量，是是通通过过大大气气循循环环的的方方式式进行输入和输出的。进行输入和输出的。n大大气气循循环环是是指指大大气气圈圈及及其其与与环环境境之之间间存存在在的的物物质质循循环环与与能能量量转转化化过过程程。它它包包括括大大气气圈圈内内的的物物质质循循环环和和大大气气圈圈及及其圈层之间的循环。其圈层之间的循环。第16页，共67页，编辑于2022年，星期二n大气循环运动的基本形式大气循环运动的基本形式
13、大气环流。大气环流。大气环流按其空间范围和规模的大小，大致可分为大气环流按其空间范围和规模的大小，大致可分为全球性全球性环流系统、环流系统、海陆间季风型海陆间季风型环流系统和环流系统和地区地区性性环流系统等不同层次。环流系统等不同层次。n形成大气环流的原动力来源于太阳辐射能，但是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。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在物质能量系统中，大气环流具有重要的意义和作用。作用。物质循环结构物质循环结构大气循环大气循环第17页，共67页，编辑于2022年，星期二n大气环流
14、在输运物质与能量上作用很大。如在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，平均每秒流动赤道上发生的环流圈，平均每秒流动2102104 4吨空气，因此他也不断地改变着自然地理系统吨空气，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。中能量、物质、水分和其他物质的分配。n大气圈与其它圈层的循环大气圈与其它圈层的循环在太阳能的作用下，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，每年约有层中。据计算，每年约有52km52km3 3的水量进入大的水量进入大气层。气层。物质循环结构物质循环结构大气循
15、环大气循环第18页，共67页，编辑于2022年，星期二n岩岩石石圈圈进进入入大大气气圈圈的的物物质质主主要要是是尘尘埃埃（通通过过风风力力、火火山山爆爆发发和和燃燃烧烧）。据据估估算算全全球球每每年年有有5050座座左左右右的的火火山山喷喷发发，向向大大气气中中排排放放数数百百万万吨吨的的尘尘埃埃和和火火山灰等。山灰等。n大大气气环环流流最最显显著著的的作作用用在在于于传传输输大大气气中中所所含含的的各各种种物物质质元元素素和和贮贮存存的的热热能能，不不断断对对地地表表的的热热量量和和水水分分的的空空间间分分配配进进行行调调节节，从从而而形形成成各各种种气气候候、促促使使天气发生变化。天气发生
16、变化。物质循环结构物质循环结构大气循环大气循环第19页，共67页，编辑于2022年，星期二n水循环水循环是指在自然地理系统中，水圈的内部及其是指在自然地理系统中，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。外部圈层之间的物质循环与能量转化过程。n水循环可分为水循环可分为大循环大循环和和小循环小循环两种。两种。n在自然地理系统的物质能量系统中，水循环既是协调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，同时他还参质联系、促成地质循环的主要动力因素，同时他还参与大
17、气循环及生物循环的全过程，并起着重要作用。与大气循环及生物循环的全过程，并起着重要作用。3.3.水分循环水分循环第20页，共67页，编辑于2022年，星期二水循环运动具有多方面的作用和重要的地理意义：水循环运动具有多方面的作用和重要的地理意义：n它它是是岩岩石石圈圈风风化化壳壳产产生生机机械械输输运运作作用用、促促使地表各种化学元素迁移的主要使地表各种化学元素迁移的主要动因动因；n它它是是陆陆地地上上雕雕塑塑各各种种地地貌貌形形态态、形形成成各各种种水水域的重要域的重要机制机制；n它它是是维维持持生生物物生生命命活活动动、形形成成地地表表生生态态系系统统中中水水胶胶体体系系的的基基本本条条件件
18、，是是沟沟通通无无机机界界与与有有机机界界物物质联系的质联系的纽带纽带。第21页，共67页，编辑于2022年，星期二4.4.生物循环生物循环 在在自自然然地地理理系系统统中中，围围绕绕有有机机界界发发生生的的物物质质循循环环和和能能量量转转化化过过程程称称为为生生物物循循环环。生生物物循循环环是是更更高高级级的的物物质质循环形式。循环形式。生物循环的基本途径有生物循环的基本途径有两种两种：一种是植物和微生：一种是植物和微生物作为岩石风化壳及其土壤与大气之间的物质联系环物作为岩石风化壳及其土壤与大气之间的物质联系环节，而节，而直接参与直接参与地质循环、水循环和大气循环运动过地质循环、水循环和大气
19、循环运动过程；并通过他们自身的生物物理和生物化学作用，而程；并通过他们自身的生物物理和生物化学作用，而促进水分循环以及水迁移元素和空气迁移元素在地球促进水分循环以及水迁移元素和空气迁移元素在地球表层的循环。表层的循环。第22页，共67页，编辑于2022年，星期二n另一种途径是通过各种生物的生命活动与其无机环另一种途径是通过各种生物的生命活动与其无机环境进行物质交换（包括能量转化），亦即通过生物境进行物质交换（包括能量转化），亦即通过生物的的新陈代谢新陈代谢作用，而促使自然地理系统的无机物和作用，而促使自然地理系统的无机物和有机物在更广泛的范围内进行循环。有机物在更广泛的范围内进行循环。n生物循
20、环集中表现在生物的新陈代谢过程中。任何生物循环集中表现在生物的新陈代谢过程中。任何有机体的存在和发展都是依靠从外界摄取和积累物有机体的存在和发展都是依靠从外界摄取和积累物质和能量，并消耗和分解这些物质和能量来维持，质和能量，并消耗和分解这些物质和能量来维持，这些就是生物新陈代谢的两个方面，即这些就是生物新陈代谢的两个方面，即同化过程和同化过程和异化过程异化过程。物质循环结构物质循环结构生物循环生物循环第23页，共67页，编辑于2022年，星期二生物循环的重要作用表现在：生物循环的重要作用表现在：绿色植物通过光合作用把太阳能转化为生物能，为一绿色植物通过光合作用把太阳能转化为生物能，为一切生命活
21、动奠定了能量基础，成为生物进化的切生命活动奠定了能量基础，成为生物进化的原始动力原始动力，从，从而推动着自然地理系统不断向前发展；而推动着自然地理系统不断向前发展；生物作为土壤生物作为土壤植物植物大气之间的一个联系环节，成为物大气之间的一个联系环节，成为物质与能量相互交换的一个质与能量相互交换的一个重要通道重要通道；生物循环对于能量的贮存和消耗，对于化学元素的迁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；循环等具有明显的作用；更为重要的是更为重要的是生物循环实现了有机
22、界与无机界之间的生物循环实现了有机界与无机界之间的转化。转化。物质循环结构物质循环结构生物循环生物循环第24页，共67页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构n气候要素气候要素及其作用过程及其作用过程n地貌要素地貌要素及其作用过程及其作用过程n水文要素水文要素及其作用过程及其作用过程n生物要素生物要素及其作用过程及其作用过程n土壤要素土壤要素及其作用过程及其作用过程n岩石要素岩石要素及其作用过程及其作用过程 六大要素及作用过程六大要素及作用过程 第25页，共67页，编辑于2022年，星期二一、气候要素及其作用过程一、气候要素及其作用过程 大大气气是
23、是自自然然地地理理系系统统的的重重要要组组成成部部分分和和最最活活跃跃的的要要素素，在在地地理理环环境境物物质质交交换换与与能能量量转转化化中中是是一一个个十十分分重重要要的的环环节节。大大气气层层中中天天气气系系统统的的生生成成与与消消亡亡，发发展展与运动，是与运动，是全球气候的基础全球气候的基础。大大气气层层是是使使生生物物免免受受有有害害辐辐射射的的保保护护层层，其其所所含气体还满足植物、动物维持生命的需要。含气体还满足植物、动物维持生命的需要。第26页，共67页，编辑于2022年，星期二 气候过程主要是通过气候模式来体现的。气候过程主要是通过气候模式来体现的。目目前常见的气候模式主要有
24、以下几种：前常见的气候模式主要有以下几种：1.GCM模式模式典型的动力学模式典型的动力学模式 2.能能量量平平衡衡模模式式出出发发点点是是气气候候系系统统趋趋向向能能量平衡量平衡 3.熵熵模模式式气气候候状状态态的的定定态态，最最小小熵熵交交换换只只适用于这种状态，偏离定态，其假定不能成立。适用于这种状态，偏离定态，其假定不能成立。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构气候要素气候要素第27页，共67页，编辑于2022年，星期二二、地貌要素及其作用过程二、地貌要素及其作用过程 地地貌貌是是自自然然地地理理系系统统中中的的一一个个重重要要因因素素，它它与与人类生活和生产活动关系极为密切。人
25、类生活和生产活动关系极为密切。地貌是地貌是内外力作用内外力作用下的产物，在地貌发育过程中，下的产物，在地貌发育过程中，两种力量是同时出现，彼此消长，相互作用，相互影两种力量是同时出现，彼此消长，相互作用，相互影响的。在地球表面长期演化过程中，内力作用与外力响的。在地球表面长期演化过程中，内力作用与外力作用在数量上或强度上都具有同等重要的意义，两者作用在数量上或强度上都具有同等重要的意义，两者趋于动态平衡。趋于动态平衡。第28页，共67页，编辑于2022年，星期二 从从地地貌貌的的长长期期发发展展史史来来看看，内内力力在在地地表表变变化化过过程程中中通通常常起起着着构构成成地地表表大大型型地地貌
26、貌骨骨架架的的作作用用，或或隆隆起起成成为为高高山山高高原原，或或下下沉沉成成为为海海洋洋盆盆地地。而而外外力力作作用用主主要要是是将将地地表表夷夷平平，使使高高地地削削蚀蚀，低低地地填填高高，且且在在此此过过程程中中塑塑造造出出各各种种丰丰富富多多彩彩的的外外力地貌。力地貌。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构地貌要素地貌要素第29页，共67页，编辑于2022年，星期二n在地貌学发展史上，对于地表形态的认识和总结，在地貌学发展史上，对于地表形态的认识和总结，曾经历了几个重要阶段，每个阶段都有一批地貌曾经历了几个重要阶段，每个阶段都有一批地貌学家把各自的学说或理论综合成一定的思维程序学
27、家把各自的学说或理论综合成一定的思维程序或概念组合，并通过这些表达了他们对于地貌过或概念组合，并通过这些表达了他们对于地貌过程的理解程度。程的理解程度。nW.M.W.M.戴维斯戴维斯 、W.W.彭克、突变论彭克、突变论 自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构地貌要素地貌要素第30页，共67页，编辑于2022年，星期二1.1.戴维斯模型戴维斯模型 戴维斯于戴维斯于18991899年创立了年创立了“地理循环（地理循环（The The geographical cyclegeographical cycle）”学说（又称侵蚀循环）。该学说学说（又称侵蚀循环）。该学说认为地貌的发育要素有三个：认
28、为地貌的发育要素有三个：即构造、时间（侵蚀阶段）和营力。即构造、时间（侵蚀阶段）和营力。把地理循环分为把地理循环分为“风蚀循环风蚀循环”、“冰蚀循环冰蚀循环”、“水水（河流）蚀循环（河流）蚀循环”、“海蚀循环海蚀循环”等。等。在每种循环中，又分出若干相对意义的发育阶段，即在每种循环中，又分出若干相对意义的发育阶段，即幼年期、壮年期和老年期。幼年期、壮年期和老年期。老年期地面被夷平，称之为准老年期地面被夷平，称之为准平原。平原。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构地貌要素地貌要素第31页，共67页，编辑于2022年，星期二l这种理想的地理循环，是戴维斯所倡导的依赖这种理想的地理循环，是戴
29、维斯所倡导的依赖于时间序列的模型。于时间序列的模型。l戴维斯理论比较全面地概括了地貌发育的因素，对戴维斯理论比较全面地概括了地貌发育的因素，对地貌学发展曾经起过推动作用。地貌学发展曾经起过推动作用。l但也有较为严重的缺点，主要在思想方法上给予但也有较为严重的缺点，主要在思想方法上给予简单的推理和演绎，忽视了地貌演化过程中由于简单的推理和演绎，忽视了地貌演化过程中由于多种要素变化而使循环方向发生变化的复杂性。多种要素变化而使循环方向发生变化的复杂性。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构地貌要素地貌要素第32页，共67页，编辑于2022年，星期二2.2.彭克模型彭克模型 他认为地貌是内外力
30、同时相互作用下的产物，研究地他认为地貌是内外力同时相互作用下的产物，研究地貌学的主要目的就是通过分析地貌形态实际去了解内外力貌学的主要目的就是通过分析地貌形态实际去了解内外力之间的相互关系，以便确定地壳运动的性质。地貌分析的之间的相互关系，以便确定地壳运动的性质。地貌分析的具体方法是分析斜坡形态，认为斜坡剖面形态有三种：具体方法是分析斜坡形态，认为斜坡剖面形态有三种：即即凸形坡、凹形坡和直线形坡。凸形坡、凹形坡和直线形坡。每种形态都包含着内外力的数量关系。如凸形坡表示地每种形态都包含着内外力的数量关系。如凸形坡表示地壳上升大于剥蚀作用；凹形坡表示剥蚀作用强于地壳上升；壳上升大于剥蚀作用；凹形坡
31、表示剥蚀作用强于地壳上升；直线形坡则表示两者均等。如果地壳上升时快时慢，那么，直线形坡则表示两者均等。如果地壳上升时快时慢，那么，斜坡的剖面形态就变得复杂起来。斜坡的剖面形态就变得复杂起来。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构地貌要素地貌要素第33页，共67页，编辑于2022年，星期二l彭彭克克比比戴戴维维斯斯更更加加注注意意岩岩石石调调节节模模型型的的问问题题，表表现现在在他他给给予予的的等等级级程程度度比比戴戴维维斯斯的的要要高高。他他总总结结出出，不不同同岩岩性性的的岩岩石石对对化化学学风风化化和和机机械械侵侵蚀蚀，具具有有不不同同的的抵抵抗抗能能力力。彭彭克克的的提提法法对对戴
32、戴维维斯学说提出了挑战。斯学说提出了挑战。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构地貌要素地貌要素第34页，共67页，编辑于2022年，星期二自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构水文要素水文要素l水水是是地地球球表表面面分分布布最最广广和和最最重重要要的的物物质质，并并作作为为最最活活跃跃的的因因素素始始终终参参与与地地球球地地理理环环境境的的形形成成和和发发展展过过程程，在在所所有有自自然然地地理理过过程程中中都都不不可可或或缺缺，具具有有重重要要的的地地理理学学意意义义。包包括括水水循循环环和和水水量量转转化化。降降水水量量、蒸蒸发发量量和和径径流流量量作作为为水水循循环环的的
33、三三个个重重要要环环节节，同同时时也也是是水水量量平平衡衡的的三三个个重重要因素。要因素。第35页，共67页，编辑于2022年，星期二表3.2 全球年水量平衡第36页，共67页，编辑于2022年，星期二从全球数量平衡中可以看出：从全球数量平衡中可以看出：（1 1）海海陆陆降降水水量量之之和和等等于于海海陆陆蒸蒸发发量量之之和和，说说明明全全球球水水量保持平衡，基本上长期不变。量保持平衡，基本上长期不变。（2 2）海海洋洋蒸蒸发发量量提提供供了了海海洋洋降降水水量量的的8585和和陆陆地地降降水水量的量的8989，海洋是大气水分和陆地水的主要来源。，海洋是大气水分和陆地水的主要来源。（3 3）陆
34、地降水量中只有）陆地降水量中只有1111来源于陆地蒸发，说明大来源于陆地蒸发，说明大陆气团对陆地降水的作用远远不及海洋气团的作用。陆气团对陆地降水的作用远远不及海洋气团的作用。（4 4）海洋蒸发量大于降水量，陆地蒸发量小于降水量。）海洋蒸发量大于降水量，陆地蒸发量小于降水量。海洋和陆地水最后通过径流达到平衡。海洋和陆地水最后通过径流达到平衡。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构水文要素水文要素第37页，共67页，编辑于2022年，星期二四、生物要素及其作用过程四、生物要素及其作用过程l形形形形色色色色的的生生物物有有机机体体遍遍布布于于地地表表各各个个地地方方，其其数数量量多多得得惊惊
35、人人。它它作作为为自自然然地地理理系系统统中中唯唯一一有有生生命命现现象象的的有有机机成成分分，虽虽然然活活质质总总量量远远低低于于其其他他圈圈层层的的重重量量，却却对对自自然然地地理理系系统统产产生极其深刻的影响。生极其深刻的影响。l生生物物过过程程从从根根本本上上说说，可可归归结结为为物物质质流流与与能能量量流流通通过过生生物物体体并并与与其其相相互互作作用用的的过过程程，如如图图3.13.1为生物过程的一般表达方式。为生物过程的一般表达方式。第38页，共67页，编辑于2022年，星期二图3.1 生物过程的一般图解第39页，共67页，编辑于2022年，星期二1.1.生物适应生物适应 生物适
36、应是生物的形态构造、生理机能、个体生物适应是生物的形态构造、生理机能、个体发育和行为等特征与其长期性生存的一定环境条件发育和行为等特征与其长期性生存的一定环境条件相互统一、彼此适合的现象。相互统一、彼此适合的现象。2.2.种群增长种群增长 种种群群增增长长是是种种群群动动态态的的主主要要表表现现形形式式之之一一，它它是是指指随随着着时时间间的的变变化化，一一个个种种群群个个体体数数目目的的增增减减变变化化情情况。况。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构生物要素生物要素第40页，共67页，编辑于2022年，星期二 如果一个单独的种群在无任何限制、并且没有如果一个单独的种群在无任何限制、并
37、且没有天敌与疾病和个体的迁入与迁出等因素存在的环天敌与疾病和个体的迁入与迁出等因素存在的环境中，种群的数目表现为指数式增长境中，种群的数目表现为指数式增长 ，则得到个，则得到个体数目随时间不断增加的体数目随时间不断增加的“J J”型曲线。这显然是型曲线。这显然是一种理想状态，实际上，当种群入侵到一个地区一种理想状态，实际上，当种群入侵到一个地区后，开始时后，开始时增长较慢增长较慢，接着，接着加快加快，随后由于密度的，随后由于密度的制约又制约又变缓变缓，最后，最后稳定稳定在一定水平上。其增长方式可用在一定水平上。其增长方式可用逻辑斯谛方程表示：其增长曲线表现为逻辑斯谛方程表示：其增长曲线表现为“
38、S S”型曲线。型曲线。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构生物要素生物要素第41页，共67页，编辑于2022年，星期二自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构生物要素生物要素第42页，共67页，编辑于2022年，星期二3.3.生态演替生态演替 生生态态演演替替为为一一定定地地段段上上一一种种群群落落被被另另一一种种群群落落所所代代替替的的过过程程。按按群群落落所所在在地地的的基基质质状状况况分分为为原原生生演演替替和和次次生生演演替替；按按发发展展方方向向不不同同分分为为进进展展演演替替和和逆逆行行演演替替。群群落落演演替替的的速速度度随随具具体体条条件件不不同同而而有有差差异异
39、，一一般般在在演演替替系系列列的的早早期期阶阶段段比比较较快快，群群落落稳稳定定性性差差些些；后后期期演演替替速速度度逐逐渐变慢；最后阶段的群落保持相对稳定状态。渐变慢；最后阶段的群落保持相对稳定状态。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构生物要素生物要素第43页，共67页，编辑于2022年，星期二4.4.生态系统的简单过程生态系统的简单过程 生生态态系系统统通通过过食食物物的的关关系系彼彼此此联联结结而而形形成成一一个个能能量量与与物物质质流流动动的的系系列列即即食食物物链链。在在生生态态系系统统中中有有着着单单向向的的能能量量流流动动、循循环环式式的的物物质质流流动动和和信信息息的的
40、传传递递过过程程。三三者者相相互互联联系系、紧紧密密结结合合使使生生态态系系统统得得以以存存在在和和发发展展，并并赋赋予予自自然然界界一一切切生生物物以以生生存存、作作功功和和繁繁殖殖的的能能力力以以及及对对外外界界环环境境的的影影响响能能力力。这这样样的的过过程程，严格地遵循质严格地遵循质能守恒定律能守恒定律。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构生物要素生物要素第44页，共67页，编辑于2022年，星期二五、土壤要素及其作用过程五、土壤要素及其作用过程l土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，是土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，是一个独立的历史自然体，它不仅具有自身的发生发
41、一个独立的历史自然体，它不仅具有自身的发生发展过程，而且是一个能从物质组成、形态、结构和展过程，而且是一个能从物质组成、形态、结构和功能上进行剖析的物质实体。功能上进行剖析的物质实体。l土壤是地理环境统一体中的一个组成要素，土壤层土壤是地理环境统一体中的一个组成要素，土壤层的厚度与地壳厚度和沉积岩石层相比，是极为的厚度与地壳厚度和沉积岩石层相比，是极为微薄微薄的。尽管这样，人们还是把它称为的。尽管这样，人们还是把它称为土壤圈土壤圈，它位于，它位于风化壳的最表层，处于地球大气圈、水圈、生物圈、风化壳的最表层，处于地球大气圈、水圈、生物圈、岩石圈之间的界面上，是地球各圈层中岩石圈之间的界面上，是地
42、球各圈层中最活跃最富最活跃最富生命力的圈层之一生命力的圈层之一，它们之间不断地进行物质循环，它们之间不断地进行物质循环与能量平衡。与能量平衡。第45页，共67页，编辑于2022年，星期二n土壤圈是一个运动的土壤圈是一个运动的开放开放的物质与能量系统，与地理环境的物质与能量系统，与地理环境不断地进行物质和能量的交换和转化。地理环境中的水不断地进行物质和能量的交换和转化。地理环境中的水分、养分、空气和热量不断地向土壤输入，引起土壤性分、养分、空气和热量不断地向土壤输入，引起土壤性质发生变化，形成不同的土壤类型；水分、养分、空气质发生变化，形成不同的土壤类型；水分、养分、空气和热量也以相反的方向由土
43、壤向环境传递，引起地理环和热量也以相反的方向由土壤向环境传递，引起地理环境产生变异。境产生变异。n土壤是农作物生长和生物累积的土壤是农作物生长和生物累积的基础基础。死亡的有机物发生分。死亡的有机物发生分解，养分一直保留到新的作物在利用时为止，直接或间接地解，养分一直保留到新的作物在利用时为止，直接或间接地流通于生物循环之中。同时，土壤本身还是无机界与有机界流通于生物循环之中。同时，土壤本身还是无机界与有机界相互交汇和渗透的场所，许多微生物生活于其中。相互交汇和渗透的场所，许多微生物生活于其中。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构土壤要素土壤要素第46页，共67页，编辑于2022年，星期
44、二n土壤存在的土壤存在的时间时间长短直接关系到自然环境的变化和农业长短直接关系到自然环境的变化和农业的成败。在自然状况下，土壤层是不可能保持它的初的成败。在自然状况下，土壤层是不可能保持它的初始状态的，它要经过风蚀、水蚀，还要不断地被人类始状态的，它要经过风蚀、水蚀，还要不断地被人类的耕作措施所疏松，同时又在风和水的携带下，离开的耕作措施所疏松，同时又在风和水的携带下，离开原来的位置，参与整个地质循环过程。原来的位置，参与整个地质循环过程。n土壤这种被输运的土壤这种被输运的速率速率，取决于诸多因子，而最主要的莫，取决于诸多因子，而最主要的莫过于土壤自身的物理化学性质、地形特点、气候条件（尤过于
45、土壤自身的物理化学性质、地形特点、气候条件（尤其是风和水的条件）、地表的覆盖状况以及人类的生产活其是风和水的条件）、地表的覆盖状况以及人类的生产活动。而人类的生活活动对于土壤来说，起着尤为重要的作动。而人类的生活活动对于土壤来说，起着尤为重要的作用。人类为了从土壤中获取更多的生活必需品，将具有自用。人类为了从土壤中获取更多的生活必需品，将具有自然肥力的自然土壤，经过开发、改造、施肥、播种，产生然肥力的自然土壤，经过开发、改造、施肥、播种，产生了质和量的变化，形成了农业土壤。了质和量的变化，形成了农业土壤。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构土壤要素土壤要素第47页，共67页，编辑于20
46、22年，星期二n农业土壤不仅具有受自然因素和自然过程的影响，更农业土壤不仅具有受自然因素和自然过程的影响，更重要的是受人为耕作、灌溉和施肥的影响，产生人为重要的是受人为耕作、灌溉和施肥的影响，产生人为的灌淤表层、堆垫表层、肥熟表层和水耕表层，它们的灌淤表层、堆垫表层、肥熟表层和水耕表层，它们的厚度在的厚度在181850cm50cm，属于高熟化的人为表层，具有，属于高熟化的人为表层，具有人工肥力。人工肥力。n当前，农业科技投入越高，土壤的生产潜力相应增大，当前，农业科技投入越高，土壤的生产潜力相应增大，耕地的单位面积产量显著提高，土壤在合理经营管理耕地的单位面积产量显著提高，土壤在合理经营管理下
47、，其肥力不会因农业利用而耗损，反而会提高。因下，其肥力不会因农业利用而耗损，反而会提高。因而土壤可视为是一种永续利用的可更新的再生自然资而土壤可视为是一种永续利用的可更新的再生自然资源。源。自然地理系统的要素结构自然地理系统的要素结构土壤要素土壤要素第48页，共67页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 自然地理系统的能量结构自然地理系统的能量结构n自然地理系统既是一个自然地理系统既是一个相对独立的物质体系相对独立的物质体系，又是一个，又是一个完完备的能量系统备的能量系统。在这个系统中，能量的转化对于维持整个。在这个系统中，能量的转化对于维持整个系统的运转有重大意义。能量转化是系统中物质循环
48、、自然系统的运转有重大意义。能量转化是系统中物质循环、自然地理过程的原始动力，是自然景观的塑造者，是社会经济系地理过程的原始动力，是自然景观的塑造者，是社会经济系统形成及运转的前提和条件。统形成及运转的前提和条件。n自然地理系统是一个能量系统。自然地理系统是一个能量系统。(1)(1)自然地理系统占有一定的空间范围，是一种具有自然地理系统占有一定的空间范围，是一种具有一定结构和功能的物质体系，其物质组分则是能量传输和一定结构和功能的物质体系，其物质组分则是能量传输和运转的载体。物质组分在外部输入的能量流的作用下发生运转的载体。物质组分在外部输入的能量流的作用下发生迁移、转换和循环运动的自身就包含
49、着一定的能量。迁移、转换和循环运动的自身就包含着一定的能量。第49页，共67页，编辑于2022年，星期二n (2)(2)任何一种开放的能量系统，都需要从系统外部特定的任何一种开放的能量系统，都需要从系统外部特定的能源不断地输入能量流。在一般情况下，能量流的输入都是能源不断地输入能量流。在一般情况下，能量流的输入都是来自较高一级（层次）的物质能量系统。对于自然地理系统来自较高一级（层次）的物质能量系统。对于自然地理系统来说，最主要的外部能源是来说，最主要的外部能源是太阳辐射能太阳辐射能，其次是地球的内，其次是地球的内能。能。n (3)(3)任何能量系统都具有转化能量的功能。输入到地球表任何能量系
50、统都具有转化能量的功能。输入到地球表层的太阳辐射能和地球内能，在地球表层范围能总是沿着一层的太阳辐射能和地球内能，在地球表层范围能总是沿着一定的途径有序地传输和转化。其传输的途径和转化的形式，定的途径有序地传输和转化。其传输的途径和转化的形式，主要决定于各结构单元及其组分的性能。主要决定于各结构单元及其组分的性能。n (4)(4)能量流在自然地理系统经过一系列转化过程之后，能量流在自然地理系统经过一系列转化过程之后，其中一部分暂且储存于自然地理系统，另一部分则不断其中一部分暂且储存于自然地理系统，另一部分则不断地向自然地理系统外部输出。地向自然地理系统外部输出。第50页，共67页，编辑于202