自然地理

风清扬斈 14年前 (2006-09-19) 地理环境 7555 0

 

 

 

 

 

一、自然地理
(一)宇宙中的地球
1.天体和天体系统。
(1)天体。
1)天体。天体是宇宙间物质存在的形式,包括恒星、星云、行星、小行星、卫星、彗星、流星体、行星际物质、星际物质等,其中最基本的天体是恒星和星云。所有天体都是物质的,都在不停地运动着,并且有各自的特点。除以上自然天体外,还有人造卫星、宇宙飞船等人造天体。
2)恒性。恒星是宇宙中最基本的天体。它是由炽热的气体组成、质量巨大、能自己发光发热的球状天体。主要组成成分是氢和氦。
3)星云。星云是宇宙中最基本的天体。它是由气体和尘埃组成、呈云雾状外表的天体。主要组成成分是氢。同恒星相比,星云具有质量大、体积大、密度小的特点。
4)星座。为了便于认识恒星,人们把天球分为若干个区域,这些区域叫做星座。根据国际上规定,全天共分成88个星座。每个恒星都有它所属于的一个星座,星座中所包括的主要亮星,构成各自独特的图形。如大熊星座的七颗亮星构成勺子形(中国称其为北斗七星)。
(2)天体系统。
1)天体系统是宇宙间运动着的天体因相互吸引和相互绕转而形成的系统。
2)天体系统的层次表:

太阳
地球———月球
太阳系 行星和卫星
其他八大行星和卫星
小行星
银河系 彗星
流星体(陨星)
总星系 行星际物质
恒星世界(包括其他恒星、星云;星际物质)

河外星系
2.太阳和太阳系。
(1)太阳。
1)太阳概况。太阳是由炽热的气体组成的球状天体,主要成分是氢和氦。太阳是距离地球最近的恒星,日地平均距离约为1.5亿千米,即一个天文单位。太阳的半径约为700 000千米,是地球半径的109倍多。太阳的体积约为地球体积的130万倍。太阳的平均密度是地球平均密度的1/4。太阳的质量为地球质量的33万多倍。太阳表面的重力加速度为地球表面重力加速度的28倍。
2)太阳的外部结构。太阳的大气结构即为太阳的外部结构,从里向外分为光球层、色球层、日冕层。
3)太阳活动对地球的影响。太阳活动的主要标志:黑子和耀斑。太阳活动的周期:11年。太阳活动对地球的影响:①扰乱地球大气的电离层。当太阳上的黑子和耀斑增多时,发出的强烈射电扰乱地球上空的电离层,使地面的短波无线电通信受阻甚至中断。②产生“磁暴”现象。太阳大气抛出的带电粒子流扰动地球磁场,可使磁针剧烈颤动,不能正确指示方向。③产生极光。太阳活动抛出的带电粒子流,被地球磁场捕获,与两极地区上空的高层大气相撞而产生的发光现象。
4)太阳能量的来源。在太阳中心的高温(1 500万度)、高压(2.5×1016 帕)条件下,产生核聚变反应,即四个氢原子核聚变成一个氦原子核。在此过程中太阳要消耗一部分质量而释放出大量的能量。
(2)太阳系及其成员。
1)太阳系是以太阳为中心天体的天体系统。
2)太阳系的其他成员。①行星:在椭圆轨道上绕太阳运行的、近似球形的天体,它们不发光,质量比太阳小得多。太阳系目前已知的九大行星按距日由近及远依次为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。②小行星:太阳系中沿椭圆轨道绕日运行的小天体。众多小行星运行在火星和木星之间,形成小行星带。③卫星:绕行星公转的天体。水星和金星无卫星,土星的卫星最多。④彗星:沿扁长轨道绕日运行、质量很小的云雾状天体。它由彗核、彗发、彗尾三部分组成。彗星接近太阳时,彗核的冰物质升华形成彗发,其气体和微小尘埃受太阳风排斥,在背向太阳的一方形成彗尾,彗星接近太阳时彗尾变长,远离太阳时彗尾变短。哈雷彗星的回归周期为76年。⑤流星体:行星际空间的尘埃和固体小块。沿相同轨道绕太阳运行的大群流星体叫流星群。流星体闯入地球大气层并与大气摩擦燃烧发光,称为流星现象。在短时间内天空中出现大量的流星,叫流星雨。它在天空中出现时,是从天空中的某一点辐射出来,这点叫做流星雨的辐射点。流星雨以辐射点所在的星座命名,如仙女座流星雨、狮子座流星雨等。没有燃尽而落到地面的流星体叫陨星。其中,石质陨星叫陨石;铁质陨星和陨铁。⑥行星际物质:分布于行星际空间的极其稀薄的气体和极少量的尘埃。
(3)九大行星的运动特征和结构特征。
1)九大行星的运动特征:共面性、同向性、近圆性。九大行星绕日公转时:公转轨道面几乎在同一平面上,即为共面性;公转方向与地球公转方向一致,即为同向性;公转轨道同圆相当接近,即为近圆性。
2)九大行星的结构特征分类比较表(表2—1)。
表2—1
项目 类地行星 巨行星 远日行星
包括行星 水星、金星、地球、火星 木星、土星 天王星、海王星、冥王星
质量和体积 小 大 中等(冥王星除外)
平均密度 大 小 中等
表面温度 较高 低 最低
化学组成 中心为金属元素 氢、氦、氖 氢、甲烷
卫星多少 少或无 多 较多或有
有无光环 无 有 有(冥王星除外)
(4)地球上有生命物质存在的条件。地球与太阳的距离适中,使地球表面的平均温度为15℃,有利于生命过程的发生和发展;地球的体积和质量适中,可以使大量的气体聚集在地球的周围,形成包围地球的大气层。经过漫长的大气演化过程,逐渐形成了以氮和氧为主、适合生命呼吸的大气;地球内部温度升高,结晶水汽化,随地表温度的逐渐降低,水汽经过凝结、降雨,落到地面低洼处,形成原始的海洋。地球上最初的单细胞生命就出现在海洋中。从恒星际空间来看,太阳周围的恒星际空间比较有利于太阳的稳定,太阳的稳定又有利于地球上生命的产生和演化。从行星际空间来看,行星际空间的稳定与安全,有利于地球上生命的产生和演化。
3.地球和地球仪。
(1)地球的形状和大小。地球的形状:赤道略鼓、两极略扁的旋转椭球体。地球的大小:赤道半径6 378.1千米;极半径为6 356.8千米。
(2)地球仪。
1)地轴:地球的自转轴。
2)两极:地轴穿过地心,与地球表面相交于两点。指向北极星附近(即北方)的一点叫北极;与北极相反的一点叫南极。
3)赤道:地面上距离南北两极各有90°的大圆。地球赤道面过地心,垂直于地轴,是纬度的起算面。赤道将地球分为南、北两半球。
4)纬线与纬度。在地球仪上,顺着东西方向,绕地球仪一周的圆圈,叫纬线。(地球上一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的正圆),也叫纬线圈。赤道是地球上最长的纬线,长约4万千米。纬度,是为了区别每一条纬线、给纬线标有的度数。一个地点的纬度,是指该地点到地心的连线与赤道平面的夹角。赤道是0°纬线,赤道以北的纬度叫北纬,用“N”为代号,赤道以南的纬度叫南纬,用“S”为代号。北纬、南纬各有90°,北极为90°N,南极为90°S。一个纬度间的距离即1纬距约为111km。下表是几条特殊的纬线(表9—2)。

表9—2 几条特殊的纬线
名称 度数 意义
北回归线 23°26′N 太阳直射点的最北界线、热带与北温带的分界线
南回归线 23°26′S 太阳直射点的最南界线、热带与南温带的分界线
北极圈 66°34′N 北半球有极昼极夜现象的最南界线、北温带与北寒带的分界线
南极圈 66°34′S 南半球有极昼极夜现象的最北界线、南温带与南寒带的分界线

5)经线与经度。在地球仪上,连接南北两极并同纬线垂直相交的线叫经线,也叫子午线。地球上一切通过地轴平面的同地面相割而成的正圆,称为“经线圈”。经度,是为了区别每一条经线、给经线标有的度数。实际上经度是两条经线所在平面之间的夹角。国际上规定,把经过英国伦敦格林威治天文台旧址中心线的那一条经线定为0°经线,也叫本初子午线。由本初子午线向东、向西,经度各分为180°,以东的180°属于东经,用“E”为代号;以西的180°属于西经,用“W”为代号。
6)南、北半球的划分:赤道以北为北半球,赤道以南为南半球。
7)东、西半球的划分:以20°W和160°E这两条相对的经线将地球分成东、西两半球。从20°W向东,过0°经线到160°E,为东半球;从20°W向西,过180°经线到160°E,为西半球。
8)高、中、低纬度的划分:低纬度:纬度0°~30°。中纬度:纬度30°~60°。高纬度:纬度60°~90°。
9)经纬网及其意义。在地球仪或地图上,由经线和纬线相互交织的网格,就是经纬网。建立经纬网的目的是为了确定地球表面任何一个地点的位置。
4.地球的运动。
(1)地球运动概况。
1)自转运动。①地球自转的方向,是沿纬线自西向东的运转。从北极上空看,地球自转是逆时针方向;从南极上空看,地球自转是顺时针方向。②地球自转的周期,指地球自转一周所需的时间间隔。由于所选的参照点不同,地球自转的周期也不同。恒星日:地球自转一周360°,所需的时间是23小时56分4秒,为一个恒星日。即天空中某一颗恒星连续两次经过某地上中天的时间间隔。太阳日:一天24小时,地球自转360°59′所用的时间,是太阳连续两次经过某地上中天的时间间隔。
表9—3是恒星日与太阳日的比较。
表9—3 恒星日与太阳日的比较
项目 恒星日 太阳日
参照物 除太阳外的天空中的某一颗恒星 太阳
自转角度 360° 360°59′
时间间隔 23小时56分4秒 24小时
反映周期 地球自转的真正周期 昼夜交替的周期
③地球自转的速度。角速度:地球上的一点,围绕地轴在单位时间内转过的角度。除地球的南北两极点无角速度外,地球表面上的任何一点的自转角速度都相同,大约每小时转15°,每当分钟转过1°。线速度:地表上的某一点在单位时间内移过的弧长(距离)。赤道纬线圈最长,自转线速度最快(1 670千米/小时),到南北纬60°,自转线速度缩小为赤道处的一半。到南、北极点自转线速度为零。
2)公转运动。①地球公转的方向:地球公转是自西向东的逆时针运行。②地球公转的轨道:地球绕日公转的轨道是椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。地球在椭圆轨道上离太阳最近的点,叫近日点;离太阳最远的点,叫远日点。日地平均距离为1.5亿千米。③地球公转的周期:地球沿公转轨道运行一周的时间为一个回归年,时间为365日5日48分46秒。④地球公转的速度。角速度:地球在公转轨道上大约每日东进1°。线速度:地球公转的线速度平均30千米/秒。每年的一月初,地球运行到近日点,公转的角速度和线速度较快;每年的七月初,地球运行到远日点,公转的角速度和线速度较慢。
(2)地球自转与公转的关系。
1)黄赤交角:地球公转轨道面(即黄道平面)同赤道平面的交角。黄赤交角的现在值为23°26′。
2)黄赤交角的影响:决定了在地球表面太阳直射点的南、北界线。太阳直射点的最北界线是23°26′N,即北回归线;最南界线是23°26′S,即南回归线。一年中,太阳直射点在南、北回归线之间往复运动。每年的3月21日和9月23日前后,太阳直射赤道;6月22日前后,太阳直射北回归线;12月22日前后,太阳直射南回归线。
(3)地球运动的地理意义。
1)产生昼夜更替的现象:地球自转时,被太阳照亮的半球叫昼半球,背着太阳的半球叫夜半球。昼半球和夜半球的分界线(圈),称为晨昏线(圈)。由于地球不停地自转,昼夜也就不断地交替。昼夜交替的周期为24小时。晨昏线的特点:与太阳光线始终垂直;始终平分赤道。晨昏线(圈)的判读:顺着地球自转方向,由夜半球进入昼半球的分界线为晨线,对面的直线为昏线,顺着地球自转方向,由昼半球进入夜半球的分界线为昏线,对面的直线为晨线。二分日时,晨昏线与地轴重合,全球各纬度的地区昼夜等长;二至日时,晨昏线与极圈相切。
2)产生东、西方向上的时间差。①地方时。由于地球自西向东的自转,在同纬度的地区,相对位置偏东的地点,要比位置偏西的地点先看到日出,时刻就要早。因此,就会产生因经度不同而出现不同的时刻,称为地方时。经度每隔15,地方时相差1小时,经度相差1°,地方时相差4分钟。同一条经线上的各地,地方时相同。地方时的判读:将昼半球等分的经线,其地方时为正午12点;与其相对的经线,地方时为0(或24)点。在赤道上,与晨线相交的经线其地方时为6点,与其相对的经线(昏线)的地方时为18点。赤道上日出时刻是6点、日落时刻是18点。其他纬度地区,与晨线相交的经线的地方时为日出时刻,与昏线相交的经线的地方时为日落时刻。②时区和区时。时区:全球按经度分成24个时区,每个时区跨经度15°。以本初子午线为基准,将东西经度各为7.5°度的范围作为零时区(也叫中时区),然后每隔15°为一个时区。零时区以东的时区为东时区,分为东一区———东十一区;零时区以西的时区为西时区,分为西十一区。东十二区和西十二区各占7.5个经度,即各为半个时区,故将两者合为一个完整的时区,称为东西十二区。全球共分为24个时区。因地球自西向东自转,从零时区向东,每增加一个时区,时间增加一小时;向西每增加一个时区,时间减少一小时。西十二区比东十二区在时间上少24小时。区时:在一定的地区范围内,统一使用一种时刻,这种时刻叫区时。区时也叫标准时。每一时区都用该时区中央经线所在经度的地方时为全区通用的时间(经度数能被15整除的经线为该时区的中央经线),这种时间成为这个时区的区时。在区时上,除东西十二区外,任意相邻的两个时区,区时相差一小时,任意两个时区之间,相差几个时区,区时就相差几个小时。在时刻上,较东的时区,区时较早;较西的时区,区时较晚。如:当东八区是12点时,东十区是14点;西二区是2点。即东八区比西二区早10个小时,比东十区晚2个小时。时区和区时的计算:a.求时区:(某地的经度+7.5°)÷15°所得的整数商即为该地所在的时区。或者某地经度÷15°,所得的商四舍五入后,为该地所在的时区。b.求时区差:若两地都在同一侧时区,即同为东时区或西时区,则时区序号相减,所得的差即为时区差;若两地不在同一侧时区,即一地为东时区,另一地为西时区,则时区序号相加,所得的和即为时区差。简言之:同侧时区相减、异侧时区相加。c.求区时:在时差上,两地相差几个时区,区时就相差几个小时。若已知区时的地点在东,所求地点在西,则用已知区时减去两地的区时差;若以知区时的地点在西,所求地点在东,则用已知区时加上两地是时区差,即东加西减。所以在时刻上,较东的时区比较西的时区区时要早,简言之:时刻上是东早西晚。③北京时间。我国通用的标准时,是120°E经线的地方时,即东八区的区时。我国领土辽阔,东西跨了62个经度,分属五个时区。但现在全国(除新疆采用东六区的区时,称乌鲁木齐时间外)都采用“北京时间”。北京时间比北京(116°19′E)的地方时早约15分钟。④日界线。又称“国际日期变更线”。地球上各处因东西位置不同,日出时刻不是同一瞬间,而是有早晚的差异。在海上航行的人,如果迎着太阳向东航行,绕地球一周后,会发现多过了一天;如果背着太阳向西航行,绕地球一周后,会发现少过了一天。为了避免日期上的混乱,1884年国际经度会议决定将经度180°的经线作为国际日期变更线。因此,作为180°经线的两侧日期不同,日界线西侧的东十二区比东侧的西十二区早一天。由于东西十二区合为一个完整的时区,所以在日界线两侧的东西十二区的时刻相同。日界线是地球上新的一天开始的地方,也是一天结束的地方,故向东过日界线,日期要减一天;向西过日界线,日期要加一天。日界线并不是完全同180°经线重合,因为要避免经过陆地,实际上有两处向东凸出。物体水平运动的方向产生偏向 在地球表面做水平运动的物体,由于地球的自转运动,会产生与初始运动方向发生偏向的现象。偏向的规律是:北半球向右(运动方向的右)偏;南半球向左(运动方向的左)偏。纬度越高,偏向越明显,赤道上无偏向。
3)对地球形状的影响 由于地球自转产生的惯性离心力的分力指向地球的赤道,使地球的物质由赤道向两极运动,使地球形成两极略扁,赤道略鼓的旋转椭球体。
4)正午太阳高度的变化。①太阳高度:太阳光线对于地面的交角(既太阳在当地的仰角),叫太阳高度角,简称太阳高度。在太阳直射点上,太阳高度为90°,在晨昏线上太阳高度为0°。②太阳高度的变化:由于地球的公转和黄赤交角的存在,太阳直射点在南北回归线之间的往复运动,使某地正午太阳高度在一年中发生变化。正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度,它的大小是随纬度的不同和季节的变化而有规律的变化。正午太阳高度的纬度分布:太阳高度从太阳直射点的纬度处,向南北两方降低。春分日和秋分日,太阳高度由赤道向南北两方降低;北半球夏至日时,太阳高度由北回归线向南北两方降低;北半球冬至日时,太阳高度由南回归线向南北的两方降低。正午太阳高度的季节变化:一年内,除了南北回归线之间的纬度带以外,正午太阳高度都以所在半球的夏至日为最高,以冬至日为最低。每年夏至日(6月22日前后),北回归线以北的纬度地带,正午太阳高度达一年中的最大值;赤道以南的南半球各地为一年中的最小值。每年冬至日(12月22日前后),南回归线以南的纬度地带,正午太阳高度达一年中的最大值;赤道以北的北半球各地为一年中的最小值。在南北回归线上,太阳每年直射一次;在南北回归线之间的纬度地带,每年太阳直射两次。除赤道每年有两次最小值外,其他地区每年有一次最小值。离太阳直射点越近,太阳高度越高;离太阳直射点越远,太阳高度越低。正午太阳高度的计算:一地正午太阳高度的大小,可以用以下公式计算:H=90°-IΦ-δI式中的H为正午太阳高度,Φ为当地的地理纬度,取正值;δ为直射点的纬度(当地夏半年取正值,冬半年取负值)。所以,某地太阳高度等于90°减去该地的地理纬度与太阳直射点处纬度差值的绝对值。
5)昼夜长短的变化。①晨昏线:地球上昼半球和夜半球的分界线,是地球上的大圈。从夜半球进入昼半球的线为晨线,从昼半球进入夜半球的线为昏线。②昼弧和夜弧:晨昏线把所经过的纬线分割成昼弧和夜弧。昼弧和夜弧的长短表示昼、夜的长短。由于黄赤交角的存在,除了在赤道上和春秋分日外,各地的昼弧和夜弧都不等长。③昼夜长短的变化情况:同一时间,昼夜长短因纬度而异;同一地点,昼夜长短因季节而异。昼夜长短的纬度分布:纬度相同的各地昼夜长短相同;纬度不同的各地昼夜长短不同。纬度越高,昼夜长短的变化幅度越大。赤道上永远昼夜等长。昼夜长短的季节变化见“昼夜长短的季节变化表”(表9—4)。
6)四季更替。由于地球的公转运动,产生了正午太阳高度和昼夜长短的周年变化,使各地在一年中获得的太阳光热的多少不同,就产生了季节的变化,四季变化在中纬度地区最明显。从天文含义看四季 夏季就是一年内白昼最长、太阳高度最高的季节;冬季就是一年内白昼最短、太阳高度最低的季节;春秋两季是冬夏两季的过渡季节。
表9—4 昼夜长短的季节变化表
日期 北半球 南半球
春分日(3月21日)前后 昼夜长短相等 昼夜长短相等
春分日后至夏至日前 昼长于夜;昼渐长,夜渐短;纬度越高昼越长,夜越短;极昼范围由北极向南扩展。 昼短于夜;昼渐短,夜渐长;纬度越高昼越短,夜越长;极夜范围由南极向北扩展。
夏至日(6月22日)前后 昼长夜短,是一年中昼最长的一天;纬度越高昼越长;是极昼范围最广的一天,北极圈上及其以北为极昼。 昼短夜长,是一年中昼最短的一天;纬度越高昼越短;是极夜范围最广的一天,南极圈上及其以南为极夜。
夏至日后至秋分日前 昼长夜短;昼渐短,夜渐长;纬度越高昼越长;极昼范围由北极圈开始向北缩小。 昼短夜长;昼渐长,夜渐短;纬度越高夜越长;极夜范围由南极圈开始向南缩小。
秋分日(9月23日)前后 昼夜长短相等 昼夜长短相等
秋分日后至冬至日前 昼短夜长;昼渐短夜渐长;纬度越高昼越短;极夜范围由北极开始向南扩大。 昼长夜短;昼渐长夜渐短;纬度越高昼越长;极昼范围由南极开始向北扩大。
冬至日(12月22日)前后 昼短夜长;昼渐短夜渐长;纬度越高、昼越短;是极夜范围最广的一天,北极圈上及其以北为极夜。 昼长夜短;是一年中昼最长的一天;纬度越高昼越长;是极昼范围最广的一天,南极圈上及其以南为极昼。
冬至日后至春分日前 昼短夜长;昼渐长,夜渐短;纬度越高,昼越短;极夜范围由北极圈开始,向北缩小。 昼长夜短;昼渐短,夜渐长;纬度越高昼越长;极昼范围由南极圈开始,向南缩小。

我国传统上的四季划分是以二十四节气中的立春(2月4日或5日)、立夏(5月5日或6日)、立秋(8月7日或8日)、立冬(11月7日或8日)为起点,来划分春、夏、秋、冬四季。西方国家划分四季 是以春分、夏至、秋分、冬至作为春、夏、秋、冬四个季节的起点。北温带的国家划分四季 为了使季节与气候相结合,气候统计工作一般把3、4、5三个月划为春季,6、7、8三个月划为夏季,9、10、11三个月划分为秋季,12、1、2划分为冬季。
7)地球上五带的划分。根据太阳辐射在地球表面的分布情况,把地球表面划分为五个带:热带、北温带、南温带、北寒带和南寒带。回归线是热带与温带的分界线,极圈是温带与寒带的分界线。热带:位于南、北回归线之间、有阳光直射现象的纬度范围;寒带:位于极圈和极点之间、有极昼或极夜现象的纬度范围;温带:位于回归线和极圈之间,该范围内既无阳光直射现象,也无极昼和极夜现象。
(二)大气
1.大气的组成和垂直分层。
(1)大气的组成及作用。(见表9—5)低层大气是由干洁空气、水汽和尘埃组成。干洁空气是由多种气体混合而成,其主要成分是氮和氧,约占干洁空气容积的99%。
表9—5 大气的组成成分及其作用
大气组成 作用
氮气氧气二氧化碳臭氧 地球上生物体的基本成分;有冲淡氧气,减弱氧化等作用。
是维持生命活动必须的物质;有氧化和助燃作用。
植物进行光合作用的重要原料,对地面有保温作用。
大量吸收太阳紫外线辐射,使地球上生物免于伤害。
水汽 成云至雨的必要条件;对气温有调节作用。
尘埃 成云至雨的必要条件;对太阳辐射有削弱作用。
(2)大气的结构(垂直分层,见表9—6)。
根据大气的热力性质在垂直方向上的差异,将大气分为五层:对流层、平流层、中间层、热层和外层。
表9—6 大气的垂直分层及各层特点
大气分层 高度位置 主要特点 与人类的关系 备注
对流层 是紧贴地面的一层,其高度因纬度而异,8~18千米高度。 1.气温随高度增加递减(平均每升高100米,气温下降0.6℃);2.空气对流运动显著;3.天气现象复杂多变。 与人类关系最为密切 整个大气质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质都集中在该层。
平流层 从对流层顶到50~55千米高度。 1.下层随高度增加气温变化很小,在30千米以上,气温随高度增加迅速上升;2.大气以水平运动为主;3.水汽、杂质含量极少,天气晴朗。大气平稳,能见度高,有利于高空飞行。 距地22~27千米处臭氧含量达到最大值,形成臭氧层。
中间层 平流层顶到85千米高度。 1.气温随高度的增加而迅速降低;2.垂直对流运动强烈。 该层有“高空对流层”之称。
热层 中间层顶到500千米高度。 气温随高度增加迅速上升
外层 热层顶以上 空气质点经常散逸到星际空间,是地球大气向星际空间过渡的层次,又称为“散逸层”

电离层距地面60~800千米高度范围的大气,因受太阳紫外线和宇宙射线的作用,大气中的氧和氮分子被分散为离子,大气处于电离状态,这一范围被称做电离层。电离层能反射无线电波,有利于地面长距离短波无线电通迅。
2.大气的热状况。
(1)太阳辐射及其对地球的意义。
1)太阳辐射和太阳常数:太阳源源不断地以电磁波的形式,向宇宙空间放射能量,称为太阳辐射,其主要波长范围是0.15~4微米。由于太阳辐射能主要集中在波长较短的可见光波段(0.4~0.76微米),约占总能量的50%。因而也被称为“短波辐射”。
2)太阳辐射强度及影响因素:太阳辐射强度:在1平方厘米的地球表面上,1分钟内获得的太阳辐射能量,叫做太阳辐射强度。影响太阳辐射强度的最主要因素是太阳高度角。太阳高度角越大,太阳辐射强度就越大。此外,天空中的云量、云层的厚度、海拔高度等都对太阳辐射强度有影响。
(2)大气对太阳辐射的削弱作用。
1)吸收作用:太阳辐射在经过大气时,其中的一小部分被大气吸收。如果把到达地球大气上界的太阳辐射作为100%,其中仅有约19%被大气直接吸收。大气将吸收的太阳辐射能转化为热能,用于自身增温。大气对太阳辐射的吸收具有选择性:平流层中的臭氧强烈吸收太阳辐射中的紫外线;对流层中的二氧化碳、水汽和尘埃等主要吸收太阳辐射中的红外线。大气对太阳辐射中的可见光部分吸收很少,大部分可见光可透过大气直接射到地面上来。
2)散射作用:当太阳光在大气中遇到空气分子或微小尘埃时,太阳辐射的一部分能量便以此质点为中心,向四面八方散射开来,这就是大气对太阳辐射的散射作用。散射可以改变太阳辐射的方向,使一部分太阳辐射不能到达地面。当太阳辐射遇到空气分子时,将发生有选择性的散射。由于空气分子的直径较小,这时太阳光中波长较短的蓝光最容易被散射,所以晴朗的天空呈现蔚蓝色。当太阳辐射遇到微小尘埃时,将发生无选择性的散射。由于尘埃颗粒直径较大,这时可见光各波长的光都能被散射,散射光看上去是白光。因而当大气中尘埃、烟雾较多时,天空呈白色。
3)反射作用:大气中的云层和尘埃可把投射在其上的太阳辐射的一部分反射回宇宙空间,从而削弱了太阳辐射,这就是反射作用。云层越厚,云量越多,反射作用越强。大气对太阳辐射削弱作用三种方式中,反射作用最重要,其次是散射作用,最后是吸收作用。由于大气对太阳辐射的削弱作用,再加上地面对太阳辐射的反射作用,平均到达地面的太阳辐射约为47%,均被地面吸收而使地面增温。
(3)大气对地面的保温作用
1)地面辐射:地面吸收太阳辐射增温的同时,也在向外释放辐射能量,这就是地面辐射。由于地面辐射的波长主要集中在红外线部分,相对于太阳的短波辐射,地面辐射也被叫做“长波辐射”。
2)大气吸收地面辐射:大气对太阳的短波辐射吸收能力很差,但是对流层中的水汽和二氧化碳可强烈吸收地面长波辐射,据观测,地面辐射的75%~95%都被贴近地面的大气吸收,使近地面大气增温。因而近地面大气的热量主要来自地面辐射。地面是大气的主要的直接热源。
3)大气逆辐射:大气在增温的同时,也向外辐射能量,这就是大气辐射,它属于长波辐射。大气辐射的一部分向上射向宇宙空间,一部分向下射到地面。射向地面的大气辐射,称为大气逆辐射。天空中有云,特别是有浓密的低云时,可以大大增强大气逆辐射。
4)大气的“温室效应”:大气中的二氧化碳和水汽等吸收地面长波辐射,将地面辐射释放的能量绝大部分(75%~95%)截留在大气中。通过大气逆辐射直接补偿地面的热量损失,起到保温作用。
(4)气温的日变化和年变化。
1)气温的日变化:一天内气温的高低变化,称为气温的日变化。一天中气温的最高值与最低值的差,称为气温日较差。它的大小反映了气温日变化的程度。日出以后,随着太阳高度角增大,太阳辐射逐渐增强,正午12时,太阳辐射达到一天中最高值。随后太阳辐射开始减弱。这一过程中,地面温度随着吸收太阳辐射而升高,地面辐射也逐渐增强。大气吸收地面辐射后,气温也随之不断上升。正午12时过后,虽然太阳辐射开始减弱,但是地面获得的太阳辐射能量仍比因地面辐射失去的能量多,地面温度继续升高。下午1时左右,地面获得的太阳辐射能量开始少于地面辐射失去的能量时,即当地面热量由盈余转为亏损的时刻,地面温度达到最高值。由于地面增温后,再通过辐射、对流、湍流等方式将热量传递给大气需要一段时间,故一天中气温最高值出现在午后2时左右。此时正是大气获得的地面辐射能量等于因大气辐射失去的能量,即大气热量由盈余转为亏损的时刻。随后,太阳辐射继续减弱,地面热量继续亏损,地面温度不断降低,地面辐射不断减弱,气温也随之下降,到日出前后,气温达到最低值。地面温度和气温的升降,主要取决于它们的热量收支状况,即热量的盈亏状况。
2)气温的年变化:一年之内气温的高低变化,称为气温的年变化。一年内,月平均温的最高值与最低值的差,称为气温年较差。通过气温年较差,可以反映出气温年变化的幅度(表9—7)。
表9—7
气温最高月份 气温最低月份
北半球陆地7月1月 北半球海洋8月2月

(5)气温的水平分布。
1)气温水平分布的影响因素:影响气温水平分布的主要因素有:太阳辐射、大气运动、地面状况等。
2)全球气温水平分布的一般规律:①全球范围内,无论7月或1月,气温都是从低纬向两极递减;②南半球等温线比北半球平直;③北半球,1月大陆等温线向南(低纬)凸出,海洋等温线向北(高纬)凸出,7月份则相反。④全球的最冷和最热的极端值均出现在大陆上;7月世界最热的地方位于北纬20°~30°的大陆沙漠地区,撒哈拉沙漠为世界炎热中心;1月北半球寒冷中心位于西伯利亚。世界极端最低温值出现在南极大陆。
3.大气运动。
(1)大气运动概况。
1)冷热不均是引起大气运动的根本原因,水平气压差异是大气运动的直接原因。大气运动的能量来自于太阳辐射,太阳辐射在地球表面由低纬度向高纬度递减,造成高低纬之间的热量差异,是引起大气运动的根本原因。由于地表冷热不均,引起空气上升或下沉运动,造成空气密度的分布不均,同一水平面上出现了气压差,最终导致了大气的水平运动,产生了风。
2)等压线图:同一水平面上气压相等的各点的连线,叫做等压线。人们通常用多根等压线来表示水平方向上气压高低的变化,这样的等压线图也被称做“气压场”。气压分布的五种基本形式:高气压:在等压线分布图上,凡等压线闭合,中心气压高于四周气压的区域。高压脊与脊线:在等压线分布图上,由高气压延伸出来的狭长区域,叫高压脊。高压脊中各等压线弯曲最大处的连线,叫脊线。低气压:在等压线分布图上,凡等压线闭合,中心气压低于四周气压的区域。低压槽与槽线:在等压线分布图上,低气压延伸出来的狭长区域,叫低压槽。低压槽中各等压线弯曲最大处的连线,叫槽线。鞍型气压区或鞍型场:简称鞍,是指两个高气压和两个低气压交错相对的中间区域。
3)水平气压梯度和水平气压梯度力:同一水平面上的大气,由于气压高低不同,地区之间就出现了气压差。水平方向上,单位距离之间的气压差,称为水平气压梯度。等压线密集处,水平气压梯度就大,反之则小。由于水平气压梯度的存在,产生了促使大气由高压区流向低压区的力,这个力称为水平气压梯度力。水平气压梯度力的方向:垂直于等压线,由高压指向低压。
4)风的形成:在水平气压梯度力的作用下,大气从高压区向低压区作水平运动,由此产生了风。由于地球自转,凡地表的水平运动都要受到地转偏向力的影响,运动方向发生偏转。因此风的运动不仅受水平气压梯度力的推动,还必须考虑地转偏向力的参与,若是近地面的风还要同时考虑近地摩擦力的影响。①水平气压梯度力与地转偏向力共同作用下的风向:开始阶段,受到水平气压梯度力的作用,风开始运动的一瞬间,风向与水平气压梯度力方向一致,垂直于等压线。此时地转偏向力开始对风施加影响了,地转偏向力方向与风向垂直。在它的参与下,风向将发生偏转。当水平气压梯度力与地转偏向力的合力达到平衡状态时,即合力为零时,空气质点作惯性运动,最终风向与等压线平行。在高空平直等压线气压场情况下,这样的风是实际存在着的。②近地面的风向:近地面大气平直等压线气压场中,风的运动方向取决于水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三力的合力的方向。摩擦力始终与风的运动方向相反。当三个力的合力大小相等,方向相反时,空气质点作惯性运动,此时风向与等压线斜交,由高压区吹向低压区。③地面到高空风向的变化:近地面摩擦力的影响可达距地面1 500米左右的高空,并且随高度的增加而减小,因而从地面到高空,随高度的增加北半球的风向逐渐右偏,风向与等压线之间的夹角越来越小,最终风向与等压线平行,与此同时,风速也随高度的增加而加大。
(2)大气运动的主要形式。
1)热力环流:由于地面冷热不均而形成的空气环流,称为热力环流。它是大气运动的一种最简单的形式。
2)气旋与反气旋:气旋和反气旋是大气中最经常的运动形式,也是影响天气的重要天气系统。气旋:是对应于气压场中的低压中心而出现的大型空气旋涡。反气旋:是对应于气压场中的高压中心而出现的大规模的气流运动。
3)大气环流:具有全球性的有规律的大气运动,称为大气环流。大气环流把热量和水汽从一个地区输送到另一个地区,从而使高低纬之间、海陆之间的热量和水流得到交换,促进了地球上的热量平衡和水平衡。①三圈环流:三圈环流由低纬环流圈、中纬环流圈和高纬环流圈组成。由于三圈环流的存在,在全球近地面形成了六个风带和七个气压带,由低纬到高纬它们是:赤道低压带———赤道两侧的信风辐合上升形成。南北半球的信风带———副高与赤道低压带之间存在的水平气压梯度,促使近地面气流流向低纬地区,在地转偏向力摩擦力的作用下,北半球形成东北信风,南半球形成东南信风。南北半球的副热带高气压带———简称副高,来自赤道上空的气流,受到地转偏向力的作用,流到南北纬30°附近上空时,偏转成西风,在南北纬30°附近上空聚集下沉,使近地面气压升高,形成了副高。南北半球的西风带———副高向更高纬度发送的一支气流,逐渐偏转成偏西风,形成了中纬度西风带。北半球风向为西南风,南半球为西北风。南北半球的副极地低气压带———盛行西风与极地东风在南北纬60°附近相遇,形成锋面,较暖的西风气流大规模上升,地面气压降低,形成副极地低气压带。南北半球的极地东风带———从极地高压带发出的气流,运动中偏转为偏东风。南北半球的极地高气压带———极地地区终年寒冷,空气变得冷而重,下沉聚集在近地面,使气压升高而形成。②气压带、风带及其季节移动:由于太阳直射点随季节变化而南北移动,地球上的风带和气压带的位置也随之移动。风带、气压带的季节性移动带来的明显影响是:为赤道两侧的信风进入对面的半球提供了机会。尤其是南半球东南信风受到北移的赤道低压吸引进入北半球,偏转成西南风,成为南亚夏季风的重要成因。使某些地区受到性质完全不同的风带和气压带的交替控制,造成气候上明显的季节变化。③海陆分布对大气环流的影响:由于海陆之间的热力性质差异,同纬度地区,夏季,大陆比海洋增温快,气温高,形成热低压;冬季,大陆降温快,气温低,形成冷高压。由此地面对大气环流施加了影响。北半球,由于陆地面积广,这种影响更明显,在1月和7月的海平面等压线图上,气压带明显断裂成块状。南半球海洋面积占绝对优势,气压带基本上呈带状分布。④季风环流:一年中盛行风向随季节有规律地向相反方向或接近相反方向变化,形成近地面的季风环流。季风环流是大气环流的重要组成部分。世界上季风环流最明显的地区是东亚和南亚。由于海陆热力性质差异,气压带被切断成块状,冬夏间大陆与海洋上的气压中心随季节而改变,从而产生了季风现象。东亚地区位于世界面积最大的亚欧大陆的东部,东临世界海洋面积最大的太平洋,海陆热力差异最明显,季风环流也最典型。南亚季风环流的形成不仅与海陆热力差异有关,风带与气压带的季节性移动,更是南亚季风环流产生的主要原因。
4.大气降水。
(1)水汽的凝结。
1)饱和空气和过饱和空气。空气容纳水汽量的多少,是随气温而变化的。在一定温度下,当空气不能再容纳更多的水汽时,就成为饱和空气。如果水汽再增加,或者降低气温,这时空气就会成为过饱和空气,水汽就会凝结成液态水。
2)水汽的凝结条件:①过饱和空气。在自然界中,空气上升冷却,使空气达到过饱和,是大气中水汽凝结的主要方式。②凝结核。吸湿性强,可促使水汽在它表面凝结的微粒,如大气中的烟尘、灰尘等,叫做凝结核。
3)水汽的凝结物。①水汽在高空的凝结物:雨、雪、雹等。②水汽在近地面、地面的凝结物:霜、露、雾淞、雾等。
(2)降水的形成。降水,即自云中降落到地面上的液态和固态水,如雨、雪、雹等。
1)云滴增大的过程。云滴增大的过程主要指云滴凝结(凝华)增长,同时还有在运动过程中相互碰撞合并增长的过程。
2)雨、雪、雹的形成。云滴增大到能够降落到地面上不致被蒸发掉,在降落过程中,由于云体和云下层中温度不同,就能形成雨、雪、雹等不同形式的降水。大气降水的必要条件:大气中有充足的水汽和凝结核;有促使空气作大规模上升运动的力。
(3)降水的类型。依据造成空气上升运动的成因,可把降水分成对流雨、地形雨、锋面雨和台风雨四种类型。(表9—8)
表9—8 降水的四种类型
降水类型 空气上升原因 降水特征 主要分布地区
对流雨 湿热空气强烈受热上升 强度大,历时短,范围小,常有风暴、雷电 赤道附近地区,夏季的中纬度大陆地区
地形雨 暖湿空气前进受地形阻挡上升 降水强度较大,雨时较长 山地迎风坡
锋面雨 冷暖气流相遇,暖湿空气被抬升 持续时间长、范围广、强度小 中纬度地区
台风雨 暖湿空气围绕台风中心旋转上升 强度大,多暴雨,伴有狂风、雷电 低纬度大陆东部

(4)降水的世界分布。
1)赤道多雨带:分布在赤道及其两侧地区,是全球降水量最多的地带,年降水量一般在2 000毫米左右,多对流雨。
2)副热带少雨带:分布在南北纬15°~30°的大陆内部及西岸,这里常年在副高和信风的控制之下,盛行下沉气流,降水稀少,年平均降水量在500毫米以下。
3)温带多雨带:分布于温带大陆西岸和东岸。年降水量在500~1 000毫米左右。
4)极地少雨带:位于南北极地地区,在极地高气压带的控制下,全年盛行下沉气流,年降水量不超过300毫米,是全世界降水量最少的地带。但是由于低温,蒸发量少于降水量,这里仍属于湿润地区。
5.天气与气候。
(1)概念。
1)天气:是指大气物理状况(温度、湿度、气压等)在短时间内的具体表现。是由影响大气物理状态短期变化的因素造成的。
2)气候:是指一个地方的大气物理状况在长时间内的综合表现。是由影响大气物理状态长期变化的因素造成的。
3)天气与气候的关系:天气是气候在某段时间内的具体表现,气候是对长期以来天气变化规律的综合概括。
(2)影响天气的因素。
1)气团及其对天气的影响。①气团。在广大范围内,温度、湿度等物理性质比较均匀的大团空气,称为气团。气团形成后,当环流条件发生变化时,它就会离开源地向其他地区移动,并与沿途地区进行热量和水汽的交换,使气团的性质发生改变,这一过程称为气团的变性。②气团分类。第一,热力分类:依据气团的温度与它到达地区的气温对比,将气团分为冷气团和暖气团。第二,地理分类:依据气团形成源地的地理位置和下垫面的性质,可将气团分为冰洋气团、极地大陆气团、极地海洋气团、热带大陆气团、热带海洋气团和赤道气团。③气团对天气的影响。在单一气团控制下的广大地区内,大气物理状况稳定,天气单调;当气团发生更替时,天气随之变化;在两种性质不同气团交界地带,天气变化最剧烈。④影响我国天气的主要气团。冬季影响我国天气的主要气团,是形成于蒙古—西伯利亚一带的极地大陆气团。在它的影响下,天气寒冷干燥多风。夏季影响我国天气的主要气团,是形成于副热带太平洋上的热带海洋气团和来自印度洋上的赤道气团。源于太平洋副高的热带海洋气团,以东南气流的方式进入我国。单纯在它的控制下,空气湿度大,但降水较少,甚至发生干旱现象。只有与极地大陆气团相遇,形成锋面,才能产生大量降水。热带海洋气团与极地大陆气团之间形成的锋面活动,对我国夏季的降水有着重要的意义。赤道气团源于印度洋,以西南气流的形式进入我国,给长江流域以南的地区带来了丰沛的水汽。
(3)形成气候的因素。
1)太阳辐射是形成气候的最基本因素。
2)大气环流对气候的形成起着直接的控制作用。它在太阳辐射对气候作用的基础上,进行着高低纬度之间、海陆之间的热量和水汽交换,调整全球热量和水汽的分布。在不同的环流形势下,气候各不相同。
3)由于对流层大气中的热量和水汽主要来自地面,地面性质不同,直接影响到大气的水热状况。地面状况主要包括地面性质,地表形态(坡向、海拔高度等)、海陆面积、轮廓特点、海陆分布,以及洋流等。
(4)世界气候类型的分布、特点及成因(见表9—9)。
表9—9
气候带 气候类型 分布地区 气候特点 气候成因
热带 热带雨林气候 大致在南北纬10°之间的地区 终年高温多雨,年均温26℃左右,年降水量2000mm以上,为均雨型 常年在赤道低压带控制下
热带 热带草原气候 大致在南北纬10°至南北回归线之间的地区 全年高温,依降水多少分干湿两季,年降水量750~1000mm之间 赤道低压带和信风带交替控制,夏半年在赤道低压带控制下,形成湿季;冬半年在信风带控制下,形成干季
热带 热带沙漠气候 大致在南北回归线至南北纬30°的大陆内部和西岸地区 常年高温干旱,年降水量不足125mm 常年在副热带高气压带或信风带控制下
热带 热带季风气候 大致在南北纬10°至南北回归线之间的大陆东岸,东南亚和南亚最显著 全年高温,年均温在20℃以上,年降水量1500~2000mm左右,依降水分为旱雨季。风向随季节有明显转变
亚热带 亚热带季风气候 大致在北纬25°~35°之间亚欧大陆东岸 冬季盛行偏北风,温和干燥。夏季盛行偏南风,高温多雨 亚欧大陆与太平洋间的海陆热力差异
亚热带 亚热带地中海气候 大致在南北纬30°~40°之间大陆西岸 冬季温和多雨,夏季高温干燥;年降水量300~1000mm左右 受副高和西风带的交替控制。夏季受副高控制,冬季受西风带影响
温带 温带海洋性气候 大致在南北纬40°~60°之间大陆西岸 气温年较差日较差小,终年湿润,冬雨较多。年降水量一般在700~1000mm左右 终年受西风影响;锋面气旋活动频繁
温带 温带大陆性气候温带季风气候 大致在40°N~60°N之间大陆内部大致在35°N~55°N之间亚欧大陆东岸 气温年较差日较差大,终年干旱少雨冬季盛行偏北风,寒冷干燥;夏季盛行偏南风,高温多雨年降水量一般在500~600mm左右 距海洋较远,终年受大陆气团控制亚欧大陆与太平洋间的海陆热力差异
亚寒带 亚寒带大陆性气候 主要分布在北极圈附近 冬季漫长严寒,夏季短促,降水少,集中在夏季
寒带 极地苔原气候 主要分布在北冰洋沿岸 全年皆冬,最热月气温不超过5℃;降水少,多云雾
寒带 极地冰原气候 主要分布在南极大陆和格陵兰岛内陆地区 全年酷寒,月均温均在0℃以下,降水稀少。
高原气候和山地气候 山地高原地区 气温、湿度、风力等随高度增加变化明显
6.气象灾害及其防御。大气对人类的生命财产和经济建设等造成的直接或间接的损害,称为气象灾害。主要的气象灾害有台风、暴雨、洪涝、干旱、寒潮等。
(1)台风。热带或副热带洋面上热带气旋中心附近最大风力≥12级的称为台风或飓风,是由热带气旋强烈发展而成。在西北太平洋上形成的称台风,在印度洋和大西洋上形成的称飓风。台风灾害由强风、特大暴雨和风暴潮造成。亚洲东部、南部和北美洲东海岸国家受灾频繁。我国是世界上受台风影响最大的国家之一。加强台风的监测和预报,是减轻台风灾害的重要措施。
(2)暴雨洪涝。连续性的暴雨和短时间的大暴雨会带来严重的洪涝灾害。
1)降雨的等级:24小时降雨量是50~99.9mm,为暴雨;100~249.9mm为大暴雨;不小于250mm为特大暴雨。我国的暴雨除西部沙漠地区外,普遍存在,大暴雨和特大暴雨主要发生在南方和东部地区。
2)暴雨的形成条件:需要源源不断的水汽供应;强烈的上升运动;形成降水的天气系统持续较长时间。
3)发生地区:全球范围普遍发生。亚洲是每年全球洪水发生最多的地区。
4)预防措施:利用气象卫星的监控,提高暴雨预报的准确率,并结合防洪措施。
(3)干旱。因长时间降水偏少或无降水造成的空气干燥、土壤缺水的一种现象。干旱是一个突出性的世界问题。
(4)寒潮。由强冷空气迅速入侵造成大范围的剧烈降温,并伴有大风、雨雪、冻害等现象,这样的冷空气过程称为寒潮。寒潮是我国冬半年主要的气象灾害。目前,除了提前发布准确的寒潮消息,提醒有关部门作好防风、防寒的准备外,对寒潮仍无有效的防御方法。
7.人类活动对气候的影响。
(1)二氧化碳的“温室效应”,导致全球变暖。全球变暖,将导致海平面上升。同时,全球变暖,气温升高,蒸发加强,造成世界各地区降水和干湿状况的变化,进而导致各国经济结构的变化。
(2)排入大气的氯氟烃,严重破坏臭氧层。臭氧减少,射向地面的紫外线辐射增多,会危及人体健康;对生态环境和农林渔业造成破坏。并因氯氟烃也是温室气体而引起温室效应,可能导致世界气候变暖。
(3)排入大气的酸性气体,造成酸雨危害。目前人们一般把pH值小于5.6的雨水称为酸雨。酸雨的形成主要由于燃烧石油、天然气和煤等,不断向大气中排放二氧化硫和氧化氮等酸性气体所致。我国的酸雨主要来自燃烧煤释放出的二氧化硫(约占全国二氧化硫排放量的90%),酸雨以硫酸型酸雨为主。酸雨区集中在东南部地区,占我国面积的40%。酸雨会造成水体、土壤酸化,影响生物生长繁殖;危害森林;腐蚀建筑物;危及人体健康等危害。
(4)城市热岛效应。由于城市人口集中,工业发达,人们日常集中的生产和生活活动每天要消耗大量的化石燃料,释放出大量人为热量,导致城市的气温高于郊区,使城市犹如一个温暖的岛屿,人们称之为城市“热岛效应”。通常,城市的年均气温比郊区高出0.5~1℃。当大气环流微弱时,由于城市热岛效应的存在,引起空气在城市上升,在郊区下沉,在城市与郊区之间形成小型热力环流,称为城市风。
(三)地球上的水。
1.自然界的水循环及其意义。
(1)水循环的概念:自然界的水,在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈中通过蒸发、输送、降水、径流等各个环节连续运动的过程,叫水循环。
(2)按水循环发生的空间领域可以分为海陆间循环、内陆循环和海上内循环三大类。
1)海陆间循环:是指海洋水与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互转移运动。海陆间循环是最重要的水循环类型,它使陆地水得到补充,使水资源得以再生。
2)内陆循环:陆地与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互转移运动。
3)海上内循环:海洋与海洋水之间通过一系列过程所进行的相互转移运动。
(3)水循环的意义。
1)将水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈层联系起来,并在它们之间进行能量交换;
2)水在运动中夹带溶解物质和泥沙而使物质迁移;
3)使大气降水、地表水、地下水、土壤水之间相互转化,使水资源形成不断更新的统一系统。
2.水平衡原理。
某个地区在某一段时期内,水量收入和支出的差额,等于该地区的储水变化量。各区域的水平衡方程式:外流区域:P0 =E0 +R0 内流区域:P0 =E0 海洋:P0 =E0 -R0 全球:P0 =E0 (用P0 代表多年平均降水量、E0 代表蒸发量,R0 代表径流量)
3.海洋水。
(1)海水的盐度。
1)海水的盐度。1千克海水中所含溶解的盐类物质的总量叫海水的盐度。
2)海洋表层盐度分布的规律。从南北半球的副热带海区分别向两侧的高纬度和低纬度递减。世界大洋的平均盐度约为35‰;世界上盐度最高的海区在红海,盐度超过40‰,世界上盐度最低的海区在波罗的海,盐度不超过10‰。3)影响海洋表层盐度分布的因素。①气候。南北回归线附近降水少,蒸发量大于降水量,海洋表层盐度最高;赤道附近降水丰沛,降水量大于蒸发量,盐度稍低。②洋流。暖流的海水盐度较高,寒流的海水盐度较低;在同纬度地带,暖流经过的海区,盐度偏高,寒流经过的海区,盐度偏低。
(2)海水的温度。影响海水温度的因素和变化规律:
1)太阳辐射的影响,同一海区的水温随季节变化而变化;不同的海区水温随纬度的高低而有所不同。
2)受洋流的影响,暖流流经的海区较同纬度的海区水温偏高;寒流流经的海区较同纬度的海区水温偏低。
3)受深度的影响,同一海区水温因深度的改变而变化。一般1 000米以上变化幅度较大,1 000米以下水温变化很小。
(3)洋流。
1)洋流。海洋表层的海水,常年比较稳定地沿着一定方向作大规模的流动,叫洋流,又叫海流。
2)洋流的成因。形成洋流的主要因素是稳定的定向风,其次是海水密度的差异及海水的补偿作用等。此外,地转偏向力、海陆轮廓和岛屿的分布等,都能改变洋流的方向。
3)洋流按成因不同,可以分为风海流、密度流和补偿流等类型。①风海流。盛行风长期作用于海面所形成的稳定洋流叫风海流。风吹过海面时,风对海面的摩擦力以及风对海浪迎风面施加的压力,迫使海水向前移动。表面海水一旦开始流动,地转偏向力和摩擦力马上发生作用。表面海水在风力、地转偏向力和下层海水的摩擦力以及风对海浪迎风面施加的压力,迫使海水向前移动,便形成风海流。表面海水在风力、地转偏向力和下层海水的摩擦力取得平衡时,海流处于稳定状态,以相等的速度向前流动,此时的海流就是风海流。②密度流。由于各海区海水的温度、盐度和压力在水平方向上的分布不同,造成海水密度水平方向上不均匀分布引起等压面倾斜而产生的海流,称为密度流。③补偿流。海水具有连续性和不可压缩性的特点,某一海区的海水因风力或密度差异等原因流走后,相邻海区的海水就流来补充,称为补偿流。补偿流有水平的与垂直的。垂直补偿流又可分为上升流和下降流。
4)世界洋流分布规律。①在中、低纬度海区,形成以副热带为中心的大洋环流。受地转偏向力的影响,这种大洋环流在北半球呈顺时针方向流动,在南半球呈逆时针方向流动。②在北半球中、高纬度海区,也有大洋环流,呈逆时针方向流动。③南极大陆的外围,陆地很少,海面广阔。南纬40°附近海域终年受西风影响,形成西风漂流。④北印度洋海区,由于受季风的影响,洋流具有明显的季节变化。冬季盛行东北风,海水向西流,洋流呈逆时针方向流动;夏季盛行西南风,海水向东流,洋流呈顺时针方向流动。
5)洋流对地理环境的影响。①对全球热量平衡的影响。促进高、低纬度之间热量的输送与交换,影响气候的形成与分布。②对海洋生物分布的影响。洋流能散布生物的孢子、卵、幼体和许多成长的个体。洋流的分布与渔场的分布关系密切。③对海洋污染的影响。洋流能带走污染物,加快净化速度;同时也污染了别的海域,扩大了污染的范围。④对航海事业的影响:海轮顺洋流流向航行速度快,可节省燃料。
4.海洋资源的开发和利用。
(1)海洋资源的类型及人类开发和利用状况。
1)目前人类开发利用的海洋资源,主要有:海洋化学资源、海洋生物资源、海底矿产资源和海洋能源四种类型。
2)开发和利用。①海洋化学资源。海水中已发现的化学元素有80多种。目前,开发达到工业规模的有食盐、镁、溴、淡水等。②海洋生物资源。海洋中有20多万种生物,其中动物18万种,包括16 000多种鱼类。海洋中由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源,除了直接捕捞供食用和药用外,通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。③海底矿产资源。在大陆架浅海海底,埋藏着丰富的石油、天然气以及煤、硫、磷等矿产资源。在近岸带的海滨砂矿中,富集着砂、贝壳等建筑材料和金属矿产。在多数海盆中,广泛分布着深海锰结核,它们是未来可利用的潜力最大的金属矿资源。④海洋能源资源。海水中蕴藏着巨大的能量,它们属于可再生能源,而且没有污染。现在,具有商业开发价值的是潮汐发电和波浪发电。
(2)海洋空间利用:海洋空间利用已从传统的交通运输,扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。
(3)海洋对交通运输和通信的影响。
1)海洋交通运输方面包括海港码头、海上船舶、航海运河、海底隧道、海上桥梁、海上机场、海底管道等。海洋运输从近海到远海,人类开辟了世界大洋重要的航道,人类已经能够将船舶驶入世界任何海域。
2)海洋通信通过海底电缆可以联系世界各大洲的国家和地区。
(4)围海造陆:在近岸浅海水域用砂石、泥土和废料建造陆地,通过海堤、栈桥或海底隧道与海岸连接,形成人工岛。世界上一些沿海发达国家如:日本、美国、法国、荷兰等都已建造了人工岛。
5.海洋环境保护和海洋权益。
(1)海洋污染:海洋污染物绝大部分来自于陆地上的生产过程。工业生产过程中排放在废弃物是海洋污染物的主要来源,它们集中在大型港口和工业城市附近;核电站和工厂排出的冷却水,水温较高,流入河口或海中时往往给海洋生物带来影响;施入农田的杀虫剂随雨水流进河流,或者随土壤颗粒在河口附近淤积,最终进入海洋;偶发性的海上石油平台和油轮事故,引起石油渗漏和溢出,造成海洋污染。
(2)海洋生态破坏:人类的生产活动,以及自然环境的变化,都会使海洋生态环境遭到破坏和改变;人类对某些海洋生物的过度捕捞,导致海洋生物资源数量减少,质量降低,也使部分物种濒临灭绝。
(3)海洋权益:国际社会经过二十多年的努力通过了《联合国海洋法公约》,并于1994年11月16日正式生效。
6.陆地水。
(1)河流水(表9—10)。
表9—10 五种河流补给类型比较表
补给类型 水源 补给季节 补给特点 主要影响因素 主要分布地区(我国)
雨水补给 雨水 一般以夏秋两季为主 时间集中;不连续;水量变化大。 降水量的多少;降水的季节分配;降水的年际变化。 普遍,尤其以东部季风区为主。
季节性积雪融水补给 积雪融水 春季 有时间性;有不连续;水量比较稳定。 气温的高低;积雪的多少;地形状况。
东北山区永久性积雪和冰川补给 积雪和冰川融水 春季和夏季;主要在夏季 有时间性;随气温升高补给增多,有明显的日、年变化;水量较稳定。 气温的高低与变化;积雪和冰川储量的多少。
西北和青藏地区湖泊水补给 湖泊水 全年 较稳定;对径流有调节作用。 取决于湖泊和河流相互的位置;湖泊水的多少。 普遍
地下水给补 地下水 全年 稳定;一般与河流有互补作用。 地下水补给区降水量多少;地下水与河流的水位相互位置的关系。 普遍

(2)冰川(表9—11)。
表9—11 冰川类型比较表
类型 大陆冰川 山岳冰川
形成原因 因纬度高、气温低 因地势高、气温低
主要特点 面积大、厚度大、呈盾形 面积小、厚度小、呈条舌状
主要分布地区 南极大陆和格陵兰岛 亚洲大陆和南、北美洲大陆一些高山地区的山岭上部

(3)地下水。
1)地下水的来源。①大气降水降落到地表以后,其中一部分渗透到地下的土层和岩石空隙里,形成地下水。②在干旱的沙漠地区,空气中的水汽直接凝结成地下水。③岩浆在地壳中上升时,随着温度和压力的降低,分异出来的氢气和氧气,直接结合成温度较高的热水。
2)含水层和隔水层。①含水层。透水性能很好的岩层和土层,地下水容易进入空隙,使空隙充满水并且容易从空隙渗出的岩层和土层就是含水层。②隔水层。透水性能差的岩层和土层,由于空隙小,地下水很不容易从这一层渗透过去,形成隔水层。
3)潜水与承压水(表9—12)。
表9—12

下水类型 潜水 承压水
定义 埋藏在第一个隔水层以上、具有自由水面的地下水 埋藏在上下两个隔水层之间,承受一定压力的地下水
补给方式 主要由潜水分布区的大气降水和地表水补给 在补给区由大气降水和地表水转化为潜水补给
地下水运动 具有自由水面,潜水从地热高处向低处渗流 受静水压力,具有承压水位。承压水从补给区经承压区向排泄区流动
天然排泄方式 垂直排泄和水平排泄 在排泄区转化为潜水,出露为泉或地表水
埋藏深浅 埋藏较浅 埋藏较深
水质和水量 水量不稳定,水体易受污染,水质一般较差 水量比较稳定,水体不易受污染,水质一般较好
循环周期 较短 较长

(四)地壳和地壳变动
1.地球的内部圈层。
(1)地球内部圈层的划分依据。人们把地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层。
(2)地壳内部圈层的主要特征。
1)地壳。地壳是指地面以下莫霍面以上很薄的一层固体外壳,它主要由各种岩石组成。地壳的厚度不均,其平均厚度为17千米,大陆地壳平均厚度为33千米,海洋地壳平均厚度为6千米。
2)地幔。地幔位于莫霍面以下至古登堡面以上。地幔为固体物质,主要成分是铁镁的硅酸盐类。地幔又有上地幔和下地幔之分。上地幔比较复杂,上地幔顶部由岩石组成,而上地幔上部存在一个软流层(圈),一般认为这里是岩浆发源地之一。地壳和上地幔顶部(软流层以上),是由岩石组成的,合称为岩石圈。
3)地核。从古登堡面至地球的核心是地核。地核又可分成外核和内核两个部分。地下2 900千米~5 000千米深处为外核。外核的物质接近液体,横波不能通过。5 000千米以下的深部是内核,内核的物质为固态。据推测,地核的物质成分以铁镍为主,并含少量较轻元素。
2.地壳的结构和物质组成。
(1)地壳的化学组成。地壳中有90多种自然存在的化学元素,其中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等元素的含量,约占地壳总重量的97.13%。地壳中含量最多的元素是氧,约占地壳总含量的一半;其次是硅,约占四分之一强。
(2)地壳的结构。地壳分为上下两层,上层叫硅铝层,下层叫硅镁层。硅铝层的成分主要是硅、铝,这层的化学成分及某些物理性质与花岗岩极为相似,所以又叫花岗岩层。硅镁层中的硅、铝成分相对减少,镁、铁成分增多,这层的化学成分及某些物理性质与玄武岩相似,所以又叫玄武岩层。硅铝层在大洋地壳中很薄,甚至缺失,硅镁层则普遍存在。地壳厚度的不均和硅铝层的不连续分布状态,是地壳结构的主要特点。
(3)矿物。地壳中化学元素,在一定的地质条件下,结合成具有一定化学成分和物理性质的单质或化合物,就是矿物。
(4)岩石。由一种矿物或几种矿物组成的集合体,叫做岩石。岩石按其成因可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
(5)矿产和矿床。在岩石形成过程中,一些有用矿物在地壳中或地表富集起来,达到工农业利用的要求,就是矿产。在一定地质作用下,矿产的富集地段,称为矿床。矿床按成因可分为内生矿床、外生矿床、变质矿床三大类。
(6)地壳物质的循环。地壳内部的岩浆,经过冷却凝固形成岩浆岩。岩浆岩受到流水、风、冰川、海浪等侵蚀、搬运、堆积作用,形成沉积岩。同时,这些已生成的岩石,在一定温度和压力等作用下发生变质,形成变质岩。各类岩石在地壳深处或地壳以下发生重熔再生作用,又成为新的岩浆。从岩浆到形成各种岩石,又到新岩浆的产生,这个变化过程称为地壳物质的循环过程。
3.地壳运动。
(1)地壳的变化和地质作用。地壳自形成以来,本身的物质与能量不断地发生循环和转化,使地壳结构及其表面形态也不断地发生变化。我们今天所见到的地表形态,仅是地壳漫长发展历史中的一个镜头。地球上由于自然界的原因,引起地壳的表面形态、组成物质和内部结构发生变化的作用,称为地质作用。地质作用按其能量来源,可以分为内力作用和外力作用。内外力作用的比较见表9—13。
表9—13 内外力作用的比较
分类 能量来源 主要表现形式 对地表形态的影响 内外力作用的关系
内力作用 来自地球本身,主要是放射性元素衰变产生的热能 地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震等 形成高山或盆地,使地表变得高低不平。一般说来,内力作用对地壳的发展变化起主导作用。 内力作用与外力作用互相影响,互相制约。它们总是同时从相反“方向”改变着地表形态。今天的地表形态,是内外力长期共同作用的结果。
外力作用 来自地球外部,主要是太阳辐射能,其次是重力能 风化作用、侵蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用等 把高处削低,把低处填平。使起伏不平的地表趋于平坦。
(2)地壳的水平运动和升降运动。地壳运动是内力作用的一种主要表现形式。地壳运动按性质和方向,可以分为水平运动和升降运动(表9—14)。
表9—14 水平运动和升降运动的比较
分类 岩层运动方向 对地表形态的影响
水平运动 岩层沿平行于地球表面方向运动 使岩层发生水平位移或弯曲变形,常常造成巨大的褶皱山系。
升降运动 岩层作垂直于地球表面方向运动 使岩层表现为隆起或拗陷,从而引起地势的高低起伏和海陆变迁。

(3)地质构造。由地壳运动引起的地壳变形、变位,称为地质构造。它是研究地壳运动的性质和方式的依据。地质构造的基本类型有褶皱和断层。
1)褶皱。岩层受力发生弯曲变形,一个弯曲叫褶曲,一系列褶曲即波状弯曲变形,叫做褶皱。褶曲有两种基本形态,即背斜与向斜(表9—15)。
表9—15 背斜与向斜比较表
褶曲类型 岩层形态 岩层新老关系 地形(构造与地形一致) 地形(地形倒置)
背斜 一般是岩层向上拱起 中心部分岸层较老,两翼岩层较新 成山岭 成谷地
向斜 一般是岩层向下弯曲 中心部分岩层较新,两翼岩层较老 成谷地 成山岭
2)断层。岩石受力破裂,并沿断裂面有明显相对位移的断裂构造,称为断层。在自然界,断层的分布不是孤立的,在一个地区常出现多个断层,并以一定的形式组合起来,比较常见的组合类型有地垒和地堑(表9—16)。
表9—16 地垒和地堑比较表
类型 含义 地表形态 举例
地垒 两条或两条以上性质相似的断层大致平行分布,中间的岩块相对上升,两侧的岩块相对下降,相对上升的岩块称为地垒。 常形成块状山地 我国的庐山、泰山等
地堑 两条或两条以上性质相似的断层大致平行分布,中间的岩块相对下降,两侧的岩块相对上升,相对下降的岩块称为地堑。 常形成狭长的凹陷地带 东非大裂谷、我国陕西的渭河平原和山西的汾河谷地

4.全球构造理论———板块构造学说。
(1)大陆漂移说。
1)基本内容。1912年,德国地球物理学家魏格纳提出了“大陆漂移学说”。他认为二三亿年前,地球上只有一块联合古陆,它的周围是一片广阔的海洋。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。较轻的硅铝层组成的陆块浮在较重的硅镁层上漂移,逐渐形成了现在的海陆分布。
2)大陆漂移的证据。大陆轮廓相吻合 大西洋两岸的南美洲与非洲大陆大致吻合,南美洲、非洲、欧洲、北美洲、格陵兰岛都可拼合起来。地质构造相似 大西洋两岸的地质构造、地层大致相似。古气候、古生物相似 南美洲、非洲、印度半岛、澳大利亚等地的古气候、古生物很相似,但在中生代以后则显著不同。这证明这些大陆过去曾连在一起,后来才逐渐分开。另外,还有古地磁方面的证据等。
(2)海底扩张学说。
1)基本内容。60年代初,一些科学家提出了“海底扩张学说”,它是“大陆漂移学说”的发展。学说认为海岭是新的大洋地壳诞生处,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。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,使海底不断更新扩张。当扩张着的大洋地壳遇到大陆地壳时,便俯冲到大陆地壳之下的地幔中,逐渐熔化而消亡。
2)海底扩张学说的证据。50年代以来,人们利用放射性同位素测定海底岸石年龄,发现海底岩石年龄很轻,一般不超过2亿年。而且岩石离海岭(又叫大洋中脊)愈近,年龄越轻,离海岭越远,年龄越老,并在海岭两侧呈对称分布。
(3)板块构造学说。
1)基本内容。认为地球的岩石圈不是整体一块,而是被一些构造带,如海岭、海沟等,分割成许多单元,叫做板块。全球岸石圈分为六大板块:亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块和南极洲板块。大板块又划分为若干小板块。板块漂浮在“软流层”之上,处于不断运动之中。一般说来,板块内部地壳比较稳定,而板块与板块之间的交界处,是地壳比较活动的地带。板块相对移动而发生的彼此碰撞或张裂,形成了地球表面的基本面貌。在板块张裂的地区,常形成裂谷或海洋。如东非大裂谷、大西洋。当大洋板块与大陆板块相碰撞时,大洋板块向大陆板块下面俯冲的地方,常形成海沟;大陆板块受挤压上拱隆起形成岛弧或海岸山脉。如太平洋西部边缘的深海沟、岛弧链,北美洲西部海岸山脉等。当两个大陆板块相碰撞时,则形成巨大的山脉,如喜马拉雅山。
2)板块构造学说的应用。现在人们用板块构造学说解释火山、地震的形成、分布以及矿产的形成和分布等。
5.地球内能的释放:地热、火山、地震。
(1)地热。
1)地热资源及其分布。地球内部有巨大的热能。地热最经常的释放形式是地热流。分散的地热在一定地质条件下富集起来,就成为可利用的地热资源。地热资源分布不均,绝大多数分布在板块构造的边缘地带———环太平洋和地中海———喜马拉雅带。
2)地热能的利用。地热是一种取之不竭的清洁能源,对于减少环境污染尤其重要,是一种有发展前途的能源。目前,地热已被用于采暖、育种、温室、发电等方面。世界已有100多个国家在利用地热资源。冰岛的首都雷克雅未克因全部用地热采暖而被称为“无烟城市”。
(2)火山。
1)火山的构造。地球内部岩浆喷出地表,在地面堆积成的山称为火山。典型的火山外形是一种锥形山丘,叫做火山锥。火山锥的顶部有圆洼形的火山口,口下有“通道”(火山管道)与地球内部的岸浆库相通,是岩浆喷出的通道。
2)火山的分类。火山按其活动情况可分为三类:一是在人类历史时期作周期性喷发的火山,叫做活火山;二是在人类历史以前喷发过,迄今为止没有重新喷发过的火山,叫做死火山;三是在人类历史时期长期熄灭的火山,有时又突然喷发,这叫做休眠火山。
(3)地震。
1)地震的发生。地震一般指岩石圈的天然震动。地震按其成因可分为构造地震和火山地震。其中构造地震影响最大。岩层发生断裂引起地震的地方叫震源,和震源相对应的地面上的点叫震中。地震时,首先到达地面的是纵波,人们会先感到上下颠簸,接着横波传来又感到前后、左右摇晃。
2)震级和烈度。地震释放能量的大小通常用震级来表示,地震释放的能量越大,震级越大。一般说来,3级以下的地震,人无感觉,称为微震。5级以上的地震,会造成不同程度的破坏,称为破坏性地震。地面受到地震影响和破坏的程度用烈度表示。一次地震只有一个震级,但不同地区烈度可能不同。因为烈度大小同震级、震中距离远近等有直接关系,还同震源深浅、地质构造、地面建筑等有关。
3)地震的分布规律。从世界范围看,地震主要集中分布在环太平洋和地中海———喜马拉雅山脉板块交界的地带。
6.外力作用与地表形态的变化。
(1)外力作用的主要表现形式(表9—17)
表9—17
表现形式 概念 方式 对地表的影响
风化作用 岩石在地表或接近地表的地方,在温度变化、水、大气及生物的影响下发生的破坏作用 物理风化、化学风化、生物风化 产生的风化物残留在地表,形成风化壳
侵蚀作用 风力、流水、冰川、波浪等对地表岩石及其风化产物的破坏作用(风蚀;流水的机械侵蚀、化学溶蚀;冰川侵蚀;海浪侵蚀) 风蚀洼地、风蚀柱、风蚀蘑菇等;谷底和河床加宽加深、V形谷地面趋于破碎如黄土高原的千沟万壑、喀斯特地貌等冰斗、角峰、U形谷等破坏海岸,形成海蚀柱、海蚀崖等。
搬运作用 风化、侵蚀的产物,被风、流水、冰川、海浪等转移离开原来位置的作用 风力搬运、流水搬运、冰川搬运 干旱、半干旱地区、海滨地区风力搬运作用强烈,湿润、半湿润地区流水搬运作用大
沉积作用 岩石风化和侵蚀的产物在外力搬运途中,由于风速和流速的降低、冰川融化以及其他因素的影响,导致物质的逐渐沉积 流水沉积、风力沉积、冰川沉积 冲积平原、河口三角洲、沙丘、沙漠等
固结成岩作用 沉积物经过物理的、化学的以及生物化学的变化和改造,变成坚硬的岩石

(2)人类活动与地表形态。不同的地表形态对人类活动有很大影响,而人类活动也在一定程度上改变着地表形态。如果人类活动遵循自然规律,则对地表形态的改变产生积极的影响。如填海造陆、开挖河道、修建水库等是趋利避害的措施。如果人类活动违背自然规律,对地表形态的破坏就会产生消极有害作用。
7.地壳的演化。
(1)地层与化石。地壳在发展过程中形成了各个时代的地层。正常情况下,地层是按顺序排列的,老的在下,新的在上,呈水平状态。在地层倾斜甚至层序颠倒、缺失时,可用化石来确定地层的时代和顺序。化石是经过地质作用石化而保留在地层中的古生物遗体或遗迹。
(2)地壳的演化(见表9—18)。
表9—18
代 距今年代(亿年) 地壳运动或岩浆活动 地表状况 生物进化阶段动物界 生物进化阶段植物界 形成的矿产
新生代第四纪 现在~0.7亿年 趋于稳定 第四纪冰期出现,海面下降 出现了人类 子植物繁盛 石油
新生代第三纪 现在~0.7亿年 喜马拉雅运动 与现代接近 哺乳运动 被子植物繁盛 石油
中生代 0.7亿年~2.5亿年 环太平地壳运动剧烈 我国大陆轮廓已基本形成 1.爬行运行盛行———恐龙2.出现了始祖鸟 裸子植物繁盛 金属矿石油煤炭
古生代2.5亿年~6亿年 地壳升降运动剧烈 亚欧大陆和北美大陆雏形已基本形成;我国东北、华北已成陆地 后期:两栖类中期:脊椎动物———鱼类;早期:海生无脊椎动物繁盛(三叶虫、珊瑚等) 蕨类植物繁盛 煤炭
元古代 6亿年~25亿年 地壳运动剧烈 海洋占绝对优势,晚期出现了若干大片陆地 原始生物时代(海生藻类、海绵等)
太古代 25亿年以前 岩浆活动剧烈、火山活动频繁 海洋广阔,没有宽广的大陆,只有一些火山岛 最原始生命体形成 铁矿
(五)地球上的生物圈和自然带
1.生物与地理环境。
(1)生物圈。生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总称。它占有大气圈的底部,水圈的全部和岩石圈的上部,厚度约为20多千米。绝大部分生物集中在地面以上100米到水面以下200米这一薄层里,这一范围是生物圈的核心部分。
(2)生物在地理环境形成中的作用。
1)绿色植物能够通过光合作用,把周围环境中的无机物合成有机物,同时把太阳能转变为化学能,贮藏在有机体中。
2)现今地球大气的成分,是生物生命活动参与的结果。
3)地表水和地下水的化学成分在相当大的程度上也受有机体的生命活动所制约。生物在陆地上出现以后,还加快了岩石的风化,促进了土壤的形成。生物的出现,不仅使自然界中的化学元素进行了迁移,而且改造了大气圈、水圈和岩石圈,从而使地球面貌发生了根本的变化。
(3)植物的分布与环境。影响植物分布最重要的条件是气候,因为气候条件决定了植物所得的热量、光照和水分的数量。热量是决定植物分布的重要因素。从赤道到两极、从山麓到山顶,热量分布都不均匀,这就为不同地区形成各种不同的植物带奠定了基础。光照是绿色植物生长的必要条件。只有在太阳光的照射下,绿色植物才能够进行光合作用,把无机物制造成有机物。水分对植物生长的作用很大。提供营养的无机盐类,只有成分水溶液才能从土壤中输入植物体内。由于植物生长对周围环境的依赖性很大,因此它对其生长的环境往往有明显的指示作用。例如:铁芒萁指示红壤等酸性土壤环境;碱蓬则指示盐碱性土壤环境;骆驼刺反映干旱环境;芦苇反映了水湿环境。
2.生态系统和生态平衡。
(1)生态系统。
1)生态系统的概念。由生物群落及其无机环境所构成的自然界的任何部分,只要其中生物和它们的无机环境之间进行连续的能量和物质交换,就叫做生态系统。最大的生态系统可算是整个地球生物圈。
2)生态系统的组成。生态系统由四部分组成:①非生物环境。它是指生物赖以生存的大气、江河、湖海和土壤等环境。是由生物以外的一切无生命的物质和能量,如光、热、氧、二氧化碳、水、各类无机盐和氨基酸等组成。为生物提供生存条件和空间。②生产者。主要指制造有机物的绿色植物。它能合成有机物并转化、固定太阳能。③消费者。指各种动物。它们直接或间接利用绿色植物制造的有机物质来生活,以食物链的形式传递物质和能量。④分解者。指细菌、真菌、放线菌等微生物。其作用在于分解有机残体并归还给环境。生态系统的四个组成部分是互相联系、互相依存的,每个因素都受周围因素的影响,同时也反过来影响其他因素,共同构成一个生态系统的整体。
3)食物链与食物网。不同生物之间围绕着食物所发生联系的途径,好象是一个由食物组成的链条,叫做食物链。在一个大范围的生态系统中,有许多条食物链,各种食物链彼此联系,交错成网,形成复杂的食物网。食物链是生态系统中各类生物之间相互联系的纽带,是生态系统中物质和能量流通的渠道。食物链的起点是绿色植物,传递的第一环节是植食动物,接下来是肉食动物,在动物中传递,遵循“弱肉强食”的原则。也可以说,食物链是由“食”与“被食”的关系所组成,用“被食者”→“食者”。食物链必须环环相扣,才能使能量和物质顺利地流动、转移。生态系统处在不断地运动、变化、发展之中,其运动的实质是进行着物质的循环和能量的流动。
4)生态系统中能量流动过程和特点。①生态系统中的能量最初来自太阳能,它通过绿色植物的光合作用进入生态系统。然后转移给各级消费者。②能量通过食物链在生态系统中是单向流动的:能量在沿着食物链流动时,生态系统内部的有机体组成部分即生产者、消费者和分解者通过呼吸作用,把一部分能量输出到生态系统外。另一方面,动物死亡后,被分解者分解成简单的无机物,有机物中的化学能也转化为热能散失到环境中。这些输出到生态系统外的能量和散失到环境中的能量,都不能被生态系统重新利用。因此,能量通过食物链在生态系统中是单向流动的。③能量在沿食物链的营养级流动时,是逐级递减的:生态系统中的能量,不断沿着生产者、植食动物、肉食动物的食物链逐级流动。食物链上的每个环节可视为一个营养级。每个营养级上的生物都要把从前一个营养级所获得的能量的大部分用来维持自己的生存和繁殖,约10%~20%的能量可流通到下一个营养级。因此,前一级的能量只能维持后一级少数生物的需要,愈向食物链的后端,生物体的数目就越少。能量沿着食物链流动时,是逐级递减的,呈金字塔型的营养级关系。④能量流动“十分之一”法则的实践意义。为了充分利用植物固定的能量,改善人类的营养状况,要尽量建立能量消耗少的食物链。其途径有:尽量缩短食物链。因为食物链越长,所得越少,故缩短食物链,可提高产量。培养固定能量效率高的农畜和作物新品种。
5)生态系统中的物质循环。生态系统中的物质循环是指营养物质的生物循环。营养元素(碳、氢、氧、氮、磷等)首先是以矿物质的形式被植物从周围空气和土壤中吸收,然后以有机分子的形式从一个营养级传递到下一个营养级,生物体死后再由分解者把生物遗体分解为简单的无机物质,并把它们归还到环境中去,重新被生物所利用,完成营养物质的生物循环。生态系统中的物质循环流动、周而复始,从而维持着生物圈营养物质的收支平衡。
(2)生态平衡。生态系统发展到成熟阶段,物质和能量的输入和输出处于相对稳定状态,即系统中生产、消费和分解过程处于相对平衡状态,叫做生态平衡。表现:生态系统中动、植物的种类和数量的相对稳定。特点:由于生态系统的四个组成部分是不断发展和变化的,故生态平衡是暂时的、相对的动态平衡。不平衡状态是常见的、绝对的,自然界有自我调节能力,能够不断实现新的平衡。生态系统总是在不平衡———平衡———不平衡的发展过程中进行着物质和能量的交换,推动着自身的变化和发展。
4)人类活动与生态平衡。人类的生产、生活活动对生态系统和生态平衡不断地施加影响和干预,它既可以促进生态系统的发展,也可以削弱甚至破坏生态平衡。我们要充分地认识到,打破平衡并非是一件坏事,人类应当运用自己的智慧,依据生态系统的自然规律,不断建立适应自身发展需要的新的生态平衡。
3.自然带。
(1)地理环境的整体性的区域分异。地球表面的地形、气候、水文、生物、土壤等要素,通过密切的相互作用,共同组成了综合的地理环境。地理环境各要素的相互联系、相互制约和相互渗透,构成了地理环境的整体性。但是,各个地区又存在着地域分异。各个地区由于所处的纬度位置和海陆位置互不相同,分别有一定的热量和水分的组合,以及有代表性的植被和土壤类型,并且占有一定的宽度,在地球上呈长带状的分布,这叫做自然带。各自然带有规律地分布在地球表面上。
(2)陆地上的自然带(表9—19)。
表9—19
陆地自然带 气候类型 典型植被 典型动物 典型土壤
低纬度 热带雨林带 热带雨林气候 热带雨林 猩猩,河马 砖红壤
热带季雨林带 热带季风气候 热带季雨林 象,孔雀 砖红壤性红壤
热带草原带 热带草原气候 热带草原 长颈鹿,羚羊 燥红土
热带荒漠带 热带沙漠气候 热带荒漠 袋鼠,沙漠狐 荒漠土
中纬度 亚热带常绿硬叶林带 地中海气候 亚热带常绿硬叶林 阿尔卑斯山羊,(tiɑn)鹿 褐土
亚热带常绿阔叶林带 亚热带季风气候和季风性湿润气候 亚热带常绿阔叶林 猕猴,灵猫 红壤
温带落叶阔叶林带 温带季风气候温带海洋性气候
温带落叶阔叶林 松鼠,黑熊 棕壤,褐土
温带草原带 温带大陆性气候 温带草原 黄羊,旱獭 黑钙土
温带荒漠带 温带大陆性气候 温带荒漠 双峰驼,子午沙鼠 荒漠土
高纬度 亚寒带针叶林带 亚寒带针叶林气候 亚寒带针叶林 驼鹿,紫貂 灰化土
寒带苔原带 寒带苔原气候 苔原 驯鹿,北极狐 冰沼土
极地冰原带 寒带冰原气候 冰雪裸地 北极熊,海豹 未发育

(3)自然带的分布规律。
1)地带性分布规律。①纬度地带性。各自然带沿着纬度变化的方向作有规律的更替,或者说每个地带与纬线大体平行地伸展成条带状的特点,叫做纬度地带性。纬度地带性是以热量为基础的。它实际上是温度和水分条件共同作用下的产物。纬度地带性在高、低纬度表现较为显著。②经度地带性。在中纬地区,从大陆滨海地区往内陆方向显示出各自然地带的逐"

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