2014综自第三章自然地理系统的时间结构.ppt

第一节自然地理系统的发展演化地球历史46亿年，40亿年前为天文时期，40亿年来为地质时期。现代地理环境是长期地质历史演化的结果。一、岩石圈的演化原始地球由一个接近均质的球体，经过地质历史时期的演化，分化为具有复杂圈层结构的现代地球。,第三章自然地理系统的时间演化规律,地球形成之初，是由固体冷物质组成的。在距今19亿-40亿年间，在地球物质积聚过程中，由于放射性元素的蜕变放热，以及原始地球的重力收缩不断产生热量，使地球增温。由刚性变可塑性到重力分异。增温：地球内部物质融化，火山喷发十分频繁，喷溢出大量的岩浆、气体和水蒸气，形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈。,重力作用：较重的铁、镍物质缓漫下沉，向地球内部集中；较轻的硅酸盐类物质向地表集中。分异出：地核、地幔、地壳。,在距今6亿-25亿的元古代，大陆地壳逐渐扩大、增厚，地能对地理系统的作用减弱，太阳能逐渐成为自然地理系统的主要能源。火山活动相对减弱，大气中的CO2浓度降低，游离氧离子增加。生物由原核生物进化为真核生物，单细胞进化到多细胞，异氧生物转化为自养生物，厌氧生物转化成氧化型、大气圈的上层形成臭氧层。,原始地圈主要是由玄武岩（硅镁层）的岩石组成，没有沉积岩。,臭氧吸收紫外线，为生物大量繁殖创造了条件。植物大发展，出现原始动物。造山运动多次发生，使小陆块逐渐拼合为泛古陆。,泛古陆分为北边的劳拉西亚古陆和南边的冈瓦纳古陆。劳拉西亚古陆：北美洲、欧洲和亚洲的大部分地区冈瓦纳古陆：非洲、大洋州、南极洲、南美洲以及亚洲的印度等部分,大约在太古代，地球表面火山海洋在太古代早期（34亿年前），海洋中沉积了条带状的铁矿、砂岩和泥质岩。（沉积岩出现）,太古代晚期，开始出现碳酸盐岩，如白云岩、白云质石灰岩等化学沉积物。但尚无生命有机体。到了元古代，沉积岩中，出现细菌和藻类等有机体的化石。生命出现、发展：由化学沉积生物化学沉积岩地球表层开始生物地球化学循环。,古生代（距今2.3亿年-6亿年）早期，泛大陆分裂，形成冈瓦纳、北美、欧洲和亚洲四个大陆。大陆分裂引起海侵，海生无脊椎动物种类繁多，空前繁盛，海生植物出现向陆生植物过度的迹象，鱼类诞生。,早古生代指整个古生代的前半期，包括寒武纪、奥陶纪和志留纪三个纪，始于距今约5.7亿年，结束于距今约4亿年。早古生代时，地球发生过强烈的构造运动，即地质学家们统称的“加里东运动”。这一时期的地壳运动，使延伸于北爱尔兰、苏格兰和斯堪的纳维亚半岛的北东向格兰扁地槽、西伯利亚的萨彦岭地槽、中国东南部加里东地槽、澳大利亚的塔斯马尼亚地槽及北阿帕拉契亚地槽（古大西洋）形成褶皱山地。加里东运动的完成标志着早古生代的结束加里东运动后，古欧洲和北美合并成一个大陆。,晚古生代地壳运动的总称(海西运动)。由德国海西山得名。其所形成的褶皱带，称海西或华力西褶皱带。海西运动使西欧的海西地槽、北美东部的阿帕拉契亚地槽、欧亚交界的乌拉尔地槽、中亚哈萨克地槽及中国的天山、祁连山、南秦岭、大兴安岭等地槽褶皱回返，形成巨大山系。此时北半球各古地台之间的地槽带变为剥蚀山地。海西运动的完成，标志着古生代的结束。,在晚古生代石炭-二叠纪，鱼类和两栖类动物达到全盛，植物从水生发展到陆生，蕨类植物达到极盛，晚古生代出现骡子植物。世界许多地方都发生了煤的堆积。加里东运动：古欧洲和北美合并；海西运动后，欧美大陆和冈瓦纳大陆合并；晚二叠纪，亚欧大陆形成，古生代再次形成泛大陆。,中生代（距今0.7亿年-2.3亿年）：自晚二叠纪起，泛大陆再次分裂，造山运动强烈。该时期，气候温暖潮湿，裸子植物代替了蕨类植物，爬行类动物一度繁盛之后，又走向灭绝。（侏罗纪恐龙时代）鸟类、哺乳类动物、被指植物欣欣向荣。,新生代时期：强烈的地壳运动，造成了各大洲的高大山系，海陆轮廓显著改观。经过第三纪喜马拉雅构造运动，现代大地貌单元基本形成。环太平洋山系、阿尔比斯-喜马拉雅山系、青藏高原等再喜马拉雅运动期间即已隆起，第四纪以来上升速度和幅度急剧增大。地质地貌环境的变化，引起全球气候、生物、水文等过程的变化。,在地壳演化过程中，风化壳和土壤的形成也在变化：风化作用：由物理风化为主，转向物理风化、化学风化和生物风化相结合。,二、大气圈的发展45亿年前，地球内部的各种气体元素随着火山爆发大量逸出地表，并被地球重力吸附，形成了原始的大气圈。原始大气圈主要由H2O，CO，CO2，N2和CH4等所组成。由于没有游离氧，原始大气处于还原态，与现代大气有本质区别。原始的大气主要成分为H2O，CO2，CO,CH4，NH3等，缺乏O2。,原始绿色植物出现释放的游离氧原始大气出现氧化作用，CO氧化成CO2，CH4氧化成H2O和CO2，HN3氧化成H2O和N2。大气圈中的CO2和N2在不断增加。生物界继续进化和增多，大气中的游离O2和CO2也逐渐增多。,到了距今1910亿年前，原始大气转变成二氧化碳大气。大气中氧含量的增加大气臭氧层的出现大气臭氧层能够吸收紫外线，对生物进化极有意义。,大气中氨的不断氧化和生物固氮，使得氮气含量增加终于成为大气圈的主要成分。总之，大气圈的发展沿着这样一种方向：原始大气二氧化碳大气现代大气。地球现代大气就是氮、氧大气。,三、生物圈的发展1.生命的起源生命起源过程，可分为3个主要阶段：（1）从无机物到简单有机物地壳火山喷发：碳化物过热水汽各种碳氢化合物,碳氢化合物水分子氨分子简单有机物简单有机物质是生命诞生的必备物质。（2）从简单有机物到复杂有机物简单的碳氢化合物紫外线、闪电、放射线、局部地区的热能原始大气中的水蒸气、氢、氨、二氧化碳、氮、硫化氢等低分子的有机物（如氨基酸、脂肪酸、单糖、核苷酸等）。,低分子有机化合物高分子有机化合物（如蛋白质、核酸、多糖等。（3）从复杂有机物到原始生命高分子有机化合物聚合在分子体系产生新陈代谢原始生命,2.生物从海向陆发展原始生物首先出现在海洋中，以后才扩展到陆地上，并占领了海洋、陆地和低层大气的每一个角落，形成了生物圈。生命首先出现在海水的原因：（l）高能紫外辐射对有机体的危害，原始生命只能在5-10米以下水深处发育；（2）海水提供了大量源自陆地的营养物质；（3）海水理化条件比较稳定，有利于生物新陈代谢,3.植物的演化远在距今30亿年前，作为低等植物的蓝绿藻就出现了。到了元古代，不仅蓝藻类大量繁殖，而且出现了绿藻等其他藻类。到寒武纪，陆地上首次出现原始的蕨类植物裸蕨。在志留纪，裸蕨目植物空前发展。到了石岩-二叠纪，植被演变成真蕨植物。蕨类植物主要是靠孢子进行繁殖，对水的依赖性仍然很大。,到了中生代，则成为裸子植物时代，裸子植物是以种子进行繁殖的，能适应于复杂多变的气候条件。最后到新生代，被子植物繁殖，并且出现了各种植被类型。总之，植物演化：藻类蕨类裸子植物被子植物。,4.动物的发展20亿年以前，即太古代时期：单细胞动物（嫌气性微生物和化能营养微生物)元古代:出现无脊椎动物早古生代:无脊椎动物时代古生代：鱼类，泥盆纪：两栖类动物和陆生爬行动物在中生代，爬行动物空前繁盛，并且开始出现原始鸟类和原始哺乳动物。新生代爬行动物的盛世被哺乳动物所取代第四纪，出现了地球生物史一次重大的飞跃：人类由猿类分化出来。,动物发展：从单细胞动物无脊椎动物鱼类两栖类爬行类哺乳动物人类的进化过程整个自然地理系统的演化，是一个从低级向高级，从简单向复杂的不断发展过程。,第二节自然地理系统的节律性,自然地理系统中有许多重复发生的过程和现象，比如昼夜的更替、季节的更替、冰川的进退、海陆的升降，以及生物的生死、物种的盛衰等。我们称之为自然地理系统的节律性。,自然地理系统的节律性可概括为三类型：一是周期性节律二是旋回性节律三是阶段性节律一、周期性节律周期性节律是自然地理过程按严格的时间间隔重复的变化规律。它发生在地球自转和公转及地表光、热、水的周期性变化基础上。,有昼夜更替日周期季节更替年周期1.昼夜节律昼夜变化中，自然地理系统的各种成分、过程及其现象都之变化。动物：活动的日夜规律（黄鼠狼：昼伏夜出）植物光合作用气象要素：温度、气压、风、光照水文状况：温度、水利水量、（冰雪冻融）岩石风化：日夜风化状况差别,2.季节节律由于公转，地球产生了季节更替例如：气候的夏热冬冷，夏雨冬雪，季风进退；冰川运动夏快冬慢；河流水情冬封春解或夏洪冬枯；岩石热季膨胀，冷季收缩；植物季相变化，春华秋实；动物季节移栖和冬眠（动）夏动（眠）等等。,自然地理系统还存在其他节律：潮汐：海洋中很多动物觅食的时间同潮汐的节律是一致的。带有蚌壳的生物，涨潮时就积极地寻找食物，而落潮时就躲在紧闭的硬壳内。,上联读音:海水潮,朝朝潮,朝潮朝落。下联读音:浮云涨,长长涨,长涨长消。,节律：（山海关孟姜女庙对联）海水朝朝朝朝朝朝朝落浮云长长长长长长长消,上联读音:海水潮,朝朝潮,朝潮朝落。下联读音:浮云涨,长长涨,长涨长消。,节律对于自然地理系统来说是重要特征之一。每一自然综合体区别于其他自然综合体，不仅在于地貌、气候、水文、土壤、植被等组成要素相结合的性质和特征，而且也在于其周期性节律的性质和特征。,周期性节律在不同区域具有不同的性质和特点。一般地说，季节节奏的显著程度是随纬度的增加而增加的，而昼夜节奏却是随纬度的增加而减少的。所以在两极地区的节律表现特殊，这里的昼夜节律可以和季节节律相重叠，两者相互制约又相互加强。,在赤道地区则基本不存在季节节律，而昼夜节律却十分突出。在纬度相同的情况下，一般内陆区域的节律振幅和频率大于沿海及海洋区域，且相时也不同。自然地理过程和现象的昼夜节律和季节节律主要根源于地球的自转和公转运动，以及由此而引起的能量输入与转换的节律性变化。,二、旋回性节律旋回性节律是以不等长的时间间隔为重复周期的自然演化规律。在自然界中，地质旋回和气候旋回是旋回性节律的典型范例。1.地质旋回岩层的沉积层序即是地质旋回节律性的体现。,按照地质旋回的周期。我们将地质历史划分出了：太古代、元古代、早古生代、晚古生代、中生代和新生代等阶段。各个地质时期的时间长度是不等的：早古生代经历了2亿年。晚古生代持续了约1.75亿年中生代持续的时间约1.55亿年。,每一个地质时代的首末总是以大规模的地壳上升、强烈的褶皱和造山运动、大陆广泛扩展以及气候的变异等等为其特征。而在每一地质时期，其间都以地壳长期的相对稳定、持续的剥蚀夷平和沉积作用、稳定的气候等等为其特征。,地质旋回具有级别不同的周期，它们对应于相当的地质年代单位。如亿年:地质代（古生代、中生代）4000万年左右：地质纪10002000万年左右：地质世,天文地质学的研究成果显示，地质旋回的周期基本决定于天文因素。太阳系绕银河系中心运行一周的时间（银河年）约2.5亿年，相当地质代的长度。其间太阳系处在银河系的不同位置，在银河系的旋臂间穿行。同时太阳系还相对于银道面作上下往返运动，其往返周期约为8000万年，在银道一侧约4000万年，相当地质纪的长度,2.气侯旋回气候旋回又可分为世纪内旋回、超世纪旋回和冰期-间冰期旋回三种。（1）世纪内旋回。是波动周期较短的气候旋回，其旋回周期在几年至几十年的范围内。王绍武研究了我国20世纪气候波动的资料，认为我国的冷暖干湿演变情况大致按：暖干冷湿冷干暖湿暖干的顺序变化，从干到湿以10年为周期，从暖到冷以20年为周期，两者结合起来从暖干再到暖干的周期是40年。,（2）超世纪旋回旋回周期在100年至10000年之间，有两个阶段：一是寒湿气候阶段，长约300500年，其间冰川扩展，河流水量增加，湖泊水位上升；二是干热气候阶段，长在1000年以上，其间冰川退缩，河流变浅，湖泊水位下降。,竺可桢曾根据我国古代文献和一些考古发现，研究了我国历史时期的气候变迁，他指出五千年来我国气候变迁规律具有400年、800年、1200年和1700年等四种不等的周期。,段万倜(ti)等（1978）在研究我国第四纪气候变迁时指出，我国自从进入冰后期的1万年时间以来，曾出现了三次寒冷期与两次温暖期；泄湖寒冷期仰韶温暖期周汉寒冷期普兰店温暖期现代小冰期。这些都属超世纪的气候旋回。,（3）冰期-间冰期旋回：这是波动周期在1万年以上，甚至超过100万年的气候旋回,最长的周期可达40008000万年之久。近7亿年来地球表面曾有几个时期广泛分布了冰川，气候明显变冷，出现大量冰碛物，这些时期称为冰期。这7亿年中出现过三次大冰期：晚元古代震旦纪大冰期（强度为6级）石炭-二叠纪大冰期（强度为45级）第四纪大冰期（强度为45级）。,气候旋回的形成是多种因素的综合结果。世纪内旋回与太阳黑子活动和火山活动有关；超世纪旋回受太阳黑子活动长期变化和九大行星运行轨道影响。地球围绕太阳的公转轨道参数变化是气候发生几万至十几万年变化的重要因素。几百万年的旋回周期变化可能与太阳的长期变化有关。,太阳长期变化:太阳核反应性质和强度的变化太阳与地球距离的变化行星际空间密度的变化以及太阳系内部结构的重大变化等。,三、自然地理系统的稳定性如果比较周期性与旋回性两类节律现象，不难看出二者的本质区别在于：周期性节律过程中，每一个节律重复，自然地理系统保持着稳定的空间结构；在旋回性节律过程，每一个节律重复，自然地理系统的空间结构会发生巨大的改组。运动是永恒的，稳定是相对的。,四、地理突变地理过程，有突变和渐变两种基本类型。渐变过程：如干旱、环境退化、土地沙化、沉积岩形成突变过程：地震、火山、暴风雨、泥石流、滑坡、雪崩等渐变与突变：由能量累积与释放决定,参考文献阅读：,黄秉维，郑度，赵名茶等.2000。现代自然地理北京：科学出版社，王孝本.2002.自然地理环境随时间演化规律性探究，哈尔滨学院学报，23（7）,