2章地球與地球表層環(huán)境.doc

第二章 地球與地球表層環(huán)境第一節(jié) 宇宙中的地球晴朗的夜晚，仰望天空，繁星點(diǎn)點(diǎn)。宇宙中存在著億萬顆星星。地球就是其中的一顆。這些星星可以劃分為恒星、行星、衛(wèi)星、流星、彗星等。恒星質(zhì)量較大，自己可以發(fā)光。太陽就是離我們最近的一顆恒星。行星自己不發(fā)光，質(zhì)量也遠(yuǎn)較恒星小，并且繞著恒星運(yùn)動(dòng)。地球就是一顆繞著太陽運(yùn)動(dòng)的行星。衛(wèi)星的質(zhì)量比行星還要小，并且繞著行星運(yùn)動(dòng)。月球就是一顆繞著地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星。 然而，地球又與一般的行星不同，它有其自身的特殊性。盡管宇宙中有億萬顆星星，繞著太陽運(yùn)動(dòng)的行星也不只地球一個(gè)。但到目前為止，只發(fā)現(xiàn)地球上存在著人。地球，是人類的搖籃；地球，是人類的家園。那么，為什么地球能成為人類的搖籃、人類的家園？這是由適宜的日地距離、適中的地球質(zhì)量、近球形的地球形狀、特定的運(yùn)動(dòng)速度與方式?jīng)Q定的。 一、日地距離及其環(huán)境意義地球距離太陽約1.5108 km這樣的距離不近也不遠(yuǎn)，因而地球表面接受的太陽輻射比較適中，使地表的平均溫度高于水的冰點(diǎn)、低于水的沸點(diǎn)，大部分水以液態(tài)存在，為生命的孕育創(chuàng)造了條件。研究表明，如果日地距離縮短5%，地表溫度就會(huì)過高，從而影響生物的遺傳，且地表不會(huì)有液態(tài)水。如果地球離太陽再遠(yuǎn)1%，地表溫度就會(huì)偏低，水就會(huì)徹底凍結(jié)，生命的化學(xué)過程就無法進(jìn)行。 二、地球的質(zhì)量及其環(huán)境效應(yīng)科學(xué)家認(rèn)為，行星的質(zhì)量如果偏大，引力就會(huì)偏大，氫、氦、甲烷等原始大氣就會(huì)被它牢牢地吸引住，造成一個(gè)缺氧的大氣環(huán)境，不利于生命的誕生與進(jìn)化；但如果行星的質(zhì)量偏小，引力就會(huì)偏小，就不能保持一個(gè)像今天一樣稠密的大氣層，也不能夠集結(jié)足夠的水，生命的誕生與進(jìn)化也就無法進(jìn)行。地球的總質(zhì)量為6.5881027 g，總體積10,833108 km3，平均半徑約6371 km。地球質(zhì)量不大也不小，從而引力適中,形成了適宜的大氣圈與水圈，為生命的誕生準(zhǔn)備了必要的條件。 三、地球的形狀及其地理意義研究表明，地球?yàn)橐恍D(zhuǎn)橢球體。地球的形狀具有非常重要的地理意義。我們知道，太陽輻射是地球表面最主要的能量來源，而太陽到地球的距離為1.496108km。這樣遠(yuǎn)的距離，可以將太陽光線視為平行光線。當(dāng)平行光線照射到地球表面時(shí)，不同緯度地區(qū)正午的太陽高度角將各不相同。由于黃赤交角的存在，決定了正午太陽高度角由南、北緯2327向兩極地區(qū)減小。因此，太陽輻射使地表增暖的程度也按同樣的方向降低，從而造成地球上熱量的帶狀分布和所有與地表熱狀況相關(guān)的自然現(xiàn)象（如氣候、土壤、植被等）的地帶性分布。 四、地球的運(yùn)動(dòng)及其環(huán)境效應(yīng)地球在不停地運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的主要形式包括自轉(zhuǎn)與繞太陽的公轉(zhuǎn)。地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)具有重要的地理意義，產(chǎn)生了一系列環(huán)境效應(yīng)。 （一）地球自轉(zhuǎn)及其環(huán)境效應(yīng) 地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜更替。由于地球是一個(gè)不發(fā)光、也不透光的球體，所以在同一時(shí)刻，太陽只能照亮地球表面的一半。向著太陽的半球?yàn)榘滋欤持柕陌肭騽t是黑夜。 地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了地方時(shí)。由于地球自西向東自轉(zhuǎn)，在同一緯度地區(qū)，相對(duì)位置偏東的地點(diǎn)，要比位置偏西的地點(diǎn)早一點(diǎn)見到太陽。這樣不同經(jīng)度的時(shí)刻就有了遲早之分。因而產(chǎn)生了地方時(shí)。地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了地轉(zhuǎn)偏向力。由于地球自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了地轉(zhuǎn)偏向力，使得在地球表面做水平運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)。在北半球向右偏轉(zhuǎn)，在南半球向左偏轉(zhuǎn)。 （二）地球公轉(zhuǎn)的地理意義地球的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致季節(jié)的變化。在地球上看，似乎太陽終年在一個(gè)面上運(yùn)動(dòng)，這個(gè)面就叫做“黃道面”。實(shí)際上黃道面與地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面是重合的。黃道面與地球赤道面之間存在著一定的夾角，這個(gè)夾角叫做“黃赤交角”?，F(xiàn)在的黃赤交角是2327。由于黃赤交角的存在以及地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得正午太陽直射點(diǎn)在一年中變化于南、北緯2327之間。從而導(dǎo)致了季節(jié)的變化：當(dāng)太陽光直射北半球，北半球就處于夏季，南半球就是冬季；當(dāng)太陽光直射南半球，北半球就處于冬季，南半球處于夏季。 地球的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致晝夜長短的變化。由于黃赤交角的存在以及地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得正午太陽直射點(diǎn)在一年中變化于南、北緯2327之間。從而導(dǎo)致晝夜長短隨季節(jié)的變化。當(dāng)太陽直射北半球時(shí)，北半球的晝長大于夜長；反之，當(dāng)太陽直射南半球時(shí)，北半球的夜長大于晝長。 地球運(yùn)動(dòng)對(duì)地表溫度調(diào)節(jié)、生命孕育的重要意義。地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，不僅導(dǎo)致了晝夜的更替、四季的變化、地方時(shí)的產(chǎn)生，以及在地表做水平運(yùn)動(dòng)的物體的偏移，而且對(duì)于地表溫度的調(diào)節(jié)、生命的孕育也具有極其重要的意義。地球饒?zhí)栠\(yùn)轉(zhuǎn)的軌道近似于圓形，從而保證從太陽得到的輻射相對(duì)比較穩(wěn)定，使地面溫度的變化不過于激烈。地球自轉(zhuǎn)一周為24h，自轉(zhuǎn)的速度比較適中，因而使晝夜溫差變化較小，有利于生物的生存。 水星上沒有生命，是因?yàn)樯厦鏇]有大氣、沒有水，日照處溫度達(dá)到430oC，背日處溫度低于-200oC。天王星、海王星、冥王星離太陽太遠(yuǎn)，表面溫度極低，低于-200oC ，并且沒有富氧大氣，沒有液態(tài)水，不適于生命存在。金星溫度太高，火星溫差太大，木星、土星的大氣以氫、氦為主，溫度又太低，而且還是液態(tài)星球，所以都不適合人類生活。第二節(jié) 地外系統(tǒng)對(duì)地表環(huán)境的影響地表系統(tǒng)的形成，與地外系統(tǒng)、地內(nèi)系統(tǒng)所提供的背景是分不開的。地外系統(tǒng)對(duì)地表系統(tǒng)的影響，主要表現(xiàn)在能量的來源、引力的影響、隕石撞擊的環(huán)境效應(yīng)及其它因素的影響1、能量的來源地表系統(tǒng)一直在不停地運(yùn)行，地表環(huán)境一直在不斷地發(fā)展、變化。維持地表系統(tǒng)運(yùn)行、地表環(huán)境發(fā)展的能量，除地球內(nèi)能外，主要來自太陽的輻射。太陽輻射到地表（地球大氣層外界）的能量是8.16 J/cm2 .min，可使地表溫度保持在平均14左右，如果沒有太陽輻射，地表溫度會(huì)很快降到-273左右，也就不可能有生命的存在。 太陽輻射作用于地表，由于地表接受的太陽輻射的差異，導(dǎo)致了地球行星風(fēng)帶的產(chǎn)生、季風(fēng)的形成、水汽的運(yùn)移、洋流的產(chǎn)生以及風(fēng)化作用的進(jìn)行。 綠色植物利用太陽輻射進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)（同時(shí)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能），并通過生物鏈引起地表系統(tǒng)中的物質(zhì)小循環(huán)。 由于太陽輻射中紫外線對(duì)大氣中氧的作用，在距離地面1535 km高度的大氣中，形成了臭氧分子大量集中的臭氧層。臭氧層強(qiáng)烈吸收太陽輻射中的紫外線，從而保護(hù)了地表的生物免受紫外線的傷害。2、引力的影響 由于宇宙天體，尤其是太陽與太陽系行星引力的作用，使地球沿著固有的軌道運(yùn)行，并具有特定的運(yùn)行周期與速度，這是地球表層環(huán)境形成的基礎(chǔ)與背景。由于太陽與月球引力的作用，產(chǎn)生了地球上的潮汐現(xiàn)象：海洋潮汐、大氣潮汐、固體潮汐。潮汐作用對(duì)于地球表層環(huán)境的形成具有重要的意義。由于海洋潮汐的摩擦作用，導(dǎo)致了地球自轉(zhuǎn)速度變慢，每天持續(xù)的時(shí)間逐步變長。海洋潮汐作用，與波浪、海流一起，導(dǎo)致了海水的運(yùn)動(dòng)。海水的運(yùn)動(dòng)，不僅使海水對(duì)于地表熱量的調(diào)節(jié)能力的加強(qiáng)，而且使海水在更大的深度與廣度富含氧氣，使生物的分布更加廣泛。由于海洋潮汐的作用，產(chǎn)生了周期性被海水淹沒的潮間帶。一般認(rèn)為，潮間帶的存在，促進(jìn)了海洋生物向陸地生物的進(jìn)化，為兩棲動(dòng)物的產(chǎn)生、為地球生物的進(jìn)化創(chuàng)造了條件。由于海洋潮汐的作用，使海陸相互作用的變大，海陸過渡相沉積物的分布范圍更廣，海岸地貌類型增多。大氣潮汐導(dǎo)致了大氣氣壓周期性的變化，從而對(duì)高層大氣氣流、臺(tái)風(fēng)、大氣降水產(chǎn)生一定的影響。固體潮汐不僅周期性地改變著地球表面的形狀，而且還會(huì)引起地殼應(yīng)力的不平衡，從而引發(fā)地震等事件的發(fā)生。3、隕石撞擊的環(huán)境效應(yīng)隕石撞擊地球，也會(huì)改變地球表層的自然環(huán)境。主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是改變了地表形態(tài)，造成隕石坑和環(huán)形山。二是導(dǎo)致地震。一塊直徑為4km、速度為15km/s的隕石撞擊地球，能夠釋放出31013 J的能量，相當(dāng)于一次6級(jí)地震。三是導(dǎo)致地表環(huán)境的災(zāi)變。在大約距今6500萬年前的K/E界面（白堊紀(jì)/早第三紀(jì)）所發(fā)生的恐龍及其他生物大滅絕事件，被認(rèn)為是小行星撞擊地球造成的。四是大的隕石撞擊還會(huì)導(dǎo)致巖石圈的破裂，引起板塊的分裂與運(yùn)動(dòng)。4、其他宇宙因素的影響主要表現(xiàn)為：太陽風(fēng)對(duì)地球的影響。在太陽風(fēng)的作用下，地球磁場(chǎng)被限制在一定的范圍內(nèi)。這個(gè)范圍稱之為地球磁層，即范艾倫輻射帶。宇宙射線對(duì)地球的影響。第三節(jié) 地內(nèi)系統(tǒng)對(duì)地表系統(tǒng)的影響 地內(nèi)系統(tǒng)對(duì)地表系統(tǒng)也產(chǎn)生了不可忽視的作用和影響。概括起來主要表現(xiàn)在以下幾方面。1、能量的來源 盡管太陽輻射是地表系統(tǒng)運(yùn)行與發(fā)展的主要能量來源，但地球內(nèi)能也對(duì)地表系統(tǒng)與環(huán)境產(chǎn)生了不可忽視的作用與影響。如： 地?zé)岬尼尫?。?jù)估計(jì)，地球內(nèi)部每年產(chǎn)生的地?zé)崮芰靠蛇_(dá)2.141021 J。一部分地?zé)嵯虻乇韨鞑?，使得地球表面獲得167210J/ cm2 .a的熱能。盡管平均而言，相對(duì)于地表所獲得的太陽輻射能量來說微不足道，但由于它可以在地表局部富集，對(duì)某些地區(qū)地表環(huán)境產(chǎn)生了不可忽視的影響。 地?zé)崃硪恢匾饔檬翘峁﹦?dòng)力引起地球內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與遷移，從而成為火山活動(dòng)、地震、板塊運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力?；鹕交顒?dòng)、板塊運(yùn)動(dòng)則改變了地表海陸的分布、地表的起伏，甚至對(duì)大氣組成產(chǎn)生了不可忽視的影響，從而對(duì)地表系統(tǒng)（環(huán)境）施加影響。2、物質(zhì)的交換地內(nèi)系統(tǒng)與地表系統(tǒng)在不斷地進(jìn)行著物質(zhì)的交換。例如，火山噴發(fā)，不僅使地幔物質(zhì)噴出，進(jìn)入地表，參與地表系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，而且還使大量水汽、二氧化碳、塵埃進(jìn)入大氣圈，從而改變大氣的物質(zhì)組成、對(duì)地表環(huán)境與氣候產(chǎn)生重要影響。由于地幔對(duì)流、海底擴(kuò)張，洋殼不斷新生；由于板塊俯沖，巖石圈物質(zhì)又不斷