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论地表四大圈层相互作用

理学论文网  2011-04-18  【字体: 】  Gzu521.com    我要评论(0)

摘要: 文章对地球表层的岩石圈、大气圈、水圈和生物圈进行了先容,阐述了能量的传输和交换及物质的迁移和循环,分析并举例说明了各大圈层的相互作用。以为地球是一个完整的,相互联系的系统,地球表层的各大圈层是相互影响,相互制约,相互作用的,应该作为一个整体来研究。

关键词: 四大圈层,物质,能量,相互作用

Abstract: After introduce the geological cycles of lithosphere, atmosphere, hydrosphere, and biosphere of the earth su***ce, the transmission and exchange of energy and the migration and the circulation of materials were expounded, the interaction between them was analyzed and illustrated. It is believed that the earth is a completed and interconnected system. The geological cycles are interacted and restrained by each other, and they should be researched as a whole.

Keywords: geological cycles; materials; energy; interaction

   前言 人类对地球的开发、利用和探索研究活动由来已久,地质学、气象学、水文学、土壤学和生态学等都有悠久的历史。近几十年来,科学家们逐渐熟悉到必须把地球作为一个由相互作用着的各个组元或子系统——主要是地核、地幔、土壤及岩石圈、大气圈、水圈和生物圈(包括人类社会) 组成的同一系统, 即地球系统来研究,才能真正深化对地球的研究,才能回答人类所面临的一系列地球系统行为的紧迫环境题目。

  事物是普遍联系的,地球内部的物质在不断运动和循环。地球外部的各个圈层之间相互联系、相互制约,形成人类赖以生存的自然环境。人类与自然环境的关系是相互影响、相互制约的。人类活动在改造环境,环境对人类产生反作用,人类和环境协调发展,才能实现可持续发展的目标。

  1地球表层四大圈层

   地球表层指与人类直接有关的一部分地球环境,其范畴大致上始大气对流层顶,下至岩石圈上部,包括大气、水、岩石、生物在内的特殊圈层。地球表层的各圈层之间有着千丝万缕的联系,它们是相互关联、互相渗透的。岩石圈承载着河流、湖泊,人类和一切生命系统也活跃在这里。在各圈层之间有非常广泛的物质和能量的传输和交换。海洋和大气之间的相互作用就是非常明显的例证。大气和水圈海洋的相互作用,可以影响到全世界的天气变化。同时,它们承受变化而不产生灾难的能力是有限的。

  1.1岩石圈

   地壳是地球表面一层薄薄的、由岩石组成的固体外壳,地球固体圈层的最外层,岩石圈的重要组成部分,其底界为莫霍洛维契奇不连续面(简称莫霍面)。整个地壳均匀厚度约 17 千米,其中大陆地壳厚度较大,均匀为33 千米。高山、高原地区地壳更厚,最高可达70 千米;平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄,厚度只有几千米。

  1.2大气圈

   大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层,它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界,在2000~公里高空仍有淡薄的气体和基本粒子。在地下,土壤和某些岩石中也会有少量空气,它们也可以为是大气圈的一个组成部分。由于地心引力作用,几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内,其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。对流层的气温随高度的增加而降低,空气对流运动明显,是与人类关系最密切的一层,由于云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层。平流层大气以水平运动为主,气流平稳,适合飞机飞行。气温随着高度的增加而升高,由于平流层的臭氧层吸收了大量的紫外线。高层大气空气密度很小,含有电离层,能够反射无线电波,对人类的无线电通讯活动有重要作用。

  地球大气圈是一个保护层,使人类免受有害射线的照射,同时提供了人类生存所必须的氧气。人类天天都在呼吸新鲜空气,吸进氧气,排出二氧化碳。空气与阳光、水分一样是不可缺少的。没有大气圈,人类乃至生物界将不能生存。

  1.3水圈

   水圈是地表和近地表的各种形态水的总称,包括海洋、湖泊、河流、沼泽、冰川以及土壤和岩石孔隙中的水,生物圈中存在的水等。

  水圈的主体是世界大洋,其面积占全球面积71%左右。陆地上的湖泊、河流、沼泽、冰川、地下水,甚至矿物中的水都是水圈的组成部分。可见,水是地球表面分布最广泛的物质。同时,水也是地表最重要的物质和参与地理环境物质能量转化的重要因素。在地球全部的水储量中,陆地淡水仅占2.526%,而且尽大多数又以冰川的形式存在于极地和高纬度、高海拔地区。目前可供人类直接利用的淡水资源很少,因此,节约用水和保护水资源已成为当务之急。

  水体水蒸发进进大气,又在适当条件下降水回到地面和海洋。陆地降水一部分汇集于江河湖泊,另一部分渗透地下,最后都流进海洋,构成了水的循环。自然界的水就像这样处于不断地活动和循环状态,从而为生物生长提供了适宜的供水条件。只有在水循环的作用下,才能把各个特征不同的水体联系起来形成水圈。它是生物生存必要的环境条件之一,也对地球表层起着巨大的改造和建设作用。水分和能量的不同组合使地球表面形成了不同的自然带和自然景观类型,水溶解岩石中的营养物质,为满足生物需要创造了条件。水分循环不仅调节天气、净化大气,而且几乎伴随一切自然地理过程促进地理环境的发展与演化。

  1.4生物圈

   由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物,在地球上这个合适的温度条件下,形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物,是指有生命的物体,包括植物、动物和微生物。据估计,现有生存的植物约有40万种,动物约有110多万种,微生物至少有10多万种。据统计,在地质历史上曾生存过的生物约有5-10亿种之多,然而,在地球漫长的演化过程中,尽大部分都已经灭尽了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部,构成了地球上一个独特的圈层,称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。生物在促进太阳能转化,改变大气和水圈的组成,参与风化作用和成土过程,改造地表形态等方面起着重要的作用。

  人是生物圈中占统治地位的生物,能大规模地改变生物圈,使其为人类的需要服务。然而,人类究竟是生物圈中的一个成员,必须依靠于生物圈提供一切生活资料。人类对生物圈的改造应有一定限度,超过限度就会破坏生物圈的动态平衡,造成严重后果。

  人类以多种方式转移地球物质,其以局部效应与整体效应两种不同形式影响环境。如人类大量开采地下能源,形成塌陷区;人类削山采石,构筑大都市中星罗棋布的高层建筑群,造成地表沉降,还明显改变其近地面层风场结构,产生干岛、湿岛、热岛效应等;而一些举世著名的拦河筑坝、移山填海工程,变山川为湖泊、变水为陆,其严重影响生态环境的同时,改变了区域的地壳承力条件。但这类物质转移,多以局部效应形式影响环境,人类已在关注研究它们的负面影响。人类从多方面对地球进行着改造,然而,人类却无力完全恢复其本来面目。尽管人们的环境保护意识不断进步,但自然规律无法改变。地球是人类的生存依靠,人们应全面关注和研究地球发生的一切变化。

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