自然地理環(huán)境的時間演化規(guī)律研究

1、自然地理環(huán)境的時間演化規(guī)律研究發(fā)展方向性節(jié) 律 性穩(wěn) 定 性基 本 特 點思 路A方向性B節(jié)律性C穩(wěn)定性D發(fā)展演化規(guī)律E基本特點理解 記憶第一節(jié) 自然地理環(huán)境發(fā)展的方向性一、自然地理環(huán)境的進化發(fā)展 先進的耗散結(jié)構(gòu)理論具有廣泛的普遍性和強大的生命力。自然地理環(huán)境是一個復(fù)雜、開放的巨型系統(tǒng)，具有耗散結(jié)構(gòu)，其進化發(fā)展就是耗散結(jié)構(gòu)的進化。自然地理環(huán)境的進化發(fā)展1、自然地理環(huán)境進化具有方向性2、原始自然地理系統(tǒng)的形成3、天然生態(tài)系統(tǒng)的形4、人類生態(tài)系統(tǒng)的形成美國得克薩斯大學(xué)地質(zhì)學(xué)家斯科特斯博士 億年后聯(lián)合古陸 地球形成的“固體的冷物質(zhì)積聚假說”：冷物質(zhì)積聚過程中：放射性元素的蛻變放熱；原始地球的重力收縮

2、不斷使地球增溫。地球熱能積累到使內(nèi)部物質(zhì)由剛性改變?yōu)榭伤苄?，為重力分異?chuàng)造了有利條件。 在重力作用下，較重的鐵、鎳物質(zhì)緩漫下沉，向地球內(nèi)部集中；較輕的硅酸鹽類物質(zhì)則緩慢地向上移動，向地表集中。 物質(zhì)的對流導(dǎo)致了物質(zhì)的分異，最后形成現(xiàn)代地球內(nèi)部的三個組成部分：地核、地幔、地殼。1、自然地理環(huán)境進化的方向性(1) 自然地理環(huán)境發(fā)展演化是不可逆的 白天與黑夜，月圓月缺，春、夏、秋、冬等，包含著時間對稱性的破缺。它們不是原地打圈，而是螺旋式前進。 (2) 自然地理環(huán)境中的各圈層均存在顯著的不可逆現(xiàn)象 1) 巖石圈的形成過程（按康德拉普拉斯假設(shè)）：混沌地殼地幔地核，絕不會倒轉(zhuǎn)過來。 2) 地殼演化規(guī)律（

3、按地洼學(xué)說）：地槽地臺地洼，螺旋式向前發(fā)展，不可逆。3) 大氣圈的演化：原始大氣二氧化碳大氣現(xiàn)代大氣。 4) 水圈的演化：巖石中的結(jié)晶水形式存在于地球的內(nèi)部高溫蒸發(fā)降水低洼處形成原始海洋（低鹽、少水、高鈣）現(xiàn)代海洋(高鹽、多水、低鈣)。 5）土壤的演化：從物理風(fēng)化-化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化作用可依次分為幾個階段：富鈣階段-富硅鋁階段-富鐵鋁階段相應(yīng)發(fā)育的土壤為：鈣質(zhì)土-硅質(zhì)土-鐵鋁土2、原始自然地理系統(tǒng)的形成 原始自然地理系統(tǒng)的形成大概經(jīng)歷如下階段： (1) 天文期宇宙大爆炸: 46億年前，地球起初是一些相互靠近的宇宙物質(zhì)、星云。由宇宙大爆炸產(chǎn)生。 (2) 地質(zhì)時期原始自然地理系統(tǒng)開始形成（原始圈層形

4、成）：46億年后，由于地球內(nèi)放射性熱的生成率比今天高出許多倍，是當(dāng)時地球表層演化的主要能源。由于地球內(nèi)部熱量大量聚積導(dǎo)致地球物質(zhì)熔融噴溢大量巖漿、氣體和水蒸氣形成了原始的巖石圈、水圈和大氣圈，標(biāo)志著原始自然地理系統(tǒng)開始形成。 由于此時地球內(nèi)能占優(yōu)勢，所以原始大氣以CH4、CO、N2、H2O、 NH3和CO2等為主。 原始海洋和海水為低鹽、高鈣型，且水少，因此物質(zhì)、能量的交換受到一定的限制。 (3) 原始自然地理系統(tǒng)形成三大圈層緊密聯(lián)結(jié)成統(tǒng)一整體：約于3720億年前，地殼不斷增厚。由于地殼增厚，地球內(nèi)能對地表的作用減弱，太陽輻射能逐漸成為地球表層的主要能源，在三大無機圈層中不斷轉(zhuǎn)換、耗散，并促成

5、三大無機圈中的物質(zhì)交換，使三大圈層緊密聯(lián)結(jié)成統(tǒng)一整體，聯(lián)結(jié)成一個新的物質(zhì)系統(tǒng)原始自然地理系統(tǒng)。 由于原始大氣對太陽的短波輻射基本透明，因此，在強烈的紫外輻射照射下，環(huán)境中的小分子和元素，在原始的海洋中合成高分子化合物（如碳水化合物）。這為地球生物的誕生，淮備了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。 3、天然生態(tài)系統(tǒng)的形成 原始自然地理系統(tǒng)是具有耗散結(jié)構(gòu)的物質(zhì)系統(tǒng)，它還要繼續(xù)進化。(1)原始生命的形成異養(yǎng)細(xì)菌：大約在30億年前，地殼增厚到20km，地球內(nèi)能對地表的作用再減弱，太陽輻射能對地表的作用進一步增強。同時，海洋里的有機化合物大量積聚，這些物質(zhì)在太陽能的作用下，終于合成了生命，最初是異養(yǎng)細(xì)菌：靠海洋中的有機物和

6、積聚能量為生。(2) 原始生態(tài)系統(tǒng)的形成光合作用：異養(yǎng)細(xì)菌感到食物匱乏，產(chǎn)生自養(yǎng)生物（葉綠素，稱為藍(lán)藻），能進行光合作用。原始生態(tài)系統(tǒng)形成，這是自然地理環(huán)境的一次重大飛躍(3) 生物圈逐漸形成：原始生態(tài)系統(tǒng)大大改變了自然地理環(huán)境的物理、化學(xué)過程和元素遷移過程，從而改變了自然地理環(huán)境的組成和結(jié)構(gòu)，逐漸形成生物圈。由于含有葉綠素的生物不斷增多，因而固定太陽能的數(shù)量也隨之增加。 (4) 氧氣形成：光合作用的不斷加強，原始大氣中的二氧化碳（CO2）減少（碳酸鹽巖類固定在沉積巖中）。O2不斷增加，并出現(xiàn)臭氧層，為生物在自然地理環(huán)境中繁衍創(chuàng)造了有利條件。由于氧含量不斷增加，導(dǎo)致喜氧生物大量產(chǎn)生。而由于有了

7、氧呼吸，自然地理環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換效率提高了大約19倍。 (5) 天然生態(tài)系統(tǒng)的形成：大約在距今4億年前，生物從海洋登陸，接受太陽輻射更為充分。結(jié)果導(dǎo)致生物種類和數(shù)量大增，水陸都形成由生產(chǎn)者（植物）、消費者（動物）和分解者（細(xì)菌）組成復(fù)雜、完善的生態(tài)系統(tǒng)，這就是天然生態(tài)系統(tǒng)。 生物圈的形成，標(biāo)志著自然地理環(huán)境的進化進入了一個全新的階段：太陽能在有機界的轉(zhuǎn)換，把有機界和無機界聯(lián)結(jié)成整體系統(tǒng)。 實際上是綠色植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)變成潛能 通過食物鏈轉(zhuǎn)移 最后，食物鏈中殘存的有機物質(zhì)的潛能，由微生物通過發(fā)酵、腐爛等形式加以釋放。 生物圈的出現(xiàn)，天然生態(tài)系統(tǒng)的形成，使自然界的兩個極重要的地球化學(xué)循環(huán)

8、建立起來。 4、人類生態(tài)系統(tǒng)的形成 (1) 人類的出現(xiàn)：大約在距今二三百萬年前，人類從動物界中分化出來。人類的出現(xiàn)，是自然地理環(huán)境進化史上又一次重大飛躍。也是人類生態(tài)系統(tǒng)形成的標(biāo)志。 (2) 人類社會的不斷演化：從狩獵、采集農(nóng)耕放牧農(nóng)業(yè)工業(yè)后工業(yè)階段等。 宇宙大爆炸地質(zhì)時期（地球內(nèi)能主導(dǎo)）原始自然地理系統(tǒng)地殼增厚（太陽輻射能主導(dǎo)）原始生命的形成異養(yǎng)細(xì)菌自養(yǎng)生物大氣成分發(fā)生變化生物從海洋登陸生物圈出現(xiàn)，天然生態(tài)系統(tǒng)形成人類生態(tài)系統(tǒng)形成自然地理環(huán)境的進化二三百萬年4億年30億年3720億年46億年 隨時間的推移，發(fā)展不斷復(fù)雜化，由一種質(zhì)的狀態(tài)進入一種新質(zhì)狀態(tài)。具有不可逆的特性。 1）巖石圈發(fā)展的方

9、向性 地殼的演化具有明顯的方向性（地洼學(xué)說）； 大陸面積逐漸擴大； 地貌發(fā)展的方向性（Davis的侵蝕循環(huán)學(xué)說）； 風(fēng)化殼的發(fā)育及土壤的形成過程。 2）大氣圈發(fā)展的方向性 原始大氣，二氧化碳大氣，現(xiàn)代大氣（氮氧大氣）第一節(jié) 自然地理環(huán)境發(fā)展的方向性二、四大圈層發(fā)展的方向性 3）水圈發(fā)展的方向性 水體體積日漸增大； 大洋含鹽濃度逐漸增大（CaCO3;cl-）。 4）生物圈發(fā)展的方向性 生命起源的方向性（無機到有機；簡單到復(fù)雜到原始生命）； 生物從海向陸發(fā)展的方向性（保護，營養(yǎng)物質(zhì)，理化條件穩(wěn)定） 植物演化的方向性 （藍(lán)綠藻；裸蕨，真蕨，裸子植物，被子植物） 動物發(fā)展的方向性 （單細(xì)胞，無脊椎，魚

10、類，兩棲類，爬行類，鳥類和原始哺乳動物，哺乳動物，人類）二、四大圈層發(fā)展的方向性 自然地理環(huán)境的節(jié)律性可概括為三類型：一是周期性節(jié)律，二是旋回性節(jié)律；三是階段性節(jié)律一、周期性節(jié)律 周期性節(jié)律是自然地理過程按嚴(yán)格的時間間隔重復(fù)的變化規(guī)律。它發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)及地表光、熱、水的周期性變化基礎(chǔ)上。晝夜更替（自傳）和季節(jié)更替（公轉(zhuǎn)）是其最主要的表現(xiàn)形式。 季節(jié)節(jié)律顯著程度是隨緯度的增加而增加的，而晝夜節(jié)律卻是隨緯度的增加而減少的。兩極和赤道地區(qū)出現(xiàn)特殊的節(jié)律性。 還包括潮汐周日變化、月節(jié)律變化等。第二節(jié) 自然地理環(huán)境的節(jié)律性二、旋回性節(jié)律 旋回性節(jié)律是以不等長的時間間隔為重復(fù)周期的自然演化規(guī)律。比較

11、于周期性節(jié)律，這是更高一級、更為復(fù)雜的自然節(jié)律。在自然界中，地質(zhì)旋回和氣候旋回是旋回性節(jié)律的典型范例。1、地質(zhì)旋回 巖層的沉積層序（礫巖砂巖頁巖石灰?guī)r）；歷程漫長，而且周期長短變化很大；具有級別不同的周期（紀(jì)；世）2、氣侯旋回 根據(jù)周期長短，世紀(jì)內(nèi)旋回、超世紀(jì)旋回和冰期-間冰期旋回三種。第二節(jié) 自然地理環(huán)境的節(jié)律性三、階段性節(jié)律 生物自身特性所形成的節(jié)律具有階段性的特點。1、生物生長節(jié)律 每種生物的生命運動，其生長過程總是經(jīng)歷著個體的出生、成長和衰亡，而子代個體又重復(fù)這一類似的過程。2、生物進化節(jié)律 地球生物界的進化不是勻速漸變的，而是表現(xiàn)為階段性的突變和躍升。（動植物發(fā)展的方向性） 第二節(jié)

12、自然地理環(huán)境的節(jié)律性原始自然地理系統(tǒng)天然生態(tài)系統(tǒng)人類生態(tài)系統(tǒng) 指自然地理環(huán)境的影響條件發(fā)生變動，或人為干擾的場合下，自然地理環(huán)境的狀態(tài)并不會變動過大，或者變動后經(jīng)自我調(diào)節(jié)機制的作用，是其逐漸恢復(fù)原態(tài)的性質(zhì)。1、因果反饋關(guān)系（正、負(fù)反饋環(huán)） 如A事物增加B事物也隨之增加，就是正因果關(guān)系，符號表示為“十”；若A事物增加事物隨之減少，則為負(fù)因果關(guān)系，符號表示為“一”。 正反饋環(huán)是當(dāng)反饋環(huán)中一個要素發(fā)生變化，通過反饋環(huán)中各環(huán)節(jié)的連鎖反應(yīng)，加強這種變化趨勢，使其脫離初始狀態(tài)。這種在變動中自我增強的作用是正反饋的作用。 負(fù)反饋環(huán)是當(dāng)反饋環(huán)中一個要素發(fā)生變化，通過反饋環(huán)中各要素的連鎖反應(yīng)，減弱了這種變動，使

13、變化趨于穩(wěn)定。這種在變動中自我調(diào)節(jié)作用是負(fù)反饋的作用。 第三節(jié) 自然地理環(huán)境的穩(wěn)定性性第三節(jié) 自然地理環(huán)境的穩(wěn)定性性 2、系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于正、負(fù)反饋環(huán)的力量對比 系統(tǒng)的穩(wěn)定是由正反饋環(huán)與負(fù)反饋環(huán)兩者的力量對比關(guān)系所決定。由于正反饋環(huán)的自我增強作用和負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)必然是在變動與穩(wěn)定、增長與衰減間相互斗爭。當(dāng)負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用強于正反饋環(huán)的自我增強作用時，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；但當(dāng)正反饋環(huán)的自我增強作用超過負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用時，系統(tǒng)的穩(wěn)定遭到破壞，脫離初始狀態(tài)。第三節(jié) 自然地理環(huán)境的穩(wěn)定性性3、各子系統(tǒng)又有次一級子系統(tǒng)。許多系統(tǒng)構(gòu)成了復(fù)雜、龐大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使物質(zhì)、能量、信息交流（即通

14、信）通道縱橫交錯，暢通無阻。自然通信的穩(wěn)定作用和擴散的穩(wěn)定作用非常有效。漲落（不穩(wěn)定性因素、波動）就難以擴散，最終自行衰退，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。簡單系統(tǒng)的通信通道不多，漲落容易擴散而支配整個系統(tǒng)，穩(wěn)定性較差。4、自然地理環(huán)境在長達幾年-8000萬年間，保持著相對的穩(wěn)定，靠的是自然地理環(huán)境本身復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一旦出現(xiàn)重大的結(jié)構(gòu)調(diào)整，導(dǎo)致不平衡，達到某閾值以后出現(xiàn)不穩(wěn)定，隨機漲落可能迅速被放大，并擴散到整個系統(tǒng)，形成新結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)新的穩(wěn)定。所以，自然地理環(huán)境的穩(wěn)定與不穩(wěn)定是對立的統(tǒng)一。穩(wěn)定-不穩(wěn)定-新的穩(wěn)定，以至無窮。在自然地理環(huán)境的進化過程中，表現(xiàn)為節(jié)律性發(fā)展。 5、幾點說明 1）穩(wěn)定只是代表整個演化過

15、程的一個階段。整個地球表層是不斷向前發(fā)展，是由簡單到復(fù)雜的不可逆過程。自然地理環(huán)境在某階段是穩(wěn)定的，但自然歷史的長河又是發(fā)展的。 2）負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用不會引起自然環(huán)境演化的終止，負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用在演化過程中，雖然是起“保守”作用，但它的作用有一定限度，當(dāng)某些變動超過“閾值”時，自我調(diào)節(jié)便會失去作用，系統(tǒng)會偏離初始狀態(tài)。 3）系統(tǒng)的穩(wěn)定性還與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有關(guān)。越復(fù)雜的系統(tǒng)，負(fù)反饋作用的閾值范圍越大，也就越穩(wěn)定。第三節(jié) 自然地理環(huán)境的穩(wěn)定性性珠峰 甘肅黃土高原 巴蜀梯田 黃淮海平原 騰格里沙漠 呼倫貝爾大草原 自然地理環(huán)境從簡單到復(fù)雜，從比較無序到比較有序，成為越來越復(fù)雜的耗散結(jié)

16、構(gòu)。這種發(fā)展具有不可逆性質(zhì)，并將最終造成其結(jié)構(gòu)與特征的根本改變。 1）古代自然地理環(huán)境的發(fā)展過程 包括太古代、元古代、古生代和中生代。 總的看來，古代自然地理環(huán)境的變化主要包括：由構(gòu)造運動引起的海陸變遷、陸地表面起伏程度的改變以及地面物質(zhì)的大規(guī)模遷移作為氣候變化表現(xiàn)形式的全球冷暖干濕變化，大氣環(huán)流形勢和氣候帶的改變；上述各種變化結(jié)果的生物界的發(fā)展。 2）新生代自然地理環(huán)境的發(fā)展趨勢 人類出現(xiàn)到形成人類生態(tài)系統(tǒng)第四節(jié) 自然地理環(huán)境的發(fā)展演化1、基本特點1）演化是不可逆的前進過程2）演化是不斷重復(fù)的節(jié)律過程3）演化是前進與節(jié)律的統(tǒng)一過程2、三大耗散結(jié)構(gòu)類型 地球表層形成了三大耗散結(jié)構(gòu)，即自然地理系統(tǒng)、天然生態(tài)系統(tǒng)、人類生態(tài)系統(tǒng)。自然地理環(huán)境系統(tǒng)的演化就是這三大系統(tǒng)的進化發(fā)展。自然地理系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)是在自然地理系統(tǒng)中孕育發(fā)展的。由于有機體固定、轉(zhuǎn)化太陽能，引入的負(fù)熵流比自然地理系統(tǒng)更