123章自然地理教案.docx
《123章自然地理教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《123章自然地理教案.docx（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
123章自然地理教案
《自然地理学概论》
IntroductiontoPhysicalGeography
杭州师范学院理学院陈久和
第一章自然地理学与人类环境
第一节自然地理学研究对象、内容、目的与意义
一、自然地理学的研究对象
1、“地理”的概念
古代：
指山川土地之形势。
《易经·系辞》有“仰已观于天文。
俯以察于地理”。
现代：
泛指地球表面各种自然现象和人文现象以及它们之间的相互关系和区域分异现象。
“地”可以理解为地表，“理”可以理解为科学、规律。
2、“地理学”的概念和分类
地理学是研究地球表面人类生活的地理环境中各种自然现象和人文现象以及它们之间相互关系和区域分异的科学。
（黄秉维，1913～2000）
地理学具有综合性、区域性、动态性和研究方法多样性等特点。
按研究对象，地理学有自然地理学、人文地理学之分，部门地理学、区域地理学之分。
自然地理学主要研究自然地理环境的特征、结构及其地域分异规律的形成和演化。
陈传康院士将自然地理分为综合自然地理学和部门自然地理学。
人文地理学主要研究各种社会人文、经济活动的空间结构和变化，以及同地理环境之间的关系。
如人口地理学、民族地理学、经济地理学（主要分农业地理学、工业地理学）、交通地理、旅游地理学、军事地理学等。
部门地理学（可分部门自然地理学和部门人文地理学）主要研究单一地理要素的特征、分布及其发展变化规律。
如气候地理学、地貌学、水文地理学、生物地理学、土壤地理学；人口地理学、民族地理学、经济地理学等
区域地理学研究各种地理要素的区域组合和相互联系，以揭示区域特点、区域差异和区际关系。
如世界地理、中国地理、浙江地理、杭州地理、长江三角洲地理等。
中国最早的地理著作是《禹贡》，《禹贡》距今2400年左右，战国《尚书》中的一篇，作者不详。
《禹贡》用自然分区方法记述当时中国的地理情况，把全国分为九州，即冀州（河北中南部、山东西部一带）、兖州（山东西南部、河南东部一带）、青州（山东中、东部一带）、徐州（江苏长江以北一带）、扬州（江南一带）、荆州（湖北、湖南及汗水以南一带）、豫州（淮河以北、河南南部一带）、梁州（陕西秦岭以南一带）、雍州（陕西中部和甘肃东南部一带）。
其次是《山海经》，《山海经》共十八篇。
作者不详。
其中十四篇是战国时期作品，其余四篇为西汉初年作品，主要记述了当时的地理、历史和文化（包括神话传说）。
古代地理学主要探索关于地球的形状、大小和有关测绘方法，或对当时已知国家和地区情况进行罗列式描述；近代地理学开始于18世纪末和19世纪初，强调地～地和人～地因果关系的研究；现代地理学从20世纪50年代开始，从静态的定性描述，向动态的定量分析发展，特别是通过统计分析（计量地理学）、地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、遥感（RemoteSensing，RS）的“三S”技术应用，逐步开展对地理要素地域分布、分异规律和原理的研究，并建立模式和系统分析，从而向着预报的方向努力（如20世纪90年代“灾害地理学”的形成与发展）。
现代地理学倾向于对人地关系的地域系统进行综合研究。
3、自然地理学的研究对象和分类
一般认为：
“自然地理学”是以人类赖以生存的地球表层（EarthSurface）自然环境（即“自然地理环境”）为研究对象的。
从环境学角度看，人类环境可以分为自然环境和人文环境，而自然环境又分“宇宙环境”、“自然地理环境”、“地质环境”，与我们人类关系最密切的就是“自然地理环境”。
从系统科学的角度看，地球表层自然环境可以看作是“地球表层自然系统”。
故可以认为：
自然地理学是以地球表层自然系统为研究对象的。
（1）、自然地理学的分类和研究对象
一般认为，自然地理学分为“综合自然地理学”和“部门自然地理学”两类。
有学者认为可以分综合自然地理学、部门自然地理学、区域自然地理学三类。
综合自然地理学（IntegratedPhysicalGeography）研究自然地理环境的综合特征，即把地球自然地理环境作为一个整体来研究，着重研究其整体的各组成要素及各组成部分的相互联系和相互作用的规律。
部门自然地理学（SectorialPhysicalGeography）研究组成自然地理环境的某一要素，即研究这个要素的组成、结构、时空运动和地理分布规律，如气候学（Climatology）、地貌学（Geomorphology）、水文地理学（Hydrogeography）、植物地理学（Phytogeography）和动物地理学（Zoogeography）、土壤地理学（Pedogeography）等。
部门自然地理学是边缘科学，如地貌学是地理学与地质学之间的边缘科学，气候学是地理学与气象学之间的边缘科学。
部门自然地理学的综合研究方向是指以地球表层作为背景，来考察自然环境各组成成分的特性，尤其是对部门自然地理学中分化出来的特殊自然环境类型（如冻土、冰川、沼泽等）研究时，更要进行综合研究，但相对于综合自然地理来说是分析的。
区域自然地理学（RegionalPhysicalGeography）研究一定区域自然地理环境的某个组成要素和自然地理环境的综合特征，即对区域的部门情况和区域的综合情况进行研究。
自然地理学确实是研究地球表层自然环境的学科，但值得注意的是，自然地理学不可能研究地球表层自然环境的所有方面。
它着重于研究自然区域总体特征与建立在地域分布与联系基础上的一般自然规律。
因此可以认为，自然地理学是以人类赖以生存的地球表层自然环境的区域特征、区域分异及其发生发展过程与变化规律为研究对象的。
或者说，自然地理学是以人类赖以生存的地球表层自然系统的区域特征与空间分布、变化规律为研究对象的
（2）、自然地理环境（PhysicalGeographicEnvironment）
自然地理环境包括原生自然环境和次生自然环境，
原生自然环境是指那些只受人类间接的或轻微影响的，而原有自然面貌基本上未发生明显变化的天然自然环境，如极地、高山、大荒漠、大沼泽、热带雨林、某些自然保护区以及人类活动较少的海域等。
次生自然环境是指那些经受人类直接影响和长期作用之后，自然面貌发生重大变化的自然环境，如农田、人工林、牧场等。
次生自然环境的成因及其形成，主要取决于人类干预的方式和强度，然而它自身的演变和作用过程，则仍受制于自然规律。
因此，原生自然环境和次生自然环境统称自然地理环境。
自然地理环境是地球表层的大气、水、岩石、生物以及其它派生的自然物质共同组成的整体。
因此，自然地理环境也称为自然综合体（NaturalComplex）、自然系统（NaturalSystem）、或自然景观（NaturalLandscape）。
历史上，人们对自然地理环境的命名各不相同，但其所指的客观实体却是基本相同的，这些术语主要有：
地理壳、景观壳、地理圈、景观圈、表层地圈、生物发生圈、地球表层。
中国自然地理学家黄秉维院士1988年提出“地球表层系统”、牛文元院士1978年提出“自然地理面”的新概念。
这些术语虽然名称不同，但内涵基本相同，没有重大差别。
（3）、自然地理环境的范围
自然地理环境是个完整而连续的物质系统，若划出其中某一部分作为一个系统进行专门的研究，则需划分边界。
具体边界的划分主要从物质联系和相关程度和空间的可划分性来确定。
关于自然地理环境的厚度，世界上还存在着争议。
中国多数地理学家和美国地理学家，主张按照物质的内在联系发生显著减弱处来确定其边界。
认为其上界以对流层的高度为限（在极地上空约8km，赤道上空约17km，平均10km），下界包括岩石圈的上部（陆地上约深5～6km，海洋洋底深4km），上下近15km。
该层中包括了大气圈的对流层、地壳沉积岩石圈、水圈、生物圈。
如此划分自然地理环境的范围的依据有：
A、大气对流层、陆地表面和整个水圈都直接参与太阳辐射引起的地球表面的物质循环，而且水圈的底部和对流曾的顶部都有生物的生存。
B、各大陆自表面到地下5～6km深度内，一般都保存有沉积岩，而沉积岩是由3个无机圈层的物质和有机物质相互作用形成的。
C、沉积岩层以下的热力条件是地热占优势，而且那里已没有空气、液态水和微生物存在。
另外，牛文元提出的“自然地理面”认为，上限在地球大气的“近地面边界层”顶部，即地表向上50～100m的高度，下限在太阳能量影响地面以下的终止线，此线在陆地深约25～30m，在海洋约位于深100m的海水层。
上下的总厚度介于75～200m之间。
目前中国地理学界一般将次层看作是自然地理环境的核心层。
陈传康院士认为，自然地理环境圈层的厚度无需硬性规定，可随研究范围的不同而有差别，一般来说，研究范围越小，厚度也小；研究范围越大，厚度也越大，只有全球性的问题才可能牵涉到所谓“地理壳”的厚度。
二、自然地理学的研究内容
从自然地理学的研究对象出发，自然地理学的研究内容主要包括以下几方面：
1、人类赖以生存的地球表层自然环境的组成、结构及其区域分异规律。
2、人类赖以生存的地球表层自然环境的成因与变化规律。
3、人类赖以生存的地球表层自然环境的系统的运行机制（包括物质循环、能量转换、信息传输）。
4、人类与地球表层自然环境的相互作用、相互影响。
5、地球表层自然环境的评估、预测、管理、优化、调控。
三、自然地理学的研究目的与意义
自然地理学的研究目的在于对人类赖以生存的地球表层自然环境的评估、预测、规划、管理、优化、调控。
通过对地球表层自然环境的评估、预测、规划、管理、优化、调控，达到保护环境、合理利用环境、与环境协调共处，从而保障人类社会的可持续发展。
第二节自然地理学的性质
通常认为具有综合性、区域性、环境性、系统性。
一、综合性
综合性是指自然地理学多学科交叉、多要素融合的性质。
自然地理学研究的对象是地球表层自然环境，它涉及到大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。
即自然地理学研究的对象涉及到许多方面、许多要素。
这些要素相互作用、相互影响，构成了人类赖以生存的地表环境。
因此，多要素的融合便成了自然地理学的特征。
多要素的融合，不是多要素的拼凑。
拼凑只是简单的综合，不是真正意义上的自然地理学综合。
由于自然地理学研究对象的复杂性及多要素构成的特征，决定了自然地理学具有多学科交叉的特征。
可以说，自然地理学是地质学、生物学、大气物理学、水文学、土壤学、环境化学等学科的交叉学科。
多学科的交叉，不是多学科知识的简单拼凑，而是建立在多学科基础上的具有自身特色与体系的综合。
多要素的融合、多学科的交叉，决定了自然地理学具有综合的特性。
尽管其他的一些学科也具有一定的综合性，但地理学的综合性表现的更明显。
二、区域性
区域性是地理学的本质特性，也是区别于其他学科的最根本的性质。
可以说，地理学和自然地理学就是就是以人类赖以生存的地球表层环境以及人地相互作用的区域特征、区域联系与区域分异规律为主要研究对象的科学。
三、环境性
自然地理学的研究对象是地球表层的地理环境（环境学一般将人类环境分为宇宙环境、地理环境、地质环境）。
一般认为自然地理学还研究自然资源的发生、发展极其区域分异规律，但从一定角度上说，自然资源也是环境的有机组成部分。
尽管从人类的生产角度来说，大气、水、岩石、矿物等都是自然资源，但从人类的生活角度来说，它们又是人类环境的重要组成部分。
因此，环境性便成了自然地理学的又一个特性。
四、系统性
系统科学是研究物质与物质之间联系的科学。
既然自然地理学研究对象是由相互联系、相互作用的多要素组成的地球表层环境（自然地理环境），如果不用系统科学的理论与方法去研究，就难以弄清这些要素之间的因果关系与内在联系。
因此，系统性也就成了自然地理学的性质之一。
实际上，地球表层环境就是一个不可分割的体统，可以称之为“地球表层系统”。
由于自然物质系统具有整体性、层次性、动态性与结构功能性，因此对于自然地理学的研究必须树立整体性、层次性、动态性与结构功能性的观点。
所谓整体性，是指物质系统是由相互作用、相互联系着的部分组成的整体，整体的功能大于各部分功能之和。
作为整体，系统具备各组成部分所不具备的新的性质与功能。
（如地球表层土壤的诞生，是大气圈、岩石圈、生物圈、水圈共同作用结果。
土壤的功能和特性是大气圈、岩石圈、生物圈、水圈等各单个圈层所不具备的。
）
所谓层次性，是指系统是可以划分为许多个不同的层次，大系统是由小系统组成的，小系统则由更小的系统组成（如大气系统）。
在系统分析过程中，利用层次分析法（AnalyticalHierarchyProcess，AHP）可以达到事半功倍的效果。
所谓动态性，是指物质系统大多处于不停的发展变化过程中，我们今天所认识的地理系统是地球系统发展演化到某一阶段的结果。
所谓结构功能性，是指任何物质系统都具有一定的结构，物质系统的结构决定了物质系统的功能，系统的功能是与系统的结构相匹配的。
第三节自然地理学与地球表层系统
一、“自然地理学”的定义
一般认为，自然地理学是研究地球表层自然环境的学科。
然而这样的定义是不够全面的。
因为研究地球表层自然环境的学科，不仅仅限于自然地理学（比如土壤化学），所以有必要给出一个更加确切的定义。
根据自然地理学研究的对象、性质、目的，可以给自然地理学下一个相对确切的定义：
自然地理学就是用系统的、综合的、区域联系（包括区内联系、区际联系）的观点与方法，去审视、研究人类赖以生存的地球表层自然环境的组成、结构、区域分异特征、形成与变化规律以及人与环境相互作用，从而对地表自然环境进行评估、预测、规划、管理、优化、调控的学科。
二、自然地理学与地球表层系统的关系
从系统科学的角度出发，可以将地球作为一个巨大的系统——地球系统，将研究地球系统的科学称之为“地球系统科学”。
地球系统又可划分为“地球表层系统”和“地球内部系统”。
研究地球表层的学科可称之为地球表层系统科学，地理科学就是研究地球表层系统科学的“核心科学”。
地球表层系统又可进一步划分为“地球表层自然系统”与地球表层人文系统。
自然地理学就是研究地球表层自然系统的核心学科。
人文地理学则是研究地球表层人文系统的核心学科。
地球表层自然系统是由大气圈、水圈、岩石圈、生物圈相互作用而构成的。
专门研究大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的核心学科分别是大气科学、水文学、地质学、生物学。
自然地理包含了这些学科的某些内容。
从人类环境科学的角度来看，自然地理是将这些内容有机地交叉、融合在一起，将人类生存环境作为一个完整的体系以及对各个区域的环境组合进行研究的。
也可以说，自然地理学是大气科学、水文学、地质学与生物学的交叉学科或边缘学科。
第二章地球表层环境与地球表层系统
第一节地外系统和地内系统对地表系统的影响
地表系统的形成，与地外系统、地内系统所提供的背景是分不开的。
一、地外系统对地表系统的影响
地外系统对地表系统的影响，主要表现在能量的来源、引力的影响、陨石撞击的环境效应及其它因素的影响
1、能量的来源
地表系统一直在不停地运行，地表环境一直在不断地发展、变化。
维持地表系统运行、地表环境发展的能量，除地球内能外，主要来自太阳的辐射。
太阳辐射到地表（地球大气层外界）的能量是8.16J/cm2.min，可使地表温度保持在平均14℃左右，如果没有太阳辐射，地表温度会很快降到-273℃左右，也就不可能有生命的存在。
太阳辐射作用于地表，由于地表接受的太阳辐射的差异，导致了地球行星风带的产生、季风的形成、水汽的运移、洋流的产生以及风化作用的进行。
绿色植物利用太阳辐射进行光合作用，产生有机质（同时将太阳能转化为化学能），并通过生物链引起地表系统中的物质小循环。
由于太阳辐射中紫外线对大气中氧的作用，在距离地面15～35km高度的大气中，形成了臭氧分子大量集中的臭氧层。
臭氧层强烈吸收太阳辐射中的紫外线，从而保护了地表的生物免受紫外线的伤害。
2、引力的影响
由于宇宙天体，尤其是太阳与太阳系行星引力的作用，使地球沿着固有的轨道运行，并具有特定的运行周期与速度，这是地球表层环境形成的基础与背景。
由于太阳与月球引力的作用，产生了地球上的潮汐现象：
海洋潮汐、大气潮汐、固体潮汐。
潮汐作用对于地球表层环境的形成具有重要的意义。
由于海洋潮汐的摩擦作用，导致了地球自转速度变慢，每天持续的时间逐步变长。
海洋潮汐作用，与波浪、海流一起，导致了海水的运动。
海水的运动，不仅使海水对于地表热量的调节能力的加强，而且使海水在更大的深度与广度富含氧气，使生物的分布更加广泛。
由于海洋潮汐的作用，产生了周期性被海水淹没的潮间带。
一般认为，潮间带的存在，促进了海洋生物向陆地生物的进化，为两栖动物的产生、为地球生物的进化创造了条件。
由于海洋潮汐的作用，使海陆相互作用的变大，海陆过渡相沉积物的分布范围更广，海岸地貌类型增多。
大气潮汐导致了大气气压周期性的变化，从而对高层大气气流、台风、大气降水产生一定的影响。
固体潮汐不仅周期性地改变着地球表面的形状，而且还会引起地壳应力的不平衡，从而引发地震等事件的发生。
3、陨石撞击的环境效应
陨石撞击地球，也会改变地球表层的自然环境。
主要表现在以下几方面：
一是改变了地表形态，造成陨石坑和环形山。
二是导致地震。
一块直径为4km、速度为15km/s的陨石撞击地球，能够释放出3×1013J的能量，相当于一次6级地震。
三是导致地表环境的灾变。
在大约距今6500万年前的K/E界面（白垩纪/早第三纪）所发生的恐龙及其他生物大灭绝事件，被认为是小行星撞击地球造成的。
四是大的陨石撞击还会导致岩石圈的破裂，引起板块的分裂与运动。
4、其他宇宙因素的影响
主要表现为：
太阳风对地球的影响。
在太阳风的作用下，地球磁场被限制在一定的范围内。
这个范围称之为地球磁层，即范艾伦辐射带。
宇宙射线对地球的影响。
二、地内系统对地表系统的影响
地内系统对地表系统也产生了不可忽视的作用和影响。
概括起来主要表现在以下几方面。
1、能量的来源
尽管太阳辐射是地表系统运行与发展的主要能量来源，但地球内能也对地表系统与环境产生了不可忽视的作用与影响。
如：
地热的释放。
据估计，地球内部每年产生的地热能量可达2.14×1021J。
一部分地热向地表传播，使得地球表面获得167～210J/cm2.a的热能。
尽管平均而言，相对于地表所获得的太阳辐射能量来说微不足道，但由于它可以在地表局部富集，对某些地区地表环境产生了不可忽视的影响。
地热另一重要作用是提供动力引起地球内部物质的运动与迁移，从而成为火山活动、地震、板块运动的原动力。
火山活动、板块运动则改变了地表海陆的分布、地表的起伏，甚至对大气组成产生了不可忽视的影响，从而对地表系统（环境）施加影响。
2、物质的交换
地内系统与地表系统在不断地进行着物质的交换。
例如，火山喷发，不仅使地幔物质喷出，进入地表，参与地表系统的物质循环，而且还使大量水汽、二氧化碳、尘埃进入大气圈，从而改变大气的物质组成、对地表环境与气候产生重要影响。
由于地幔对流、海底扩张，洋壳不断新生；由于板块俯冲，岩石圈物质又不断被带入地球内部。
这样，地表系统与地内系统之间不断地进行着物质的交换。
这些物质的交换，对地表系统的发生与发展、对地表环境的演化产生深刻的影响。
3、地内活动的其他环境效应
除能量传输、物质交换外，地内活动还对地表环境产生了一些直接的影响。
比如，火山、地震直接威胁着人类安全；地核、地幔物质的运动与相变，导致地球重力场、磁场的变化，不仅会引起大地水准面的变化、影响无线电通讯，而且还会影响生物节律、人体健康。
第二节地球表层系统的组成
地球表层环境是一个系统，从系统论的观点出发，可以称之为地球表层系统。
地球表层系统，是一个非常复杂的巨系统。
说其复杂，是因为它是由许多大小不一的系统组成，并且所涉及的环境要素较多、空间范围较大。
本章从自然地理学的角度出发，对地球表层环境基本的组成和特征作一叙述。
一、四大圈层
地球呈现出圈层构造，可以划分出内部圈层与外部圈层。
内部圈层划分为：
地壳、地幔、地核。
外部圈层划分为：
大气圈、水圈、生物圈。
大气圈指环绕地球的由气体组成的圈层；水圈指地球表层由各种形式存在的水组成的圈层；生物圈指地球表层所有有生命的有机体组成的圈层。
岩石圈是介于内部圈层和外部圈层之间的一个圈层。
它是由地壳以及上地幔顶部的固体岩石所组成的。
（一般认为，岩石圈的厚度即是板块的厚度，岩石圈是由板块“拼装”而成的。
）
大气圈、水圈、生物圈、岩石圈在空间上有着一定的交叉，难以截然分开；在物质交换、能量传递以及发生发展过程方面，更是紧密地联系在一起，相互作用、相互影响。
每个圈层均可看作一个次级系统。
一般认为，地球表层系统由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈交叉组成。
（人类是生物圈的一部分）。
也有学者认为，为了强调人类的重要性和特殊性，可以单独列出一个“智慧圈”（也有人称为“文化圈”或“技术圈”）。
实际上，人类既是生物圈的一部分，又与一般的生物有着本质的区别。
人类与岩石圈、大气圈、水圈、生物圈（四大圈层）的关系以及人类在地球表层系统中的位置，可以用下图表示：
该图表示了三重含义：
1、人类是生物圈的一部分（位于生物圈中），但又不同于一般的生物（单独划出来）。
2、人类生存在四大圈层的交界面上，四大圈层是人类诞生与发展的环境（即地理环境）。
3、人类对四大圈层（即对地理环境）均有着重要的作用与影响。
岩石圈、大气圈、水圈、生物圈（四大圈层）之间及其与人类的相互作用、相互影响，构成了地球表层系统。
二、三大界
通常物质系统可以划分为无机物和有机物，自然界可以划分为无机界和有机界。
地球表层系统的物质组成，也可以概括为无机界与有机界两大类。
但如果用无机界与有机界来概括地球表层系统，似乎还不够全面。
因为人类诞生在地球表层，发生在地球表层。
人类在地球表层系统中的地位与作用，以及人类与自然环境之间的相互作用、相互影响，仅仅用无机界与有机界还难以表达清楚。
尤其是自然地理学就是研究人类赖以生存的地球表层自然环境的学科。
在自然地理学中，更有必要来强调一下人类的重要性。
故有人提出了用人文界来表示人类在地球表层系统中的重要地位与作用，以及人类与自然环境之间的相互作用、相互影响。
可以这么说。
地球表层系统是地球表层无机界、有机界与人文界相互作用、相互影响而构成的一个系统。
三、固、液、气三态物质
地球表层在物质组成上还有一个特征，就是固态、液态、气态三态物质共存。
可以说，地球表层是由固态、液态、气态三态物质组成的。
例如，岩石、冰是固态；水、岩浆是液态；空气、水汽则是气态。
不仅三态物质相互作用，而且在一定的条件下相互转化，成为地球表层系统中物质循环、能量传递与转化的重要表现形式。
比如，海水蒸发便为水蒸气（吸收能量），水蒸气在空中随气流运动（物质迁移），在高山或高纬度地区变为雪（释放能量）降落地表，当气候变暖时冰雪融化又变为水（吸收能量）流入海洋。
在这样一个水的三态（水——水汽——冰）转化过程中，不仅完成了物质的循环（海洋——大气——高山、高纬地区——海洋），而且还完成了能量的传递（从大气吸收能量——释放能量到大气——从大气吸收能量）。
第三节地球表层系统的结构
一、垂直分层
从整个地球看，垂直分层现象非常明显。
从地核、地幔、地壳，到水圈、大气圈等，都说明了这一点。
地球表层同样具有明显的垂直分层现象。
除岩石圈、水圈、大气圈、生物圈显示出垂直方向的明显分层现象外，这些圈层内部也表现出明显的垂直分层特征。
例如：
岩石圈包括上地幔的上部（在上地幔的“软流层顶”上部）与地壳。
地壳又可以分为上部的“硅铝层
升级会员 