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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。
3.地内活动的其他环境效应
地内活动还对地表环境产生了一些直接的影响，如火山、地震。
三、地球表层系统的组成
1、四大圈层
地球表层系统由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈交叉而成。
2、三大界
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。
3、固、液、气三态物质
地球表层是由固态、液态、气态三态物质组成的。
四、地球表层环境（系统）的结构
1、垂直分层
从地核、地幔、地壳，到水圈、大气圈等；
大气圈又可分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
2、水平分异
所谓水平分异，就是指在水平分布方面的差异与变化。
3、立体交叉
组成地表环境的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈，不是绝然分开的，而是相互交叉、相互渗透，在空间上构成了一个立体交叉的结构。
4、多级嵌套
不同空间尺度的环境系统在空间上相互交叉、叠置，并且相互联系、相互作用的。
因此是多级嵌套。
五、地球表层系统的功能
1、物质传输、能量流动、信息传递
垂直方向上，各个圈层之间、各个圈层内部的各个次级层次之间，都可能存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递。
水平方向上，大洋与大陆之间、大洋与大洋之间、大陆与大陆之间、地区与地区之间存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递。
生物圈与其它圈层之间也存在着物质的传输、能量的流动和信息的传递
2、地球表层系统的可预测、可调控功能
可以通过研究地表系统物质传输、能量流动和信息传递的过程与规律，来预测系统的可能变化，通过改变系统的物质流、能量流或信息流，来改变系统的结构与演化的趋势，从而达到对地表系统进行优化、调控的目的。
第二节地球各圈层的组成、结构与特征
组成地球环境的各要素分别组成不同的圈层，圈层构造成为地球环境的显著特点。
地球在大约46亿年前形成的时候，是一个炽热的大火球，还没有圈层的分化。
地球外面包围着原始大气，主要由氢气、甲烷和水蒸气等组成，是一个还原性的大气圈。
我们今天看见的地球各圈层，是经历了亿万年的发育才形成的。
主要事件：
水的出现是地球发育史的第一个重大事件。
大约在38亿年以前，在某种机制的作用下，地球上出现了水。
水分的蒸发和降雨，降低了地表的温度，产生了河流、湖泊和海洋，为地球生命的出现创造了最基本的条件。
地球史上第二个重大事件是生命的出现。
尽管对生命起源的机制也有种种不同看法，但一般都认为生命起源于海洋。
早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过程中放出二氧化碳，逐渐改变了原始大气的组成。
到大约20亿年前，出现了更为进化的细菌和蓝藻等生物。
从此，开始了一种新的生命过程---光合作用，大气圈中首次出现了氧气。
此后，生物进化过程加速。
12亿年前出现最早的真核细胞。
5亿年前出现海洋无脊椎动物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊蕨的植物开始登陆。
哺乳类动物出现在2亿年前。
今天，大约有500万至5000万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内的生物圈。
地球在漫长的演化过程中，逐渐形成大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等四大外部圈层。
由于土壤具有特殊的组成结构和特点，是地球表面特殊的自然综合体，有的学者将土壤圈从四大圈层中单独列出。
一、岩石圈：
地球固体部分的外部圈层。
也是地球内部各圈层的最外层。
地球内部也分成同心圈层，从地心向外，分别是地核、地幔和地壳。
岩石圈位于地壳和上地幔的顶部。
主要由从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩浆岩组成，岩浆岩上面，往往还覆盖着较薄的沉积岩和土壤盖层。
1.岩石圈的组成
（1）化学元素组成：
地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98％以上，其他元素共占1%~2％。
（2）矿物组成：
组成岩石主要成份的矿物，称造岩矿物，最常见的造岩矿物有下列几种：
长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石
（3）岩石组成
火成岩：
火成岩以岩浆岩为主。
岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。
沉积岩：
暴露在地壳表部的岩石，经过风化、剥蚀在原地或经搬运堆积下来，经过成岩作用而形成的岩石。
变质岩：
由地球内力作用引起的岩石性质的变化过程总称为变质作用。
由变质作用形成的岩石，就是变质岩。
岩石的相互转化：
沉积岩、火成岩和变质岩是可以相互转化的，它们之间的相互转化又叫做岩石的循环或地质循环。
2.岩石圈的结构
（1）垂直分层
岩石圈包括地壳与上地幔上部软流圈之上的部分。
地壳也可以分为上下两层。
上层为花岗岩层；
下层为玄武岩层。
（2）水平变异
不同区域岩石圈的厚度、组成与结构是不同的。
水平方向地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳），洋壳薄，陆壳厚，洋壳为玄武质，陆壳为花岗岩质。
3.岩石圈的运动
（1）岩石圈运动的方向：
水平运动，水平运动也称为造山运动；
垂直运动，也叫造陆运动。
（3）岩石圈运动的主要表现
褶皱、断裂、火山、地震等。
4．固体地球表面的结构与轮廓
（1）海陆分布
（2）地面起伏
大陆面积愈大，其平均海拔愈高；
大洋面积越大，平均深度越大。
（3）板块的划分：
岩石圈可以划分成太平洋板块、欧亚板块、印度-澳大利亚板块、非洲板块、南美洲板块、北美洲板块和南极洲板块七个大板块。
地震与火山分布规律的解释：
地震和火山，都集中分布在板块的边缘，板块的边缘是构造活动最强烈的地方。
二、大气圈：
位于地球最外部的气体圈层
1．大气圈的组成与分布
（1）组成：
地球表面的大气主要由氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）等气体组成。
被地球的引力牢牢吸引在地球的周围，包围着地球上的海洋和陆地。
（2）分布：
大气圈没有明确的上界，在几千千米的高空仍有稀薄的气体。
但受地心引力的作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的范围内，其中的75%的大气又集中在离地面10千米高度的对流层内。
2．大气圈的结构
整个大气分为对流层、平流层以及高空的中间层、暖层和散逸层：
3．大气运动
（1）水平气压梯度力：
在存在着气压梯度的地方，空气分子受到力的作用，驱使着空气沿着和气压梯度相同的方向移动的力，它是促使空气从静止到运动的原动力。
（2）地转偏向力（科里奥利力）：
由于地球的自转，地球表面运动的物体都会发生运动方向的偏转。
导致地球表面运动物体方向偏转的力。
在地转偏向力的作用下，地表运动的物体，在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。
（3）大气的辐合与辐散：
在低压中心附近，大气由周围向中心集中。
在高压中心附近，大气向周围散开。
（4）大气环流：
在太阳辐射、地球自转、地表面性质以及地面摩擦的共同作用，使得大气圈内的空气产生了不同规模的三维运动。
行星风系：
发生在行星上的总的大气环流现象。
季风：
大范围地区，盛行风随季节变化而发生有规律改变的现象。
海陆风：
发生在沿海地区的、白天吹海风、夜间吹陆风，以一日为周期。
山谷风：
在山区，白天从谷地吹向山坡、夜间从山坡吹向谷地，以一日为周期。
焚风：
山后的空气温度比山前同高度上空气的温度要高得多，湿度也小得多，形成了沿着背风坡向下吹的既热且干的风。
城市热岛：
城市的温度一般高于周围的郊区和农村。
城市风：
由于城市热岛的存在，当大气环流较微弱时，常常引起空气在城 市地区上升、郊区下沉，使得城市和郊区之间形成了一个小型的热力环流。
三、水圈：
由地球上不同形态的水构成的圈层
1．组成
海洋水、陆地水（江河湖泊、沼泽、冰川，地下水）。
海洋是水圈的主体，是地球上水的最大源地。
全球海洋总面积为3.61×
108km2，海水总体积约为1.37×
109km3。
在地球上海洋占了地球表面积的70％以上，在剩下的不到30％的陆地上也分布着纵横交错的江河湖泊，地表以下的土壤和岩层间还有连续不断的地下水。
海水、地表水和地下水构成了一个连续但不很规则的圈层。
从离地球数万千米的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。
2．分布
海洋水：
约占地球总水量的97%。
海水通过波浪、潮汐、洋流等形式促进了地球高低纬度间的热量输送，对全球热量平衡有重大影响。
陆地水：
约占地球总水量的3%，是地球上淡水资源的主要存在形式。
生产生活用水主要来源于这一类水源。
但这些资源中的接近70%又以冰川的形式存在于两极及高山地区，难以直接利用。
因此人类可直接利用的水资源储量约占全球淡水总储量的0.3%，只占全球总储水量的十万分之七。
地球上水量的分布
总水量分布（%）
淡水量分布（%）
海水
97.3
冰盖、冰川
77.2
淡水
2.7
地下水、土壤水
22.4
湖泊、沼泽
0.35
大气
0.04
河流
0.01
3.水圈的结构
水圈的水平结构特征
（1）:
连续性:
地球表面任何一个地方都有水的分布，水在地球表层的分布是连续的。
（2）不均匀性：
水在地表的分布是不均匀的。
不均匀性一是表现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水圈中各处分布的水量不同。
水圈的垂直结构特征
（1）近地面集中分布:
水主要集中分布在地面附近，随着离地面距离的增大水越来越少。
（2）垂直分层:
水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。
（3）相态分异:
水的相态在垂直方向上的有规律的变化现象。
跨流域调水--解决水的空间分布不均问题
4．水的运动
（1）水循环：
地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，下断地发生相态转换和周而复始运动的过程。
水分循环的产生原因
内因是在常温的条件下水的“三态”变化。
水分循环过程的转移、交换成为可能。
外因是太阳辐射和地心引力。
太阳辐射为水的“三态”转化提供了条件；
太阳辐射分布的不均匀性和海陆的热力性质的差异，造成空气的流动，为水汽的移动创造了条件。
地心引力（重力）则促使水从高处向低处流动。
从而实现了水分循环。
3）水分循环过程包括了蒸发、降水、径流3个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5个环节。
（2）水循环类型：
大循环、小循环
大循环（海陆间的循环）发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，由于广及全球，故名大循环。
从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。
在循环过程中，水分通过蒸发与降水两大基本环节，在空中与海洋，空中与陆地之间进行垂向交换，与此同时，又以水汽输送和径流的形式进行横向交换。
小循环是指发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水分交换过程。
小循环又称内部循环，前者又可称为海洋小循环，后者称陆地小循环。
（3）水循环意义。
水循环使陆地水资源不断更新。
通过水循环运动，水圈中各种水体相互转化，使陆地水资源不断更新，成为一种再生资源，可以永久使用。
水分循环对于全球性水分和热量的再分配起着重大的作用，这种作用与大气循环相互联系而发生，从而影响了一地气候的主要方面——降水与气温。
水分循环具有物质“传输带”的作用，而且又是岩石圈表层机械搬运作用以及自然地理环境中无机成分和有机成分化学元素迁移的强大动力。
在地质构造的基底上重新塑造了全球的地貌形态，在水分循环过程中伴随产生了各种常态地貌和河流、地下水、湖泊等等。
水分循环也是生物有机体维持生命活动和整个生物圈构成复杂的水胶体系统的基本条件，起着有机界和无机界联系的纽带作用。
总之，水分循环有如自然地理环境的“血液循环”，它沟通了各基本圈层的物质交换，促使各种联系的发生。
水分循环过程同时起着水文过程、气候过程、地形过程、土壤过程、生物过程以及地球化学过程等作用。
5.海水的运动
波浪：
每个水质点作周期性运动，所有水质点相继振动，引起水面呈周期性的起伏。
潮汐：
由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升降运动。
潮流：
海水受月球和太阳引力而发生潮位升降的同时，还发生周期性的流动，
洋流：
指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。
分类（风海流；
密度流；
补偿流）。
厄尔尼诺现象：
在赤道太平洋东部的厄瓜多尔和秘鲁沿岸，每过几年，东向信风减弱，导致沿岸上升流也随之减弱或消失，暖水倒流，水温上升，大气对流逐渐变得活跃，海洋里由于上升流的减弱，表层海水的营养物质含量减少，并且由于温度的升高，鱼类大量死亡，使秘鲁渔场大幅度减产。
海面升降：
地球上气候较冷的时候，冰川的规模就大，大量的水体从海洋转移到冰川上储存起来，导致海面降低．气温的升高，陆地湖泊蒸发强烈以及地下水的开采，也会使海面发生变化。
6.水分平衡
（1）水分平衡
地球上任何一个区域在任何一时段内，水的收入与支出的差额等于该地区的储水变化量。
（2）水量平衡方程
全球水平衡方程：
P全球=E全球
水平衡：
尽管对于全球海洋陆地的蒸发量、降水量与径流量的估算值还不完全相同，但有一点是共同的，就是全球的水量是平衡的。
四、生物圈：
地球上所有生物构成的圈层----地球上一个独特的圈层。
1.分布：
主要位于岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈。
大气圈、水圈和岩石圈这三个圈层彼此渗透，相互影响，在岩石圈的上部、大气圈的底部以及整个的水圈，出现了一个既有矿物质、又有空气和水分的地带，在这里繁衍着各种各样的生物，形成地球上一个独特的圈层——生物圈。
2.组成
元素组成：
主要是氢、氧和碳，它们分别占49.8%、24.9%和24.9%，三种元素占到生物有机体的99.6%。
此外，还有微量的氮、钙、钾、硅、镁、磷、硫、铝等。
系统组成：
陆地生态系统；
海洋生态系统。
生物组成：
原核微生物，原生生物，后生植物，后生动物。
3.生物圈的结构
垂直准正态分布式结构：
在垂直方向上，集中分布在某一范围内，而向上和向下都逐渐减小。
水平连续不均匀结构：
地球表面任何一个地方都有生物分布，生物在地球表面的分布是连续的。
生物圈不是一个很均匀的圈层，生物在地表的分布是不均匀的。
多级嵌套结构：
多级系统在空间上相互交叉、叠置，并且相互联系、相互作用的。
结构特性：
（亲岩性；
亲水性；
亲气性；
亲光性；
温控性。
）
4.生物圈的形成与演化
生命的起源：
在得天独厚的各种条件综合作用下，地球上出现了生命。
地球环境从无生命到有生命，经历了漫长的岁月，分为以下四个阶段：
（1）由无机物质形成简单有机物质
●火山喷出气体成为地球原始大气的一部分。
地球形成初期，地内温度非常高，火山活动极为频繁。
火山喷出的部分气体成为地球原始大气的一部分。
这些气体包括氢气、甲烷、氨及水蒸汽等。
●气体成分汇入海洋。
这些气体溶于雨水中，到达地面后随地表径流流入逐渐形成的原始海洋中。
●简单有机质合成。
上述成分在自然界产生的宇宙射线、紫外线、闪电、X射线以及地热的作用下，自然合成一些比较简单的有机质，如氨基酸和简单的糖类。
●海水成为富含有机质的溶液。
简单有机质汇集在原始海洋中，溶解于海水，并不断积累，使海水成为高温而富含有机质的溶液，这为生命的产生提供了必要的物质条件。
（2）由简单有机物到复杂有机物质
●蛋白质与核酸的出现。
简单有机物质经过长期积累、相互作用，在适当的条件下，通过缩合、聚合，形成了原始的蛋白质与核酸。
这标志着化学演变过程的一次重大质变，因为蛋白质合核酸是组成生命的必要的物质基础。
（3）由复杂有机物组成多分子体系
蛋白质与核酸在原始海洋中越积越多，浓度越来越大，它们经过浓缩后便从海水中分离出来，形成类似“团聚体”的多分子体系。
这种多分子体系是原始生命的萌芽。
（4）由多分子体系演变为原始生命
（5）独立多分子体系形成。
漂浮在原始海洋中的多分子体系相互吸附，在海水和空气的作用下形成最原始的界膜，多分子体系被包围其中，形成一个独立的体系。
●新陈代谢出现。
独立体系的结构逐渐复杂化，并能从周围环境中吸取营养，同时也可向周围排泄废物，生命的最基本特征－-新陈代谢和繁殖出现，原始生命也就诞生了。
生命诞生的意义
生命的产生，在地球史上是一个重大飞跃，它使地球除了无机界外，又增加了有机界，地球逐渐变得生机盎然。
●地球环境演化由化学过程到生物进化过程的转变。
生命诞生前是由单质到化合物、无机物到有机物的化学变化过程，生命诞生后则是由单细胞到多细胞、由简单生命到复杂生命的进化和演化过程。
●人类对地球环境影响重大。
生命诞生后，一方面地球变得充满生机，另一方面则是在人类的影响下地球变得面目全非。
生物圈的演化：
生物种类由少到多与生物圈结构由简单到复杂；
生物分布的空间范围由小到大与并由海洋向陆地扩展
第三节人类与地球各圈层的关系
一、岩石圈与人类
（一）岩石圈对人类的影响
岩石圈是人类生存环境中最下面的一个圈层，又是地球内部各圈层的最外层。
岩石圈对人类的发展也具有重要的价值，向人类提供了丰富的化石燃料和矿物燃料。
1.陆生生物活动的基础。
岩石圈稳定少动，是地球人类的立地圈层。
2.提供化石燃料及矿物资源。
目前人类使用的化石燃料主要是煤炭和石油。
从人类全部历史来看，化石燃料大规模使用的历史尚不足200年。
历史上长期使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。
进入20世纪以后，煤炭才开始占主导地位。
石油更是一个后来者，从1920年起其开采量大幅度上升，开始了能源供应的“石油时代”。
从1929年至1971年，世界煤炭产量增长了70%，同期石油产量增长了1000%。
约为12.3％。
2006年世界能源消费结构,其中，石油占35.8％、煤炭占28.4％、天然气占23.7％、核电5.8％、水电占6.3%。
•岩石圈内的矿物资源。
人类利用矿物资源的历史不算长，大约在公元前6000年人类首次学会从矿石中提取金属，进入青铜时代。
3000年以后，到了公元1709年，英国人达比发明了用焦炭作燃料熔炼铁，才进入近代的钢铁时代，钢铁也成了现代一切工业的基础。
随人类开发能力的增强而不断满足着人类的需要，人类利用矿物原料的种类与数量与日俱增：
原始人一生只需要几千克至几十千克石头打制石器；
农业社会的农民一生也只需要几千克铁和铜制造简单的农具，迄今许多发展中国家的农民依然使用着极其简单的农具；
工业化社会对矿物资源的消费却大得多，可以说现代工业建立在丰富的矿物资源基础之上。
•总之，岩石圈是人类所需要的矿物原料和化石燃料的储藏所，其储量是巨大的。
但是，由于人口的持续增长和技术的迅速进步，对矿产与能源的需求与日俱增，传统原料与燃料行将耗竭。
如何迅速实现向新材料与新能源的转变，已经成为关系到人类未来生存与发展的要务。
（二）人类活动对岩石圈的影响
人类对岩石圈的利用中，不可避免的要对岩石圈施加影响。
如果这种影响超过了生态环境允许的程度，就会使地质环境恶化，最终给人类自身发展带来不利影响。
1.改变原有地质地貌状态
如城市建设、矿产开采中，所采取的爆破、削坡等工程活动，会使岩体松动、裂隙增多，促进物理风化作用的进行，往往形成崩塌、滑坡。
2.加剧了资源的消耗
矿产资源是在漫长的地质年代里形成的，属于不可再生能源。
随人类开发能力的增强，人类利用矿物资源的种类与数量与日俱增。
尽管岩石圈中某些资源储量巨大，但不可再生的矿产资源总有被消耗殆尽的一天。
3.加剧了不良环境地质问题的发展
一些环境地质问题本来是自然存在的，但是人为的影响会加剧问题的发展，从而带来较大的灾害。
如水土流失本来是一个自然的地质过程，之所以能形成灾害，主要是人为破坏植被、乱砍乱伐，加剧了这一过程的发展。
二、大气圈与人类
（一）大气圈对人类的影响
大气圈为生命的存在提供了一个保护层，对于人类来说，大气圈成分的精细平衡是人类生存的重要条件。
地球大气的精细平衡创造了适宜人类生活的环境
（1）地球大气成分
地球大气除了N、O之外，还有很多的组成成分，这些成分按照他们在大气中比例的变化，可以分为两种
稳定组分：
氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，他们的比例在大气中十分稳定，不易发生变化；
不稳定组分：
二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等。
这些组分受人类活动影响极易发生变化。
（2）地球大气的精细平衡
地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。
如氧气的浓度。
目前的浓度：
21%。
下层大气中氧气的浓度为21％，这是亿万年来生物圈进化与大气圈相互作用的结果。
——30亿年前，大气圈中氧浓度只有现在的千分之一，原始的生命为了躲避紫外线致命的伤害，只能存在于水下10m深处。
——距今6亿年时，氧浓度达到现水平的百分之一，出现了臭氧的保护，生命开始出现在水面上，成为生命史的第一个关键浓度。
——4亿多年前，氧浓度达到现水平的十分之一，臭氧的浓度进一步增加，生命才能从海洋登上陆地，这是生命史上的第二个关键浓度。
氧气浓度如果发生改变的后果
——如果大气中氧浓度下降，则不仅生活在低海拔的人也会经受高山反应之苦，而且氧化反应受到抑制，燃料燃烧产生的一氧化碳等有毒气体将积累在大气圈。
——如果大气中氧浓度增高，譬如从现有的21％增高至25％，则雷电就能把嫩枝和草地点燃，造成连绵不断的火灾，使全球植被遭到破坏。
-------另一种敏感的微量组分是
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