1、绪论自然地理学研究什么？人类生存环境 为什么？各地的生存环境有重大差别（空间） 各地生存环境均有较大的变化（时间） 至今还有许多不明白的问题 怎么研究？带着问题做深入的调查研究，定性到定量地进行研究 是谁告诉我们要这样做的？我们的祖先所创造的 周易当代的“自然地理学”公共基础课“自然地理学”研究对人类生存发展有深刻影响的由天、气、水、生、土、地的物质和物质运动所构成的地球表层自然环境及其发展变化。她的基本任务是总结过去，预测未来，服务于人类的生存和发展。 当代自然地理学及其发展趋势的新特点 综合化的趋势。自然地理学各分支学科研究的各分支系统，本就受制于“地球表层”开放巨系统。因此，各分支学科的
2、发展也受制于自然地理学的发展。在自然地理学各分支学科分别发展到一定程度后，必然会出现趋向综合、促进自然地理学发展的新时期。 大量运用高新科学技术，如计算机、遥感遥测、激光、同位素分析和信息系统、自动化技术等，为自然地理学研究能赶上时代的需要创造了条件。 由定性向半定量定量发展。虽然还有比较多的定性问题需要研究，但许多自然地理学新概念已有了定量指标，如年代指标，含量比例指标，临界值指标等等。 由静态向动态发展。一方面是高精度的定位监测，另一方面是探索机制按动态模式预测未来。自然地理科学研究的根本转向就在于从认识过去转为预测未来。新时期自然地理学的活力及其全部意义就在于以认识过去为基础而预测未来，
3、使人们能在自然王国中博得更多的主动和自由。地理研究趋向于系统分析 例如长江流域山河湖海动力系统可分解为多个复杂系统：1.（全新世以来）海平面上升长江河口水面比降变小并泥沙加积、河床断面缩小、洪水位上升上述过程自长江河口向上游方向发展,即溯源发展的河床加积和洪水位上升长江两岸,支流河口及河谷洼地积水成湖(自然堤后) 湖,并顺江两岸向中游方向发展 长江中游江水位上升、两岸湖面扩张，洪水泛滥，淹没河滨低地人类在河滨低地屯田,复修堤筑坝防洪堤间河床淤积、洪水位上升、加固加高堤防、长江洪水位越来越高于堤后平原地面,平原地区深受洪水威胁。2长江上游地区，构造运动抬升，河流深切、两岸崩塌滑坡、大量碎石泥沙下
4、泄；人类开垦坡地，水土流失，增加泥沙下泄长江中下游河床淤积、湖区泥沙淤积，河湖洪水位上升，加剧洪水威胁。3雨区自西向东迁移-长江中游干流洪峰与当地暴雨相遇，或长江干流洪峰与支流湖区洪峰相遇，河湖互相顶托-长江中游大洪水，例如 1954 年，1998 年长江洪水。4长江中下游或长江下游连阴雨长江干流泄洪受长江口高潮（或风暴潮或天文高潮）涨潮流顶托长江中下游或长江下游、河口地段大洪水，如 1991 年大洪水。5长江流域降水减少长江中下游径流减少，有时两岸严重旱灾长江口涨潮流加强或盐水入侵长江河口段淤积加剧，有些港口淤塞，如镇江港淤毁。以上研究则为预测长江中下游河道变迁、河床淤积和洪涝灾害以及控制调
5、水等奠定了基础。 厄尔尼诺现象和拉尼娜现象 径向环流和纬向环流的变化 季风的变化厄尔尼诺：来自海洋的气候信息 厄尔尼诺是赤道太平洋中部和东部每隔几年发生一次的大范围海水异常增温现象。它常常导致热带地区乃至全球气候发生异常，但又与工业化革命带来的全球气候变暖是两回事。厄尔尼诺的产生与海洋和大气的相互作用密切相关。在浩瀚的太平洋洋面，大气低层风驱动着表层海水的流动，由于地球自转偏向力的影响，使得水流的方向在北半球向风的右侧偏转，在南半球向风的左侧偏转。早南美北部的太平洋沿岸，盛行偏东风，风向与海岸线相平行，海水的流动是离开海岸的，而沿岸表层没有海水来补充，则迫使表层以下温度较低的海水上升，以替代流
6、走的较暖的海水，因此在这个地区生成巨大的涌升流，称为冷水上翻区。在赤道附近，沿赤道两侧分别为东北信风和东南信风，风驱动着表层海水也向两侧分流，沿东太平洋赤道地区，也会产生冷水上翻，以补充流走的海水。刚升到海面的海水温度比周围要低，通过红外卫星图象可以看到一条从南美沿岸向西延伸的明显冷舌，这就是赤道太平洋的冷水区。由于下层海水含有丰富的营养物质，冷水区也是海洋生物量十分丰富的地区。 由于赤道太平洋海面盛行偏东风，大洋表层暖的海水被输送到西太平洋，西太平洋水位不断上升，热量也不断积蓄，使得西部海平面通常要比东部偏高 40cm，年平均海温西部约为 29，称为暖池区，而东部沿岸仅 24 左右，东西两侧
7、海温差异在 36 之间。 但是，当某种原因引起信风减弱时，维持赤道太平洋海面东高西低的支柱被破坏，西太平洋暖的海水迅速向东蔓延，原先覆盖在热带西太平洋海域的暖水层变薄，海温在太平洋西侧下降，东侧上升。同时赤道东太平洋的涌升流也随信风减弱而减弱，暖水逐步占据了赤道中、东太平洋地区，并从海面一直可以到达 100m 深处。当东太平洋海温异常偏高持续 6 个月以上时，被称为一次厄尔尼诺事件。 厄尔尼诺的发生具有一定的周期性，通常 27 年发生一次，但并不遵循严格的周期。1950 年以来共发生了 14 次厄尔尼诺事件，分别发生在 1951，1953，1957-58，1963，1965-66，1968-6
8、9，1972，1976，1982-83，1986-87，1991-92，1993，1994-95，1997 年。从最近半个世纪的情况看，八十年代中期以来厄尔尼诺事件发生更为频繁，强度也明显增强。 大气的运动影响着表层海水的流动，热带海洋又是大气能量的宝库。在赤道太平洋西部，温暖而潮湿的海面源源不断地向其上空地大气输送着热量和水汽，使大气温度增高，上升运动加强，从而成云致雨，所以这一地区雨水丰沛，气候湿润，年降水量一般在 2000mm 以上；而中、东太平洋冷水域则使得其上空大气变冷，密度增大，下沉气流难以把水汽抬升到能够形成云和雨滴的高度。因此，这一带洋面通常云量很少，降水量只有 500mm 左
9、右，常常形成干旱。 中国气象局国家气候中心：李晓燕海洋的功能 碳循环的研究 “暖池”的作用 全球海平面变化据 2001 年中国海平面公报：我国沿海海平面近 50 年来呈上升趋势，平均以每年 13 毫米的速度上升。特别是近三年来，上升速度有所加快，每年达 2.5 毫米。2000 年，我国沿海海平面比常年平均海平面升高了 51 毫米，沿海各省、自治区、直辖市中，海南沿海海平面上升幅度最大，上升 100 毫米；江苏、上海、福建、广东、广西沿海海平面的上升幅度都超过了 50 毫米；天津、河北、辽宁升幅较小。海平面长期缓慢上升会加剧沿海地区的风暴潮灾害，加大洪涝威胁，并引发海水入侵、土壤盐碱化、海岸侵蚀
10、等问题，同时严重影响沿海城市基础设施建设。专家指出，我国海平面的上升趋势与全球海平面上升趋势基本一致。沙尘暴和气溶胶通量沙尘暴是什么？ 据气象专家介绍说，扬沙和沙尘暴都是本地和外地的尘沙被风吹起造成的。一般而言，沙尘暴是指携带大量尘沙的风暴，多发生在沙漠和干旱地区，气象上一般以能见度来区分沙尘和沙尘暴；能见长白山森林被砍伐（沈考辉，1999）度小于 1 公里的为沙尘暴，能见度在 1 公里以上的为沙尘或扬尘天气。近年我国风沙灾害统计 据有关部门提供的材料，特大沙尘暴 20 世纪六十年代在我国发生过 8 次，七十年代发生过 13 次，八十年代发生过 14 次，而九十年代至今已发生过 20 多次。专
11、家确定我国北方四大沙尘源区据中科院寒区旱区环境工程研究所研究员杨根生指出：“我国北方四大沙尘源区分别为：甘肃河西走廊和内蒙古阿拉善盟地区；陕、蒙、宁、晋西北长城沿线的沙地、沙荒土旱作农业区；位于北京北部、东部的浑善达克、呼伦贝尔、科尔沁沙地以及新疆塔里木盆地边缘。 ”甘肃河西走廊和内蒙古阿拉善盟是强度最大的沙尘暴策源地，除对周边地区造成危害外，还有能力对东北、华北甚至黄河、长江中下游地区的天气产生影响。这一沙尘源区的主要特点是：沙漠面积大、沙漠与绿洲之间的过渡带破坏严重；水位下降造成干涸湖盆增多，梭树林、胡杨、红柳大面积死亡，新沙化地不断增加。杨根生举例说，地处额济纳绿洲的天鹅湖 1982 年
12、还是碧波荡漾，如今不但干涸无水、湖盆还积满 1 米以下的沙丘。还有的干涸湖盆如居延海地表物质有 70是小于 0.063mm 的粉尘，遇到 5 级风就可能产生沙尘暴；民勤的梭树林 1982 年还很茂密，现在死亡面积已达到原来的三分之一。杨根生告诉记者，最新的考察结果表明，除气候条件外，新的沙尘区不断增多，造成原沙尘暴策源区面积不断扩张也是今年沙尘暴频率高，间隔短，强度大的重要原因。杨根生结合我国气候和地理环境客观分析认为，短期内根治沙尘暴是不可能的，阻止新沙尘源区的扩展是减缓沙尘暴发生强度和降低沙尘暴发生频率的有效措施。全球变化研究新进展新世纪第一次厄尔尼诺 将于今春“卷土重来”新华日报2002
13、 年 1 月 30 日：厄尔尼诺现象将对我国所造成的气候异常主要有以下几方面。1.台风减少2. 我国北方夏季易发生高温、干旱。1997 年强厄尔尼诺发生后，我国北方的干旱和高温十分明显3. 我国南方易发生低温、洪涝。如 1931 年、1954 年和 1998 年的洪水，都发生在厄尔尼诺的次年。4. 在厄尔尼诺现象发生后的冬季，我国北方地区容易出现暖冬。中华版图水陆变迁惊人新华日报2002 年 1 月 29 日：沙洲扩展，沧海桑田，湖泊千涸，岛岛相连。谁能想到，仅至 1949 年以来的半个世纪的时光，在自然和社会的综合作用下中华大地水陆竟然发生如此巨大的变迁。陈潮以 1949 年编制的中国人民地
14、图集为基础，与 2000 年现行出版的地图相对照，现行地图呈现处处今非昔比。1. 海岸延伸.在黄河三角洲,从 1953 年至 1982 年间,就造陆 1100 平方公里.到 1994 年，河口地区已经是一个近 6000 平方公里的近代黄河三角洲。长江三角洲地区，新中国成立以来已有数十平方公里的陆地形成。仅改革开放后的浦东新区，就造陆 11 平方公里。珠江三角洲扩陆后，吞并了一些原来孤立的沙洲和小岛。2. 岛屿变化。浙江温岭的石塘岛由干滩淤塞，成为大陆的一部分。上海的崇明岛，1950 年的面积约为 600 平方公里，现在的面积已扩展为 1200 平方公里。长江口南侧的横沙岛，1958 年前仅是一
15、处露头的沙洲，如今以成为一个面积达 49.2 的中型岛屿。3. 湖泊消长。曾经干涸的吐鲁番洼地艾丁湖获得新生，已恢复湖面 75 平方公里。素有“千湖之省”美称的湖北省，20 世纪 50 年代有天然湖泊 1052 个，如今仅存 83 个。长江中下游的江汉平原已有 80的湖沼消失。新疆的博斯腾湖原有面积 1019 平方公里，现收缩 1/3 以上。新疆准葛尔盆地的艾比湖原有 1070 平方公里，现仅有 500 平方公里。中外驰名的罗布泊，20 世纪 60 年代约有水面 660 平方公里。一，地球地球环境地球系统 二.地壳地质构造全球构造体系 1. 地球环境 3. 地壳结构 2. 地球系统 4. 地质
16、构造 5. 全球构造体系 三.大气气象气候气候系统 四.水水域水环境系统 6. 大气成分 10. 水循环与水量平衡 7. 大气运动 11. 陆地水环境系统8. 气候与环境 12. 海洋水环境系统9. 全球气候变化 13. 水环境演化 五.风化土壤过程土壤地理系统 六.生物生态生态系统14. 风化成土 18. 生物群落 15. 土壤过程 19生态环境 16. 土壤环境 20. 生态系统 17. 土壤地理 21. 生态修复 七.地貌地貌发育地貌体系 八.综合自然地理人地关系 22. 地貌发育 26. 自然地理环境23. 陆地地貌系统 24. 海洋地貌系统 25. 全球地貌体系 自然地理学在新时代所
17、关注的新问题 2005.01.04 扬子晚报： 南京地质矿产研究所：长江三角洲地下水资源与地质灾害调查评价 长江以南 10 万平方公里范围内，长期超采地下水，引起地面沉降与地裂缝等,形成三个区域性沉降中心：上海、苏锡常、杭嘉湖地面沉降已经造成长三角中心地区损失 3500 亿元2007 年 2 月 12 日扬子晚报：70 多个城市发生地面沉降 上海是我国地面沉降发生最早、影响最大、带来危害最严重的城市，自 1921 年发生地面沉降以来，至今沉降面积达 1000km2 沉降中心最大沉降量达 2.6m根据对上海 40 多年沉降历史的研究，地面沉降造成的经济损失已达千亿元，也就是意味着地面平均沉降 1
18、 cm，损失就高达 1000 万元。目前，全国已有 70 多个城市发生了不同程度的地面沉降，沉降面积已达 6.4 万 km2，沉降中心最大沉降量超过 2m 的还有天津、太原、西安等城市，其中天津 60的地面发生沉降，塘沽区的沉降量达到 3.1m.由于地面沉降，西安的唐代建筑大雁塔倾斜已达上千毫米；海河泄洪能力大大下降，天津市区内涝基本无法从海河排出；华北一些地区地下水循环系统平衡遭到破坏，地下水质恶化。中国高层治水忧思( 2004-11-01 ) ：用水量已接近可用水量上限 我国水资源面临严峻形势，水环境持续恶化，水资源的合理利用和水环境保护是当务之急，我国水资源总量 28 万亿立方米，人均水
19、资源量 2200 立方米，仅为世界平均水平的 1/4。全国实际可能利用的水资源量约为 8000 亿至 9000 亿立方米。在充分考虑节水的情况下，目前估算用水总量为 7000 亿至 8000 亿立方米，即用水量已经接近可利用水量的上限。与此同时，我国用水效率不高，浪费现象普遍。我国的用水总量与美国相当，但仅为美国的 1/8。工业万元产值用水量平均为 241 立方米，是发达国家的 5 到 10 倍，工业用水的重复利用率平均为 40左右，而发达国家平均为 75至 85。全国七大江河水系的 407个监测断面中，近 1/3 的水“ 丧失水功能”：不可农业用、不可工业用，更不可作饮用水源污染治理的积极性
20、和有效性却远不如政府的安排和人们的想象。 怎么学习并学好自然地理学导论1、读读教科书，找出看不明白的问题 2、上课认真听，找出听不明白的问题 3、广泛的阅读，找出现代的热点问题 4、经常地交流，讨论讨论有关问题 5、经常做笔记，专研专研这些问题 目的与目标:对自然地理有关问题 产生兴趣;具备汇总有关资料、并进行初步分析与编写短文的能力和水平第一章 地球环境思考题：1怎么理解地球系统是开放系统？2从人类对地球系统认识的进步得知你该如何学习和推动科学技术的进步？地球的形状与大小：地球极半径 6356.779 km，南极比北极半径短 15.2 m； 地球赤道半径 6378.14 km，某些地方相对高
21、出 430 m；地球平均半径 6371.03 km；地球表面：地球圆周长 39840 km。地球表面积 5.008108 km2 海洋表面：面积 3.524108km，占约 71 %，平均水深 3729m，最深点-11033 m，海洋水面的隆高最大+76m ，海洋水面的低洼最低 -104m。 陆地表面：面积 1.484108 km ，占地球表面约 29 %，南半球陆地面积占约 17 %，北半球陆地面积占约 39 %，陆地平均高度 +875 m，陆地上的最高点，珠穆朗玛峰 +8844.34m，陆地上的最低点死海水面-392 m。地球的圈层结构：高层大气散逸层，约800 km ；热离子层，约 80
22、-800 km；中间层，约 52-80 km；大气层臭氧层 约 12-52 km平流层 约 10-52 km；对流层 约 0-10 km海洋水层全铺地球表面平均水层厚度约 2.8 km 地壳层平均厚度 17 km，质量 2.61022kg，平均密度 2.8 g/cm3 地幔层平均厚度 2900km，质量 4.01024kg，平均密度 4.48 g/cm3 地核平均厚度 3470km，质量 1.951024kg，平均密度 10.7 g/cm3 地球质量：5.9761024 kg，地球平均密度：5.52 g/cm3地球年龄： 46108 a地球的自转运动地球自转的地理环境效应，除了上述多个方面以外
23、，其他比较突出的，一是由日、月引力在旋转的地球表面产生潮汐运动，有海（洋水）潮与固体潮，潮波向西推进；二是地球上的运动物体受到偏转力科里奥利（G.G.deCoriolis）力的作用而发生运动方向的偏移。偏转力 Fc=2VSin 式中 V 为运动物体的运动速度， 为地球自转角速度， 为运动物体所在地理纬度。它使气流、洋流、水流和其它运动物体都发生运动方向的自然偏转。关键词：自转，经纬度，潮汐运动，科氏力，自转速率的变化。思考题：试举 3-5 例，说明地球自转及自转速率的变化对你周围环境的影响。地幔热对流概念最早是二十世纪三十年代由霍姆斯（A.Holmes）提出来的。大约 40年之后，特科特和奥克
24、斯伯（D.L.Turcotte and E.R.Oxburgy）结合大洋中脊地热流值高，且多火山熔岩、地势相对较高等特点，提出了上地幔中可能存在的热对流图式。大洋中脊部位是上升热柱，然后往两侧扩张，在大洋的传输过程中冷却、凝固而成冷的具脆性的岩石圈板块。板块边缘消减带俯冲岩石圈即下降的冷柱，向下回流，在深层被加热，再上升，在地表下几百公里形成反向流。 全球规模的地震活动带有环太平洋地震活动带（释放地震能量占全球地震释放能量的80%） 、地中海喜马拉雅 爪哇地震活动带、各大洋的海岭地震活动带与大陆裂谷系地震活动带，大板块内有板内地震活动带。关于“地震预测预报” 地震有前兆，有可能实现预测预报。但
25、各地地震的发震地质基础是有差别的，所谓的“地震前兆” ，并非单一地仅指示地震的来到要认真做历史分析（历史地震的调查研究）与背景分析，地震学家用地震仪记录到的地震波振幅的大小确定地震的震级，里克特震级表(简称里氏震级 MRichtermagnitudescale， ）分为 10 个等级，每级地震的增量相当于按地震波振幅测得地震规模的 10 倍。但地震震级每升高一级相当于释放能量增大约 33 倍。 。记录到的最大地震是 1960 年的智利地震 8.9 级，释放能量约 8.81017 焦耳，不仅伴有强烈的火山喷发，而且伴随发生强海啸，于智利沿海浪高约 7.3m，并横扫太平洋，把日本的渔船抛到几米高的
26、码头上。地球内部的不连续面是利用地震波传播特征的解译，发现地球内部物质密度与物相的变化，相继确定了地球内部的多个地震波传播的不连续界面。如内、外地核的界面，古登堡（Gutenberg）面、软流层的底面和顶面、莫霍洛维契克（ Mohorovii）面和康拉德（Conrad）面等，并借以划分地球内部的圈层。 内、外地核的界面深度约 4703-5154km，也即其间存在厚约 451km 的过渡层。过渡层以下的内地核，P 波波速达 11.23 km/s 以上，并出现由 P 波派生出来的 S 波，说明内地核是固态物质，物质密度12-14g/cm3。 古登堡面是地核与地幔之间的界面，它的深度约 2900km
27、，S 波的传播至此消失，P 波的波速由 13.64 km/s 骤降为 8.10 km/s，并出现 P 波的反射与折射，致使地面上较大跨度区域成为接收不到某个地震的 P 波的阴影带。 软流层的顶、底面深度分别为 50-70km 与 250km 左右。在软流层厚度范围内，S 波的传播速度由 4.6km/s 骤降为 4.2-4.0km/s，P 波的波速也由 8.1km/s 降为 7.8km/s，往下又增达 8.97km/s，所以软流层也称低速带。实验证明地震波在液态结晶混合物中速度减慢并衰减，推测软流层有 1%-10%的物质熔融。它是原始玄武岩岩浆源，并使其上的岩石圈板块易于平移和局部向下楔入。 莫
28、霍面是地壳与地幔之间的界面，P 波的波速由 6-7 km/s 陡然增加到 8-8.1 km/s。莫霍面的深度于海洋深处海底以下只有 5km 左右，于高山和青藏高原以下埋深达 64-70 km 以下 平均深度 17 km 左右。 康拉德面位于地壳内，表现为 P 波波速从 6km/s 向下增达 6.6km/s，有的地方为突变，有的地方为渐变，海洋地壳中则没有这样的界面。因此，康拉德面反映了大陆地壳与大洋地壳的差异以及大陆地壳的双层结构。大陆地壳的上层由花岗岩与花岗岩成分的变质岩和薄层沉积岩组成，也称硅铝层；下层由玄武岩或辉长岩组成，也称玄武岩层或硅镁层。硅铝层厚 10km 左右，硅镁层厚 20km
29、 以上。大洋地壳只有硅镁层，平均厚度 78km。地壳位在固体地球的最表层，平均密度 2.8 g/cm3。地壳中的康拉德面反映了大陆地壳与大洋地壳的差异以及大陆地壳的双层结构。大陆地壳的上层由花岗岩与花岗岩成分的变质岩和薄层沉积岩组成，也称硅铝层；下层由玄武岩或辉长岩组成，也称玄武岩层或硅镁层。硅铝层厚 10km 左右，硅镁层厚 20km 以上。大洋地壳只有硅镁层，平均厚度78km。 地幔位在莫霍面以下到古登堡面以上，平均厚度 2900 km. 莫霍面以下的地幔物质的密度约 3.32-3.5 g/cm3，至古登堡面增达 5.66 g/cm3，平均 4.48 g/cm3。大体在 400 km 深度
30、与700 km 深度为两个波速与密度的较快变化带。地幔由超基性岩类物质组成，按相应的温度与压力实验为 55 %的橄榄石、35 %的辉石与 10 %的石榴子石的混合物，下地幔则可能含有更多的铁、镁物质。自上至下，随着温度与压力的增加，物质的相态变化也比较大。 重力异常及其效应是指比其实测重力值大者称为正异常，比其小者称为负异常。它是由较高密度物质在地球内部分布不均而引起的。艾利（GeorgeAiry，1855）认为上述印度北部大地测量中铅垂线偏离现象，那是因为高山深处岩石的密度比相同深处其它地方的岩石密度要小。这一特征被称为“山根” 。这种密度上的亏损基本上补偿了山脉的附加质量。大洋盆地的高正重
31、力异常表示质量过剩，密度较大的地幔岩非常接近地表。这个特征也叫“反根”因此，实测重力剖面线的起伏与莫霍面的起伏基本相似，它们与地形的高低起伏似呈镜像反照。重力均衡运动如大陆剥蚀区不断剥蚀、地面降低，就有重力均衡（运动）地面回升以补偿；沉积区不断增积、地面增高，就有重力均衡（运动）地面沉降以补偿；大冰盖区冰盖增厚、冰体荷载就有重力均衡（运动）地面沉降以补偿，冰体消融、减荷就有重力均衡（运动）地面回升以补偿；海洋或大湖区水层增厚、水位上升，就有重力均衡（运动）底面沉降以补偿，水层减薄、水位下降就有重力均衡（运动）底面抬升以补偿等。专题 1 人类为何执着地探索火星近来，随着美国“火星探路者”号飞船成
32、功地在火星阿瑞斯平原着陆，这颗“神秘”的星球又一次成为世人瞩目的焦点。从 1965 年“水手 4 号”火星探测飞船首次探测火星起，迄今人类已先后向火星发射过十几次探测飞船，三次在火星陆地着陆，耗资十分巨大。人类为何如此执着地探索火星奥秘？中国科学院紫金山天文台的科学家认为，地球人对火星执着的探索，是人类探索宇宙生命。去年 8 月，美国科学家在一块来自火星的陨石上发现了古代微生物痕迹，这使得科学家对地球生命有了全新的认识。根据火星陨石内古微生物痕迹的启示，科学家进一步对地球生命起源年代重新研究。结果表明，地球上出现生命的时间远远早于人们过去认为的38 亿年前。如果此次“火星探路者”探索飞船能在火
33、星上采集到火星上生命存在的“证据”，那将有助于揭开地球生命及人类起源的奥秘。人类探索火星还可使地球人以火星为“镜子”，了解地球今后的命运。最近的火星探测表明，火星上曾发生过特大洪水。也许火星曾经是一个温暖、湿润，适宜于生物生长的星球。但根据目前探测结果，火星上现在除南北极存在“水冰”外，大部分地区是极干燥的“戈壁滩”。由于没有臭氧层，紫外线直接照射到火星地表，使生物难以生存。通过对火星深入研究，可以使地球人了解星球的历史变迁，更好地保护我们自已的星球免遭毁灭。比如科学家登上月球后，通过对陨石坑研究，了解到地球的历史上曾遭受过许多“宇宙炮弹”的轰击，从而对恐龙灭绝等自然事件有了新的认识。登上火星
34、后，对地球人如何保护环境、保护资源等也有了更清醒的认识。因为火星是一个失败的“地球”。探索火星，最终也是为人类征服火星作准备。不少科学家设想，随着科学技术飞速发展，人类有可能在火星上建立适合人类生存的“生态环境圈”，或利用先进技术改造火星环境，让火星成为“ 第二个地球”，成为地球人未来最佳的“避难所”。 （记者窦靖江，1990 年）专题 2 关于地震地震是地下局部积聚能量的释放，受力岩块的突然错断或折裂伴随发生剧烈的振动，向四周发射 P 波、 S 波，传到地 气或地水、水气介面在成为兼有 P 波与 S 波特征的面波，使地面上的建设遭受破坏以及生命伤亡。地下地震波的起始点称为震源。地面上距离震源
35、最近的一点称为震中。震源深度70km 的叫浅源地震、70-300km 的叫中源地震、300-700km 以上的叫深源地震。连续三个深度层次相继发生地震的地带称贝尼奥夫（Benioff）带或“和达贝尼奥夫带”（K.Wadati-H.Benioffzone） 。它呈斜面分割地球的岩石圈及地幔层。地震学家用地震仪记录到的地震波振幅的大小确定地震的震级，里克特震级表（Richtermagnitudescale，简称里氏震级 M）分为 10 个等级，每级地震的增量相当于按地震波振幅测得地震规模的 10 倍。但地震震级每升高一级相当于释放能量增大约 33 倍。一次 7 级地震释放能量约 1015 焦耳。记
36、录到的最大地震是 1960 年的智利地震 8.9 级，释放能量约 8.81017 焦耳，不仅伴有强烈的火山喷发，而且伴随发生强海啸，于智利沿海浪高约 7.3m，并横扫太平洋，把日本的渔船抛到几米高的码头上。地震造成的地面破坏程度称为烈度，一般分为 12 个等级。3 级烈度相当于室内少数静止者感觉到振动；6 级烈度即有少数民房遭损坏，潮松地面出现裂缝；10 级烈度则坚固房屋多倾倒，地表裂缝成带断续相接，局部穿过坚实岩层，总长可达几公里；12 级烈度即毁灭性破坏。震中向外，烈度递减，烈度相等点的连线称为等震线。破坏性地震延续分布的地带称地震活动带。全球规模的地震活动带有环太平洋地震活动带（释放地震
37、能量占全球地震释放能量的 80%） 、地中海喜马拉雅 爪哇地震活动带、各大洋的海岭地震活动带与大陆裂谷系地震活动带，大板块内有板内地震活动带。在时间序列上还有地震活动活跃期与地震活动平静期的交替。在中国，1477-1739年间有破坏性地震 74 次，1740-1784 年间有 8 次，1785-1976 年间有 508 次，90 年代中期则又开始了一个新的地震活动活跃期。美国加利福尼亚州大地震的时间间隔 50-100 年。全球每年地震约 500 万次，其中人能直接感觉到的地震约 5 万次，破坏严重的地震约 1-2 次。20 世纪 90 年代发生了 13 次 M7.0 的大地震地震前兆有声、光、
38、电、热、放射性活动及地下水活动异常、地形变异常等，最典型的是主震前越来越密越来越强的前震，有的发生在当地，有的发生在主震的外围。历次地震，有不同的孕震过程及地质背景，地震前兆也千差万别，因此，应选择不同的地震预测方法和技术，预报下次地震发生的时间、地点、可能的震级大小，及破坏程度。1933 年叠溪地震地震遗迹：山崩、倒石堆、堰塞湖（海子） 、堆石坝残余、海子和海子间的堆石坝关键词：地球物理，地震，圈层结构，重力，均衡运动，地热，地幔对流，地球磁场，地球圈层运动思考题：多种地球物理方法探测地球内部物质与物质运动的特点。然而这些地球物理的方法和技术又是如何创造出来的呢，对它的测量数据的解释可信吗？
39、第二章 地球系统2.2 地球表层系统要点：地球表层系统是开放系统，向有序方向发展，是自然地理学研究主要内容。关键词：地球表层系统，开放系统，物质流，能量流，反馈机制，地理环境思考题：如何阐述地球表层系统是开放系统？地球表层系统中主要界面的性质特征。“地球表层”概念最早是由德国地理学家李希霍芬（F.Richthofen 18831905）提出来的，指的是与人类有直接关系的那部分地球环境。虽然他当初仅把岩石圈的外壳称为地球表层，但他曾认为地球表层是地理学研究的核心，并说地理学的任务就在于集中研究地球表层相互联系的各种现象，特别是研究人与地球以及生物现象之间的联系。 钱学森(1989)与浦汉昕（19
40、89）提出 “地球表层”的上界应划在大气同温层的底部或对流层的上限（极地上空约 8km，赤道上空约 17km，平均约 10km） ，下界为岩石圈的上部，陆地表面往下约 5-6km，海洋往下平均 4km 左右，该范围往上的部分与比其更深的部分则是“地球表层的环境” 。但是，有的专家认为“陆地表面往下约 5-6km” 并无任何实际意义，不如以岩石圈中地壳的底面为“地球表层”的下界。诺贝尔奖金获得者普利高津（1977）在他的较早期著作中曾提到“地球近似地是一个封闭系统” 。 钱学森（1989）则明确地指出，地球表层是一个非常复杂的开放系统，地球表层系统与（地球表层往外的部分和地球表层更深的部分即）地
41、球表层的环境有物质和能量的交换。地球表层系统是开放系统首先是它依赖太阳源源不断地提供能量（负熵流） ，不断抵销地球表层熵的增加，并降低系统的总熵，形成和维持大气圈、水圈、生物圈的丰富多采的自组织的有序结构 地球表层系统中的界面，系地球表层按物态特征分化形成的几个圈层，即岩石与岩石圈地壳、大气与大气圈对流层、水与水圈、生命有机质与生物圈和土壤层等，各圈层之间均有清晰的界面，如地面、水面、海洋水层底面、生物密集分布层的顶面与底面等。 各圈层之间的界面，既是阻止不同圈层之间进行物质与能量交换的中介面，又是不同圈层之间进行物质与能量交换所必须逾越的分界面，而且是物质与能量转换并在对面圈层发挥作用的基面
42、。 物质与能量穿越界面包含极为复杂的物理过程、化学过程和生命过程，有物态物相的变化与能量的转换，有单向的物质流与能量流与双向的物质流与能量流等 穿越界面单位面积的物质流量或能量称为通量。 海面即大气与海洋的界面，占全球表面积的 70.8%。由于对流层大气与海洋水体的密度均比较小，而且互相之间的密度比差绝对值也比较小，又都具有易于流动的特点，所以大气与海洋之间能在任意方向逾越界面进行物质与能量的交换。地面即大气与陆地间的界面，要比大气海洋间的界面复杂得多 海底即水圈与岩石圈之间的界面，地球深部的挥发性物质与能量会透过海底进入水圈及大气圈。地震海啸是地震及海底地壳运动释放能量通过海底激起局部海洋水
43、体的急剧运动，瞬间发生海啸2.3 地球表层系统的细分 近几十年来，人们的思维逐渐地由简单的因果关系的推导而趋于做细致的系统分析。按地球表层范围内物质的相态及其物质运动可将地球表层系统细分为 大气天气、气候系统 水圈水环境、水循环系统 生物生物群落、生态系统 土壤土壤发育、土壤地理系统 地貌地貌过程、地貌体系 地壳构造运动、地质构造体系2.4 地球表层系统是个复杂的巨系统。地球表层系统包含上述十六个支系统，各个支系统的物质与能量交换的方式与通量是互不相同的、因时因地而多变的、正负反馈的量度与效应也是有很大差别的，所以地球表层系统是个非常复杂的巨系统。哈特曼（Hartmann，D.J. 1994）
44、与加克松（Jacobson，M.C.等（2003）提出的“全球气候模拟（GCM） ”为例可以看到地球表面某地点气候特征的形成与气候变化，有多么的复杂。地球表层系统的能量转换与能量平衡示意图（陈效逑，2005）地球表层系统的组成和结构示意图（陈效逑，2005） 机 械 能 和 热 能 化 学 能 生 物 能（ 生 物 过 程 ） 地球表层系统现代过程概念模型（陈效逑，2005）第三章 地壳成分与结构3.1 地壳的物质组成元素：目前已知组成地壳的元素共有 90 多种，其中有微量元素、稀有元素和放射性元素等，对于人类来说还有有用元素、有益元素、有害元素之说克拉克值：克拉克(F.W.Clarke，18
45、47-1931)曾据 5159 个采自世界各地的岩石样品的化学分析数据，求出代表 16km 厚度大陆地壳层中 50 种元素的平均重量，其百分比值又称克拉克值，也即地壳元素的丰( 富程) 度。继之多年来的调查研究，提出了新的地球元素的丰度。在自然界常见的 11 种主要的造岩矿物是石英、钾长石、斜长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、褐铁矿、石榴子石岩石由矿物颗粒与粒间充填物组成 在岩石成分方面分化学成分、矿物种类与组合特征、粒间物质成分 在岩石结构方面分矿物结晶程度、晶形特征、颗粒大小与均匀程度、粒间关系， 在岩石构造方面分颗粒的排列、顺序性的变化、集合体空间特征等 此外还有岩石的生
46、成年龄及其后生次生变化等。 借助于这几方面的信息，既可以区别岩石的种类，又可以判定它的成岩物质来源与成岩环境。目前，比较一致的是按成岩物质来源与成岩环境，将地壳岩石分为火成岩(岩浆岩) 、沉积岩和变质岩三大类。 火成岩(岩浆岩)系熔融岩浆受热膨胀驱动侵入地壳层，有的喷出地表，分别形成多种不同的侵入岩与多种不同的喷出岩。火成岩普遍含有多种微量元素，少数还含有比较多的放射性物质。世界上有些地区的地方性疾病，或某种病发病率偏高，往往与特定火成岩的分布有关。火成岩分类是按岩浆冷凝环境分为：深成侵入岩、浅成侵入岩与喷出岩火成岩分类及其主要特征简表火成岩类 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩SiO2 含量 65%中长石碱性长石主要矿物 橄榄石、辉石、角闪石钙长石、辉石、角闪石 角闪石、黑云母钾长石、钠长石、石英、黑云母色率（暗色矿物在岩石中的百分含量） 75% 75%35% 35%20% 夏季风 特殊地形产生的季风，对改变一个地方的气候产生重要作用。例：不存在青藏高原，南北
