地球表层系统专业知识讲座.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,第一节 地球表层的概念及涵义,地球表层概念的提出,地球表层的定义,地球表层的时空尺度,地球表层的构造,一、,地球表层概念的提出,最初由德国地理学家,李希霍芬,于,19,世纪提出,近代地理学的创始人、德国地理学家,李特尔明确指出地理学研究的对象是地球表面。,我国杰出的科学家,钱学森,院士,20,世纪,80,年代明确提出地理科学的研究对象是地球表层的观点。,二、,地球表层的定义,地球表层是由地球诸多圈层,大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈和人类圈,相互作用所形成的、以人类为中心的开放的复杂巨系统。（潘玉君，,2001,）,地球表层系统是指接近地球表面的沉积岩、土壤、植被、对流层大气构成的物质系统。（白光润，,2006,）,三、,地球表层的时空尺度,（一）地球表层的空间尺度,1,、早期部分地理学家的意见,上界：大气圈平流层下部的臭氧层（约在海平面以上,25KM,的高度处）,下界：位于一般震源所在的深度处（约在地下,70KM,左右）,2,、现代多数学者的意见,上界在大气圈对流层顶部，下界为沉积岩石圈底部，厚度约,3035KM,。,3,、其它部分学者的意见,近地面活动层（前苏联卡列斯尼克，地理壳）,直接相关环境（美国,ANStrahler,）,自然地理面（中国牛文元）,地球表层的界限是变化的,（二）地球表层的时间尺度,1,、纯粹自然地理的地球表层时间界限,土壤圈和生物圈形成的的时间（喜马拉雅运动结束的时期）；是自然地理历史过程研究的主要起始时间,2,、地理环境的地球表层时间界限,人类出现并成为环境一个构成要素或子系统的时间界限,(,一万年前,),；是人文历史过程研究的主要起始时间,3,、时间尺度的多样性,对于不同空间尺度、不同类型的地理问题的研究，所要研究的时间界限或尺度也是不尽相同的。,四、,地球表层的结构,（一）地球表层的空间结构,空间结构是指系统各要素在空间上排列组合形成的稳定结构。,1,、分层结构,地球表层的基本组成要素特别是自然地理要素按照某些环境因素而发生垂直方向上的分异，而各自集中于地球表层的一定部位所形成的空间结构。,2,、地域结构,是指地球表层及其非最未级的地域子系统的下一级地域单元之间通过地域联系而形成的空间结构。,（二）地球表层的时间结构,空间结构是指系统按着时间的进程所呈现出来的有规律、有秩序的流动性、变动性结构。,1,、节律性结构（标准周期函数）,昼夜节律、季节节律、经济节律,2,、旋回性结构（非标准函数）,地质旋回、气候旋回,第二节 地球表层的构造,岩石圈,水圈,大气圈,生物圈,智慧圈,一、岩石圈,岩石圈是地球外围的固体部分，由地壳和上地幔顶部坚硬的岩石组成。,分三个层圈：沉积岩层,硅铝层,硅镁层,表面起伏不平，呈复杂多样的地貌形态,表面有风化壳，其上发育有土壤层,二、水圈,水圈是地球上水的各种存在形式覆盖的圈层,水圈最大厚度约,20KM,，总水量达,138600KM3,海洋占地球总水量的,96.5%,，陆地水占总水量的,3.5%,江、河、湖、沼的地表水仅占极小部分,三、大气圈,大气圈是在地球引力的作用下，包围地球的巨厚气态物质。,大气圈分为对流层、平流层、中间层、暖层（热成层）、散逸层，地球表层系统的大气圈则专指广义大气圈的对流层部分。,对流层集中了大气质量的四分之三和几乎全部水汽以及固体,垂直热力梯度明显，每增高,100M,约降温,0.6,大气水平和垂直运动显著，主要的天气现象都发生在这里,四、生物圈,生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总和,生物圈是进行着生命过程的地球表层外壳，存在着大量的生命形式,植物的有机质总量占生物圈有机质总量的,90%,以上,绝大多数生物都集中生活在地面、水面上下,100200M,范围内，所以又称“生物膜”,五、智慧圈,智慧圈是指人类及人类的生存环境的总和,智慧圈与生物圈的关系：人类是生物的一个组成部分，但它是由生物进化而来，具有新的、自己所独有的特性；人类的影响远远超过作为生物的人的活动范围，也在很多方面超过生物圈的范围,智慧圈是地球表层发展演化的最高阶段,智慧圈是社会系统,第三节 地球表层的能量转换与物质循环,地球表层的物质循环,地球表层的能量转换,一、地球表层的物质循环,地质大循环,大气循环,水循环,生物,-,非生物循环,（一）地质大循环,1,、概念,地质大循环是地壳运动引起的海陆间物质循环变化过程和大洋底部物质与地幔物质间的循环变化过程。,2,、大洋底部物质与地幔物质间的循环过程,板块运动,3,、海陆间物质循环变化过程,风化、淋溶、搬运、沉积、抬升,（二）大气循环（大气的循环运动）,1,大气环流,垂直环流圈,(,热力环流,),大气运动呈环流形式,2,、赤道地区与极地地区间的大气环流,三大环流系统：哈德莱环流、费莱尔环流和极地环流,行星风系：信风带、西风带 和极地东风带,3,、海陆间的大气环流,季风环流,4,、地方性的局部大气环流,山谷风、城乡环流、湖岸风,（三）水循环（水的循环运动）,1,、概念,地球上的水，在太阳能和重力作用下，所发生的蒸发、输送、凝结、降落、径流的往复过程。,2,、水循环的类型,水分大循环：海陆间循环,水分小循环：陆地小循环、海洋小循环,3,、水循环的基本过程,蒸发、输送、降水（雨、雪、雹）、渗透（入渗和下渗）、径流（地表径流和地下径流）,（四）生物,非生物循环,1,、概念,生物有机体与周围环境之间反复不断进行的物质交换过程。,2,、生物有机体,分为三大功能类群：,生产者：绿色植物、化能合成细菌,消费者：草食动物、肉食动物,分解者：微生物,3,、非生物环境,能量来源：太阳辐射能,物理、化学环境条件：温度、水分、空气、岩石、土壤等,生物物质代谢原料：,Co,2,、,H,2,o,、,O,2,、,N,2,、,无机盐类、蛋白质、糖类、脂类、腐殖质等,4,、生物,非生物循环过程,生产者从环境中汲取营养物质，然后物质从生产者传递给消费者，从消费者传递给分解者，最后回到环境中并重新被植物吸收利用。,5,、生物,非生物循环实现途径,合成作用,分解作用,二、地球表层的能量转换,1,、地球表层的能源,热能、引力能、太阳辐射能,（太阳辐射的传输、地表太阳辐射分布的不均衡性）,2,、太阳能在地球表层的转换,（,1,）太阳能在无机界的转换,大气、水体运动的动能，岩石风化、土壤形成的动力,（,2,）太阳能在有机界的转换,太阳能通过生态系统转换为化学能,林德曼与十分之一定律,3,、地球内部热能、引力能在地球表层的转换,地热转化为地壳运动的动能：火山、地震，“沧海桑田”,地热转化为海水运动、大气运动的动能,引力能：滑坡、泥石流、冰川、河流、瀑布等运动的动能；海洋潮汐,第四节 地球表层的基本特征,1,、地球表层是由各圈层相互作用的整体,2,、地球表层存在明显的地域差异,3,、地球表层是在不断变化的,第五节 人类活动的地理效应,人类对岩石圈的影响,人类对大气圈的影响,人类对水圈的影响,人类对生物圈的影响,一、人类对岩石圈的影响,1,、人工地貌过程,城市、工程、采掘、战争,案例：荷兰的造陆工程,2,、人类沉积物的形成,3,、人类对土壤的影响,土壤侵蚀；盐渍化、沼泽化、沙化、退化；土壤污染,4,、触发地壳运动,高坝、深井灌水、采矿,Each year,Accumulated,Area Reclaimed in Shanghai(*100km,2,),Yun,2010,1960,1970,2000,825,1762,1949,1982,1964,1976,1991,1998,2001,1950s,1960s,1970s,1980-86,1986-89,1990-97,1997-,崇明岛滩涂围垦，面积扩展一倍,围湖造田历史记录,湖区围湖垦田现象在宋代以后，尤其是明清时期极为普遍。围湖造田的县主要有南昌县、新建县、鄱阳县、余干县、进贤县等,5,县。,据县志记载，南昌县在明朝时有余家塘、黄泥岭、双坑圩、万家塘、王甫港等五条圩堤，“田以数十万”计；在清朝时有下富有圩、下大有圩、富防圩、集义圩、长乐圩、官溪圩、乐安圩等七条圩堤，有田十二万四千余亩。,新建在清朝时修大有圩堤，有“田数千万亩”。鄱阳县在清同治年间修筑圩堤,51,条，共围田十一万四千二百余亩。,余干县在清朝时修严溪圩等,25,条圩堤，围田十九万六千五百九十亩。,1954,年以来鄱阳湖圩堤建设的情况,(,闵骞，,1998),年份,1954,1957,1961,1965,1967,1976,1984,1995,鄱阳湖面积,(km,2,),5160,5004,4720,4410,4120,3914,3889,3859,期间按开垦面积,(km,2,),156,284,310,290,206,25,30,1954,年以来的累计开垦面积,(km,2,),0,156,440,750,1040,1246,1271,1301,圩堤保护面积达,:5607 km,2,鄱阳湖区现有千亩以上大小圩堤,288,座其中保护耕地,10,万亩以上,(,含四座分蓄洪区,),的重点圩堤,12,座，保护耕地面积,5,万亩以上及圩内有重要设施的重点圩堤,31,座。,43,座重点圩堤堤线总长,1463,公里，保护耕地面积,366,万亩，保护人口,350,多万人。,2010.12.7,西庄联圩内外景观对比情况图件,西部沙漠化、沙尘暴,鄱阳湖区现有沙化土地面积,58.3,万亩，其中固定沙丘,10,万亩，半固定沙丘,20.4,万亩，流动沙丘,12.7,万亩，沙改田,15,万亩，沙化面积占湖区面积的,2.2%,以上,二、人类对大气圈的影响,1,、改变大气成分,温室效应、臭氧层破坏、酸雨,2,、大气污染,3,、改变下垫面，形成局部环流和营造人工气候环境,东部城市大气污染：,PM2.5,污染与雾霾灾害天气,1,近年来上海出现霾的日数占全年,61%,，每年出现重度霾大约四五天。,三、人类对水圈的影响,1,、改变地表水系，调节水量的空间分布,案例：南水北调,2,、改变水循环，调节水量的时间分布,对蒸发、输送、降水、径流的影响，增加地表水的来源,3,、水体污染,病原菌污染、富营养化、水化学污染,Seitzinger et al.,GBC,2010,江河湖海水污染严重,滇池,太湖,巢湖,淮河,黄浦江,灰色：城镇覆盖；,黑色线条：河网水系；,A,图,:,陆家嘴附近地区放大图；,B,图,:,合庆镇附近如织的水网。,A,B,陆家嘴,城市化：环境效应,城市化对河网水体的蚕食,上海全市河道水体面积在近,20,年内减少近,25,；中心城区河流水系,18602003,年,140,余年来历史记载河流消失至少,310,条段,总长超,520 km,水面积减少约,10.46 km2,水面率下降,3.61%,。,2800m,鄱阳湖水利枢纽工程,5.1,对鄱阳湖低枯水位的影响,模拟的,11m,低枯控制水位时的湖泊水面,不同情景年型,11m,控制水位对低枯水期湖泊平均水位的抬升程度,鄱阳湖水利枢纽工程,11.0m,的控制水位对不同年型湖泊枯水期的水位起到一定的调节作用，尤其是枯水年型。枯水期的水位抬升在某种程度上可以解决湖泊出现的枯水时间提前、水位偏低、持续时间延长等问题，从而缓解湖泊的旱情。,5.2,对鄱阳湖流场的影响,枯水期的流速变化较大，,2000,年、,2004,年和,2010,年分别由原来的,0.46m/s,、,0.32m/s,和,0.45m/s,降为,0.24m/s,、,0.15m/s,和,0.25m/s,，分别降低了,0.22,、,0.17,、,0.20m/s,。,降幅比例达,40,50,。,枢纽控水过程,对主湖区最大流速的降低作用,，比入江河道明显，尤其是对,2000,年和,2004,年最大流速的降低最为明显，这两年的最大流速分别从,1.38m/s,和,1.19m/s,降到了,1.18m/s,和,0.89m/s从图（,c,）和（,d,）可以看出，枢纽控水过程对吴城自然保护区及南矶山自然保护区两个重点湖区的流速没有明显的影响，即使是枯水期，有枢纽的流速与无枢纽的流速相差不大。,5.2,对鄱阳湖流场的影响,2004,年（枯）无枢纽低枯水期的湖泊流场,2004,年（枯）有枢纽低枯水期的湖泊流场,枢纽工程蓄水造成主湖区的回流,枢纽工程蓄水过程造成主湖区大范围的回流,枢纽工程蓄水造成的“回流”区域,5.3,对鄱阳湖换水周期的影响,由于枯水期水位抬升，流速减小，造成枯水期湖泊库容增加，流量减小，导致枯水期的换水周期增加,2000,年湖泊逐日库容、流量和换水周期,5.3,对鄱阳湖换水周期的影响,水利枢纽工程对湖泊换水周期的作用明显，不同年型的换水周期都受到不同程度的影响，,2004,年（枯水年份）枢纽控水过程使控水期间的平均换水周期增加了,9.7d,，,影响程度可达,50,以上,。,2000,年湖泊逐日库容、流量和换水周期,不同年型无、有枢纽工程时月平均换水周期,5.4,对湖泊水位变化节律的影响分析,水利枢纽工程的修建，将对湖泊水位变化节律产生影响。主要分析水利枢纽工程：,（,1,）对大湖水位变化节律的影响：星子、都昌、棠荫、南矶附近主河道水位,（,2,）对重点湖区水位变化节律的影响：鄱阳湖国家级自然保护区、南矶山湿地国家级保护区,2000,平水年,9,月,-11,月大湖水面南北变化趋势相近；,12,月,-3,月，水利枢纽工程使大湖北部水位升高范围约,1-3,米，水位动态明显变小，对大湖南部水位影响不大。,水利枢纽工程提升了大湖北部水位，使南北水位差减小。,2000,平水年有、无水利枢纽工程条件大湖月平均水位,5.4,对湖泊水位变化节律的影响分析,吴城和南矶湿地自然保护区核心区水位变化受水利枢纽工程的影响较小，,12,月,-3,月几乎不受水利枢纽工程的影响。,吴城自然保护区,核心区在水位低于,13.8m,时与大湖脱离，,不再受水利枢纽工程影响,；,南矶自然保护区,位于鄱阳湖南部，,水位受水利枢纽工程影响很小。,有、无水利枢纽工程条件湿地自然保护区水位变化,12,月,-3,月水位几乎不受水利枢纽工程的影响。,5.4,对湖泊水位变化节律的影响分析,枢纽工程条件下，湖泊水位受人工控制，平水年和枯水年湖泊水位的变化节律基本一致。枯水年水利枢纽工程对湖泊水位的影响大于平水年，对水位的提升作用将提前，但对湖泊南部的水位变化影响仍然较小。,平水年（,2000,年）和枯水年（,2004,年）,有、无水利枢纽工程条件下主河道月平均水位变化。（,a,）南矶（,b,）棠荫（,c,）都昌（,d,）星子,5.4,对湖泊水位变化节律的影响分析,达到相同水位的时间延迟，延迟的天数在,10,12,天,南矶山自然保护区,2010,年,2000,年,2004,年,达到相同水位的时间延迟，延迟的天数在,9,11,天,达到相同水位的时间延迟，延迟的天数在,12,14,天,5.4,对湖泊水位变化节律的影响分析,蚌湖自然保护区,达到相同水位的时间延迟，延迟的天数在,10,12,天,2000,年,2004,年,2010,年,达到相同水位的时间延迟，延迟的天数在,12,14,天,达到相同水位的时间延迟，延迟的天数在,9,11,天,5.4,对湖泊水位变化节律的影响分析,6,主要结论,主要有以下几点初步结论,鄱阳湖水利枢纽工程,11.0m,的控制水位对不同年型湖泊枯水期的水位起到一定的调节作用，使枯水期的平均水位明显抬升，枯水期的水位抬升在某种程度上可以解决湖泊出现的枯水时间提前、水位偏低、持续时间延长等问题，从而缓解湖泊的旱情。,鄱阳湖水利枢纽工程通过控制湖泊的水位，抬升了枯水期的最低水位，导致了湖泊流场的流速减小，其中也以入江河道为最。,2000,年、,2004,年和,2010,年枯水期的降速范围在,50,左右。,6,主要结论,主要有以下几点初步结论,由于枯水期的水位抬升和流速减小，水利枢纽工程对湖泊换水周期的作用明显，不同年型的换水周期都受到不同程度的影响，,2004,年（枯水年份）枢纽控水过程使控水期间的平均换水周期增加了,9.7d,，影响程度达,50,。,枢纽工程的蓄水过程，会导致湖区比较大面积的回流，回流的影响范围与倒灌期间类似。,枢纽工程对重点湖区的水位节律变化，从过程来看，总体一致，退水过程比无枢纽条件时平稳，但达到同一水位的时间有滞后，滞后的时间在,10,15,天，枯水年的滞后时间大于丰水年。,四、人类对生物圈的影响,1,、森林面积缩小,2,、草原退化,3,、生物多样性降低,4,、改变生物基因,5,、改造生态环境，提高生物数量,人类地理环境效应的特点,人类作用规模巨大，很多方面达到与自然作用相匹比的程度,人类的地质作用引入新能量，制造新物质,人类的地质作用越来越深刻,