2章地球与地球表层环境.doc

第二章 地球与地球表层环境第一节 宇宙中的地球晴朗的夜晚，仰望天空，繁星点点。宇宙中存在着亿万颗星星。地球就是其中的一颗。这些星星可以划分为恒星、行星、卫星、流星、彗星等。恒星质量较大，自己可以发光。太阳就是离我们最近的一颗恒星。行星自己不发光，质量也远较恒星小，并且绕着恒星运动。地球就是一颗绕着太阳运动的行星。卫星的质量比行星还要小，并且绕着行星运动。月球就是一颗绕着地球运动的卫星。 然而，地球又与一般的行星不同，它有其自身的特殊性。尽管宇宙中有亿万颗星星，绕着太阳运动的行星也不只地球一个。但到目前为止，只发现地球上存在着人。地球，是人类的摇篮；地球，是人类的家园。那么，为什么地球能成为人类的摇篮、人类的家园？这是由适宜的日地距离、适中的地球质量、近球形的地球形状、特定的运动速度与方式决定的。 一、日地距离及其环境意义地球距离太阳约1.5108 km这样的距离不近也不远，因而地球表面接受的太阳辐射比较适中，使地表的平均温度高于水的冰点、低于水的沸点，大部分水以液态存在，为生命的孕育创造了条件。研究表明，如果日地距离缩短5%，地表温度就会过高，从而影响生物的遗传，且地表不会有液态水。如果地球离太阳再远1%，地表温度就会偏低，水就会彻底冻结，生命的化学过程就无法进行。 二、地球的质量及其环境效应科学家认为，行星的质量如果偏大，引力就会偏大，氢、氦、甲烷等原始大气就会被它牢牢地吸引住，造成一个缺氧的大气环境，不利于生命的诞生与进化；但如果行星的质量偏小，引力就会偏小，就不能保持一个像今天一样稠密的大气层，也不能够集结足够的水，生命的诞生与进化也就无法进行。地球的总质量为6.5881027 g，总体积10,833108 km3，平均半径约6371 km。地球质量不大也不小，从而引力适中,形成了适宜的大气圈与水圈，为生命的诞生准备了必要的条件。 三、地球的形状及其地理意义研究表明，地球为一旋转椭球体。地球的形状具有非常重要的地理意义。我们知道，太阳辐射是地球表面最主要的能量来源，而太阳到地球的距离为1.496108km。这样远的距离，可以将太阳光线视为平行光线。当平行光线照射到地球表面时，不同纬度地区正午的太阳高度角将各不相同。由于黄赤交角的存在，决定了正午太阳高度角由南、北纬2327向两极地区减小。因此，太阳辐射使地表增暖的程度也按同样的方向降低，从而造成地球上热量的带状分布和所有与地表热状况相关的自然现象（如气候、土壤、植被等）的地带性分布。 四、地球的运动及其环境效应地球在不停地运动。运动的主要形式包括自转与绕太阳的公转。地球的自转与公转具有重要的地理意义，产生了一系列环境效应。 （一）地球自转及其环境效应 地球自转产生了昼夜更替。由于地球是一个不发光、也不透光的球体，所以在同一时刻，太阳只能照亮地球表面的一半。向着太阳的半球为白天，背着太阳的半球则是黑夜。 地球自转产生了地方时。由于地球自西向东自转，在同一纬度地区，相对位置偏东的地点，要比位置偏西的地点早一点见到太阳。这样不同经度的时刻就有了迟早之分。因而产生了地方时。地球自转产生了地转偏向力。由于地球自转，产生了地转偏向力，使得在地球表面做水平运动的物体的运动方向发生一定的偏转。在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。 （二）地球公转的地理意义地球的公转导致季节的变化。在地球上看，似乎太阳终年在一个面上运动，这个面就叫做“黄道面”。实际上黄道面与地球绕太阳公转的轨道面是重合的。黄道面与地球赤道面之间存在着一定的夹角，这个夹角叫做“黄赤交角”。现在的黄赤交角是2327。由于黄赤交角的存在以及地球的公转运动，使得正午太阳直射点在一年中变化于南、北纬2327之间。从而导致了季节的变化：当太阳光直射北半球，北半球就处于夏季，南半球就是冬季；当太阳光直射南半球，北半球就处于冬季，南半球处于夏季。 地球的公转导致昼夜长短的变化。由于黄赤交角的存在以及地球的公转运动，使得正午太阳直射点在一年中变化于南、北纬2327之间。从而导致昼夜长短随季节的变化。当太阳直射北半球时，北半球的昼长大于夜长；反之，当太阳直射南半球时，北半球的夜长大于昼长。 地球运动对地表温度调节、生命孕育的重要意义。地球的自转与公转，不仅导致了昼夜的更替、四季的变化、地方时的产生，以及在地表做水平运动的物体的偏移，而且对于地表温度的调节、生命的孕育也具有极其重要的意义。地球饶太阳运转的轨道近似于圆形，从而保证从太阳得到的辐射相对比较稳定，使地面温度的变化不过于激烈。地球自转一周为24h，自转的速度比较适中，因而使昼夜温差变化较小，有利于生物的生存。 水星上没有生命，是因为上面没有大气、没有水，日照处温度达到430oC，背日处温度低于-200oC。天王星、海王星、冥王星离太阳太远，表面温度极低，低于-200oC ，并且没有富氧大气，没有液态水，不适于生命存在。金星温度太高，火星温差太大，木星、土星的大气以氢、氦为主，温度又太低，而且还是液态星球，所以都不适合人类生活。第二节 地外系统对地表环境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。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8.16 J/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1535 km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31013 J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。第三节 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2.141021 J。一部分地热向地表传播，使得地球表面获得167210J/ 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