人教版地理必修一课件：5.1自然地理环境的整体性课件2（共74张PPT）.ppt

第一节自然地理环境整体性的内涵第二节自然地理环境的组成和空间结构第三节自然地理环境的物质结构第四节自然地理环境的能量结构第五节自然地理环境的时间结构 第一章自然地理环境的整体性 1 系统概念 按系统尺度 规模和范围分按系统与环境的关系分按人与自然的关系分 2 系统分类 第一节自然地理环境整体性的内涵自然地理环境是一个系统一 系统概述 3 系统主要特征 整体性层次性 时间和空间两方面 相关性 系统 子系统 环境间 稳定性变异性 1 按系统尺度 规模和范围分 宏观系统 周围的宏观物体 如生态系统 人体系统 2系统分类 微观系统 如原子中电子的壳层结构和原子核结构系统 细胞中的核 质 膜都是相互联系 相互作用的系统 2 按系统与环境的关系分 开放系统 系统与环境之间具有物质 能量 信息的交换和流通 封闭系统 系统与环境之间没有能量的交换和流通 没有物质的交换 3 按人与自然的关系分 自然系统 指未打上人工印记的各种客观系统 如天然生态系统 人造系统 指人工制造的各种系统 是由人工生成的各种要素组成的 如生产 交通运输 管理系统 自然与人文的复合系统 指人类利用自然和改造自然的各种系统 如水利发电系统 农业系统 二 整体性概念的发展1 传统观点的整体性 内在联系性2 系统观点的整体性 结构 功能的整体性3 耗散结构理论的整体性 非平衡有序系统的整体性 1 传统观点的整体性 指的是自然地理综合体各组成要素和各组成部分之间的内在联系 是定性的描述 不能定量地表达整体性原理 2 系统观点的整体性 功能和结构的整体性 1 功能整体性是系统对外界和内部所表现的效应 包括物质和能量 信息等的传输和转换 系统论中有一个重要原理 功能超越性原理 即整体大于各部分之和 整体和部分的关系 主要表现在三种情况 整体 部分之和整体部分之和 2 结构整体性结构是各组成部分的搭配和排列 是各组成元素的相互结合的方式 结构和功能是相互联系的不可分割的两个方面 注意 系统观点的整体性涉及能量流动 所以运用热力学第一定律探讨地球表层的能量流动和转换 a 热力学第一定律 指的是热能可以从一个物体传递给另一个物体 也可以与机械能或其他能量相互转换 在传递和转换过程中 能量的总值不变 如太阳能进入地球表层后的转化过程 b 热力学第二定律 secondlawofthermodynamics 指的是不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响 不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响 不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零 注意 第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原 要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用 熵 克劳修斯所创 表示任何一种能量在空间分布上的均匀程度 熵越大 系统越混乱 他认为 根据熵增加原理 整个宇宙在走向混乱趋向无序 一切运动都将停止 最后达到 热寂 但是 地壳演化历史过程与热寂说的预言退化形成截然不同的鲜明对比 早期的热力学只考虑系统的内部联系不考虑系统与外界环境的联系 无法解释此现象 近年来新型的耗散结构理论 成功的揭示了这一问题 创始人 普里高津 比利时人立足点 系统与外界环境的相互联系 相互作用 弥补了早期热力学的不足 1 耗散结构 一个远离平衡的开放系统 通过不断与外界交换物质与能量 就有可能从原有的混乱无序状态 转变为一种结构或功能上的新的有序状态 这种在远离平衡情况下形成的有序结构 称为耗散结构 3 耗散结构理论 非平衡有序系统的整体性 2 耗散结构理论一个开放系统通过引入外界负熵流降低系统总熵 使系统从无序转入有序状态 来维持系统的稳定 但强调这种稳定是非平衡的稳定态 一旦外界条件撤去 混乱度或无序度就会增加 系统就会回到无序状态中去 如沙漠中的绿洲 注意 耗散结构在与外界交换物质 能量的同时 还有一种自组织能力 变无序为有序的过程 称自组织现象 如 生物有机体 三 自然地理环境的整体性 一 自然地理环境的概念 二 自然地理环境的系统性 整体性层次性开放性稳定性与变异性 是自然地理环境各组成成分通过能量流 物质流 信息流相互联系 相互转化组成的具有一定结构和功能的整体 注意 这些组成成分包括三个无机组成成分 固体 岩石 液体 水 气体 大气 和一个有机组成成分 生物 动物 植物 微生物 也有人主张包括人类 一 自然地理环境的概念 1 自然地理环境的整体性特征自然地理环境具有各单独组成部分不具备的统一的结构 功能和效应 不是各要素单个作用的累加 而是各要素在相互作用中形成的统一体 二 自然地理环境的系统性 2 自然地理环境的层次性垂直方向 4个圈层水平方向 1 陆地系统 区域系统 土地系统 2 海洋系统 海域系统 水团系统 3 自然地理环境的开放性 与外界持续地进行物质和能量的交换从地球表层的外部联系看 地球表层与外部环境 高层大气 宇宙 地幔 地核 有物质和能量的交换 转化 1 能量交换地表能量的输入 太阳能 地球内能等 宇宙空间 太阳能 每年1 3 1024卡 地球内部 铀 钍等放射性元素释放的热能 一年中地球获得的占太阳能1 2亿 另 来自宇宙其他星体的射线为太阳能1 1亿 地表能量的输出 地面的长波辐射 2 物质交换 地表物质输入宇宙空间 陨石 宇宙尘埃地球内部 侵入岩浆 原生水注意 物质的输入是以地球内部为主 一次火山喷发 岩浆达几十亿立方米 而从宇宙中每年降到地面的陨石不过400吨 宇宙尘埃就更少 地表输出的物质主要靠地壳的构造运动 在板快的边缘处 会有岩层离开地球表层斜插入深处 4 自然地理环境的稳定性与变异性自然地理环境有一定的调节功能 使得外界干扰不致破坏系统的稳定状态 但是有一定限度 当外界干扰超过其所能忍受的限度时 系统就会崩溃 如湖泊中排入的污染物质 第二节自然地理环境的组成和空间结构一 自然地理环境的组成物质组成 地貌 气候 水文 生物 土壤 能量组成 太阳辐射能 地球内能 二 自然地理环境的结构指自然地理环境各组成要素和组成部分在数量上的比例 空间上的格局及时间上的联系方式等 可分为空间结构 物质结构 能量结构 时间结构等 三 自然地理环境的空间结构分层结构渗透结构地域结构注意 在后几节中 还将对自然地理环境的物质与能量结构 时间结构进行初步研究 1 分层结构 4个基本组成成分 空气 水 岩石 生命有机体 由于密度不同和重力作用分异 密度小的在顶部 大气对流层0 0013水圈1岩石 平均 2 733个圈层在垂直方向上做层状排列 生物圈分布在3圈交界面上 是垂直方向上分层结构的最显著特征 进一步还可以分出低级层次的分层结构 大气圈 大气候层近地表小气候层水体 空中水层雪圈地表水层地下水层植物群落 乔木层灌木层草本层苔藓层 2 渗透结构 各个圈层各种成分处于彼此叠合 相互渗透之中 大气圈 包含水分 固体物质 生物体水体 包含溶解气体 矿物质 悬浮泥沙生物体 岩石圈 空气 水 多种生物生物圈 三个无机圈层交织在一起 3 地域结构 相互作用的各组成成分在水平方向和垂直方向上按一定规律发生的分异 形成了不同的结构单元 这取决于太阳辐射能和地球内能这两类地域分异因素的综合作用 两种分异因素的不平衡性 决定了地域结构的地带性和非地带性特征 第三节自然地理环境的物质结构 地质循环水分循环大气循环生物循环 这四种类型的物质循环 既代表了无机圈层之间以及生态系统内部物质流通过程 也反映了自然地理环境物质组分的 固 液 气 三种形态的转变 定义 在自然地理环境中 岩石圈内部及其与环境之间所存在的物质循环和能量转化过程 称为地质循环 注意 地质循环是在一定的能量驱使下进行的 比较明显易于观察到的动因是地表水循环 一 地质循环 地质循环的全过程实际蕴含着太阳能与地球内能的一系列转化及其相应的四种作用过程 风化剥蚀作用 搬运作用 沉积作用 构造作用 这四个基本过程形成自然地理环境特有的发生体 沉积岩 二 大气循环 1 定义 指大气圈及其与环境之间存在的物质循环与能量转化过程 它包括大气圈内的物质循环和大气圈及其它圈层之间的循环 2 大气循环运动的基本形式 大气环流大气环流按其空间范围和规模的大小 大致可分为全球性环流系统 海陆间季风型环流系统和地区性环流系统等不同层次 形成大气环流的原动力来源于太阳辐射能 大气环流在输运物质与能量上作用很大 如在赤道上发生的环流圈 平均每秒流动2 104吨空气 大气圈与其它圈层的循环 在太阳能的作用下 其它圈层的水体可以通过蒸腾和蒸发进入大气层中 据计算 每年约有52km3的水量进入大气层 岩石圈进入大气圈的物质主要是尘埃 通过风力 火山爆发和燃烧 据估算全球每年有50座左右的火山喷发 向大气中排放数百万吨的尘埃和火山灰等 大气环流最显著的作用在于传输大气中所含的各种物质元素和贮存的热能 不断对地表的热量和水分的空间分配进行调节 从而形成各种气候 促使天气发生变化 1 定义 指在自然地理环境中 水圈的内部及其外部圈层之间的物质循环与能量转化过程 水循环可分为大循环和小循环两种 在自然地理环境的物质能量系统中 水循环既是协调各圈层之间能量转化的物质因素 又是沟通各圈层物质联系 促成地质循环的主要动力因素 同时还参与大气循环及生物循环的全过程 并起着重要作用 三 水分循环 2 水循环运动具有多方面的作用和重要的地理意义 它是岩石圈风化壳产生机械输运作用 促使地表各种化学元素迁移的主要动因 是陆地上雕塑各种地貌形态 形成各种水域的重要机制 它是维持生物生命活动 形成地表生态系统中水胶体系的基本条件 是沟通无机界与有机界物质联系的纽带 四 生物循环 1 定义 在自然地理环境中 围绕有机界发生的物质循环和能量转化过程称为生物循环 生物循环是更高级的物质循环形式 2 生物循环的两种基本途径 一种是植物和微生物作为岩石风化壳及其土壤与大气之间的物质联系环节 而直接参与地质循环 水循环和大气循环运动过程 另一种途径是通过生物的新陈代谢作用与其无机环境进行物质交换 包括能量转化 注意 生物循环集中表现在生物的新陈代谢的两个方面 即同化过程和异化过程 3 生物循环的重要作用 绿色植物通过光合作用把太阳能转化为生物能 成为生物进化的原始动力 从而推动着自然地理环境不断向前发展 生物作为土壤 植物 大气之间的一个联系环节 成为物质与能量相互交换的一个重要通道 生物循环对于能量的贮存和消耗 对于化学元素的迁移和积累 对于碳循环 氮循环 氧循环和其他有关成分的循环等具有明显的作用 更为重要的是生物循环实现了有机界与无机界之间的转化 第四节自然地理环境的能量结构 能量转化是环境中物质循环 自然地理过程的原始动力 是自然景观的塑造者 是社会经济系统形成及运转的前提和条件 一 自然地理环境能量系统特点 1 自然地理环境的物质组分是能量传输和运转的载体 2 任何一种开放的能量系统 都需要从系统外部特定的能源不断地输入能量流 在一般情况下 能量流的输入都是来自较高一级 层次 的物质能量系统 3 任何能量系统都具有转化能量的功能 输入到地球表层的太阳辐射能和地球内能 在地球表层范围能总是沿着一定的途径有序地传输和转化 4 能量流在自然地理环境经过一系列转化过程之后 其中一部分暂且储存于自然地理环境 另一部分则不断地向自然地理环境外部输出 二 自然地理环境的能量来源 来源有两类 一类是来自地球以外的天体 而以太阳辐射能为主导的所谓地球外来能 另一类是来自地球本身 尤其是内部深处释放的所谓地球潜在能 三 自然地理环境的能量转化 1 太阳能的转化太阳能在无机界的转化途径是 大气 地面 大气 转化形式为 太阳辐射 短波辐射 地表增温 长波辐射 大气增温 太阳能在有机界中是沿植物 动物 微生物途径 以光能 化学能 热能的形式进行转化的 一般说来 太阳能在无机界中的转化具有以下特点 总量守恒 形式多样 单向流动 太阳能沿绿色植物 动物 微生物单方向性流动 逐级分散 食物链中能量流动递减的10 定律 2 地球内能的转化地球内能释放的主要形式有 火山作用 热水活动 构造运动和地表热传导等 地球热能的作用是十分巨大的 它促使山体风化剥落 山坡岩石崩塌堆积 高山冰雪滑动 河水流动侵蚀和泥沙搬运沉积等 目前 人们对地球热能加以利用的主要是地下热水 地热蒸气和热岩层 四 自然地理环境能量转化的功能 1 对陆地表面的不同作用太阳能对自然地理环境的作用效应是 夷平化 地球内能的作用效应是 崎岖化 注意 地表任一地方的自然景观都是太阳能和地球内能作用的结果 只是二者的作用强度在不同区域表现得不一样 如平原地区 高山和高原地区 2 是进行各种自然过程的基本能量源泉自然地理环境中的自然过程可分为 按其性质可分为 物理 化学 生物以及物理化学 生物物理和生物化学等过程 按其表现形式可分为 地质过程 大气过程 水分循环过程和生物循环过程等 按要素形式可分 大气作用过程 地貌作用过程 水分作用过程 土壤作用过程和生物作用过程等 3 维持生命系统的存在及整个人类社会的运转太阳能维持了地球上整个生物界的存在 对人类的整个经济活动来说 太阳辐射能 无论燃料矿物还是风能和水能 是工业主要能量来源 农业生产也是直接 植物 或间接 动物 利用太阳辐射能 时间结构也就是地理事物发展演化的时间序列结构 用于揭示地理事物的动态特征 深刻理解地理事物随时间演化的规律 什么是时间结构 第五节自然地理环境的时间结构 一 自然地理环境的发展演变人们把40亿年以前的地球发展史称为地球的天文时期 40亿年以来称为地球的地质时期 太古代 距今40 25亿年 元古代 距今25 6亿年 古生代 距今6 2 3亿年 中生代 距今2 3 0 7亿年 新生代自然地理环境的演化 海陆变迁气候变化生物演进 地球内部热量大量积聚 火山喷发十分频繁 形成原始的岩石圈 水圈和大气圈 原始的岩石圈没有沉积岩 原始的大气圈主要成分是h2o co2 co ch4和nh3等 缺乏o2 原始海洋面积可能比现代海洋大 但相当浅 且为酸性矿化水 缺乏现在海水中所含的各种盐类物质 1 在距今40 25亿年期间 2 距今6 25亿年的元古代 太阳辐射能逐渐成为自然地理环境的主要能源 火山活动相对减弱 大气中co2浓度降低 游离氧增加 大气圈的上层形成了臭氧层 生物从原核生物进化为真核生物 从单细胞进化到多细胞 从异养生物转化为自养生物 从厌氧生物进化为喜氧生物 植物经历第一次大发展 晚期出现了原始动物 造山运动多次发生 并使小陆块逐渐拼合为泛古陆 古生代早期 泛大陆分裂 形成冈瓦纳 北美 欧洲和亚洲四个大陆 气候随海陆范围的改变呈现规律性变化 当海侵范围扩大时 气候的地域差异性很小 当陆地面积增大时 气候的地带性和非地带性差异已非常显著 3 古生代 距今2 3 6亿年 经过加里东运动 海西运动后 到晚二叠纪 亚欧大陆形成 新的泛大陆至此形成 鱼类和两栖类动物达到全盛 植物界从水生发展到陆生 蕨类植物达到极盛 晚古生代晚期出现了裸子植物 中生代自晚二叠纪起 泛大陆再次分裂 造山运动强烈 约从三叠纪中期开始到侏罗纪中期为止 主要以温暖潮湿的气候类型占优势 从侏罗纪末期开始到白垩纪中期为止 气候的地域差异性逐渐增大 由此引发生物界大变革 裸子植物代替蕨类植物 爬行动物一度繁盛之后又走向灭绝 鸟类 哺乳动物 被子植物欣欣向荣 4 中生代 距今0 7 2 3亿年 二 新生代自然地理环境的演化新生代时期约从中生代的白垩纪后期开始 经过第三纪 延至第四纪 持续时间达7000多万年 现代自然地理环境就是通过新生代 特别是第四纪以来的变化逐步形成的 1 海陆变迁在新生代期间 强烈的地壳运动造成了各大洲的高大山系 海陆轮廓显著改观 经过第三纪喜马拉雅构造运动 亚洲大陆南侧的古地中海消失 非洲大陆与欧洲进一步靠拢 现代大地貌单元基本形成 全世界大陆的平均海拔高度由新生代初期的300m 增加到现在的875m左右 全球海陆分布轮廓已经和现代相似 只是海水所占面积比现在稍大 而陆地面积比现在稍小 第四纪期间虽然已形成现代全球构造和地理面貌 但新构造运动却在时时刻刻改变和塑造着新的面貌 2 气候变化新生代气候的变化 在很大程度上同地形的改变直接相关 到第三纪末期为止 湿热气候带的范围逐渐缩小 干旱气候区的范围不断扩大 并形成单独的干旱气候带 在第四纪期间 高纬度地区以及中 低纬度的高山 发生了多次冰川作用 随着人类的出现 人类活动的逐步加强对全球气候的变化具有深刻和重要的影响 3 生物演进 植物界以被子植物的大发展为特征 动物界以哺乳动物空前繁盛为标志 第四纪以来 灵长目动物的迅速进化 使得古猿类的一支开始向人类的方向发展 人类的出现 使自然地理环境的发展进入了一个更加崭新的时期 自然地理环境的历史演进阶段简表 三 自然地