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.自然地理学绪 论一、自然地理学的研究对象和分科（一）地理学地理学是研究地理环境（自然环境、经济环境和社会文化环境）的科学。 地理学的“三分法”自然地理学、经济地理学、人文地理学 地理学的“三层次”统一、综合、部门 地理学的“三重性”理论地理学、应用地理学、区域地理学（二）自然地理学的研究对象 自然地理环境（包括天然环境和人为环境）的组成、结构、功能、动态及其地域分异规律。（三）自然地理学的分科 综合自然地理学、部门自然地理学二、自然地理学的任务三、自然地理学与其他学科的关系四、本书的内容和结构第一章地球第一节 地球在宇宙中的位置第二节 地球的形状和大小第三节 地球的运动第四节 地理坐标第五节 地球的圈层结构第六节 地球表面的基本形态和特征第一节 地球在宇宙中的位置一、宇宙和天体1.宇宙和天体 宇宙 宇宙是一个巨大无比的物质世界，其中包含着无数的天体和极其广阔的空间。宇宙在空间上无边无际，时间上无始无终。 天体 根据天体各自的特点可将其归纳为恒星、行星、卫星、流星、彗星、星云等。度量天体距离的单位。2.宇宙中的天体系统及其层次 天体始宇宙中物质的存在形式。宇宙处于不断的运动和发展之中。天体之间相互吸引和相互绕转形成天体系统。天体系统有不同的层次。 星系以上的四级天体系统。 河外星系：目前已经观测到，在银河系以外，和银河系同一级别的恒星系统约达10亿个。因为它们都处于银河系以外所以统称为河外星系或河外星云。 银河系：银河系是比太阳系更高层次的庞大的天体系统。其中恒星是最主要的成员，数目在1500亿颗以上。除了恒星之外，还有各种类型的星云以及星际气体与尘埃。 太阳系：太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。太阳是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的99.86%。太阳系中，其他的天体都在太阳的引力作用下，绕太阳公转。 地月系：月球是地球唯一的天然卫星，在地球引力作用下，月球有规律地绕地球运行，构成地月系。二、太阳和太阳系1.太阳系的范围和主要成员2.太阳系的中心天体-太阳 太阳是一颗普通的恒星，但从日地关系的角度看，太阳又是一颗具有特殊重要意义的恒星。 太阳的大小、质量、温度等物理性质。3.太阳系的九大行星1）九大行星的分类 以地球为界，分为地内行星和地外行星； 以小行星带为界，分为内行星和外行星； 根据物理性质分为类地行星和类木行星。2）九大行星的绕日公转运动 行星绕日公转的几个共同特征：同向性、共面性、近圆性 开普勒三大运动定律。4.太阳系中的其他天体 彗星、小行星三、地月系 月球概况 月球的大小、质量，月地距离 月球外部没有大气层，这一特点造成了（1）月空永远黑暗；（2）月面温度变化幅度大；（3）缺乏大气层保护的情况下月面经常遭受陨石撞击。 月球表面没有水，没有生物，也不可能形成土壤。 月球运动 （1）月球的同步自转；（2）月球的绕地公转 月相变化的周期及规律 朔望月、月相变化及月球的出没规律 日食和月食 日食和月食现象、日食和月食的种类、日食和月食的形成条件、日食和月食过程。四、地球在天体中的位置第二节 地球的形状和大小一、地球的形状及其地理意义1.人类对地球形状的认识 大地测量中的所谓地球形状，是大地水准面的形状。 地球形状的三种（不同精度）描述： 正球体-地球的平均半径：与地球体积相同的正球体半径，6371km； 地球椭球体-地球的半长轴（赤道半径，6378.140km）、半短轴（极半径，6356.755km）、扁率(1/298.275)； 不规则的扁球体-梨形体2.地球形状的地理意义 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的纬向地带性分布。二、地球的大小及其地理意义1.地球的大小半径、体积、质量2.地球大小的地理意义地球的巨大质量，使它能够保持一个具有一定质量和厚度的大气圈，拥有海洋和河湖，拥有生命。第三节 地球的运动一、地球的自转1地球自转的规律 1）地球自转的方向 2）地球自转的周期 恒星日、太阳日（视太阳日或真太阳日）、平太阳日 3）地球自转的速度 角速度：除两极外，到处都是每日360?，每小时15?。 线速度：赤道处最大，南、北纬60?处减少一半，到两极则为零。2.地球自转的地理意义 地球自转决定了昼夜更替，使水平运动的物体发生偏转（北半球右偏而南半球左偏），并使地球上同一时刻、不同经线上具有不同的地方时间，而且由于月球和 太阳的引力差使地球体发生弹性形变-潮汐作用，地球的整体自转运动同它的局部运动（地壳运动、海水运动、大气运动等）密切相关。 1）昼夜更替； 2）水平运动方向的偏转； 3）同一时刻、不同经线上具有不同的地方时间； 4）对地球形状的影响二、地球的公转1.公转的周期 1）地球公转的方向 2）公转的轨道 3）地球公转的周期 恒星年、回归年 4）公转的速度2.地球公转的地理意义 地球运动时，它的自转轴倾斜于其公转轨道面（黄赤交角），这影响着太阳辐射能在地面上的分布和变化，从而决定了地球上有四季的递变和五带的区分。 1）由于黄赤交角的存在，造成了地球上四季的更替。 2）昼夜长短的季节变化和纬度变化。 3）五带的划分与黄赤交角。第四节 地理坐标一、纬线与纬度 地轴：地球南北极的连线是地球自转的轴线，即地轴。 地心：地轴的中心称地心。 赤道：通过地心并和地轴垂直的面与地表相交而成的圆。赤道将地球分为北半球和南半球。 纬线：所有和地轴垂直的面与地表相交而成的圆。所有的纬线都是互相平行的，赤道是最大的纬圈，由此向两极纬圈半径有规律地减小。 纬度：一地的纬度就是该地铅垂线对赤道面的夹角。二、经线与经度 经线：所有通过地轴的面与地表相交而成的圆，就是经线圈。每个经线圈都包含两条相差181度的经线。所有的经线都在两极交会。 本初经线或本初子午线的定义。 经度：某一地点的经度就是该地所在的经线与本初经线之间的角距。第五节 地球的圈层构造一、地球的圈层分化 地球圈层的分化过程同整个地球的温度变化过程密切相关。 原始地球的铁元素因为温度超过了它的熔点而以液态出现。液态铁由于密度大而流入地心，首先形成地核。重物质向地心集中的同时发生压缩，压缩功转变为能量又使地球局部增温和熔化。而物质的对流还伴随着大规模的化学分离。最后，地球内部就分化为地核、地幔和地壳三个圈层。 在上述分化过程中，地球内部的气体经过脱气形成了大气圈。 地球上的水主要是从大气中分化出来的。 后来，原始生物出现了。他们逐渐扩展到海洋、陆地和低层大气中，形成了生物圈。二、地球的内部构造 1.地壳 地壳crust由富含SI、AL、Mg的硅酸盐类岩石组成 厚度不一，大陆 33km，最厚70km；大洋6km，最薄5km 双层结构，康拉德面将地壳分为花岗岩层和玄武岩层 大陆型地壳古老、变形；大洋型地壳年轻、未变形。2.地幔 地幔(mantle)以雷波第面分为上地幔和下地幔，厚2900km，上地幔由Fe、Mg含量很高的橄榄岩组成，50-250km处有古登堡低速层，其上为一个刚性的固体圈层，称为岩石圈。下地幔为金属硫化物-氧化物层。3.地核 地核(core)的外核S波不能通过，为液态的Fe、Ni 厚1742km，过渡层已测得速度不大的S波，液态向固态过渡，厚515km；内核是固态的Fe、Ni ，厚1216km。三、地球的外部构造1.大气圈 大气圈的组成。地球大气圈组成和密度的优越性。2.水圈 水是地球表面分布最广的物质。 水是地表最重要的物质和参与地理环境物质能量转化的重要因素。 水分和能量的不同组合使地球表面形成了不同的自然带、地带和自然景观类型。3.生物圈 在地理环境中，生物圈并不单独占有任何空间，而是分别渗透于水圈、大气圈下层和岩石圈表层。第六节 地球表面的基本形态和特征一、海陆分布二、海陆起伏曲线三、岛屿四、地球表面的基本特征1.地球表面是太阳辐射和太阳能转化的主要场所。2.地球表面是固态、液态和气态物质相互渗透、相互转化的两相或三相界面。3.地球表面具有独特的物质现象，如生物、风化壳、土壤层、粘土矿物、沉积岩以及各种地貌形态。4.地球表层具有复杂的、高速度和高强度的物质、能量交换、转化和循环过程。5.地球表层存在着复杂的强烈的内部分异过程。6.地球表层是人类社会发生、发展的环境。第二章 地壳第一节 地壳的组成物质第二节 构造运动与地质构造第三节 大地构造学说第四节 火山与地震第五节 地壳的演变 第一节 地壳的组成物质一、化学成分与矿物（一）化学成分 108种已知化学元素中，自然界存在92种，并有300余种同位素。 1924年克拉克据来自世界各地的5195个岩石样。首次测定了16km厚度内地壳中63种化学元素的平均重量百分比（即元素丰度）所获数值后来被命名为克拉克值。（二）矿物1.概念：矿物是单个元素或若干元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。气态：天燃气液态：石油，汞固态：大部分2.矿物的形成方式：(1).气体升华。(2).液体或熔融体结晶。(3).胶体凝固。(4).固体再结晶。3.矿物的形态3.1矿物的单体形态分为三种类型：一向延伸型、二向延展型、三向等长延伸型。3.2矿物的集合体形态a) 粒状b) 片状、鳞片状、针状、纤维状、放射状c) 致密块状d) 晶簇e) 杏仁体和晶腺f) 结核和鲕状体g) 钟乳状、葡萄状、乳房状h) 土状体i) 被膜 4.光学性质4.1.颜色矿物吸引了白光中某种波长的色光后(黄，绿，红)所表现出来的互补色；对各种色光吸收均匀，即黑色或灰色；基本上都不吸收即白色。矿物的颜色是由其化学成分和结构特征决定的，固定不变的，是重要鉴定标志。但是，外来原因可使颜色不固定。4.2条痕条痕是矿物粉末的颜色。它对于基些金属矿物具有重要的鉴定意义。如赤铁矿有赤红、铁黑或钢灰者，但其条痕则总为樱红色。比较稳定。透明矿物的条痕都是近白色，无鉴定意义。4.3光泽矿物对可见光的反射能力，根据反射能力强弱分：(1) 金属光泽(2) 半金属光泽(3) 非金属光泽,又可分为：金刚光泽、玻璃光泽、脂肪光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、土状光泽4.4透明度矿物透过可见光的能力。指显微镜下，薄片(3微米厚)的透光性。一般地，非金属矿物都是透明矿物，金属矿物不透明矿物，有些金属矿物为半透明矿物。5.矿物的力学性质：5.1硬度（相对硬度）5.2解理在力的作用下，矿物晶体按一定方向破裂并产生光滑平面的性质叫做解理。(1) 最完全解理(2) 完全解理(3) 中等解理(4) 不完全解理(5) 极不完全解理（无解理）5.3断口矿物受力破裂后所出现的没有一定方向的不规则的断开面叫做断口。断口出现的程度是跟解理的完善程度互为消长的。根据断口的形状，可以分为贝壳状断口、锯齿状断口、参差状断口、平坦状断口等。5.4弹性和挠性矿物受力变形、作用力失去后又恢复原状的性质，称为弹性矿物受力变形、作用力失去后不能恢复原状的性质，称为挠性。5.5脆性和延展性矿物受力极易破碎，不能弯曲，称为脆性。矿物受力发生塑性变形，这种性质称为延展性。 （三）主要造岩矿物与常见矿物主要造岩矿物：包括石英、钾长石、斜长石、云母、角闪石、辉石和橄榄石。二、岩浆岩 岩石是造岩矿物按一定的结构和构造集合而成的地质体。其中由可供开采的有用矿物组成的集合体称为矿石。岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以及颗粒间相互关系的特征，称为岩石的结构。 岩石中矿物的组合形状、大小和空间上相互关系和配合方式，称为岩石的构造。结构和构造是识别岩石的重要特征之一。岩石按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 岩浆岩是由岩浆在地下结晶或喷出地表凝固而成的岩石。当岩浆沿着岩石圈破裂带上升而侵入到地壳中时，称为岩浆侵入活动；由此冷凝结晶而成的岩石称为侵入岩。当岩浆喷出地面时，称为火山活动或喷出活动；由此冷却凝固而成的岩石称为火山岩或喷出岩。岩浆的活动和冷凝的整个过程统称为岩浆作用。（一）岩浆岩的矿物组成 岩浆岩按其化学成分和矿物组成的不同可分为四类：1) 超基性岩2) 基性岩3) 中性岩4) 酸性岩（二）岩浆岩的产状、结构与构造 由岩浆冷凝固结而成的岩体在地壳中有一定的产状，即有一定的形状、大小和与围岩接触的关系，以及形成时的深度和构造等地质环境。根据岩体在地壳中形成的深度和方式，可分为喷出岩体和侵入岩体，后者又可再分为深成岩体和浅成岩体。按岩体的形状及其与上覆岩层的关系，可分为整合侵入体和不整合侵入体。岩浆岩常见的结构有：1）玻璃质结构、2）隐晶质结构、3）显晶质结构，又可分为：粗粒、中粒、细粒和伟晶等结构。4）斑状结构，又称不等粒结构。岩浆岩常见的构造有：1）块状构造、2）斑杂构造、3）流纹构造、4）气孔构造、5）杏仁状构造（三）岩浆岩的主要类型 根据其化学成分和矿物组成可分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩等四类；根据其结构与构造和产状的特征可分为深成岩、浅成岩（包括脉岩）、喷出岩等三种。将这两者组合起来便可得出岩浆岩的分类简表。四、沉积岩 沉积岩是由成层堆积的疏松沉积物经固结而成的岩石。其形成的大致过程：原来的沉积物不断被新的沉积物覆盖而加厚时，它便与上层的水体隔离，在厌氧的环境条件下，使有机质腐烂分解，并产生各种还原性气体；使碳酸基矿物溶解为重碳酸盐；使某些金属元素的高价氧化物还原为低价的硫化物；同时使软泥中水的矿化度增加，介质亦由酸性的氧化环境变为碱性的还原环境。因此，沉积物发生重新组合及形成新的次生矿物，胶体亦经脱水陈化为固体，碎屑物也经压缩、胶结等作用，固结成为岩石。在埋藏很深的条件下，由于温度和压力的提高以及受深层水分的影响，也可产生压溶、交代和重结晶等作用，使沉积岩体进一步压固和使晶粒变粗。 沉积物的来源是先成岩石在地表风化的产物、火山喷发的沉降物以及生物成因的各种有机物、少数来自宇宙的降落物。按沉积物的成因和性质可分以下各类：1.机械（碎屑）沉积物2.化学沉积物3.有机沉积物（一）沉积岩的基本特征 沉积岩的物质组成与岩浆岩最不相同之处是富含次生矿物和有机物质以及存在化石。沉积岩的产状以呈层状产出为其最突出的特点。 沉积岩具有多种构造，其中最突出的是层理构造和层面构造。 层理通常可分为：1）水平层理、2）波状层理、3）交错层理。 层面构造系指上、下层面中留下的与岩石成因有联系的各种印模和痕迹。 沉积岩主要的结构类型有：碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构。（二）沉积岩的主要类型 在三大岩类中，沉积岩在地表分布的面积最广（约占70）。沉积岩按其成因、物质组成和结构等特征，可分为以下各类：1.碎屑岩类按成因可分为火山碎屑岩和正常碎屑岩两种。2.粘土岩类3.生物化学岩类五、变质岩（一）变质作用和变质岩 地壳中原有的岩石，由于经受构造运动、岩浆活动或地壳内的热流变化等内动力的影响，使其矿物成分和结构、构造发生不同程度的变化，统称为变质作用。由变质作用形成的岩石称为变质岩。 控制变质作用的因素主要有温度、压力和溶媒。（三）变质作用的类型和常见的变质岩 根据变质作用的性质、范围和主导因素，可分为以下变质作用类型及其所形成的各种变质岩。1.动力（碎裂）变质作用，常见的变质岩有角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、千糜岩等。2.接触（热力）变质作用，常见的变质岩有板岩、角岩、大理岩、石英岩等。3.交代（热液）变质作用：矽卡岩。4.区域（动力）变质作用，常见的岩石类型有：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩。5.混合岩化作用或超变质作用，混合花岗岩。 第二节 构造运动及地质构造一、构造运动的特点与基本方式（一）构造运动的一般特点构造运动主要是指地球内动力引起的地壳的机械运动。它使地壳发生变形和变位，形成各种形迹的地质构造，并促使岩浆活动和变质作用。地壳运动具有如下一些基本特点：1.地壳运动具有普遍性和永恒性2.地壳运动具有方向性3.地壳运动具有非均速性4.地壳运动具有不同的幅度和规模（二）构造运动的基本方式1.水平运动2.垂直运动二、构造运动与岩相、建造和地层接触关系构造运动痕迹大量地表现在地层的岩性、岩相、厚度和接触关系，以及各种构造形迹上。沉积岩的组分、结构、构造和所含化石等特点，最能综合地反映它们当时形成的条件和环境（即岩相、古地理情况），也能说明地壳运动的许多特点。沉积厚度通常也可反映地壳升降运动的幅度。（一）岩相一般分为海相、陆相和过渡相三大类（二）沉积建造彼此有共生关系的岩石或岩相的自然组合，或者岩性大致相同的沉积组合。每个建造相当于大地构造旋回的一定阶段。基本的建造类型有：1）地槽型建造2）地台型建造3）过渡型建造（三）地层的接触关系常见的有整合、假整合和不整合三类。1）整合2）假整合（平行不整合）3）不整合（角度不整合）三、地质构造承受地壳运动的岩层或岩体，在地应力的作用下发生变形变位的结果，称为构造形迹或地质构造。地应力作用的方式和结果有三类：1）压应力使岩石发生挤压作用，形成压性构造；2）张应力使岩石发生拉伸作用，形成张性构造；3）扭应力使岩石发生扭曲作用，形成扭性构造。构造变动在层状岩石中表现最为明显，基本的构造类型有：水平构造，倾斜构造，褶皱构造和断裂构造等。（一）水平构造原始岩层一般是水平的，它在地壳垂直运动影响下未经褶皱变动而仍保持水平或近似水平的产状者，称为水平构造。（二）倾斜构造倾斜构造是指岩层经构造变动后岩层层面与水平面间具有一定的夹角。（三）褶皱构造岩层在侧方压应力作用下发生的弯曲叫褶曲。褶曲仅指岩层的单个弯曲，而岩层的连续弯曲则称为褶皱。褶曲的形态可用褶曲要素来表示。褶曲的基本类型有两种：背斜和向斜。按褶曲的轴面产状可分为：直立褶曲、斜歪褶曲、倒转褶曲、平卧褶曲、翻卷褶曲）（四）断裂构造岩石受应力作用而发生变形，当应力超过一定强度时，岩石便发生破裂，甚至沿破裂面发生错动，使岩层的连续性完整性受到破坏者，称为断裂构造。按断裂的规模和破裂程度，可分为劈理、节理、断层等基本类型。节理是指岩石破裂后无显著位移的裂隙。山丘上常见的破裂石块、石缝、“一线天”等都与节理构造有关。断层是指岩层或岩体沿断裂面发生较大位移的构造。断层的要素有：断层面、断层线、断盘和断距等。按断层两盘相对移动的关系，断层类型可分为：正断层、逆断层、平推断层、直立断层和捩转断层等。 第三节 大地构造学说 关于全球性地壳运动的原因、规律和表现形式的研究，是大地构造学说的基本内容。一、板块构造学说（一）大陆漂移说 本世纪初，德国的魏格纳（A.Wegener）根据被大洋隔开的两边陆地的轮廓、地层、构造、古生物、古气候和冰川等各种现象和特点的相似性、相关性和连续性，提出了轰动一时的大陆漂移说。他认为，在中生代以前，地球上只有一块联合古陆（即泛大陆），海洋也只有一个泛大洋。后来在地球自转的离心力和天体引潮力的作用下，联合古陆开始被分离。由较轻的硅铝层组成的陆块，像冰块浮于水面一样，在较重的硅镁层（洋壳）上漂移，逐渐形成了现有的海陆分布轮廓。 迪茨（R.S.Dietz）和侯尔登（J.C.Holden）根据古地磁极的移动轨迹资料编绘出一套新的大陆漂移图。 布拉德（E.C.Bullard）等人应用电子计算机技术成功地完成了大西洋两侧陆块的拼接。后来也发现南半球各大陆也能很好地吻合。（二）海底扩张说 在六十年代初，赫斯（H.Hess）和迪茨在大陆漂移说和地幔对流说的基础上，根据洋底的新资料提出了有名的海底扩张说。该学说认为，大洋中脊和裂谷体系正是地幔物质上升的涌出口，涌出的岩浆冷凝成新的洋底，由于不断涌出和冷凝，结果便导致洋底向两侧不断扩张。（三）板块构造说 六十年代后期，有一批学者在新资料新观点的基础上进行了总结，并提出岩石圈板块构造学说（简称板块构造说）。它把海底扩张、大陆漂移、地震与火山活动、山脉的形成等许多地质现象，纳入一个比较符合逻辑的理论体系之中，用统一的动力学模式来解释全球性的构造运动的过程及其相互关系。它对地球科学的发展起到巨大的推动作用。 板块学说认为，地球的岩石圈不是整体一块的，而是被一些构造活动带如大洋中脊和裂谷、海沟、转换断层等分割成相互独立的构造单元。这些构造单元或岩石圈的块体，称为板块。板块内部是比较稳定的区域，各板块之间的接合处则是相对活动的地带。目前认为，对全球构造的基本格局起控制作用的有六大板块：太平洋板块，亚欧板块，美洲板块，非洲板块，大洋洲（或印度洋）板块和南极洲板块。这个划分方案是由勒皮松（X.Lepichon）等人提出的（1968）。当然，除六大板块外还可划分出许多较小的板块。板块构造的内容和特点主要表现在其边界上。已知的板块构造边界有三种类型：1.扩张（或增生）型边界2.俯冲（或汇聚）型边界又可分为两种：1）岛弧海沟型边界，2）地缝合线型边界。3.转换断层（或次生）型边界另外，在三个板块相邻接的地点，称为板块的三联接合点。二、地槽-地台说和地洼说 它的基本的论点是：地壳运动主要受垂直运动所控制，地壳此升彼降造成所谓振荡运动，而水平运动则是派生的或次要的。驱动力主要是地球物质的重力分异作用。物质上升造成隆起，而下降则造成凹陷。主要的构造单元有地槽和地台两类，并认为地台是由地槽演化而来的。 槽台学说具有一定局限性。陈国达（1956）认为，地壳构造除地槽与地台外，还存在一个新的构造单元-地洼区（原称活化区）。这观点现已发展为一个新的分支-地洼学说。地洼说认为，在地壳发展过程中，活动区和稳定区可以相互转化，不仅地槽区可以转化为地台区，地台区也可以转化为地洼区，这种转化绝不是简单的重复，而是由简单到复杂、低级到高级的螺旋式的向前发展。地洼本身也不是地壳发展的最后形式和阶段，更可能转化为别的更新的构造单元。当然，地壳发展是不均衡的，各地区、各阶段的情况是有差别的。地洼说的出现使传统的大地构造理论增加了新的内容。三、地质力学学说 地质学家李四光从地质力学的观点研究了地壳运动和大地构造的问题，建立了一个新学派。他认为，全球地质构造的展布不是乱杂无章的，而具有一定的方向和方位。这是在地壳运动的一定动力方式作用下，形成了相应形式的构造应力场的结果，从而产生出一定方向和方位的构造体系。构造体系是指许多不同形态、不同性质、不同等级和不同次序，但具有成生联系的各项结构要素所组成的构造带以及它们之间所夹的岩块或地块组合而成的总体。构造体系可划分为三种基本类型（型式）：纬向构造体系，经向构造体系，扭动构造体系。 地球自转及其角速度的变化所引起的地壳水平运动，是推动地壳构造变化的主导因素。 第四节 火山与地震火山和地震是地球内力作用中比较快速的一类地壳运动。一、火山（一）火山的类型与分布 岩浆喷出地表的地方叫火山。火山喷发的型式有两大类：1.裂隙式喷发2.中心式喷发。又可分为：1）夏威夷型（宁静式）、2）培雷型（爆炸式）、3）中间型。中心式喷发的差异，主要与喷发物的性质和含量等有明显的关系。 火山的分布有一定的规律性。绝大多数的火山活动位于各板块的边界上。（二）火山地貌 火山作用形成的地貌有多种，常见的有如下几类：1.灰渣火山锥2.富硅质熔岩穹丘3.基性熔岩盾4.次生火山锥5.复合火山锥6.破火山口7.火山塞8.火山口湖二、地震（一）地震的概念 地震是大地的快速震动，属地壳运动的一种特殊形式。 地震只发生于地球表面至700公里深度以内的脆性圈层中。按其深度可分为浅源地震（深约70公里以内）、中源地震（70-300公里）和深源地震（300-700公里深）。 地震释放能量的大小用震级表示，通常采用美国里克特（C.F.Richter）提出的标准来划分。地震对地面的影响和破坏程度（即衡量地震波的破坏性）用地震烈度表示。烈度通常分为12级。（二）地震的分布 世界地震的分布主要集中于下列几个带：首先是环太平洋地震活动带。其次为地中海-喜马拉雅带。此外，大洋中脊带地震活动性较弱，释放的能量很小，均为浅源地震。 第五节 地壳的演变一、地质年代 表示地壳演化的时间和顺序的概念称为地质年代。 计算地质年代的方法有相对年代和绝对年代两种。（一）相对年代法 相对年代法主要根据岩层的沉积顺序（按地层剖面中的上新下老及整合与不整合相互关系）和古生物化石（按生物进行的阶段性和不可逆性，找出标准化石和生物群体）进行对比和划分。这种方法又称古生物地层法。 宙、代、纪、世是国际统一定名的时代划分单位。相应的地层单位为：宇、界、系、统。（二）绝对年代法 地质历史的相对年代只能确定地质事件的时间次序，不能确定其发生的具体时间。而绝对年代法是通过矿物或岩石的放射性同位素的测定，并按放射性蜕变定律计算出其具体年龄，用数量时间单位来表示。同位素年龄测定法有多种，如U-Th-Pb法（铀-钍-铅法）、K-Ar法（钾氩法）、Rb-Sr法（铷锶法）、Sm-Nb法（钐-钕法）、C14法等。这些方法各有特点及其适用范围。（三）与地球演变有关的几种地质年龄概念 地球物质（尤其重化学元素）形成的年龄早于地球的年龄； 地球形成的年龄约为50108-70108年； 地壳形成的年龄约为46108年； 现有最古老的岩石年龄为30108-40108年； 已知最早的生物化石的年龄为30108年左右。二、地壳演化简史和古地理概貌（略） 第三章 大气和气候第一节 大气的组成和热能第二节 大气水分和降水第三节 大气运动和天气系统第四节 气候的形成第五节 气候变化第一节 大气的组成和热能一、大气的成分（Atmospheric Composition） 大气由干洁空气、水汽、悬浮尘粒或杂质组成，在近地表85km以下，其成分可分为两类，定常成分（氮、氧、氩和微量惰性气体氖、氪、氙、氦等）和可变成分（水汽、二氧化碳、臭氧、一氧化碳、甲烷、硫化氢、二氧化硫等）。1.干洁空气 通常把除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体称为干洁空气。简称干空气。它是地球大气得主体，主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体。 干洁空气的平均分子量1）氮和氧 是大气的主要成分。 均质大气、非均质大气、2）二氧化碳 二氧化碳的来源、分布及作用。 只占大气容积的0.03，多集中在20km高度以下，主要由有机物燃烧、腐烂和生物呼吸过程产生。二氧化碳对太阳短波吸收很少，但能强烈吸收地表长波辐射，致使从地表辐射的热量不易散失到太空。对地球有保温作用，但近年来随着工业的发展和人口的增长，全球二氧化碳含量逐年增加，改变了大气热平衡，导致地面和低层大气平均温度升高，引起严重的气候问题。3）臭氧 主要分布在1040km的高度处，极大值在2025km附近，称为臭氧层。臭氧虽在大气中的含量很少，但具有强烈吸收紫外线的能力。研究表明，人们大量使用氮肥以及作冷冻剂和除臭剂使用的碳氟化合物（氟利昂）所造成的污染是平流层的臭氧遭到破坏。臭氧层的破坏能引起一系列不利于人类的气候生物效应，因而受到广泛关注。2.水汽 来源、分布及作用3.固、液体杂质 大气悬浮固体杂质和液体微粒，也可称为气溶胶粒子。除由水汽变成的水滴和冰晶外，主要是大气尘埃和其他杂质。 大的水溶性气溶胶粒子最易使水气凝结，是成云致雨的重要条件。气溶胶粒子能吸收部分太阳辐射并散射辐射，从而改变大气透明度。它对太阳辐射的影响和增大散射辐射、大气长波逆辐射，都有可能破坏地球的辐射平衡。二、大气的结构(Atmospheric structure)1.大气的高度 在理论上，当压力为零或接近于零的高度为大气顶层，但这种高度不可能出现。因为在很高的高度渐渐到达星际空间，不存在完全没有空气分子的地方。 大气的物理上界：过去曾把极光出现的最大高度（1200km）定为大气上界。 高层大气物理学中，将大气密度接近星际气体密度的高度定义为大气上界，既3000km。2.大气的垂直分层 按照温度和运动情况，将大气圈分为五层：1）对流层 范围：本层厚度最簿，并随纬度、季节而不同，在高纬地区平均：89km,中纬地区平均：1012km,低纬地区平均1718km，夏季大于冬季。 主要特征：（1）温度随高度的升高而降低，平均气温递减率为0.65oC/100m；（2）具有强烈的对流运动；（3）天气现象复杂多变；几乎所有的水汽、云、雨、雷、电等现象都发生在此层。2）平流层 范围 主要特征：（1）气温随高度升高的分布：下层：其上界离地面约3540km，为同温层；上层：其上界离地面约5060km，为逆温层，即气温随高度的升高而降低。因为平流层上层含有大量的臭氧，臭能大量地吸收太阳紫处线而增温；（2）气流以水平运动为主；（3）水汽、尘埃含量少，天气晴朗，能见度好。3）中间层 范围：平流层顶至85km处。 主要特征：（1）温度随高度的升高而迅速下降；（2）空气以垂直运动为主，由于空气稀薄，所出现的天气现象已不如对流层复杂；（3）在80km处白天出现一个电离层。4）暖层 范围：中间层至800km处 主要特征：（1）温度随高度升高而升高，顶层温度可达1000度；（2）空气处于高度电离状态；。5）散逸层（外层） 暖层顶之上，因大气十分稀薄，离地面远，受地球引力场约束微弱，一些高速运动的空气质点就能散逸到星际空间，所以本层称为散逸层。根据宇宙火箭探测资料，地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体，可伸展到22000公里高度，称为地冕。这可能就是地球大气层向宇宙空间的过渡区域。三、大气的热能 地球气候系统的能源主要是太阳辐射，它从根本决定地球、大气的热状况，从而支配其他的能量传输过程。地球气候系统内部也进行着辐射能量交换。因此，需要研究太阳、地球及大气的辐射能量交换和其他地气系统的辐射平衡。1太阳辐射 太阳是离地球最近的一个恒星，其表面温度约为6000K，内部温度更高，所以太阳不停地向外辐射巨大的能量。太阳辐射能主要是波长在0.40.76m的可见光，约为总能量的50；其次是波长大于0.76m的红外辐射，约占总辐射能的43；波长小于0.4m的紫外辐射约占7。相对于地球来说，太阳辐射的波长较短，故称太阳辐射为短波辐射。表示太阳辐射能强弱的物理量，即单位时间内垂直投射在单位面积上的太阳辐射能，称为太阳辐射强度。 在日地平均距离（1.496108）上，大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳辐射，称为太阳常数。 经大气削弱后到达地面的太阳辐射有两部分：一是直接辐射；二是经大气散射后到达地面的部分，称为散射辐射。二者之和就是太阳辐射总量，称为总辐射，总辐射的纬度分布，一般是纬度愈高，总辐射愈小；纬度愈低，总辐射愈大。因为赤道附近多云，总辐射最大值并不出现在赤道，而是出现在200N附近。到达地面的总辐射一部分被地面吸收转变成热能，一部分被反射。反射部分占辐射量的百分比，称为反射率。反射率随地面性质和状态不同二有很大差别。2、大气能量及其保温效应 大气本身对太阳辐射直接吸收很少，而水、陆植被等下垫面却能吸收太阳辐射，并经潜热和感热转化供给大气。 大气对地面辐射的吸收较强，地面辐射的7595被大气吸收，只有少部分波长为8.512m的辐射能通过大气窗逸回宇宙空间。 潜热和感热输送3、地气系统的辐射平衡 辐射平衡有年变化和日变化。在一则相反，甚至出现负值。纬度愈高，辐射平衡保持正值的月份愈少。四、气温1 气温的物理意义、单位和观测2 影响气温的因素 纬度、海陆、地形、等3气温的时间变化和空间分布1）气温的时间变化规律 气温的日变化：气温日变化的规律、原因、气温日较差。 气温的年变化：气温年变化的规律、日内白天收入的太阳辐射超过支出的长波辐射，辐射平衡为正值，夜间为负值。正转负和负转正的时刻分别在日没前与日出后1小时。在一年内，北半球夏季辐射平衡因太阳辐射增多而加大；冬季原因、气温年较差。 气温的非周期性变化2）气温的水平分布规律 等温线分布的总趋势大致与纬圈平行。 同纬度夏季海面气温低于陆面，冬季海面气温高于陆面，等温线发生弯曲。 洋流对海面气温的分布有很大影响。 近赤道地区有一个高温带，月平均温度高于24，称为热赤道。 南半球无论冬、夏，最低气温均出现在南极；北半球最低气温冬季出现在高纬度大陆，夏季出现在北极地区。3）气温的垂直分布 对流层内，气温随海拔升高而降低。平均为0.65/100m。气温随高度的变化，称为气温垂直递减率，简称气温直减率r.一般而言，夏季和白天气温直减率大，冬季和夜晚气温直减率小。但在特殊情况下，某些气层的温度随高度而增加，称为逆温层。有辐射逆温，平流逆温，锋面逆温和下沉逆温。 第二节 大气水分和降水一、大气湿度1湿度的概念和表示方法1）水汽压和饱和水汽压 大气压力是大气中各中气体压力的总和。大气中水汽所产生的那部分压力叫水汽压。 空气中水汽含量与温度关系密切。温度一定时，单位体积空气容纳的水汽量有一定的限度，达到这个限度，空气呈饱和状态，称为饱和空气。饱和空气的水汽压，称为饱和水汽压（E），饱和水汽压随温度升高而增大。2）绝对湿度和相对湿度 单位容积空气所含的水气质量称为绝对湿度（a），通常以g/cm3表示。绝对湿度不能直接测定，但可间接算出。它与水汽压有关系： a289e/T(g/m3) 式中，e为水汽压（mm）；T为绝对温度。 大气的实际水汽压e与同温度饱和水汽压E之比，称为相对湿度（f），用百分数表示。 fe/T1003）露点温度 一定质量的湿空气，若气压保持不变，而令其冷却，则饱和水汽压E随温度降低而减小。当Ee时，空气达到饱和。湿空气等压降温达到饱和时的温度就是露点温度Td，简称露点。2湿度的变化与分布相对湿度能够直接反映空气距饱和的程度，在气候资料分析中应用广泛。相对湿度日变化通常与气温日变化相反。相对湿度分布随距海远近与纬度高低而有不同。例如，我国东南沿海相对湿度年平均为80，内蒙古西部只有40。二、蒸发与凝结蒸发面上出现蒸发还是凝结取决于实际水汽压于饱和水汽压的关系。当eE，出现蒸发；eE，则出现凝结。1.蒸发及其影响因素影响蒸发的因素主要有蒸发面的温度、性质、性状、空气湿度、风等。实际工作中，一般以水层厚度（mm）表示蒸发速度，称为蒸发量。2.大气中水汽凝结和凝华的条件大气中的水汽发生凝结，需具备一定的条件，既要使水汽达到饱和或过饱和，还需有凝结核。三、水汽的凝结现象1地表面的凝结现象1）霜与露日没后，地面及近地面层空气冷却，温度降低。当气温降到露点一下时，水汽即凝附于地面或地面物体上。如温度在00C以上，水汽凝结为液态，称为露；温度在00C以下，水汽凝结为固态，称为霜。2）雾淞和雨淞雾淞是一种白色固体凝结物，由过冷雾滴附着于地面物体或树枝迅速冻结而成，俗称树挂。多出现于寒冷而湿度高的天气条件下。雨淞是形成在地面或地物的迎风面上的，透明的或毛玻璃状的紧密冰层，俗称冰棱。多半在温度为060C时，由过冷却雨、毛毛雨接触物体表面形成；或是经过长期严寒后，雨滴降落在物体表面冻结而成。2.大气中的凝结现象1）雾雾是漂浮在近地面层的乳白色微小水滴或冰晶。根据不同成因，雾可分为辐射雾、平流雾、蒸汽雾、上坡雾和锋面雾。2）云云是高空水气凝结现象。空气对流、锋面抬升、地形抬升等作用使空气上升到凝结高度，就会形成云。云有各式各样的外貌特征。云的分类积状云 包括淡积云、浓积云和积雨云出现时常呈孤立分散状态，是由于空气对流上升，体积膨胀绝热冷却，使水汽发生凝结而形成的。层状云 层状云是均匀幕状云层，通常具有较大水平范围。覆盖数千甚至上万平方千米的地区。层状云是由空气斜上升运动形成的。波状云 波状云是表面呈现波状起伏或鱼鳞状的云层，包括卷积云、高积云、层积云和层云。通常因空气密度不同、运动速度不同等的两个气层界面上产生波动而形成的。四、大气降水1.降水的形成从云层中降落到地面的液态水或固态水，称为降水。1）云滴的凝结（凝华）增长在云的发展阶段，云体上升绝热冷却，或不断有水汽输入，使云滴周围的实际水汽压大于其饱和水汽压云滴就会因水汽凝结或凝华而逐渐增大。当水滴和冰晶共存时在温度相同条件下，冰面水汽压小于水面水汽压，水滴将不断蒸发变小，而冰晶则不断凝华增大这种过程称为冰晶效应。2）云滴的冲并增长云滴大小不同，相应具有不同的运动速度。云滴下降时，个体大的云滴落得快，个体小的慢，于是大云滴追上小云滴，碰撞合并成为更大的云滴。2.降水的类型根据降水形成原因（主要是气流上升特点），可分为四个基本类型：对流雨、地形雨、锋面雨、台风雨。3.降水的时间变化单位时间内的降水量，称为降水强度。气象部门为确定一定时间内降水的数量特征，并用以预报未来降水数量变化趋势，将降水强度划分为若干等级：降水的日变化：一天内的降水变化，在很大程度受地方条件限制，可大致分为两个类型：（1）大陆型；（2）海洋型。降水的季节变化：降水季节变化因纬度，海陆位置、大气环流等因素影响而不同。全球降水的年类型大致可分为以下几类：（1）赤道型；（2）热带型；（3）副热带型；（4）温带及高纬型；4.降水量的地理分布降水量空间分布受纬度、海陆位置、大气环流、天气系统、地形等多种因素制约，降水的分布存在纬度带状分布的特点。全球可划分为四个降水带：赤道多雨带；南北纬150300少雨带；中纬多雨带；高纬少雨带。 第三节 大气运动和天气系统一、气压随时间和高度的变化1.气压定义：从观测高度到大气上界上单位面积上（横截面积1cm2）铅直空气柱的重量为大气压强，简称气压。单位：mmHg hpa气压日变化：一昼夜有两个最高值（910时，2122时）和两个最低值（34时，1516时）。热带的日变化比温带明显。赤道地区气压年变化不大，高纬地区较大；大陆和海洋也有显著差别，大陆冬季气压高，夏季最低，而海洋相反。气压的年变化：大陆型、海洋型和高山型。2.气压的垂直变化气压大小取决于所在水平面的大气质量，随高度的上升，大气柱质量减少，所以气压随高度升高而降低。二、大气的水平运动1.作用于空气的力空气的水平运动是由所受的力决定的。作用于空气的力有：1）水平气压梯度力：气压分布不均匀产生气压梯度，使空气具有由高压区流向低压区的趋势。2）地转偏向力：由于地球转动使地球上运动方向发生偏转的力，称为地转偏向力。3）惯性离心力：当空气作曲线运动时，受惯性离心力作用。惯性离心力方向与空气运动方向垂直，并由曲线路径的曲率中心指向外缘。4）摩擦力：运动状态不同的气层之间、空气和地面之间都会产生相互作用阻碍气流的运动，这种相互作用称为摩擦力。摩擦力总是阻碍气流的运动。2自由大气的运动自由大气中，空气运动规律比摩擦层简单。空气作直线运动时，只需考虑气压梯度力和地转偏向力；空气作曲线运动时，还需考虑惯性离心力。1）地转风地转风指自由大气中空气作匀速直线运动。地转风方向与气压场之间存在一定的关系，即白贝罗风压定律：当不考虑摩擦时，地转偏向力与气压梯度力平衡，水平面上地转风表达式为：vg1/2sinP/n地转风是严格的平衡运动，等压线必须是直线。2）梯度风自由大气中，空气作曲线运动时，地转偏向力、气压梯度力、惯性离心力达到平衡时的风称为梯度风。梯度风有气旋性弯曲和反气旋性弯曲两类。3.风随高度的变化1）地转风随高度的变化-热成风水平温度分布不均导致气压梯度随高度发生变化，风相应的随高度发生变化。有水平温度梯度引起的上下