环境地理学课程复习（一）.doc

环境地理学课程复习1、环境：环境是对中心主体周围的空间事物而言的，中心事物和周围事物相互依存、相互制约、又相互作用和相互矛盾的统一整体（刘培桐）。环境系统：地球表面各种环境因素及其相互关系的总和称为环境系统。2、人类环境：环境科学领域所涉及的环境是以人类为主体的环境。地理环境：地理学主要研究人类社会与环境的关系，所涉及的环境是以人类社会为主体的环境。地球环境：又称全球环境，是具有整体意义和全球性特点的环境条件。地球环境的结构具有圈层性，包括大气圈、水圈、岩石-土壤圈、生物圈等自然圈层和人类活动形成的社会圈。它们之间相互接触、相互作用、相互渗透，共同构成人类生存的地球表层环境。居室环境：相对狭小、封闭的环境。区域环境：具有相似环境背景、独特结构和特征的空间地域范围。如陆地、海洋、流域等。聚落环境：是人类聚居场所（城镇、村落）的环境，是人类对自然环境进行人工改造形成的。 宇宙环境：是人类环境最外层的大气层外环境。 3、自然环境：或者称为原生环境。其中包括对人类有益的自然条件和对人类有用的自然资源；也包括对人类有害的自然灾害过程，如地震（08年5.12汶川地震）、火山活动等。次生环境：即被人类活动所改变了的环境，如被绿化的山野、开垦的农田、被污染的环境等。人工环境：由人工所建造的房屋、道路、城市和各种设施组成的人工环境。社会环境：由政治、经济、文化等各种因素构成的环境社会环境。4、环境问题：指环境条件和过程的发展变化产生了不利于地球生物进化和人类生存与发展的负面效应及影响的问题。当前世界面临的主要环境问题 人口问题：人口的急剧增长是当前环境的首要问题。近百年，世界人口增长达到历史顶峰由此引发一系列问题。加剧环境污染和生态破坏。 资源问题自然资源是人类生存的基本物质条件。随着人口的增加对资源的需求剧增，地球环境有限的资源使人类面临资源短缺的问题。森林资源减少使全球气候的调节功能降低；土地退化，给人类生存带来威胁；水资源短缺，成为很多国家的社会问题。 环境污染温室气体过量排放引起的气候变暖、酸雨、臭氧层破坏和有毒化学品的污染，已经成为全球性的重要环境问题。 生态破坏以森林生态功能降低、生物多样性较少、耕地资源损失和破坏为代表的生态破坏已十分严重。原生环境问题：主要指各种自然力作用所引起的问题自然灾害。如地震、火山活动、洪涝灾害、台风、滑坡、泥石流等。次生环境问题：主要指人为作用引起的环境条件、环境状态、环境质量的变化问题各种污染问题和生态问题。环境问题的产生 第一生物进化与环境危机地球环境中出现的最原始生物（原核细胞生物），必须对海洋中存在的有机物，在无氧的条件下，通过发酵方式进行分解，从中获取化学能和营养物，这就是“第一生物进化”。由于这些厌氧性异养生物的大量发展，有机物减少因而发生食物危机，这就是第一生物进化面临的第一环境危机。 第二生物进化与环境危机地球生物为解决第一环境危机，停止把有机物作为唯一营养物，开始利用有机物发酵产生的CO2和H2O，借助太阳光能进行光合作用制造有机物。光合作用营养方式，对于厌氧性生物来说，产生了危险因素氧，这就是第二生物进化所面临的第二环境危机。 第三生物进化与环境危机对厌氧性自养生物而言，氧是毒害物质 。生物通过进化产生使氧无害化的酶，进化为好氧性自养生物，继而产生好养性异养生物。在距今约15亿年前，通过第三生物进化，形成可利用氧进行呼吸作用的多细胞植物和动物。由于大气中逐渐增加的氧含量，臭氧层形成，生物由海洋进入陆地，成为陆生生物；进而向“哺乳类”、“灵长类”、“人类”进化。而人类的出现，改变了自然进化的方式，在瞬间破坏自然进化的长期结果，这就是第三环境危机。5、环境要素：构成人类环境整体的各个独立的、性质不同而又服从整体演化规律的基本物质组分。 最小限制律 等值性 环境的整体性大于环境各要素的个体和 环境各要素间的联系和依赖 环境结构（特点）环境结构指环境要素的配置关系，即总体环境的有序性和基本格局。环境结构特点地球环境结构特征包括：圈层性、地带性、节律性、等级性、稳定性和变异性。 圈层性（type status repot)：整个地球环境由同心圆状的圈层构成，无论是地球内部还是地球外部是如此地球上的环境系统，与这种圈层性相适应。地球表面是多个圈层的交汇之处，也是无机界与有机界交互作用最集中的区域，形成人类适居环境。 地带性（zonation)：在水平方向上，地球环境具有过度状的分带性。这是由于地球环境中接受太阳辐射能存在差异，出现能量的不均匀分布，因而产生地带性结构格局。首先表现为气候带差异，引起相应的土壤、植被带。 节律性（rhythmicity):由于地球形状和运动的固有形状，在随时间变化过程中具有周期节律性。如昼夜交替，以及在此影响下白天生物量增加，夜晚减少；空气温度、水分蒸发、生物活动、等等的日变化；四季交替变化、太阳黑子活动等。 等级性（grade）：在有机界的组成中，依照食物摄取关系，在生物群落的结构中具有阶梯状的等级性，即食物链结构。 稳定性与变异性（stability、variability）环境结构具有相对稳定性、永久变异性以及有限调节能力。任何一个地区的环境，都处于不断变化之中，并在一定范围内自行调节，在新条件下达到平衡，趋于相对稳定。6、环境地理学的研究前沿与重点领域1、陆地表层过程与格局的综合研究：陆地表层系统是地球表层受人类活动影响最大的子系统。陆地表层环境变化是特定地域上地表过程的方式和强度在人为或自然因素作用下发生改变的结果陆地过程的研究集中在微观深化与宏观综合两个方面，其主要意义在于有效研究开发系统间物质、能量和信息的交换，促进环境地理学理论发展。包括水循环过程与水量转化机理及其物理实验模拟；流域系统中物质迁移过程及其对区域环境的影响；坡地过程与坡地改了利用；土地演化过程及其调控机理；土壤-植物-大气连续系统过程及区域尺度转换；生命元素、污染物、重金属和稀土的环境生物地球化学过程及其健康效应；自然地域系统综合研究；典型地区环境演化过程等2、全球环境变化及其区域响应：全球环境变化的过去、目前和未来，都是环境地理学的重要研究领域。涉及古地理环境演变、土地利用与土地覆被变化、减轻自然灾害、典型区域环境定位研究以及全球环境变化的对策研究等。3、自然资源保障与生态环境建设：资源保护与生态环境建设，关系到人类社会发展的可持续性对各类资源格局、过程和动态，各种资源间的相互关系的研究，揭示其组合特征和演变规律；研究自然资源与生态环境之间，不同区域的资源与环境之间，人类活动与资源、环境之间的相互关系，揭示其时空变化规律并评估自然资源开发利用的环境效应，阐明人类经营活动对自然资源和生态环境的影响，提出调控机制与对策；土地退化机制、过程、趋势研究，提出整治战略等，都具有重要的理论、实践意义。4、区域可持续发展及人类-环境系统的机理与调控：区域尺度的可持续发展研究，是环境地理学的优势所在。区域经济增长和社会稳定发展，有效控制人口增长，合理利用自然资源，改善环境质量等，涉及不同地区的协调与均衡、区域结构功能、相互作用机理的研究，区域发展趋势预测、模拟等。主要重点：区域可持续发展指标体系、社会经济要素空间分异规律及其结构变化、人类类聚落与城市化、人文因素对自然环境影响及其调控、区域可持续发展机理及区域系统结构优化与调控、人类-环境系统动力学机制等。5、地球信息科学和“数字地球”战略研究7、天体与天体系统天体是宇宙间物质的存在形式，是各种星体和星际物质的通称。宇宙间的天体都在运动着，运动着的天体因互相吸引和互相绕转，从而形成天体系统。如地球与月球构成了一个天体系统，称为地月系。8、水体与水体污染水体是地表水圈的重要组成部分，是以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括江河、湖泊、水库、沼泽、冰川、海洋等。水体作为一个完整的生态系统，除水以外还包括水中的悬浮物质、溶解物质、水生生物和底泥等。当污染物进入水体，其含量超过水体的自然净化能力，使水体水质和底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低水体使用价值和使用功能，称为水体污染。9、土壤自净能力和土壤环境容量土壤自净是指土壤本身通过吸附、分解、氧化、转化和沉积等作用使土壤污染物浓度降低或消失的过程。土壤自净能力是指土壤中的微生物、土壤动物、土壤有机、无机胶体等降低污染物浓度的能力。包括物理、化学和生物三种作用过程。物理过程改变污染物的物理性状、空间位置；化学过程改变污染物的性质、形态、价态等；生物过程包括生物降解、生物转化、生物富集。（2）土壤环境容量土壤环境容量是指在区域土壤环境质量标准的前提下，土壤免遭污染所能承受的污染物最大负荷。土壤环境容量属于一种控制指标，土壤容量是对污染物进行总量控制和目标管理的重要依据，是限制人类破坏土壤资源的主要指标，计算式： Q = （CR B ) 150 式中Q土壤环境容量，指一定土层厚度内土壤环境容量，表示为10g/hm2；CR土壤中污染物临界含量，指作物中污染物含量达到食品卫生标准或使作物发育受到影响时的污染物含量，可以通过栽培实验获得，表示为mg/kg；B区域土壤背景值,mg/kg；150转换常数。根据上述公式可以估算标准容量、允许容量、现存容量和警戒容量（设定70%的允许容量为警戒容量）。10、风化壳地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶解物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的化学残余物质大都残留在原来岩石的表层。这个由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分，或者说已风化了的地表岩石的表层部分，就称为风化壳或风化带。风化壳厚度一般几米或几十米。地球表生带风化形成的疏松层,风化壳是岩石圈、生物圈、水圈和大气圈相互作用的产物。风化壳的研究对找矿、研究自然环境变迁、土壤发生和演化，以及土地利用等均有一定意义。11、地球圈层结构地球内部有两个地震波波速变化明显的界面：莫霍面和古登堡面。这两个界面把地球内部分为三大圈层。地球内部圈层结构：地核、地幔、地壳1.1 地壳地球固体圈层的最外层。平均厚度约17千米，其中大陆地壳厚度较大，平均为33千米。高山、高原地区地壳更厚，最高可达70千米；平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。 地壳分为上、下两层。上层成分以氧、硅、铝为主，组成与花岗岩相似，称为花岗岩层，亦有人称之为“硅铝层”。此层在海洋底部很薄甚至缺失，是不连续圈层。下层富含硅和镁，组成与玄武岩相似，称为玄武岩层，所以有人称之为“硅镁层” ；在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。两层以康拉德不连续面隔开。地壳是地球岩石圈的主要组成部分，岩石圈是平均厚度约100千米的带有弹性的坚硬岩石构成的圈层，包括地壳和上地幔顶部。岩石圈可分为6大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块、南极洲板块 。还有一些较小板块镶嵌其间。板块边界有4种类型：海岭洋脊板块发散带、岛孤海沟板块消减带、转换断层带和大陆碰撞带。岩石圈的厚度因地而异。一般而言，大陆地壳的岩石圈厚度大于海洋地壳的岩石圈厚度，但是其具体深度存在争议。地表形态的塑造过程也是岩石圈物质的循环过程，它们存在的基础是岩石圈三大类岩石岩浆岩、变质岩和沉积岩的转化过程。在地球内部压力作用下，岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表，冷却凝固形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在风吹、雨打、日晒以及生物作用下，发生崩解成为砾石、沙子和泥土。这些碎屑被风、流水等搬运后沉积下来，经过固结成岩作用，形成沉积岩。同时，这些已经生成的岩石，在一定的温度和压力下发生变质作用，形成变质岩。岩石在岩石圈深处或岩石圈以下发生重熔再生作用，又成为新的岩浆。岩浆在一定的条件下再次侵入或喷出地表，形成新的岩浆岩，并与其他岩石一起再次接受外力的风化、侵蚀、搬运和堆积。如此周而复始，使岩石圈的物质处于不断的循环转化之中。1.2 地幔（mantle）地壳下面是地球的中间层，叫做“地幔”，厚度约2865公里，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。 地幔又可分成上地幔和下地幔两层。岩石圈（岩石圈指地壳和上层地幔顶部）以下称为软流层（Asthenosphere），推测软流层是由于放射性元素大量集中，蜕变放热，使岩石高温软化，并局部熔融造成的，是岩浆（Magma）的发源地。软流层以上的地幔是岩石圈的组成部分。下地幔温度、压力和密度均增大，物质呈可塑性固态。厚度约有2900公里。1.3 地核（core）地核是地球的核心部分，位于地球的最内部。半径约有3470 km，主要由铁、镍元素组成，高密度，平均每立方厘米重12克。温度非常高，约有40006000。地核又分为外地核和内地核两部分。外地，核的物质为液态，厚度为1742千米；内地核现在科学家认为是固态结构，内地核厚度1 216千米主要成分是以铁、镍为主的重金属，所以又称铁镍核。在内核和外核之间有一过渡层，厚度只有515千米，物质处于由液态向固态过渡状态。 地表环境的各个组成因素即地球的外部各个圈层包括：大气圈、水圈和生物圈。2.1 大气圈（atmosphere）大气是包围在地球最外面的圈层，是由气体和气溶胶颗粒组成的复杂流体系统。由地面向上依次分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。大气质量的90%集中在距地面15km的薄层内，向上逐渐变薄。作为生命三要素之一的空气，具有一切自然资源的共性。它是一种不可或缺的可更新资源；其中丰富的N2和O2对生物发育、生长不可或缺；O3和CO2含量不多，但与地球环境的关系密切。高空臭氧层吸收紫外线，避免地表一切生物受到过量紫外线伤害；二氧化碳与植物和全球气候变化息息相关。在地球系统中，大气是最活跃、瞬息万变的组成部分。气候系统是全球变化研究的核心。其中的天气、气候以及大气化学过程并非孤立存在而是在不同程度上与其他圈层耦合，进行着相互驱动、反馈和制约。此外，在生物地球化学循环中，大气也发挥了至关重要的作用。大气化学成分的变化既反映了地球系统中各要素的协同演化历史，记录人类活动对大气的影响，也决定着人类的生存环境。2.2 水圈（ Hydrosphere）水圈是地球系统各类水体的总称，它是组成地球系统的一个圈层，它被气态、液态和固态形式的水所覆盖，以海洋水、陆地水、极地冰川、大气中的水汽及存在于生物体内的生态水等形式存在，各类水体形成一个断断续续围绕地球表层，不停运动和相互联系的水壳。水圈在地球系统中与其他圈层相互联系、相互制约、相互作用，将大气圈、岩石圈、土壤圈和生物圈紧密联系起来。因此，水圈是地球圈层中最活跃的圈层。2.3 生物圈 （biosphere）是地球上的生物（包括人类）及其所生活的环境的总称。它占据了大气圈对流层下部、整个水圈与岩石圈表层的薄层范围。生物圈是地球环境所特有的圈层。生物圈主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成。生命物质又称活质，是生物有机体的总和；生物生成性物质是由生命物质所组成的有机矿物质相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖质等；生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水。 12、人类的起源和进化的基本脉络人类是地球生物进化到高级阶段的产物。 人类的远古祖先森林古猿，大约在2700万年前从埃及古猿分化出来。随后分化出人类近祖猛犸古猿。大约在700万年前分化出猿人（生物人）。在生物进化为原始人的过程中，地球环境的演变始终贯穿其中。埃及古猿 森林古猿 猛犸古猿 猿人（生物人）距今约250-300万年前，地球上真正的人类猿人诞生。由此地球环境演化进入到一个新的发展时期社会进化。原始人类能够制造简单的工具和住房，学会了用火，在很大程度上改变地球环境。原始人组成一定的社会群体，可以称之为群体人。距今约40万年前，人类进入母系氏族社会，标志着社会人的形成，约4万年前进入父系氏族社会，产生了农业、纺织。饲养等行业，对环境的影响越来越强烈。类人猿 猿人（生物人） 群体人 现代人（社会人）13、地球的能量（1）外来能源：由外部环境输入的各种能量。 太阳辐射能 天体引力能 宇宙辐射能和陨击能（2）内生能：地球内圈热能、地球重力能、放射性元素蜕变能。14、大气分层结构大气具有分层结构，大气层不均匀，尤其是在垂直方向上，其分子组成、化学和物理性质、温度和运动状况、荷电等分布不均。据此可以将大气分为五层，（1）对流层大气底层，自地面到8-18km，厚度随纬度、季节变化，高纬度地区8-9km，中纬度10-12km，低纬度17-18km，夏季大于冬季。这一层质量最大（大气质量3/4），水汽最多（几乎全部水汽和杂质）。对流层具有三个主要特点：气温随高度升高而降低；具有剧烈的对流运动；气象要素分布不均匀。（2）平流层对流层顶上至50-55km高度为平流层。平流层下部气温随高度不变或略微上升，又称为同温层；25-36km以上，气温上升很快，为逆温层。到平流层顶可升至-3。平流层大气稳定，空气垂直运动微弱，以水平运动为主，故称平流层。（3）中间层自平流层顶上至80-85km高度为中间层。这里气温随高度升高迅速下降，至顶部降到-83-113该层具有相当强烈的垂直运动，故又称上部对流层。高纬度地区中间层顶部夏季夜间会出现夜光云，80km附近白天有一个电离层。（4）暖层自中间层顶上至800km高度为暖层。这里空气密度很小，温度随高度升高迅速上升，在300km高度，温度已达到1000以上，故称暖层（热层）。此层气体处于高度电离状态，又称电离层。（5）外层800km以上，是大气的最外层。空气极其稀薄，气温很高，质点运动速度很快，是大气圈与星际空间的过渡带。大气密度随高度增高而减小，但无论哪个高度也不等于零，所以，大气与星际空间无绝对界限，但可以分析出一个相对上界。此界以下大气密度不同于星际物质。相对上界着眼于某种物理现象的出现来估计，如极光的出现高度1200km定为大气上界；也可以着眼于大气密度接近星际空间气体密度来估计2000-3000km高度定为大气上界。15、大气的垂直运动大气运动满足静力学方程，基本上是准水平的，因而空气的垂直运动速度很小，仅及水平运动的百分之一，甚至千分之一或更小。然而，垂直运动与大气中云雨的形成和发展，污染物的垂直输送及天气变化有着密切关系。（1）对流运动是由于某空气团温度与周围空气温度不等而引起的。当某空气团的温度高于周围空气温度时，气团获得向上浮力产生上升运动，升至上层向外流散，低层四周空气随之产生辐合以补充上升气流，这样便形成空气的对流运动。对流运动的高度、范围和强度同上升气流的稳定度有关。大气中这种热力对流的水平尺度多在0.1-50km，是温暖的低、中纬度地区和温暖季节经常发生的空气运动现象。规模较小，维持时间较短，但对大气中热量、水分、固体杂质的垂直输送以及云雨形成，天气发展演变具有重要作用。（2）系统性垂直运动是由于水平气流的辐合、辐散、暖气流沿锋面滑升，以及气流受山脉阻滞等动力作用所引起大范围，较规则的上升或下降运动。这种运动垂直速度很小，但范围很大，并能维持较长时间，对天气的形成和演变产生重大影响。系统性垂直运动的发生往往同天气系统相联系，例如，与高压、低压、槽、脊以及锋面等有密切关系。16、水体污染源水体污染源是造成水体污染的污染物发生源，通常是指向水体排放污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置，也包括污染物进入水体的途径。按污染物来源分自然污染物和人为污染源。按空间分布方式分点源和非点源。几种水体污染源的特点 生活污染源 三种不同污染源 工业污染源 农业污染源 生活污染源主要污染物：不溶物质（40%）、胶态物质（10%）、溶解质（50%）工业污染源：工业废水、污水、废液。污染物质成分复杂，对水质的影响差异很大。农业污染源：面广、分散、难治理。 2、水体污染物的种类水体污染物种类繁多，可参看下表了解其分类特征。（1）无机无毒物质：酸、碱和一般无机盐类。（2）无机有毒物质：具有生物毒性，危害生物和人类健康。如多种重金属： 汞、镉、铬，氧化物等。（3）有机无毒物质：耗氧有机物。这些物质无毒性，进入水体后经微生物作用分解最终分解为简单无机物，在分解过程中消耗大量水中溶解氧，影响水生生物的生存。在实际工作中用化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、总有机碳（TOC）表示水中有机物含量。（4）有机有毒物质：种类多、污染影响和作用不同。主要有酚类化合物、有机农药、聚氯联苯（TCB）、多环芳烃类。（5）放射性物质：来自铀矿开采和精炼、原子能工业、放射性同位素的利用等。放射性污染物发射的各种射线损害人体组织、促成贫血、白细胞增生、恶性肿瘤等。（6）生物污染物：来自生活污水、医院废水、肉类加工、制革等工业废水。通过动物和人类排泄的粪便中含有的细菌、病毒、寄生虫等污染水体，引起疾病传播。17、水体自净机制（1）物理净化污染物进入水体后，物理性质、空间位置发生变化，化学性质不发生改变，不参与生物作用。包括混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等过程。这些过程使污染物浓度降低。物理净化能力的强弱取决于水体的物理条件（温度、流速、流量）以及污染物自身物理性质，如密度、形态、粒度等。（2）化学净化污染物在水体中以简单或复杂离子或分子状态迁移，并发生化学性质、形态、价态上的转化，使水质发生化学性质的变化，但不参与生物作用。包括酸碱中和、氧化-还原、分解-化合胶溶-凝聚等过程。这些过程改变污染物在水体中的迁移能力和毒性大小、亦能改变水环境化学反应条件，影响化学净化的环境因素有酸碱度、氧化还原电位、温度、化学组分等，污染物自身的形态和化学性质也有很大影响。（3）生物净化水体中的污染物经生物吸收、降解作用而发生消失或浓度降低的过程，包括生物分解、转化和富集等作用。水体生物净化作用也被称为狭义的自净作用，主要指悬浮和溶解于水体中的有机污染物在微生物作用下发生氧化分解的过程。在水体自净中，生物化学过程占主要地位。生物净化与生物种类、环境的水热条件和供氧状态等因素有关。18、土壤形成主要影响因素1、母质对土壤形成的影响母质是形成土壤的物质基础，对土壤形成过程和土壤属性均有很大影响。不同类型的母质，理化性质不同，在相同成土条件下，直接影响成土过程的速度、性质和方向；不同成土母质形成的土壤，养分状况不同；不同成土母质形成的土壤，矿物组成不同。成土母质与土壤质地密切相关。2、气候对土壤形成的影响 气候对土壤形成的影响主要体现在两个方面：一是直接参与母质风化，水热状况直接影响矿物质的分解及物质积累和淋失；二是控制植物生长和微生物的活动，影响有机质的积累和分解，决定养分循环的速度。又表现在湿度和温度两个方面。3、生物因素对土壤形成的影响生物因素是促进土壤发生、发展最活跃的因素。生物的生命活动将太阳能引进成土过程，使分散在岩石圈、水圈和大气圈中的营养元素向土壤表层富集，形成土壤腐殖质层，使土壤具有肥力特性，促进土壤形成和演化。（1）植物的作用植物在土壤形成中最重要的作用是利用太阳能合成有机质，把分散在母质、水体和大气中的营养元素有选择的吸收富集。植物根系可分泌有机酸，促进土壤形成。（2）土壤动物的作用 土壤动物种类多，数量大，其残体是土壤有机质的重要来源，参与土壤腐殖质的形成和养分转化。动物活动可疏松土壤，促进团粒结构形成土壤动物的种类和数量在一定程度上是土壤类型和土壤性质的标志，可作为土壤肥力的指标。（3）微生物在成土过程中的作用微生物的作用较为复杂，其功能是多方面的如氮的固定、氨和硫化氢的氧化，盐类的还原、金属化合物（铁、锰）的沉淀等过程都有微生物参与，在土壤能量和物质的生物地球化学循环中具有极为重要作用。微生物最主要的作用是它们能够分解植物残体，合成土壤腐殖质，这是它们与动植物的区别所在。因此，微生物的作用归纳起来包括： 分解有机质； 合成土壤腐殖质； 固定大气中的氮素，增加土壤含氮量； 促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效性。4、地形对土壤形成的影响地形通过影响其他成土因素间接影响土壤形成。19、构成地球岩石圈的三类岩石岩石圈是岩石构成的地球坚固外壳。根据岩石成因，岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。1、岩浆岩岩浆冷凝以后形成的岩石称为岩浆岩，又称火成岩。按其形成环境分为两种：侵入岩岩浆在地表以下冷凝形成的岩石；喷出岩岩浆喷出地表冷凝后形成的岩石。岩浆岩的物质成分主要为各种硅酸盐，以岩浆中SiO2百分含量来划分，则岩浆岩可分为五类：超基性岩（SiO245%）、基性岩（SiO245%-52%）、中性岩（SiO252%-66%）、酸性岩（SiO266%-75%）、超酸性岩（SiO275%）。岩浆岩的矿物成分包括暗色矿物和浅色矿物。暗色矿物富含Fe、Mg元素，浅色矿物富含Si、Al。岩浆岩的化学成分复杂，包括地壳中所有元素，但主要元素种类不多，主要有O、Si、Al、Fe、Na、K、Ca、Mg、Ti九种，这些元素在岩石圈中称为造岩元素。其他Pb、Zn、W、Mo、Ba、Sr、Li等五十多种元素含量很少，称为微量元素。岩浆岩在地表分布面积不大，约占20%左右，但在地下深处有增加的趋势，从体积上看，估计占地壳的30-40%。2、沉积岩 在地表或接近地表的环境条件下，由母岩破坏而成的疏松沉积物经搬运、沉积和固结成岩作用形成的岩石。沉积岩是在温度不高、压力不大的条件下形成的，其物质可由岩浆岩、变质岩或沉积岩经物理风化、化学风化和生物风化而产生。绝大部分是在水介质中沉积形成，少数是在空气介质中沉积形成。按物质成分不同分为：碎屑岩、火山碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩四类。沉积岩矿物主要包括三种类型：原岩风化剥剥蚀下来的碎屑矿物，如石英、长石、云母等；风化过程中经环境化学作用形成的表生矿物，如高岭土等粘土矿物；沉积过程中形成的化学沉积矿物，如方解石、白云石、赤铁矿等。沉积岩主要源于岩浆岩风化，两者化学组成相差不大，但有差别。沉积岩中Fe2O3FeO,岩浆岩中相反；沉积岩中NaK，岩浆岩中相反；沉积岩中CaMg，岩浆岩中相反。沉积岩在地表分布广泛，约占地表面积70%，但主要集中在地壳表层，全球平均厚度约1.8km，估计占地壳体积10%。沉积岩中最常见的是泥岩、页岩、砂岩和碳酸盐类岩石。3、变质岩变质岩是在地壳中已形成的岩石在高温、高压的地球化学环境条件下及化学活动性流体的作用，使原岩的物理成分、结构和构造发生变化而形成的新一类岩石。按形成的地质背景及成因，可将变质岩分为：接触变质岩、动力变质岩、区域变质岩和混合变质岩。变质岩的矿物组成特殊，主要是各种碎屑矿物，如长石、石英、云母、角闪石、方解石、辉石等。在变质岩中还存在一类特有矿物，如石墨、石柱石、滑石等，它们是鉴别变质岩的标志。变质岩在地表分布面积小，占10%。地下分布广泛，体积占地壳50%。20、地球表生带及后生过程地壳表层称为表生带。表生带是岩石圈演化、岩石圈与其他圈层相互作用的活跃地带，也是对地球系统变化响应的敏感区域。表生带的厚度由岩石圈算起，有的地方可达几千米，其下为变质岩带，再下为岩浆带。表生带化学元素的迁移是在低温低压下进行的，土壤形成作用、风化作用、地下水的地球化学作用及其他地表过程属于表生作用。这些过程通常称为后生过程。具有高度化学活性的地表水和地下水是岩石后生变化的最主要因素，但岩石的后生变化不仅仅是机械的物理现象和化学现象，而且叠加着复杂的生物过程。从地球的圈层分异看，表生带是地球表面岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及其综合作用形成的土壤圈交汇重叠的区域。相对于原生过程而言，表生带后生过程具有明显特征：21、地球环境系统的圈层分化地球内部圈层的分异 原因：重力分异内部圈层分化 结果：圈层结构据研究，地球形成之初，原始地球是冷的均质球体，体积是现代地球的两倍。随着进一步引力收缩和内部放射性元素蜕变，地球温度升高，使物质产生可塑性、或者呈熔融状态。首先是密度最大的一些物质（如铁、镍）向地球核心聚集，形成地核。当重元素向地心下沉时，重力能转化为热能，成为地球内能的补充，使地球的大部分发生熔融并进一步分异，轻元素和易于与轻元素结合的重元素上浮到最上部形成地壳。地壳与地核之间是地幔。当地幔获得足够的热量后，发生对流。初始的海底扩张使地内散热作用加强，地幔固结，但地核的外核仍为液态。外核的对流是产生地球磁场的原因。固体地球经过早期的这种重力分异，形成了最基本的圈层结构，经过漫长的地球物质运动、特别是地壳运动（水平运动、海陆变迁）形成现代地球的表面结构。大气圈、水圈的形成和演化 原因： 地内排气作用 大气圈、水圈的形成 结果：原始大气、水圈 当地球由于引力收缩和放射性元素蜕变而被加热后，地球内部的水蒸气和其他气体被释放出来 ，形成原始大气圈和水圈。然而，比较现代火山气体和现代大气的成分，有很大差别，说明原始大气圈的成分与现代大气圈不同，大气圈的成分可能随时间而演变。 大气圈、水圈的演变 地球大气圈由原始大气演变为现代大气，经历了从还原性大气到氧化性大气的演变。 大气圈的演化 ： 二氧化碳和氮增多阶段 原始大气二氧化碳大气（次生大气） 二氧化碳稀释阶段 次生大气中游离氧增多阶段水圈的演变：水圈的演变主要是海洋的演变，所以，从原始海洋到现代海洋的演变，反映了水圈演变的基本特点。 原始海洋不断累积增长，形成深海大洋。 海水成分的变化。（酸性水 碱性水）22、地球环境系统的能量流动途径和物质循环过程能量流动途径 大气圈、水圈的能量流动 生物圈中的能量流动 地球内部的能量流动与转化（1）大气循环（2）水分循环（3）生物循环（4）表生地质循环（5）内地质系统循环23、大气水平运动的作用力作用于空气的力有气压梯度力、地转偏向力、摩擦力和惯性离心力。（1）气压梯度力在气压梯度存在时作用于单位质量空气上的力，称为气压梯度力。气压梯度力由热力和机械的原因造成，它使空气从较高气压区向较低气压区流动，大小等于单位距离的气压差。只要水平面上存在气压差，就有气压梯度力作用于空气，使空气由高压区流向低压区。因此，水平面上存在气压差异是产生水平运动的直接原因。（2）地转偏向力（科里奥利力）地球自转的角速度分为垂直和水平两个方向的作用力，其水平分量就是地转偏向力。当空气在气压梯度力作用下运动时，地转偏向力使气流产生偏向。北半球气流偏向运动方向右方；南半球偏向气流方向左方。作用于相同质量和速度，但在不同地点的物体的地转偏向力，大小不等，在赤道为零，随纬度增高加大，两级达到最大值。（3）惯性离心力惯性离心力是物体在作曲线运动时产生的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外的力。是物体为保持沿惯性方向运动而产生的。惯性离心力的方向与空气运动方向垂直，大小与空气运动线速度成正比，与曲率半径成反比。由于空气运动的曲率半径一般都很大，从几十千米到上千千米，因而惯性离心力是比较小的，往往小于地转偏向力；但在低纬度地区或空气运动速度很大而曲率半径很小时，也可以达到较大数值，大于地转偏向力。（4）摩擦力空气和地面之间，以及处于运动状态不同的气层之间都会相互作用，对气流运动产生阻力，这种力称为摩擦力。气层之间产生的阻力称为内摩擦力；地面对气流产生的阻力称为外摩擦力。在摩擦力作用下，空气运动速度减小，并引起地转偏向力相应减小。摩擦力的大小在大气不同高度不同，以近地面层（地面至30-50m）为最大，高度越大，作用越弱，1-2km以上可以忽略不计。以上四个力是水平方向上作用于空气的力，它们对空气的影响是不一样的。一般说来，气压梯度力是空气运动的直接动力，是最基本的力。24、局地环流的几种类型（1）海陆风因海洋和陆地受热不均匀而在海岸附近形成的一种有日变化的风系。在基本气流微弱时，白天风从海上吹向陆地，夜晚风从陆地吹向海洋。前者称为海风，后者称为陆风，合称为海陆风。海陆风的水平范围可达几十公里，铅直高度达1-2公里，周期为一昼夜。 （2）山谷风在山地区域，日出之后山坡受热，其上空增温很快。而山谷中同高度上因距地面较远，增温较慢，因而产生由山谷指向山坡的气压梯度力，风由山谷吹向山坡，这就是谷风。夜间，山坡辐射降温较快，而山谷中同高度空气冷却慢，因而形成与白天相反的热力环流，下层由山坡吹向山谷，这就是山风。（3）城市风城市风是指在大范围环流微弱时，由于城市热岛而引起的城市与郊区之间的大气环流：空气在城区上升，在郊区下沉，而四周较冷的空气又流向市区，在城市和郊区之间形成一个小型的局地环流，称为城市风。由于城市风的存在，城区的污染物随热空气上升，往往在城市上空笼罩着一层烟尘等形成的穹形尘盖，使上升的气流受阻，污染物不易扩散，所以上升的气流转向水平运动，到了郊区下沉，下沉气流又流向城市的中心。如果城市的四周有工厂，这时工厂排出的污染物一并集中到城市的中心，致使城市的空气更加混浊。所以城市风在某种情况下能加重市区的大气污染。 （4）焚风气流受山地阻挡被迫抬升，空气冷却，起始按干绝热直减率（1/100m）降温，空气温度达到饱和温度时，按湿绝热直减率（平均0.5-0.6/100m）降温，水汽凝结，产生降水；气流越山之后顺坡下沉，此时空气中水汽含量大为减少，下沉气流按干绝热直减率增温，以致背风坡气温比迎风坡同高度气温高很多，湿度小很多，从而形成干而热的风，这就是焚风。25、重金属在水环境中的迁移转化重金属是具有潜在生态风险的重要污染物。重金属不能被生物降解，但能富集在生物体内，因此，重金属的迁移是指重金属在水体环境中位置的移动和存在状态的变化。 （1）机械迁移以溶解态或颗粒态的形式被水流机械搬运，迁移过程服从水动力学原理。（2）物理化学迁移以离子、络离子或可溶性分子形式在环境中通过一系列物理化学作用实现的迁移、转化过程。这是重金属在水环境中最重要的迁移转化形式，其结果决定重金属在水环境中的存在形式和潜在生态危害程度。包括以下几种作用： 沉淀作用：重金属经水解生产氢氧化物、盐类，这些物质溶解度较小，易生成沉淀物。沉淀作用的结果，使重金属在水体中的扩散速度和范围受到限制，对水质自净是有利的。但大量重金属沉积于底泥中，在环境条件发生变化时可重新释放，造成二次污染。 吸附作用：水体环境中存在各种胶体物质，能强烈吸附各种分子和离子，对重金属在水体中的迁移有重大影响，是许多重金属从不饱和溶液转到固相沉积物中的主要途径。 络合作用：天然水体中存在许多天然和人工合成的配位体，它们能和重金属离子形成稳定度不同的络合物和螯合物。这些络合物与螯合物使重金属在水体中的溶解度增大，导致沉积物中的重金属重新释放，导致二次污染。 氧化还原作用 ：使重金属在不同条件下以不同价态存在，因价态不同，其活性和毒性不同。（4）生物迁移 主要是通过生物的新陈代谢过程进行。这种迁移过程比较复杂，既是物理化学问题，也服从生物学规律。所有重金属都能经过生物体迁移，并由此使重金属在某些有机体内富集，经过食物链的放大作用，构成对人体的危害。 26、城市和山区两种不同下垫面上的大气污染扩散1、城市空气污染特征（1）城市大气扩散速率明显增大（2）空气污染物浓度有明显时间变化规律由于城市气象条件和污染源排放率的日变化，造成空气污染物的日变化规律。城市大气污染物浓度也有明显的季节变化规律。一般冬季浓度最高，春夏次之，夏季最低，这是与污染物排放量以及气象条件变化特征相吻合的。（3）城市空气污染浓度的空间分布不均匀城市空气污染浓度空间分布极不均匀。根本原因是污染源分布不均匀。污染物浓度高低对污染源位置极为敏感。面源造成的污染主要取决于上风向几百米范围内的面源强度，点源的污染范围更窄。2、城市多源大气扩散模式（1）高架点源扩散从污染源和建筑物的相对高度来分析，若污染源高度较低，排放烟气处在建筑物局部气流的影响之下，不能作为高架源扩散处理；当污染源高度超过附近建筑物高度2.5倍，烟气不会被下沉气流带回地面；污染源高度超过周围建筑物高度5倍以上时，局部气流影响很弱，可以不考虑城市建筑物对污染物扩散的影响。一般采用高斯扩散公式处理。（2）线源扩散通常把一条繁忙的公路或铁路视为线源。线源扩散可以视为连续点源来处理。（3）面源扩散城市中许多低矮烟囱和家庭炉灶等，数量多、源强小，是一种面源扩散。一般采用简化为点源或线源来处理，如面源扩散的箱式模型。山区气象特征：主要表现在山区的温度场、风场和湍流特征上。（1）山区的温度场和逆温特征 气温水平分布不均匀：在起伏地形中，由于各处地形方位、坡度不同，日照时间、强度和热量收支条件不同，因此气温的水平分布不均匀，这是山区温度场的一个重要特征。山坡和山谷气温存在明显差异，且白天和夜间分布相反。 夜间出现逆温现象：这是山区温度场的另一个特征。夜间山坡冷却快，冷空气沿山坡下滑，在谷底集聚，形成逆温。逆温发展的速度比平原地区快，逆温层更厚，强度更大。（2）山区风场特征山区有特殊的风场模型，原因有二：一是热力性质不均引起的局部环流（山谷风）；二是地形改变了低层气流路径和速度分布。山区的实际风场是在盛行风背景下以上两种因素叠加的结果。因此其空间结构复杂，并有明显时间变化，主要特征如下： 风向不规则：山区的风向和大范围盛行风向有很大差别，山谷内的渠道风与山顶的风向相差数十度。 风速分布不规则：山丘迎风坡、山顶、两侧和背风坡的风速有明显差别，气流过山时越过山顶和绕过两侧，山顶和两侧的流线密度大，风速最大，在迎风坡下部，气流受阻，风速减弱；在山丘背风坡，流线辐散，风速急剧减小。 有明显的垂直气流：平原地区气流大多是平直的，山区由于地形的影响，会强迫气流上升或下沉；受热不均也会引起局部气流上升或下沉。 风随高度变化特征和平原不同：山区风场的垂直结构比平原复杂，下面是地形风、上面是梯度风，在转变高度上，风向与风速都会发生明显改变。因此不可用地面风速简单推算各高度层风速。山区风速廓线分五种类型：正常型、极值型、反向型、等速型、不规则型。 山区风场日变化比平原更明显：山区的局部环流是因下垫面昼夜增热和冷却不一致引起的，故有明显日变化，另一方面，由于地形的屏障，上层梯度风对下层地形风影响减弱或受阻，下层地形风的周期变化不易被大范围背景风所掩盖。下垫面的受热条件随季节改变，不同季节盛行风的来向和强弱也不同，上去风场显现出季节变化。 山区风场随梯度风来向和强弱改变：山区地形有固定方位，河谷和山沟有固定走向，当盛行风来向和强度改变时，地形对背景流场的作用以及上层和下层流场之间的相互作用都随之改变。（3）山区湍流特征湍流强度大：由热力和动力因子造成。山区地形复杂，地表受热不均产生局部环境增强湍流活动。山区凹凸不平、粗糙度大，产生各种尺度的机械湍流。这两种湍流加强了山区湍流强度。湍流形成过程多：背风坡湍流气流越山，部分气流顺坡而下穿过峡谷，方向与谷道垂直，形成背风坡湍流。冷空气沿山坡和支谷向下汇集到主谷时形成湍流。谷底和两侧各种起伏不平的小地形形成的尾流，造成许多更小的湍流。扩散速率取决于总的湍流强度，即取决于热力和机械湍流的总和。平原地区机械湍流弱，当层结稳定时，热力湍流也弱，总的湍流微弱；稳定条件的山区，仍能形成较强的机械湍流，扩散速率大于平原地区。2、几种典型的山区空气污染过程（1）山谷中的漫烟污染在狭长的山谷中，日出之后两侧坡面受日照不均形成的横向环流可将夜间积聚在上部逆温层下的高浓度烟气导向地面，引起漫烟型污染。（2）下风坡及“冷湖”中的污染晴天的夜晚，山坡辐射冷却，冷空气沿山坡向下流动，形成厚度不大的下坡风，其厚度不超过50m，位于山坡上的排放源，如果排放高度未超过下坡风厚度，污染物被带向谷底，造成污染。在山区，有些地方四周地形高，中间是凹地，夜间沿山坡流下的冷空气没有出口，在凹地积聚，形成强逆温层，造成“冷湖”中的污染。日出之后又会造成严重的漫烟污染，因此不宜在这种地方建厂。（3）背风区污染气流过山时流场发生改变，过山之后的气流会形成地形波，背风面会出现明显的上升气流和下沉气流，有时还会出现剧烈的湍流区。过山气流引起的污染有以下几种情形： 污染源在山前，烟流随过山气流带向地面。烟流绕过建筑物时也会出现类似的情形（下沉污染）。 处于过山下沉气流或湍流中的污染源。此时烟流被向下倾斜的气流带向地面，或者由于强烈的湍流混合很快扩散到地面，形成高浓度污染。 处于背风面回流区中的污染源。此时烟流被回流区下沉气流带向地面，而且部分污染物在回流区内往返积累，造成高浓度污染。4）迎风坡污染在山区，若高架源烟流与下风向高大地形相遇，高地迎风坡将出现高污染浓度。（5）小风条件下的污染山区有几种不同类型的小风。一种是无典型山谷风发展的地方，是地形屏障造成的。由于静风和小风持续时间长，这种地方污染严重。另一种是出现在山谷风转换期：日出后2-3小时和日落前后。此时风速小，风向多变，污染物多次往返输送，逐渐积累形成高浓度污染。此外，深谷中，风速小，风场结构复杂，在垂直方向上可出现方向相反的多层气流；有的地方流场水平分布也不规则，甚至出现水平回流，造成高浓度污染。27、水体自净过程及其影响因素污染物进入水体后的迁移、转化过程，是污染物与水体之间相互产生复杂的物理、化学、生物作用的过程。这一过程既取决于污染物特性，有取决于受纳水体环境背景条件。污染物进入水体，发生两个相关联的过程：一个是水体污染恶化过程，包括的水质恶化特征有：溶解氧下降过