第四章自然地理环境的时间演化规律课件.ppt

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1、整体性含义,物质循环与交换,第四章 自然地理环境的时间演化规律,发展方向性节 律 性稳 定 性基 本 特 点,思 路,A,方向性,B,节律性,C,稳定性,D,发展演化规律,E,基本特点,理解,记忆,第一节 自然地理环境发展的方向性,一、自然地理环境的进化发展,先进的耗散结构理论具有广泛的普遍性和强大的生命力。自然地理环境是一个复杂、开放的巨型系统，具有耗散结构，其进化发展就是耗散结构的进化。,自然地理环境的进化发展1、自然地理环境进化具有方向性2、原始自然地理系统的形成3、天然生态系统的形4、人类生态系统的形成,1、自然地理环境进化的方向性,(1) 自然地理环境发展演化是不可逆的 自然界存在着

2、一日之间的白天与黑夜，一月之间的月圆月缺，一年之间的春、夏、秋、冬等周而复始的“可逆”现象，但这毕竟是表面上的可逆。因为每一次重复出现都有别于从前，包含着时间对称性的破缺。它们不是原地打圈，而是螺旋式前进。 (2) 自然地理环境中的各圈层均存在显著的不可逆现象 1) 岩石圈的形成过程（按康德拉普拉斯假设）：混沌地壳地幔地核，绝不会倒转过来。 2) 地壳演化规律（按地洼学说）：地槽地台地洼，螺旋式向前发展，不可逆。3) 大气圈的演化：原始大气二氧化碳大气现代大气。 4) 水圈的演化：原始海洋（低盐、少水、高钙）现代海洋(高盐、多水、低钙)。,2、原始自然地理系统的形成,原始自然地理系统的形成大概

3、经历如下阶段： (1) 天文期宇宙大爆炸: 46亿年前，地球起初是一些相互靠近的宇宙物质、星云。由宇宙大爆炸产生。 (2) 地质时期原始自然地理系统开始形成（原始圈层形成）：46亿年后，由于地球内放射性热的生成率比今天高出许多倍，是当时地球表层演化的主要能源。由于地球内部热量大量聚积导致地球物质熔融喷溢大量岩浆、气体和水蒸气形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈，标志着原始自然地理系统开始形成。 由于此时地球内能占优势，所以原始大气以CH4、CO、N2、H2O、 NH3和CO2等为主。 原始海洋和海水为低盐、高钙型，且水少，因此物质、能量的交换受到一定的限制。,(3) 原始自然地理系统形成三大圈层紧

4、密联结成统一整体：约于3720亿年前，地壳不断增厚。由于地壳增厚，地球内能对地表的作用减弱，太阳辐射能逐渐成为地球表层的主要能源，在三大无机圈层中不断转换、耗散，并促成三大无机圈中的物质交换，使三大圈层紧密联结成统一整体，联结成一个新的物质系统原始自然地理系统。 由于原始大气对太阳的短波辐射基本透明，因此，在强烈的紫外辐射照射下，环境中的小分子和元素，在原始的海洋中合成高分子化合物（如碳水化合物）。这为地球生物的诞生，淮备了充足的物质基础。,3、天然生态系统的形成 原始自然地理系统是具有耗散结构的物质系统，它还要继续进化。(1)原始生命的形成异养细菌：大约在30亿年前，地壳增厚到20km，地球

5、内能对地表的作用再减弱，太阳辐射能对地表的作用进一步增强。同时，海洋里的有机化合物大量积聚，这些物质在太阳能的作用下，终于合成了生命，最初是异养细菌：靠海洋中的有机物和积聚能量为生。,(2) 原始生态系统的形成光合作用：自然地理环境的一次重大飞跃逐渐形成生物圈：异养细菌感到食物匮乏，产生自养生物：这些生物具有叶绿素，称为蓝藻，能进行光合作用，自身固定太阳能，制造有机物。于是产生了原始的生态系统，这是自然地理环境的一次重大飞跃(3) 生物圈逐渐形成：原始的生态系统大大改变了自然地理环境的物理、化学过程和元素迁移过程，从而改变了自然地理环境的组成和结构，逐渐形成生物圈。由于含有叶绿素的生物不断增多

6、，因而固定太阳能的数量也随之增加。,(4) 氧气形成：光合作用的不断加强，原始大气中的二氧化碳（CO2）减少，其中碳以碳酸盐岩类固定在沉积岩中。O2不断增加，并在大气圈中出现臭氧层，吸收了对生物体有害的紫外辐射（波长0.29m的紫外光），为生物在自然地理环境中繁衍创造了有利条件。由于氧含量不断增加，导致喜氧生物大量产生。而由于有了氧呼吸，自然地理环境中的能量转换效率提高了大约19倍。 (5) 天然生态系统的形成：大约在距今4亿年前，生物从海洋登陆，接受太阳辐射更为充分。结果导致生物种类和数量大增，水陆都形成由生产者（植物）、消费者（动物）和分解者（细菌）组成复杂、完善的生态系统，这就是天然生态

7、系统。,生物圈的形成，标志着自然地理环境的进化进入了一个全新的阶段：太阳能在有机界的转换，把有机界和无机界联结成整体系统。 实际上是绿色植物通过光合作用把太阳能转变成潜能 通过食物链转移 最后，食物链中残存的有机物质的潜能，由微生物通过发酵、腐烂等形式加以释放。 生物圈的出现，天然生态系统的形成，使自然界的两个极重要的地球化学循环建立起来(图2和图3)。,4、人类生态系统的形成 (1) 人类的出现：大约在距今二三百万年前，人类从动物界中分化出来。人类的出现，是自然地理环境进化史上又一次重大飞跃。也是人类生态系统形成的标志。 (2) 人类社会的的生产方式在不断演化：从狩猎、采集农耕放牧农业工业后

8、工业阶段等，不断改变着太阳能在天然生态系统中的流通与转换，不断增加能量的投入。时至今日，人类生态系统已受到人口、粮食、资源、能源、环境污染等问题的滋扰。,宇宙大爆炸,地质时期（地球内能主导）,原始自然地理系统,地壳增厚（太阳辐射能主导）,原始生命的形成异养细菌,自养生物,大气成分发生变化,生物从海洋登陆,生物圈出现，天然生态系统形成,人类生态系统形成,自然地理环境的进化,二三百万年,4亿年,30亿年,3720亿年,46亿年,随时间的推移，发展不断复杂化，由一种质的状态进入一种新质状态。具有不可逆的特性。 1）岩石圈发展的方向性 地壳的演化具有明显的方向性（地洼学说）； 大陆面积逐渐扩大； 地貌

9、发展的方向性（Davis的侵蚀循环学说）； 风化壳的发育及土壤的形成过程。 2）大气圈发展的方向性 原始大气，二氧化碳大气，现代大气（氮氧大气）,第一节 自然地理环境发展的方向性,二、四大圈层发展的方向性,3）水圈发展的方向性 水体体积日渐增大； 大洋含盐浓度逐渐增大（CaCO3;cl-）。 4）生物圈发展的方向性 生命起源的方向性（无机到有机；简单到复杂到原始生命）； 生物从海向陆发展的方向性（保护，营养物质，理化条件稳定） 植物演化的方向性 （蓝绿藻；裸蕨，真蕨，裸子植物，被子植物） 动物发展的方向性 （单细胞，无脊椎，鱼类，两栖类，爬行类，鸟类和原始哺乳动物，哺乳动物，人类）,二、四大圈

10、层发展的方向性,自然地理环境的节律性可概括为三类型：一是周期性节律，二是旋回性节律；三是阶段性节律,一、周期性节律 周期性节律是自然地理过程按严格的时间间隔重复的变化规律。它发生在地球自转和公转及地表光、热、水的周期性变化基础上。昼夜更替（自传）和季节更替（公转）是其最主要的表现形式。 季节节律显著程度是随纬度的增加而增加的，而昼夜节律却是随纬度的增加而减少的。两极和赤道地区出现特殊的节律性。 还包括潮汐周日变化、月节律变化等。,第二节 自然地理环境的节律性,总之，自然地理过程和现象的昼夜节律和季节节律主要根源在于地球自转和公转运动，以及由此而引起的能量输入与转换的节律性变化。,周期性节律小结

11、,二、旋回性节律 旋回性节律是以不等长的时间间隔为重复周期的自然演化规律。比较于周期性节律，这是更高一级、更为复杂的自然节律。在自然界中，地质旋回和气候旋回是旋回性节律的典型范例。1、地质旋回 岩层的沉积层序（砾岩砂岩页岩石灰岩）；历程漫长，而且周期长短变化很大；具有级别不同的周期（纪；世）2、气侯旋回 根据周期长短，世纪内旋回、超世纪旋回和冰期-间冰期旋回三种。,第二节 自然地理环境的节律性,三、阶段性节律 生物自身特性所形成的节律具有阶段性的特点。1、生物生长节律 每种生物的生命运动，其生长过程总是经历着个体的出生、成长和衰亡，而子代个体又重复这一类似的过程。2、生物进化节律 地球生物界的

12、进化不是匀速渐变的，而是表现为阶段性的突变和跃升。（动植物发展的方向性）,第二节 自然地理环境的节律性,指自然地理环境的影响条件发生变动，或人为干扰的场合下，自然地理环境的状态并不会变动过大，或者变动后经自我调节机制的作用，是其逐渐恢复原态的性质。1、因果反馈关系（正、负反馈环） 如A事物增加B事物也随之增加，就是正因果关系，符号表示为“十”；若A事物增加事物随之减少，则为负因果关系，符号表示为“一”。 正反馈环是当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各环节的连锁反应，加强这种变化趋势，使其脱离初始状态。这种在变动中自我增强的作用是正反馈的作用。 负反馈环是当反馈环中一个要素发生变化，通过反

13、馈环中各要素的连锁反应，减弱了这种变动，使变化趋于稳定。这种在变动中自我调节作用是负反馈的作用。,第三节 自然地理环境的稳定性性,第三节 自然地理环境的稳定性性,2、系统的稳定取决于正、负反馈环的力量对比 系统的稳定是由正反馈环与负反馈环两者的力量对比关系所决定。由于正反馈环的自我增强作用和负反馈环的自我调节作用，系统必然是在变动与稳定、增长与衰减间相互斗争。当负反馈环的自我调节作用强于正反馈环的自我增强作用时，系统趋于稳定；但当正反馈环的自我增强作用超过负反馈环的自我调节作用时，系统的稳定遭到破坏，脱离初始状态。,第三节 自然地理环境的稳定性性,3、各子系统又有次一级子系统。许多系统构成了复

14、杂、庞大的网络结构，使物质、能量、信息交流（即通信）通道纵横交错，畅通无阻。自然通信的稳定作用和扩散的稳定作用非常有效。涨落（不稳定性因素、波动）就难以扩散，最终自行衰退，系统保持稳定。简单系统的通信通道不多，涨落容易扩散而支配整个系统，稳定性较差。4、自然地理环境在长达几年-8000万年间，保持着相对的稳定，靠的是自然地理环境本身复杂的网络结构。一旦出现重大的结构调整，导致不平衡，达到某阈值以后出现不稳定，随机涨落可能迅速被放大，并扩散到整个系统，形成新结构，出现新的稳定。所以，自然地理环境的稳定与不稳定是对立的统一。稳定-不稳定-新的稳定，以至无穷。在自然地理环境的进化过程中，表现为节律性

15、发展。,5、几点说明 1）稳定只是代表整个演化过程的一个阶段。整个地球表层是不断向前发展，是由简单到复杂的不可逆过程。自然地理环境在某阶段是稳定的，但自然历史的长河又是发展的。 2）负反馈环的自我调节作用不会引起自然环境演化的终止，负反馈环的自我调节作用在演化过程中，虽然是起“保守”作用，但它的作用有一定限度，当某些变动超过“阈值”时，自我调节便会失去作用，系统会偏离初始状态。 3）系统的稳定性还与系统结构的复杂程度有关。越复杂的系统，负反馈作用的阈值范围越大，也就越稳定。,第三节 自然地理环境的稳定性性,珠峰,甘肃黄土高原,巴蜀梯田,黄淮海平原,腾格里沙漠,呼伦贝尔大草原,自然地理环境从简单

16、到复杂，从比较无序到比较有序，成为越来越复杂的耗散结构。这种发展具有不可逆性质，并将最终造成其结构与特征的根本改变。 1）古代自然地理环境的发展过程 包括太古代、元古代、古生代和中生代。 总的看来，古代自然地理环境的变化主要包括：由构造运动引起的海陆变迁、陆地表面起伏程度的改变以及地面物质的大规模迁移作为气候变化表现形式的全球冷暖干湿变化，大气环流形势和气候带的改变；上述各种变化结果的生物界的发展。 2）新生代自然地理环境的发展趋势 人类出现到形成人类生态系统,第四节 自然地理环境的发展演化,1、基本特点1）演化是不可逆的前进过程2）演化是不断重复的节律过程3）演化是前进与节律的统一过程2、三

17、大耗散结构类型 地球表层形成了三大耗散结构，即自然地理系统、生态系统、人类生态系统。自然地理环境系统的演化就是这三大系统的进化发展。自然地理系统是生态系统的环境，生态系统是在自然地理系统中孕育发展的。由于有机体固定、转化太阳能，引入的负熵流比自然地理系统更多、更强，因此也更为有序，功能更强。,第四节 自然地理环境的时间演化特点,3、三大耗散结构的联系1）发生学上的联系2）能量流通途径上3）物质交换上 总之，自然地理环境随时间演化是一个不规则的螺旋状发展过程。它一方面不断地由简单向复杂、由低级向高级向前进化；一方面又不断地重演着相似的事件和过程。其中在周期性节律和生物生长节律过程中，自然地理环境维持稳定的组成、结构和功能；而在旋回性节律和生物进化节律的始末，自然地理环境发生大规模改组，出现“巨涨落”，原有的稳定系统遭破坏，而重新自组织出一个新的稳定系统，实现了系统的进化，这就是自然地理环境演化的基本特点。,第四节 自然地理环境的时间演化特点,