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1、圈层间的相互作用,第三篇：圈层间的 相互作用,第 八 章 大气圈与岩石圈的相互作用 第 九 章 水圈与岩石圈的相互作用 第 十 章 水圈与大气圈的相互作用 第十一章 水圈、大气圈、岩石圈的相互作用 第十二章 生物圈与水圈、大气圈、岩石圈 的相互作用 第十三章 生物圈、水圈、大气圈、岩石圈 相互作用与地球表层系统,第八章 大气圈与岩石圈的相互作用,第一节 岩石风化与气候 第二节 岩石圈变动与气候 第三节 地貌与气候 第四节 沙尘暴与黄土沉积,不同气候-植被带风化强度的变化,岩石风化的类型与强度，在很大程度上受到气候的影响与控制。在干旱地区，由于缺乏水的参与，风化作用比较弱；在寒冷的地区，由于温度
2、低、生物稀疏，化学风化与生物风化都较弱，但在冰缘地区由于温度经常变化于冰冻点附近，冻结与融化交替频繁，因而使物理风化作用比较强烈；在温暖湿润的地区，由于温度高、降水多、生物比较茂盛，物理风化、化学风化和生物风化都较强。,第 八 章,海陆分布变化对气候的影响,海陆分布的变化,海陆分布位置的巨大变化导致了纬度位置、洋流分布、大气活动中心的分布格局等的变化，从而引起世界或区域气候的变化。,纬度的变化,洋流的变化,大气活动中心位置的变化,全球与区域气候的变化,第 八 章,早第三纪干旱盆地碎屑沉积分布图（据王鸿贞资料汇编）,由于印度板块向北的漂移与挤压，中国西部地区在晚新生代向北迁移了610个纬度（王建
3、，1996，1999），使由干旱碎屑及红色泥质组合为标志的早第三纪副热带干旱带扭曲成“Z”字型。这一幅度的迁移，足以使我国西北地区脱离副热带而进入温带，所引致的气候与环境变化效果可想而知。,第 八 章,地形起伏变化对气候的影响,（一） 气温随高度的变化。 （二） 对局部地区气候的影响。 （三） 对区域和全球气候的影响。 高原隆升导致北半球晚新生代气候变冷。 高原隆升，加强季风环流，使气候的季节差异增大。 高原的隆升导致北半球中纬地区干旱气候的形成。 高原与山地的形成，导致西风带的分叉，水汽运移不再经过这些地区，而气流变为下沉气流为主，尤其在亚洲中部和美国西部内陆； 高大地形阻挡了来自附近海洋的
4、水汽进入内陆地区； 在高大地形的上游地区，风暴发生频率较低。 高原隆升加强亚洲季风的强度，改变季风的风向，改变季风影响的范围。,第 八 章,高原隆起导致的气候变冷（Ruddiman),深色区域为变冷区域。颜色愈深，变冷愈显著, 气候模拟结果表明，随着高原的隆升，1月中纬地区对流层上部行星风的波动（弯曲）加强，使得高纬地区的冷空气可以源源不断地输向中纬度地区，导致中纬度地区温度的降低。 随着高原的隆升，地面积雪越来越多，地面反射率增高，使地面接受到的太阳辐射减少，从而导致地面温度的降低。 随着高原的隆升，高原与周围地区的高差增大，地面的侵蚀作用加强。由于地面风化产物源源不断地被侵蚀搬运，使暴露于
5、大气中的、参与风化的物质增多，使参与风化作用的二氧化碳增多，从而使得大气中二氧化碳的浓度降低，使世界气候变冷（降低温室效应）.,第 八 章,青藏高原隆升对季风环流的影响（Ruddiman),高原隆升，加强季风环流，使气候季节差异增大。隆起的地面，其显热与潜热的作用加强，夏季高原往往成为一个热源，冬季则往往成为一个冷源，从而加强了由于海陆热力差异导致的季风环流（见右图）。季风环流的加强，使气候的季节差异更加明显：冬季更加寒冷、干燥，夏季更加温暖、湿润；也在一定程度上，改变了行星风系控制下的纬度地带性规律。,第 八 章,岩石圈与大气圈的相互作用,风化作用 侵蚀、搬运、堆积作用,岩石圈的变化，在很大
6、程度上改变大气环流，改变了气候的格局与性质。实际上，改变了的大气圈，反过来又作用于岩石圈，对岩石圈施加影响。岩石圈与大气圈是相互作用、相互影响的。,大气圈的变化,岩石圈的变化,海陆分布 地形起伏 大气环流中心,第 八 章,地貌与气候的关系,（一）地貌对气候的影响,大陆与大洋是最大的地貌单元。由于大陆与大洋之间的热力差，产生了季风环流。 从高原、盆地、山地、丘陵到河谷、平原，不同的地貌单元对应于不同的区域或局地气候环境。 在山区，由于山坡与山谷对温度日变化的响应速度不同，故产生了山谷风。,第 八 章,地貌与气候的关系,（二）气候对地貌的影响与控制,第 八 章,干旱气候区地形演化与地貌发育,干旱气
7、候区，蒸发量远远大于降水量，植被稀疏，物理风化强烈而化学风化较弱。盐晶的胀裂作用是干旱区岩石风化破碎的主要过程之一。大量的碎屑风化产物，在重力作用下沿坡向下移动，聚集山脚。一旦暴雨发生，便由洪水将之运走，堆积在山麓带外围，形成扇状堆积体-洪积扇。而山坡重新出露，重新遭受风化剥蚀。在风化作用、重力作用和洪水作用下，山坡不断地平行后退，即山坡在退缩过程中坡度保持不变，即平行退缩。这是干旱区山坡演化（地形演化）的特征。由于山坡的不断后退，在山麓形成一种缓缓倾斜的平整基岩面，上覆薄层松散堆积物，称之为山麓剥蚀面。,山坡的进一步后退，山麓面不断扩大，山体愈益缩小。最后许多山麓面连成一片，成为山前夷平面，
8、其上残留的孤立的山丘即为岛山。,第 八 章,风沙地貌,干旱荒漠区的地表，由于组成物质不同，可以划分出不同的类型。由裸露岩石、砾石、砂、或者泥岩（粘土）组成的荒漠，依次叫做岩漠、砾漠、沙漠或泥漠。,由风积作用形成的地貌叫做风积地貌。风积地貌包括沙波纹、沙堆、新月形沙丘、抛物线沙丘、金字塔形沙丘、纵向沙垄、沙丘链等。风蚀与风积地貌是干旱区的突出特征。,第 八 章,沙尘暴与人类,沙尘暴给人类的生活和生产带来了严重的影响。当沙尘暴来临，能见度大幅度降低，交通事故增加，使本来就很拥挤的城市交通雪上加霜；沙尘暴还会毁坏房屋、作物，掩埋公路、铁路、农田和池塘，使水库寿命缩短，甚至还会伤及生命；沙尘暴对精密机
9、械、精密化工、精密仪器具有破坏性的影响；沙尘暴还会使空气质量变差，影响人体健康。 沙尘暴是风暴作用于干燥的具有丰富的松散的细粒物质组成的岩石圈表面而形成的，是大气圈与岩石圈相互作用的结果。人类活动的影响，对于沙尘暴的发生也有一定的作用。比如，人类不合理的开垦和过度的放牧，导致了一些地区尤其是干旱、半干旱地区的沙化，为沙尘暴的发生提供了条件。,第 八 章,历史时期降尘地点与黄土分布范围示意图（张德二）,第 八 章,第九章 水圈与岩石圈的相互作用,第一节 岩石与水 第二节 岩石圈结构与水系发育及流域性质 第三节 水的分布、负荷均衡与岩石圈形变 第四节 构造侵蚀地貌循环 第五节 流水作用与流水地貌
10、第六节 海岸线与海岸带 第七节 海啸、泥石流、崩岸、滑坡 第八节 河口地貌,岩石与水的关系,岩石的形成离不开水 岩石的风化、剥蚀离不开水的参与； 岩石的性质决定了水的下渗、流动与循环； 水对岩石的侵蚀改变了岩石圈表面的形态,岩石圈的结构与流域性质和水系发育,岩石圈结构，决定流域的大小、形状和性质。 岩石圈的结构，决定水系的形状； 水沿水系运移，塑造出各种地貌景观。,第 九 章,水均衡引起岩石圈的变形,水均衡是指，由于地球表面水分布的变化，导致各个地区受到的水的重力负荷发生改变，从而导致岩石圈变形、地面升降的过程。在海洋的边缘，由于海水深度向大陆的减小，水均衡下沉量向岸边逐渐减小，从而导致大陆架
11、、大陆坡地区的掀斜。由于海底的均衡下沉，软流圈物质从海底流向大陆，从而引起大陆边缘地区的隆升。这一过程的结果导致：（1）海洋的加深和大陆的增高，海洋与陆地的高差、起伏增大；（2）大陆架、大陆坡的坡度增大（变陡）；（3）海洋面积的缩小和陆地面积的增大。实际上，自大洋形成以来，面积在逐渐减小，而深度却在不断增大，除与岩石圈运动有关外，还可能与水均衡作用有关。,第 九 章,海洋面积、深度随时间的变化,第 九 章,冰川均衡,从末次冰期最盛期（大约距今18，000年前）到现在，位于北半球中纬地区的劳伦泰德冰盖（北美）、斯堪的纳维亚冰盖（北欧）及其他冰盖全部融化了，世界海平面平均上升了100 m（8012
12、0 m）。在原来冰盖覆盖的地区，由于负荷的减小，地面均衡上升，如劳伦泰德冰盖区和斯堪第纳维亚冰盖地区冰后期地面上升量最大可达数百米。而海底由于负荷增加，均衡下沉。,第 九 章,地面负荷均衡升降量计算公式,假设地面物体（物质）与地幔软流圈之间处于静力平衡状态。根据静力均衡原理，单位面积上地面所承受的负荷重量等于上地幔软流圈对它的上浮力。即有 f H f A = r H A 其中 f和 H f 分别是负荷物质的密度和厚度， r和H则分别为上地幔软流圈物质的密度与地面均衡调整的量（均衡升降量）。 由此可得地面负荷均衡升降量：H= H f （ f /r） 研究表明，上地幔软流圈物质的密度大致在3.23
13、.4g/cm3之间，平均取3.3 g/cm3。因此，只要知道负荷物质的密度与厚度，即可求出地面可能发生的负荷均衡升降的量。,第 九 章,岩石圈与水圈的相互作用,岩石圈与水圈相互作用、相互影响，形成正反馈作用的循环。岩石圈形变，改变水圈的结构（如水的分布或厚度）,导致负荷均衡作用。由于负荷均衡作用，引起新的岩石圈形变，从而进一步改变水圈的结构（如水的分布或厚度）。当然，这样的反馈作用，也可以由水圈结构的改变开始。,第 九 章,侵蚀循环理论,戴维斯于19世纪末提出的地貌循环（侵蚀循环）理论，描述了地面发育的阶段性。,幼年期：水系尚未充分发育，河谷间分水地带宽广而平坦。 壮年期：地面起伏最大，地面最
14、为破碎、崎岖。 老年期：地面由原来的高峰深谷变为低丘宽谷。,戴维斯的地貌循环理论的局限性：地面的剥蚀不完全发生在地面上升以后，而是在地面的上升过程中就已经开始；对地面剥蚀导致的地面均衡补偿上升没有考虑；地面稳定的时间不一定会足够的长，保证地面的演化能够经历从幼年期到老年期的所有的阶段。,第 九 章,侵蚀循环模式,戴维斯于19世纪末提出的地貌循环（侵蚀循环）理论，刻划了地面发育的阶段性。由于这一理论是建立在构造上升与河流的侵蚀基础之上的，因此对说明岩石圈与水圈的相互作用，是一个很好的例子。 戴维斯将地面的发育分为幼年期、壮年期和老年期。,第 九 章,剥蚀系统模式示意图（Strahler）,第 九
15、 章,岩石圈变动与剥蚀作用反馈关系,在地面剥蚀循环过程中，陆块（地面）的抬升导致地面高程的增大；地面高程的增大，引起地面剥蚀作用（包括河流侵蚀作用）的加强；由于地面的剥蚀，岩石圈均衡补偿上升。构成了一个岩石圈与水圈相互影响、相互反馈的作用模式。值得注意的是，均衡补偿引起的陆块（地面）上升量小于陆块（地面）剥蚀降低量，在地面剥蚀循环过程中，如果没有进一步的构造抬升，地面总是倾向于降低。,岩石圈变动与剥蚀作用反馈关系图,第 九 章,坡度侵蚀强度关系示意图,坡面坡度与坡面水层厚度，是坡面流水进行冲刷的动力条件。它们决定水层重力沿坡面的分力，即反映水流动能的大小。坡面坡度增大，径流流速加快、动能增大，
16、对坡面的冲刷增强。但当坡度增加到一定程度时，却因为受雨面积减小而使坡面流量减小，对坡面的侵蚀反而减弱。据研究，在坡度小于20度时，坡面冲刷强度随着坡度的增加而迅速增大；在2040度之间，坡面冲刷强度仍然随着坡度的增加而增大，但增加的速度有所减缓；在40度时，坡面冲刷强度达到最大；在4090度之间，随着坡度的增大坡面冲刷强度逐渐减小。,第 九 章,洪 积 扇,间歇性的洪流把冲刷下来的物质带到沟口堆积，形成半圆锥状或者扇形堆积体，称为冲出锥或洪积扇。冲出锥的规模不大，面积一般只有几百平方米，顶部与沟口相连的地段，坡度较大，向外坡度变缓。洪积扇一般坡度较缓，面积较大。,第 九 章,河流的自调节作用(河床动力-形态反馈机制),水流不间断的作用于河床，而河床反过来约束着水流。当水流所携带的泥沙量小 于它的输沙力时，发生冲刷。相反，如果水流挟沙太多，超过了它的挟沙力，其中 一部分较粗的泥沙就会堆积下来。河床冲刷使过水断面增大，导
