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1、第十一章 水圈、大气圈、 岩石圈的相互作用,第一节 气候海平面冰川均衡 第二节 气候水的分布地球自转速度构造运动或形变 第三节 构造运动大气环流水循环 第四节 水圈、大气圈、岩石圈相互作用与黄土地貌 第五节 水圈、大气圈、岩石圈相互作用与冰川、冰缘地貌,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,气候海平面冰川均衡,气候的变化，将导致海平面的升降、冰川的消长，而海平面的升降、冰川的消长将通过均衡作用引起岩石圈的变动与调整，岩石圈的变动又会通过海平面的升降影响气候的变化。它们之间相互反馈、相互作用，构成了一个有机联系的水-气-岩系统。气候的冷暖变化，将导致海水温度的降低或升高，海水温度的降低或升高引
2、起海水的收缩或膨胀，从而导致海平面的下降或上升。海平面的升降以及海水温度的变化，导致洋流的变化，从而通过海-气相互作用导致大气环流和气候的变化。,第一节 气候海平面冰川均衡,当间冰期来临，冰川（冰盖）消融，原来被冰盖覆盖的地面，由于负荷减少，而均衡上升；冰盖融化的水回到海洋，海面上升，海水厚度增大，海底由于负荷增加而均衡下沉。海底的均衡下沉，使海平面上升幅度减小，甚至导致海平面的下降。在大陆架地区，由于增加的水层厚度由岸外向岸边逐渐减小，因而由不等量的均衡下沉导致大陆架地区的地面（地壳）掀斜。 当冰期来临，中高纬地区冰盖扩展、厚度加大，被冰盖覆盖的地面，由于负荷增加而均衡下沉。冰盖的扩展，将导
3、致地面反射率的增大，气候的变冷。气候变冷又反过来引起冰盖的进一步扩展。与此同时，海平面下降，海水厚度减小，由于负荷减小而导致海底的均衡上升。海底的均衡上升，又使海平面下降的幅度减小，甚至导致海平面的上升。海平面的降低、海洋面积的缩小，使得蒸发区域变小，大陆地区的大陆度增大，世界气候将会变干。反之，海平面的上升，海洋面积的增大，又导致世界蒸发总量的增大和世界气候的变湿。 气候的冷暖变化，将导致海水温度的降低或升高，海水温度的降低或升高引起海水的收缩或膨胀，从而导致海平面的下降或上升。海平面的升降以及海水温度的变化，导致洋流的变化，从而通过海-气相互作用导致大气环流和气候的变化。,气候的冷暖变化，
4、导致冰川的进退和海平面 的升降，从而引起地球表面水的重新分布。当冰 期来临，海平面降低，而中高纬度大陆冰盖发育、扩展，势必导致地球表面水的质量中心向高纬度迁移。,一、气候变化与地球表面水的分布,第二节 气候水的分布地球自转速度 构造运动或形变,根据角动量守恒原理，地球在自转过程中角动量是保持不变的。即 I=C 式中：为地球自转的角速度；I为地球转动惯量； C为常数。 其中，I=mr2 ，即转动惯量等于地球所有质点的质量(m)与它对旋转轴的转动半径(r)平方的乘积的总和， 则有 （mr2 ）=C 由此可以看出，在地球质量保持不变的前提下，地球自转的角速度与转动半径(r)的平方成反比。 这个道理可
5、以用一个普通的例子来说明：譬如一个花样滑冰运动员两臂并拢在高速旋转，当他伸开双臂，速度立刻就会减慢。,二、地球表面水的分布与地球自转速度,对于地面的物质来说，赤道上旋转半径最大，而向两极地区减小。当冰期来临，地球表面将有较多的水以冰的形式集中分布到中高纬大陆地区，从而使地球表面的水的质量中心向高纬度偏移。将导致地球自转转动惯量减小，从而使地球自转的速度加快。当间冰期来临，中高纬度大陆地区的冰盖融化，融水回到海洋，地球表面的水的质量中心将向较低纬度迁移，从而导致转动惯量的增大和地球自转的速度变慢。,地球表面物体所受到的离心力,在地球自转过程中，除两极以外，地球表面上的任一点，都受到不同程度的离心
6、力的作用（F）。 F=mv2/r=m2 r 式中：m为物体的质量； v为A点上地球自转的线速度； 为地球自转的角速度； r为A点距离旋转轴的半径。,三、地球自转速度的变化与构造运动或形变,一般来说，离心力F可以分解为两个分力，一个是垂直地面的垂直分力f1 ， 它与重力作用方向相反，并与重力相抵消；另一个是与地面相切的水平分力f2，正是这个分力导致地球表层（地壳或岩石圈）由高纬向低纬的水平移动。可以计算，这个水平分力在极地与赤道都等于零，而在中纬度最大。,地球表面物体所受到的离心力,当地球自转速度变快，离心力增大，使地球表层向低纬度地区移动。由于地球表层与内部物质组成的不均匀性，地球表层运动的幅
7、度与速度不同，便导致某些地区的挤压、某些地区的拉张和某些地区的剪切。纬向构造带及其派生构造就是这样形成的。 当地球自转速度变快，离心力增大，使海水从高纬度地区向低纬度地区集中，引起低纬地区的海侵和高纬地区的海退；当地球自转速度变慢，离心力减小，使海水从低纬度向高纬度地区集中，引起低纬地区的海退和高纬地区的海侵。 当地球自转速度变快，地球表层在惯性力的作用下就会向西漂移；当地球自转速度变慢，地球表层就会在惯性力的作用下向东漂移。由于地球表层与内部物质组成的不均匀性，地球表层运动的幅度与速度不同，便导致了东西向的挤压、拉张或剪切。经向构造带及其派生构造就是这样形成的。,地球自转速度的变化与构造运动
8、或形变,在地球自转产生的离心力的作用下，地壳或者岩石圈板块或者地块发生东西向或者南北向差异运动，从而形成纬向构造、经向构造以及相应的构造体系。,岩石圈的变动和构造形变，导致了地球表层物质的重新分配。例如，大陆的漂移，导致了大陆纬度的变化，造山、造陆运动，使地球表面起伏增大。这些不仅会改变大气环流、水圈的结构与轮廓，而且还会相应改变地球的转动惯量，从而改变地球的自转速度。地球自转速度的改变，不仅会引起新的岩石圈的变动，而且还会通过改变地表水平切向应力而改变地表水的分布，通过改变洋流运行速度以及改变大气角动量来改变大气环流和气候。,四、气候水的分布地球自转速度构造运动或形变,气候水的分布地球自转速
9、度构造运动或形变,气候的变化，引起地球表层水的分布发生变化，导致地球自转速度发生变化，从而引致岩石圈的变动和构造形变。岩石圈的变动和构造形变，反过来又导致大气环流和气候变化，引起水的分布变化，从而使得地球自转速度发生变化。,地球自转对厄尔尼诺影响的可能途径（任振球，1990）,研究表明，地球自转速度的变化，与厄尔尼诺现象之间存在明显的相关关系（郑大伟，1988；任振球，1990）。在厄尔尼诺年，由于地球自转速度减慢，在南北纬10o之间的低纬度地区，海水可以获得平均0.5 cm/s的向东的相对速度，大气可以获得1m/s的向东的相对速度。也就是说，地球自转速度的减慢，使赤道附近的海水和大气获得了较
10、多的向东的角动量，引起赤道洋流减弱，导致赤道东太平洋涌升流减弱，从而导致赤道东太平洋海水温度升高的厄尔尼诺现象的出现。,第三节 构造运动大气环流水循环,构造运动导致海陆分布、地形起伏的变化，从而引起大气环流、洋流的变化，改变地球的水分循环。 构造运动奠定或改变海陆分布的格局，改变地形起伏，从而改变大气环流、行星风系和水循环。 焚风与地形雨的形成，就是水圈大气圈岩石圈相互作用的结果。构造运动或岩石圈的变动，改变了地形的起伏，形成了一些山地。由于山地对气流的阻挡作用，气流上升而在迎风坡形成降水。湿度降低了的气流翻过山顶而绝热下沉，使背风坡温度升高，产生焚风效应。,水圈大气圈岩石圈相互作用,第四节
11、水圈、大气圈、岩石圈相互作用 与黄土地貌,黄土地貌的成因与发育过程，与风沙地貌有着本质的不同，并且典型的黄土地貌不是发育在干旱区，而是发育在半干旱和半湿润地区。风沙地貌主要是风力侵蚀和堆积的结果，而黄土地貌则是水流与风力共同作用于由黄土这一特殊的物质组成的地面的结果。如果说风沙地貌是大气圈与岩石圈相互作用的结果，那么黄土地貌是水圈、大气圈与岩石圈相互作用的产物。,黄土高原卫星影像图,一、黄土的性状与成因,黄土是一种灰黄色或棕黄色的特殊的土状堆积物。黄土是一种特殊的物质，具有以下特征： （1）质地均一，以粉沙为主； （2）结构松散，孔隙比较发育，孔隙度一般在40% 55%； （3）富含碳酸钙，碳
12、酸钙含量一般在10%16%； （4）无沉积层理，垂直层理发育； （5）具有湿陷性（遇水后碳酸钙等可溶盐被淋溶、流失 而沉陷）。,洛川黄土,浦口下蜀黄土剖面,黄土是风尘堆积，是大风或暴风作用于干燥松散地面而形成的，是大气圈与岩石圈相互作用的产物。 黄土地貌的形成，有两种途径： 一是黄土披盖在高原、山脉、山丘之上形成塬、梁、峁等地貌，在此基础上流水作用塑造成为现在的黄土地貌； 二是黄土堆积形成黄土塬，黄土塬被流水侵蚀切割形成黄土梁，黄土梁进一步被切割便形成黄土峁，在黄土梁与黄土峁的形成过程中，也形成了黄土的沟谷地貌。 无论是哪种途径与过程，都反映了水圈、大气圈、岩石圈的参与，可以说黄土地貌是水圈、
13、大气圈、岩石圈相互作用的产物。,二、黄土地貌的类型及其形成机制,黄土地貌可以根据地貌部位划分为沟谷地貌和沟间地貌，可以根据发育的时间划分为准同生地貌和后生地貌，还可以根据地貌发育的过程划分为侵蚀地貌、堆积地貌和潜蚀（湿陷）地貌。,沟谷地貌包括：纹沟、细沟、切沟、冲沟、坳沟。 沟间地貌主要有：黄土塬、黄土梁、黄土峁。,黄土沟谷地貌,黄土梳状冲沟（陕西省富县）,黄土树枝状冲沟（甘肃省通渭县）,黄土掌状冲沟（甘肃省庄浪）,黄土沟谷地貌,切沟,冲沟,河沟,冲沟,纹沟,黄土沟间地貌,黄土塬,黄土沟间地貌,黄土梁,黄土沟间地貌,黄土峁,黄土沟间地貌,黄土墹,三、黄土地貌的发育与水圈、大气圈、岩石圈相互作用
14、,沙尘暴与黄土沉积 黄土是地质历史时期许多次沙尘暴作用的产物。历史时期降尘的频率分布表明，寒冷干燥时期，降尘频率较大，而温暖湿润时期降尘频率较小。黄土/古土壤序列的分析表明，黄土沉积速率最快的时期发生在干燥的冰期，而相对比较湿润的间冰期黄土沉积速率比较缓慢。,第五节 水圈、大气圈、岩石圈相互作用与冰川、冰缘地貌,冰川、冰缘作用的发生，是水、气、岩相互作用的结果。冰川、冰缘环境的形成，与特定条件下水、气、岩的优化配置密切相关。冰川的形成，首先要气候寒冷。当年均温低于0oC时，大气降水主要以降雪为主。当降雪量大于消融量时，就有可能形成冰川。 在特定的地形和气候条件下，水发生相态的变化，发育了冰川，
15、发生了冰川与冰缘作用，对岩石圈表面进行改造，形成冰川、冰缘地貌。因此，冰川、冰缘地貌，实际上是大气圈、水圈、岩石圈相互作用的产物。,一、水圈、大气、岩石圈相互作用与冰川、冰缘作用,冰川、冰缘作用,冰川作用包括冰川的侵蚀、搬运、堆积作用。无论是冰川的侵蚀、搬运作用，还是冰川的堆积作用，其强度、效果，都与气候、地形条件以及水的相态的变化密切相关。,U形谷,磨光面、擦痕,冰蚀槽和擦痕,冰川搬运作用：是指冰川对侵蚀下来的物质从一个地方运移到另一个地方的过程。冰川搬运作用，也与气候、地形条件以及水的相态的变化密切相关。在海洋性气候区，冰川运动与变化比较快，并且有比较多的融水参与，搬运作用的效率就比较高；
16、而在大陆性气候条件下，冰川的运动与变化相对比较缓慢，并且融水参与比较少，搬运作用的效率就比较低。在地形起伏比较大，纵比降较大的地方，冰川运动与变化比较快，搬运作用的效率就比较高；在地形比较平缓的地方，冰川运动与变化相对比较缓慢，搬运作用的效率就比较低。,海螺沟冰川搬运的砾石,祁连山七一冰川,冰川堆积作用同样与气候、地形条件以及水的相态的变化有关，是大气圈、水圈、岩石圈共同作用的结果。当温度升高、降雪减少，冰川就会融化、退缩，冰川所携带的物质就会堆积下来。冰川融水也会对冰川堆积物进行改造或携带其他物质在冰川外围地区堆积。冰川的堆积作用主要发生在冰川边缘及地形发生变化的地方。,海螺沟冰川的终碛垄,稻城海子山古冰川的侧碛堤,阿拉斯加两条冰川汇合形成的中碛堤,冰缘作用是指发生在冰缘环境下的侵蚀、搬运和堆积作用。 冰缘原指冰川边缘地区，现已泛指不被冰川覆盖的气候寒冷地区，大体与多年冻土分布范围相当。 冻土是
