第十章水圈与大气圈的相互作用

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1、第十章 水圈与大气圈的相互作用,第一节 海气相互作用 第二节 水圈、大气圈、岩石圈相互作用与黄土地貌 第三节 水圈、大气圈、岩石圈相互作用与冰川、冰缘地貌 第四节 水圈、大气圈、生物圈的相互作用 第五节 土壤与土壤系统 第六节 喀斯特作用与喀斯特地貌 第七节 综合自然区划,第一节 海气相互作用 海洋是水圈的主要组成部分。海洋水体的质量占整个水圈总质量的96%97%。因此海气相互作用,是水圈与大气圈相互作用的主体和典型代表。 一、厄尔尼诺/南方涛动 大气环流导致了洋流的产生。洋流的运动与变化,反过来又影响和改变了大气环流和气候。最为明显的是:当水体的温度发生明显改变时,常常促使水体上空的大气环流

2、发生相应的改变,甚至产生环流变异。如厄尔尼诺南方涛动现象(ENSO)就是大气环流变异的典型,它已成为气候几个月到几年时间尺度的最重要的信号。,厄尔尼诺一词源自西班牙文ElNino,原意是“圣婴”,用来表示在南美洲西海岸(秘鲁和厄瓜多尔附近)向西延伸,经赤道东太平洋至日期变更线附近的海面温度异常增暖的现象。 当东向信风异常加强时,赤道东太平洋海水上翻异常强烈,降水异常偏少;而赤道西太平洋海水温度异常偏高,降水异常偏多。这就是所说的拉尼娜事件。 与此同时,原来的干旱气候转变为多雨气候,甚至造成洪水泛滥,这就是厄尔尼诺(见下图)。,厄尔尼诺,与厄尔尼诺事件密切相关的环流还有南方涛动(Southern

3、Oscillation,简称SO),指南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压这两大活动中心之间气压变化的负相关关系,即南太平洋副热带高压比常年增高时,印度洋赤道低压就比常年降低,两者气压的变化有“跷跷板”现象,故称为涛动。南方涛动与厄尔尼诺之间,存在内在成因上的联系,因而又将两者合称为ENSO。ENSO的主要特征是当赤道东太平洋海水温度出现异常升高时,南方涛动指数SOI却出现异常低相位(塔希堤岛气压与达尔文气压差减小)。 近年来的观测研究发现,在低纬度太平洋上不仅在南半球存在着以180日界线为零线的东西气压的反相震荡,在北太平洋亦有类似的震荡,称为“北方涛动”,可总称为“低纬度涛动”。,以上分析可

4、见,所谓ENSO现象,并不是哪一个半球的行为,而是两个半球大气环流作用下,低纬度大气-海洋相互作用的现象。大气环流(信风强度)的改变,引起洋流的变化、海平面的升降、海水的上翻或下沉,导致海面水温的变化。海面水温的变化,又反过来引起大气环流的变化(气流上升或下沉),从而导致气候的变化(干旱或湿润)(见下两张图)。 上述分析从一个侧面说明,地球表层环境的整体性:一个圈层的变化会导致其他圈层的变化,一个地区的变化会引起其他地区的变化,局部区域的变化也会引致半球甚至全球环境的变化。,厄尔尼诺,厄尔尼诺时水圈、大气圈及生物圈的变化,二、风暴潮 风暴潮是指由于强烈的大气扰动引起的海平面异常升高,并使海水漫

5、溢上陆的现象。风暴潮是一种严重的自然灾害。 风暴潮是风暴与潮水结合的产物,是大气圈与水圈相互作用的结果。当风暴与潮水叠加导致异常高潮位时,便形成了风暴潮。风暴主要有热带风暴和温带气旋两种。最强的热带风暴在太平洋地区叫做台风,在大西洋地区称为飓风 。 风暴潮的影响大小或风暴潮灾害的严重程度,除了与风暴强度、潮位状况有关外,还与沿海地区的地形条件有关。,三、海平面升降与气候变化 海平面变化是水圈变动的表现，气候变化则是大气圈变化的显示。海平面升降与气候变化的相互作用，在一定程度上反映了水圈与大气圈的相互作用。 气候的变化引起了海平面的升降；海平面的升降，反过来又导致气候的变化。气候变化与海平面升降

6、，相互作用、相互影响，构成了气候/海平面之间的一个反馈机制（见下图）。,气候变化与海平面升降之间的关系（王建，2000）,第二节 水圈、大气圈、岩石圈相互作用与黄土地貌 黄土地貌是一种特殊的地貌类型。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（看下图）。 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。中国是黄土分布最广、厚度最大的地区。中国的黄土广泛地发育于第四纪,黄土状堆积可以追索到晚中新世。,黄土是一种特殊的物质

7、,具有以下特征： (1)质地均一,以粉沙为主; (2)结构松散,空隙比较发育,空隙度一般在40%55%之间; (3)富含碳酸钙,碳酸钙含量一般在10%16%之间; (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。 黄土存在着不同成因类型,但大部分黄土是由风力堆积而成的。这是因为: (1)黄土主要分布在沙漠、戈壁外围,并且三者逐渐过渡,成带状排列; (2)黄土颗粒由沙漠边缘向外围逐渐变细;,(3)黄土披盖在不同成因的、高低起伏的各种地貌部位上,并且保持相似的厚度; (4)黄土的矿物组成及元素组成在很大区域范围内具有高度的一致性,而与当地岩石的矿物及元素组

8、成有所不同; (5)黄土中含有随地形起伏的多层重叠的埋藏古土壤层; (6)黄土中发现旱生和中生植物和陆生动物化石。 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、切沟、冲沟、坳沟。 沟间地貌是指发育在沟谷之间的地貌。沟间地貌主要有:黄土塬宽广平坦的黄土地面;黄土梁长条状的黄土高低;黄土峁圆穹形的黄土丘。沟间地貌可以是在黄土下伏地貌基础上发育而成:平坦的地面被黄土覆盖形成黄土塬,长条状的山岭被黄土覆盖形成黄土梁,圆形山丘被黄土

9、覆盖形成黄土峁 。 准同生地貌是指与黄土的发育差不多同时发育的地貌,后生地貌则是指在黄土形成以后发育的地貌。准同生地貌包括黄土阶地、黄土(被黄土披盖的宽阔谷地)以及受原来地形起伏控制而发育地黄土塬、梁、峁。后生地貌则包括上述沟谷地貌以及侵蚀切割形成的黄土梁、黄土峁,还包括由于侵蚀在沟谷边缘形成的黄土柱和黄土桥。,黄土侵蚀地貌,顾名思义是黄土受侵蚀而形成的地貌。黄土堆积地貌则不同于其他的堆积地貌的概念。如黄土阶地、黄土以及黄土覆盖原始地形而形成的黄土塬、梁、峁,就是典型的黄土堆积地貌,是在特定的原始地形基础上黄土堆积覆盖的结果。 湿陷(潜蚀)地貌是指由于黄土中的碳酸钙等可溶盐被淋溶、流失而沉陷形

10、成的地貌。湿陷(潜蚀)地貌主要包括:黄土碟由于黄土遇水湿陷而成的浅碟形洼地,黄土陷穴地表水汇集到节理裂隙中进行潜蚀而成的洞穴。潜蚀作用也可以形成黄土桥。,三、黄土地貌的发育与水圈、大气圈、岩石圈的相互作用 黄土地貌的发育受制于以下几个条件:原始地形、黄土的堆积以及水的作用。原始地形条件是岩石圈运动以及岩石圈与水圈、大气圈相互作用的结果;黄土主要是风力吹蚀干燥的松散的地面,将以粉沙为主的细粒物质搬运到合适的地点堆积而形成松散堆积物,是大气与岩石相互作用的产物;水的侵蚀、溶蚀、潜蚀和淋滤是黄土地貌发育的重要动力。因此可以这样说,黄土地貌是水圈、大气圈、岩石圈相互作用的产物。,第三节 水圈、大气圈、

11、岩石圈相互作用与冰川、冰缘地貌 在特定的地形、特定的气候条件下, 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、大气圈、岩石圈的相互作用与冰川、冰缘作用 世界冰川总体积约占世界总淡水量的85%。如果世界的冰川全部的融化,将使世界平均海平面上升66 m。可以说,冰川是世界上最大的淡水库,它的变化将会对人类生活与社会经济产生深刻的影响。,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。因为水、气相互作用是冰川发育的必要条件。所以岩石圈的作用也是不可忽视的。冰缘环境形成的条件与冰川

12、大致相同,只是由于降雪比较少或由于地形陡峭不能形成冰川而已。冰川作用包括冰川的侵蚀、搬运、堆积作用。 冰川的侵蚀作用,又叫做冰蚀作用。冰蚀作用主要包括挖蚀作用与磨蚀作用。挖蚀作用主要是指,由于冰川自身的重量和冰体的运动,使底床基岩破碎,冰雪融水渗入节理裂隙,时冻时融,从而使裂隙扩大,岩块不断破碎,冰川就像推土机一样把松动的石块挖起,并与冰冻结在一起运走的过程。,磨蚀作用主要指,冰川夹带着石块在自身重量作用下,在运动过程中对底床的研磨作用。磨蚀作用往往形成磨光面或镜面、擦痕、磨蚀沟等。冰蚀作用的强度与效果,与气候、地形条件以及水的相态的变化密切相关。当组成底床的岩石节理裂隙比较发育、岩石比较破碎

13、时,冰蚀的效果就比较明显;当岩石比较致密,节理裂隙不发育时,冰蚀的效果就不明显。 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,冰蚀作用就较强烈;在地形比较平缓的地方,冰川运动与变化相对比较缓慢,冰蚀作用就弱一些。,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;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

14、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。 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。 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,所以冰缘地貌又称冻土地貌。冻土是指处于0以下含有冰的土层或岩石。融冻作用,

15、即融化与冻结交替进行的过程,是冰缘环境下最主要的作用过程。 融冻作用使岩石发生破碎的过程,叫做融冻风化。融冻风化是冰缘环境岩石风化的主要动力与过程。融冻作用使得岩石与土体发生变形的过程,叫做融冻扰动。融冻作用使岩石碎块、土体或其他物质沿山坡向下发生位移的过程与现象叫做融冻泥流。,二、冰川地貌 在冰川作用下形成的地貌,叫做冰川地貌。冰川地貌可以划分为冰蚀地貌、冰碛地貌和冰水地貌,它们分别是冰蚀作用、冰川堆积作用、冰融水作用形成的地貌。 冰蚀地貌(见下图)主要包括:冰川侵蚀形成的平底宽谷冰川谷,形状类似U型,故又称为U型谷。冰川源头三面陡壁环绕,面为出口的,类似围椅的积雪洼地冰斗;冰川谷之间或冰斗

16、之间的长条状的尖锐的山脊刃脊。冰斗之间或冰斗与冰川谷之间形成的角状山峰角峰。在冰川谷地或者冰川侵蚀作用的地面上形成的石质小丘,远远望去就像羊群匍匐在地面上,故称为羊背石。羊背石往往迎冰坡缓、背冰坡陡,迎冰坡光滑、背冰坡破碎。,最大冰川活跃期,没有冰川冰的间冰期景观,冰川运动方向,羊背石,由冰川搬运、堆积下来的大小混杂的碎屑物质,叫做冰碛物。冰碛物大小混杂,磨圆度较差,缺乏层理,砾石表面往往有磨光面、擦痕、压坑等冰蚀作用痕迹。冰碛物中巨大的石块,叫做漂砾。出露在冰川表面的叫表碛,夹带在冰川底部的叫底碛,夹带在冰川内部的叫内碛,位于冰川两侧边缘的叫侧碛,形成于冰川末段的叫终碛,当两条冰川汇合,两条冰川的侧碛合二为一,分布在冰川中部向下延伸,叫做中碛。分布于冰川前缘地带,由终碛组成的弧形垄状地形,叫做终碛垄;当冰川融化退缩,形成于冰川谷两侧的,由侧碛组成的长条状垄状地形,叫做侧碛堤;当冰川融化,原来随冰川运移的表碛、中碛、内碛等都坠落到底碛上,形成的高低起伏的地形,叫做冰碛丘陵;由冰碛物组成的长轴与冰流方向一致的流线型丘陵,叫做鼓丘。,