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1、土壤地理学,第二讲 2010.9.13,内 容,土壤地理学的地学基础 1.地学 2.地质学基础 3.地貌学基础 4.气候学基础 5.植被生态学基础 6.自然地理学基础,地球的形状与结构,地球的形状：地球是一个扁球体 1）不是指真实形状，而是指大地水准面形状。 2）大地水准面，是全球静止海面，是陆地上海拔的起算面。,3）地球是一个不规则的扁球体： 纬线不是正圆，经线不是真正椭圆。 南北半球并不对称，几何中心也不在赤 道平面上。 4）地球巨大体积1万亿Km3，质量为5.981021t。,地壳：地表至第一个不连续面之间的圈层。厚度24.4公里。1909年，奥地利地震学家莫霍洛维奇发现。（莫霍面） 不
2、连续面：在地震学里把地球深处地震波传播速度发生急剧变化的地方,地幔：从莫霍面到2900公里深处的第二个不连续面之间的圈层。美国地震学家古登堡1914年发现。（古登堡面） 上地幔：莫霍面到1000公里。主要物质是橄榄岩（橄榄岩带）。其中有软流圈，岩石温度接近熔点。 下地幔：组成物质为镁、铁及金属氧化物（金属矿带）,地核：从古登堡面到地球中心。 外地核：2900-5150公里。物质可能是液态 内地核：5150公里深处有一不连续面。丹麦地震学家莱曼1936年发现（莱曼面）。物质是铁、镍为主的金属,1.地 学,地学是地球科学的简称 地球科学是以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过
3、程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。主要包括地理学(含土壤学与遥感)、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学等分支学科。,地球科学是人类认识、利用和改造人类目前唯一生存环境-地球的基础科学,国家自然科学基金委员会有五个处管理地球科学,地球科学一处: 范围： 地理学、土壤学、遥感地理信息系统、环境地理学 地球科学二处: 范围： 地质学、地球化学与环境地质学 地球科学三处: 范围： 地球物理学、空间物理学、大地测量学 地球科学四处: 范围： 海洋科学、极地科学 地球科学五处: 范围： 气象学、大气物理学、大气环境与大气化学,地球系统,地球系统的范围： 岩石圈、土壤圈、水
4、圈、大气圈和生物圈,什么是岩石圈？,地球最外层平均厚度约100千米的带有弹性的坚硬岩石。由地壳和上地幔顶部组成。这就是岩石圈。 岩石圈下面是软流圈。 岩石圈不是一块。 板块学说,板块学说,地球岩石圈层被洋中脊、海沟、转换断层等构造活动带分割形成的不连续板状岩石圈块体。 板块构造学说认为，岩石圈并非整体一块，而是分裂成许多块，这些大块岩石称为板块。板块之中还有次一级的小板块 . 1968年法国的勒皮雄首先将全球岩石圈分为六大板块，即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。,板块构造学说是指构成地球固态外壳的巨大板块的运动学说。板块运动常导致地震、火山和其它大地质事件。从
5、本质上来讲，板块决定了地球的地质历史,什么是土壤圈?,土壤圈是一层被覆于地球陆地表面与大气圈、水圈、岩石圈、和生物圈相交界并进行物质循环和能量交换的圈层。土壤圈是联系有机界和无机界的中心环节，也是与人类关系最密切的一种环境要素。土壤圈的平均厚度一般认为是5米 。,什么是大气圈?,是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。 大气圈没有确切的上界，在2000 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。 在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。,什么是生物圈?,1.生物圈是地球的一个外层圈，它包括地球上有生命存在和由生命过程变化和转变的空气、陆地、岩石
6、圈和水 。 2.地球表层中的全部生物和适于生物生存的范围，它包括岩石圈上层、水圈的全部和大气圈下层 。,生物圈的范围很难测量。高等生物鸟一般在650到2000米的高度飞行（但是也有鸟可以飞到8000米以上，最高的纪录是黑白兀鹫高到11300米，斑头雁可以飞跃珠穆朗玛峰），鱼可以生活在波多黎各海沟（-8372米）。牦牛生活在3200至5400米的高原上。微生物可以生活在极深的地壳内部。有些微生物可以生活在至少9000米以下。,生物圈概念的提出,生物圈的要领是由奥地利地质学家休斯（E.Suess）在1875年首次提出的，是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它在地面以上达到大致23千米的高
7、度，在地面以下延伸至12千米的深处，它包括平流层的下层、整个对流层以及岩石圈和水圈。但绝大多数生物通常生存于地球陆地之上和海洋表面之下各约100米厚的范围内。,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质作用和有机作用的生成物，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。,什么是水圈？,水圈是指地球上被水和冰雪所占有或覆盖而构成的圈层。 考虑到大气水分与地下水，水圈的上限可为对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。,地球科学的发展趋势,1，从系统层次认识地球
8、 2，形成以不同空间尺度、时间尺度的基本地球过程研究为重点 3，深入研究地球系统各圈层的基本过程与变化及其相互作用，以及人类活动的影响 4，研究资源、能源、环境、生态、灾害和地球信息的基础问题，为经济、社会的可持续发展提供科学依据,5，计算机模拟技术、穿越圈层的示踪剂、获取覆盖全球信息的能力成为开展地球系统科学研究的重要条件,国家自然科学基金委员会关于地球科学支持的重点项目（2007年）,1，全球变化及其区域响应 2，地球环境演变与生命过程 3，地球深部过程与大陆动力学 4，成矿成藏过程、机理与分布 5，陆地表层系统变化过程与机理 6，水循环与水资源 7，人类活动对环境变化的影响及其调控原理,
9、8，海洋资源、环境与生态系统 9，天气与气候系统变化过程与机制,其中与土壤地理有关的是： 陆地表层系统变化过程与机理-2007年支持 土壤演化过程中的物质迁移与转化规律；土壤C、N转化过程及其微生物学机理； 生态地理区划与区域生态系统功能,地球科学一处支持的范围： 自然地理学、人文地理学、土壤学、遥感与地理信息系统、环境地理学,关于地球系统科学,地球系统科学是20世纪80年代推出的一门新的具有全球观点的集成研究方法。 目标：描述和认识地球系统的环境特征；描述和认识地球系统变化的过程；描述和认识人类活动对地球系统的影响,对象：时间尺度： 几百万年几十亿年；几千年-几十万年。这是固体地球科学研究的
10、对象； 几十年-几百年的全球变化问题是当前人类面临的最大挑战，是研究的空白，是要融合固体地球科学、大气科学、海洋科学和生物科学的知识，从本质上认识全球变化 几天几个季度；几秒几小时。这是大气科学、生物科学和海洋科学研究的范围,全球联合研究项目,1，全球碳项目：格局与变率；过程、控制与相互作用；碳得未来 2，全球变化与食物系统： 3，水资源：,关于地球科学文化,“地球科学文化”是以地球科学和地球系统科学为基础，以人类学、历史史学、伦理学、经济学等人文内涵为依托，以启迪人类思想理念为对象，以优化人类行为决策为中枢，以创造一个有别于传统工业革命的自然观和方法论为途径，以谋求人类可持续发展为宗旨，以协
11、调人与自然和谐发展为目标的文化意识形态,为什么提出地球科学文化？,仅有地球科学是不够的，还要发展培养我们的地球科学文化。文化的力量虽然不能改变世界，但可以改变人，改变人们对世界的看法。仅靠科学技术不行，还必须调整我们的文化价值观念，改变我们的生活习惯和行为方式地球科学的文化功能主要体现在以下方面： 1环境道德的提示功能 2资源危机的预警功能 3人类纷争的转移功能 4人地和谐的塑造功能,2.地质学基础,是地学的主要分支之一，它是研究地球在历史时期所发生的事件和演变的一门科学，目前研究的重点是地壳 . 1).基础地质学： 研究地壳的物质组成的-地壳是由岩石（沉积岩、岩浆岩、变质岩）构成的，岩石是由
12、矿物构成的，绝大部分矿物都是晶体（原子（离子）按点阵形式排列构成的物质就是晶体。 结晶学、矿物学、岩石学,研究地质作用的动力地质学，包括：构造地质学 褶皱、断裂、地质力学、大地构造学、火山学、冰川学、地貌学等 喀斯特地貌 丹霞地貌 雅丹地貌 研究地壳历史的历史地质学，包括：古生物学、地层学、地史学、古地理学、古气候学等,2、应用地质学： 矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学、工程地质学、地震地质学、找矿勘探地质学等 随着计算机和遥测技术等技术手段的应用，还有深部地质学、海洋地质学、同位素地质学、数学地质学、遥测地质学等。,矿物与岩石,矿物：广泛分布于地壳中的自然生成的具有相对固定的化学组
13、成和物理性质的天然单质或者化合物。是岩石和矿石的基本单位。 已知有3000多种。 绝大多数是是固体无机物。少数是液态（天然汞等）、气态（硫化氢等）,常见矿物,1。石英：稳定、硬度大、在地壳中含量仅次于长石 主要成分二氧化硅，常含有少量杂质成分如Al2O3、CaO、MgO等，半透明或不透明晶体，一般乳白色，质地坚硬. 二氧化硅结晶完美时是水晶；二氧化硅胶化脱水后是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就是蛋白石,2。磁铁矿：成分Fe3O4 3。赤铁矿：成分Fe2O3 4。褐铁矿：成分Fe2O3.nH2O 5。软锰矿：成分MnO2,6。黄铁矿：成分FeS2 7.。方解石：CaCO3 8。白云石：CaMg(
14、CO3)2 碳酸钙与碳酸镁所组成的矿物 .颜色多为白色、灰色、肉色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等，透明到半透明,9。正长石：K(AlSi3O8) 是地壳中分布最广的矿物族，除部分超基性岩外，有结晶岩石都富含长石。广泛分布于酸性和碱性成分的岩浆岩、火山碎屑岩中.,10。云母：云母族矿物的总称。为K.Mg.Al等铝硅酸盐.钾、铝、镁 、铁 、锂等层状结构铝硅酸盐的总称 。最常见的矿物种有黑云母、白云母 、金云母、锂云母、绢云母等,岩 石,岩石：由一种或者多种矿物有规律的组合而成的矿物集合体，是地质作用下形成的地壳物质。 根据成因可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩,岩浆岩,由不同岩浆冷凝、结晶而形
15、成的岩石。 岩浆的温度大约800-1250度。人们推测代表3000米以下的岩浆温度可达1500-2500度,岩浆岩的分类,1，超基性岩：二氧化硅的含量低于45%，为硅酸不饱和岩石。如橄榄岩,2，基性岩： 二氧化硅含量45%-52%。 不含石英。如玄武岩,3，中性岩：二氧化硅含量52%-65%。不含橄榄石。如闪长岩,4，酸性岩：二氧化硅含量超过65%，如花岗岩 是一种岩浆在地表以下凝 却形成的火成岩，主要成 分是长石和石英,5，脉岩类：沿某些深成岩的裂缝充填的特殊岩石 6，火山玻璃岩：如珍珠岩 7，火山碎屑岩：如凝灰岩,沉积岩,地表或者近地表先成岩经风化、剥蚀以及生物和火山作用的产物在原地或者经
16、外力搬运沉积后，又经成岩作用而成的岩石 根据结构沉积岩可分为碎屑岩、黏土岩、化学岩和生物化学岩,碎屑岩可分为沉积碎屑岩、火山碎屑岩 沉积碎屑岩可分为砾岩、砂岩、粉砂岩 砾岩-粒径大于 2毫米的圆状和次圆状的砾石占岩石总量30以上的碎屑岩,砂岩-沉积岩，主要由砂粒胶结而成，其中砂粒含量大于50%。绝大部分砂岩是由石英或长石组成的,黏土岩大约是沉积岩的60%，分布广泛 黏土岩的矿物成分主要是大于50%的黏土 可分三类：黏土、页岩、泥岩 黏土：土状岩石，松软，不固结 页岩：固结很好，良好层理，层理厚度小于0.1厘米 泥岩：固结很好，不具层理,变质岩,是指受到地球内部力量（温度、压力、应力的变化、化学成分等）改造而成的新型岩石 或者说是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种石头自然变质成的另一种石头。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。 固态岩石在地球内部的压力和温度作用下，发生物质成分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如普通石灰石由
