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第二章 自然地理过程的能量及动力基础 地理系统运行的动力即其能量基础，按通常的分类来自与两个主要方面。其一是外来能或外动力作用，以太阳辐射能为代表，此外还包括其它星际之间的引力能、陨石物质在地球引力场中坠落而产生的机械能、各种宇宙射线与地球物质的作用等。其二是内生能及内动力作用，包括地球物质中放射性元素蜕变所产生的热能、来自地球本身的引力能、以及地壳构造运动所产生的能量及动力作用等。内生能及内动力因素对于地理系统的作用和影响，主要体现在对地表形态特征（如海陆格局的形成）的主导性、宏观性的控制作用方面，这种作用是在地质时间尺度上才能显现出来，而对于现代地表物质的运动，则更多的是通过间接的途径和方式表现的；相比而言，对于地球表面的物质运动和地理过程的发生发展来说，更直接的动力和最基本的条件是以太阳能为主的外来能及外动力作用。这两大类能量和动力作用的存在及其在地理系统中的重叠和交叉，为地理系统内各个要素的相互作用、相互制约和相互渗透提供了动力基础，从而推动了整个地理过程的进行和变化，决定了地理系统演化的方向和强度，并使得地理系统千姿百态和异常复杂地呈现出来。从地理系统的这种纷繁多变的表象中，可以看到它们严格遵循着能量在地球表面时空分布的规律，表征着能量在形式上的互相转换以及始终守恒的特性。 第一节 外来能及外力作用 一、地球所接受的太阳辐射能 （一）太阳辐射能 1.太阳辐射能的产生 太阳辐射能来自于太阳内部的热核聚变。这种聚变有两种反应过程，其一是“质子—质子反应”，反应式为： H + H → H + e+ +υ H + H → He + γ He +He → He + 2H +γ 式中，H为氢原子核，H为重氢原子核（氘核），He是氦同位素核（氚核），He为氦原子核，符号左边的上标表示质量数（= 质子+ 中子数），下标表示电荷数（= 质子数）；e+ 为正电子；υ为中微子；γ为光子。 质子—质子核反应可分三步，第一步先由两个氢原子核（质子）相碰撞而发生聚变，其中一个质子放出一个正电子和一个中微子后变为中子，与另一个质子组成氘原子核；第二步，氘核又与一个氢原子核相碰撞聚合为一个由两个质子和一个中子组成的氚核，同时放出一个光子；第三步，两个氚核再碰撞，聚合成一个由两个中子和两个质子组成的氦原子核，同时放出一个光子，多出的两个质子（氢原子核）又回到氢原子核的队伍中去。另一种核聚变反应是“碳—氮—氧反应”，其过程如下： H + C → N +γ N → C + e+ +υ H + C → N +γ H + N → O +γ O → N + e+ +υ H + N → C +He 这一过程中，投入的是四个H，产出的是一个He 、三个光子、两个正电子和两个中微子。碳核在反应过程中仅起催化剂作用，而没有损耗（苏宜，2002）。 这两种核聚变反应哪种为主主要取决于温度。当温度低于1.8×107K时，以质子—质子反应为主；而当温度更高到已有一些氦原子核进一步聚变为碳原子核，能够提供足够的催化剂时，则碳—氮—氧反应才会成为主要过程。太阳内部核反应区的温度为1.5×107K ，故认为太阳内部90%的能量来源于质子—质子反应，10%来源于碳—氮—氧反应。无论哪种反应，其效果都是由四个氢原子核聚变为一个氦原子核的过程，一个氢原子核的质量为1.007825原子量单位，一个氦原子核的质量为4.002603原子量单位，则反应过程产生一个质量损失： 4 ×1.007825－4.00＝0.0286: E＝m c2 ,26.7 MeV (杨福家，2000)，每个质子（H）的贡献约为6.7 MeV。每四克多一些的氢核大约有4×6.023×1023个质子,生成6.023×1023个氦核，则产生的能量为： E ＝ 6.023××26.7 MeV 太阳每天“燃烧”5×1016 kg氢，其中约70%（相当于3.5×1014 kg）的质量转化为能量，这能量相当于每秒钟爆炸900亿颗百万吨级的氢弹。太阳的总质量约为2×1030多克，其中氢占71%，不难算出其全部氢投入核聚变反应可以产生的巨大能量。 2.太阳常数和太阳辐射总量 太阳常数（I0）的定义为 ：在日地平均距离处的地球大气上界 ，（距地球表面大约1200 km）, 通过与太阳光线相垂直的平面单位面积上的太阳辐射通量（每单位时间的辐射量）。太阳常数是可以测定的，1981年世界气象组织推荐的太阳常数数值是1367 ±7 w/m2 , 或采用8.164 J / cm2.min。 以距太阳一个天文