第三章 自然地理系统的物质与能量结构.doc

第三章 自然地理系统的物质与能量结构 重点：自然地理系统的物质结构、要素结构、能量结构。 难点：从物质与能量循环的角度说明部分与整体的关系。 第一节 自然地理系统的物质结构 一、物质组分组成结构 （一）物质组分组成结构 一类是无机组分，另外一类为有机组分。 固态岩石 无机组分 液态水 气态空气 有机组分——活质有机体 三种无机组分在自然地理系统有规律地构成三个相互渗透又相互独立的物质圈层（沉积岩石圈、水圈和大气圈）。 每一个圈层的内部，除了各有一种占绝对优势的主要组分（沉积岩石圈的岩石、水圈的水、大气圈的空气）以外，还有一定数量的其他组分混杂渗透其间。 在自然地理系统中，除了上述四种基本组成成分外，还有多种次生的组成成分。这些次生的组成成分是四种基本组成成分相互作用的结果，又称为衍生物。衍生物一般集中分布于大气圈、水圈和岩石圈直接接触和联系最紧密的部位，即自然地理系统的界面上。 自然地理系统的衍生物主要有以下几种类型： （1）陆地表面岩石风化壳及其表层的土壤，主要分布于大气圈和岩石圈的界面上； （2）覆盖于岩石圈表面的大陆冰川，分布在大气圈和岩石圈的界面上； （3）富含生物有机体的海底软泥、湖底腐泥和沼泽泥炭等类现代沉积物，分布在水圈和岩石圈的界面上 从总的来看，自然地理系统的物质，既广泛分布，又相对集中。各种组成成分在不同的圈层中都有分布，而他们又相对集中于某一圈层。这就是自然地理系统物质组成的广布性、集中性和成层性。 （二）组成要素 1大气圈的基本组成成分为空气，主要的组成要素为氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）、二氧化碳（CO2）和水汽（H2O）等元素态气体及其化合物，另外还有固体杂质等。 2水圈是由各种水体（海洋、江河、湖泊和地下水等）所组成。这些天然水体则为复杂的混合液，含有多种溶解质。 天然水中的溶解性气体多呈分子状态，主要由溶解氧（O2）、二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）、氮气（N2）、甲烷（CH4）和氦（He）等。 天然水中的大部分元素呈离子状态，主要由氯离子（CL-）、钠离子（Na+）和钾离子（K+）、钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）、重碳酸根（HCO3-）、碳酸根（CO32-）、硫酸根（SO42-）等。 一般说来，海水的溶解质以氯化物为主，陆地水的溶解质以碳酸盐类为主。此外，地下水中还富含生物的分解物质，如硝酸根（NO3-）、亚硝酸根（NO2-）和铵离子（NH4+）等。 3沉积岩石圈的主要组成成分是粘土和泥质页岩、砂岩和灰岩等，其组成要素主要为氧、硅、铝、铁、钙、氢、碳、钠、钾、镁等元素及其化合物SiO2、AI2O3、CaO、CO2、H2O、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O等。 表3.1 自然地理系统的元素——组分组成结构表 范围 物质组成 元素组成 质量（T） 质量占比例（％） 厚度（km） 大气圈 对流层 空气 N2、O2、水汽、CO2 4.0×1015 0.025 15 生物圈 生命区域（包括植物、动物、微生物等） 主要元素（C、H等）、大量元素、微量元素 1.60×1012 0.000008 2 水圈 盐水和淡水：海洋、河流、水库、冰川、积雪 溶解性气体（O2、CO2等）、离子态气体 1.41×1012 6.9 3.8 沉积岩 变质岩等 O、Si、Al、Fe等 1.9×1019 93 5 整个自然 地理系统 无机物与有机物 100 16 注：据牛文元、全石琳等，有改动。 二、物质循环结构 一种是物质循环，一种是能量转化。 二者是辩证统一的。能量转化是物质循环的动力基础，物质循环是能量转化得以实现的保证。正是这样，自然地理系统才能不断向前发展。 四大循环：地质循环、水分循环、大气循环、生物循环 1地质循环 在自然地理系统中，岩石圈的内部以及与其环境之间所存在的物质循环和能量转化过程，称为地质循环。 地质循环是在一定的能流驱使下进行的，比较明显易于观察到的动因是地表水循环。 地质循环的全过程实际蕴含着太阳能与地球内能的一系列转化及其相应的四种作用过程：风化剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、构造作用。 总之，岩石圈的物质循环是由四个基本过程构成的。岩石圈风化物渗入水圈、大气圈和生物圈；另一方面水圈中、大气圈中和生物体中的物质又返还岩石圈中，从而完成地质循环，并形成自然地理系统特有的发生体——沉积岩。 2．大气循环 在自然地理系统中，有相当一部分的物质和能量，是通过大气循环的方式进行输入和输出的。 大气循环是指大气圈及其与环境之间存在的物质循环与能量转化过程。它包括大气圈内的物质循环和大气圈及其圈层之间的循环。 大气循环运动的基本形式