第二章 自然地理系统的整体特征.doc

第二章 自然地理系统的整体特征 重点：讲明自然地理环境的整体性，阐述各组成成分间的相互关系及自然地理系统的基本特征。 难点：在于整体性的认识过程 第一节 系统概述 一、系统概念与分类 系统、按系统的尺度规模和范围分类、按系统与环境的关系划分、按人与自然的关系划分 二、系统的主要特征 整体性、层次性、相关性、稳定性与变易性 1．传统观点的整体性 整体性：自然地理综合体各组成要素和各组成部分之间的内在联系。 具体地讲地球表层是由地质、地貌、气候、水文、土壤、动物等成分组成，这些无机自然界与有机自然界各组成成分相互联系、相互作用，并通过自然历史过程，形成自然地理综合体，这个综合体中任何一个成分或环节的变化都会影响其它成分或环节的变化甚至整体的变化。 比如：我们所处的是暖温带落叶阔叶林带，作物为一年两熟，如果气候寒冷则是寒温带气候，无霜期短，作物只能一年一熟，种植耐寒、生长期短的作物。同样，地貌因素发生变化，也会引起一系列变化，再如华北平原如发生地壳运动，抬升1000米以上，气温降低，降水发生相应的变化，土壤、植被也随之改变。传统观点：是以自然综合体学说为基础，用因果法则，揭示自然地理环境动态特征，一个因素变化会影响另外的因素，体现在自然综合体内各要素的内在联系性，传统观点的整体性是内在联系的整体性。但是传统的观点是定性的描述，不能定量地表达整体性原理。随着科学技术的进步和新学科领域特别是系统论的出现，对整体性又有了新的认识。 2．系统思想的整体性，结构和功能 1）2）3） 所以他创造了一个术语“熵”表示任何一种能量在空间分布上的均匀程度，用他的话来说，“能量密度的差异倾向于变成均等”是自然界的一个普遍规律，或换句话说：“熵随着时间的混乱程度或无序程度。熵越大，系统越混乱，反之，系统越有序。举例：我国有句成语“泾渭分明”泾河水清，渭河水浑。泾河流入渭河时，清浊不浑，比喻界线清楚，是非分明。这种有序状态是暂时的，他们一经自动混合之后，就再也分不清那种是泾河水那种是渭河水。说明能量的密度差异是朝着均匀方向流动的。又如两个水库，水位的高度不同，一高一低，如果把他们连接起来，水会从高水位的水库流向低水库，直到两个水库的水面相同。两例都说明了能量趋向于均匀的分布。熵值随着时间增大，能量完全均匀分布，熵值达最大值，也就是混乱度或无序程度最高。 克劳修斯把热力学第二定律推广到宇宙之中，根据熵增加原理，宇宙中的能量分布在不断地均匀化。宇宙正在不断地增大，最后必须达到最大值——平衡态。整个宇宙在走向混乱趋向无序，一切运动都得停止，最后达到“热寂”。 可是地壳演化历史正好相反，沧海桑田变迁，生物界、人类出现是在从简单到复杂，从低级到高级进化发展。这种进化过程与热寂说的预言退化形成截然不同的鲜明对比。早期的热力学只考虑系统的内部联系不考虑系统与外界环境的联系。近年来新型的耗散结构理论，成功的揭示了这一问题。 3．耗散结构理论——非平衡有序系统的整体性 创始人：普里高津 比利时 立足点：系统与外界环境的相互联系，相互作用，弥补了早期热力学的不足。 1）什么叫耗散结构？ 一个远离平衡的开放系统，只要通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定的阈值时，可能从原有的混乱无序状态，转变为一种在时间上和空间上或功能上的有序状态，这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，依靠不断地耗散外界的物质和能量来维持，称为耗散结构。 二层意思： ①开放系统：系统与外界环境有物质和能量、信息交换。 ②在一定条件下，使系统变无序为有序。 简单概括：消耗外界环境的物质、能量来维持系统内部的新的有序结构。 2）理论：一个开放系统熵的变化，用公式表示为ds=des+dis 通过引入外界负熵流降低系统总熵，使系统从无序转入有序状态，来维持系统的稳定。但强调这种稳定是非平衡的稳定态，所以系统内部的能量总是趋于均等，熵不断的增加，只有在外界不断输入负熵流的情况下，才能保持相对稳定。一旦外界条件撤去，混乱度或无序度就会增加，系统就会回到无序状态中去。如：沙漠中的绿洲，就是不断地从外界获得物质、能量有负熵流的输入，才保持这种有序状态。一旦断绝了水源，很快就变成寸草不生的沙漠。 自组织现象：耗散结构在与外界交换物质、能量，同时还有一种自组织能力，变无序为有序的过程。如：生物有机体光、热、水、二氧化碳转入无序的物质、能量合成为糖类，变无机为有机储存于体内，变无序为有序过程。 又如：诗句“野火烧不尽，春风吹又生”大火焚烧过后，第二年春天有充足的阳光和雨水的滋润，恢复原状。说明自然地理有自组织能力。 1）信息：物质、能量和信息是现代科学研究的三大主题，前面只介绍了耗散结构及其物质能量转化的基本情况。用信息概念认识地球表层的整体性——新课题之一。一般理解：信息——情报、知识 现在理解信息为物质