第11章 水圈、大气圈、岩石圈的相互作用

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第十一章 水圈、大气圈、 岩石圈的相互作用
第一节 气候—海平面—冰川—均衡 第二节 气候—水的分布—地球自转速度—构造运动或形变
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第二节 气候—水的分布—地球自转速度 —构造运动或形变
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三、地球自转速度的变化与构造运动或形变
地球表面物体所受到的离心力
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第三节 构造运动—大气环流—水循环
构造运动导致海陆分布、地形起伏的变化，从而引起大 气环流、洋流的变化，改变地球的水分循环。 构造运动奠定或改变海陆分布的格局，改变地形起伏， 从而改变大气环流、行星风系和水循环。 焚风与地形雨的形成，就是水圈—大气圈—岩石圈相互 作用的结果。构造运动或岩石圈的变动，改变了地形的起 伏，形成了一些山地。由于山地对气流的阻挡作用，气流 上升而在迎风坡形成降水。湿度降低了的气流翻过山顶而 绝热下沉，使背风坡温度升高，产生焚风效应。
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大气环流与气候的变化 改变了风化的方式 与强度，改变了水汽运 移途径与强度
岩石圈变动
改变了海陆分布格局与 地形起伏，改变了大气环流 和水圈结构,
水圈结构的变化 改变了水汽源和水动 力，引起了负荷均衡运 动
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气候—水的分布—地球自转速度—构造运动或形变 气候的变化， 引起地球表层水 的分布发生变化， 导致地球自转速 度发生变化，从 而引致岩石圈的 变动和构造形变。 岩石圈的变动和 构造形变，反过 来又导致大气环 流和气候变化， 引起水的分布变 化，从而使得地 球自转速度发生 变化。
在地球自转过程中，除两极以外，地球表面上的任一点，都 受到不同程度的离心力的作用（F）。 F=mv2/r=mω2 r 式中：m为物体的质量； v为A点上地球自转的线速度； ω为地球自转的角速度； r为A点距离旋转轴的半径。
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对于地面的物质来说，赤道上旋转半径最大，而向两极地区减 小。当冰期来临，地球表面将有较多的水以冰的形式集中分布到中 高纬大陆地区，从而使地球表面的水的质量中心向高纬度偏移。将 导致地球自转转动惯量减小，从而使地球自转的速度加快。当间冰 期来临，中高纬度大陆地区的冰盖融化，融水回到海洋，地球表面 的水的质量中心将向较低纬度迁移，从而导致转动惯量的增大和地 球自转的速度变慢。
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地球自转速度的变化与构造运动或形变
当地球自转速度变快，离心力增大，使地球表层向低纬度地区移动。由 于地球表层与内部物质组成的不均匀性，地球表层运动的幅度与速度不同， 便导致某些地区的挤压、某些地区的拉张和某些地区的剪切。纬向构造带及 其派生构造就是这样形成的。 当地球自转速度变快，离心力增大，使海水从高纬度地区向低纬度地区 集中，引起低纬地区的海侵和高纬地区的海退；当地球自转速度变慢，离心 力减小，使海水从低纬度向高纬度地区集中，引起低纬地区的海退和高纬地 区的海侵。 当地球自转速度变快，地球表层在惯性力的作用下就会向西漂移；当地 球自转速度变慢，地球表层就会在惯性力的作用下向东漂移。由于地球表层 与内部物质组成的不均匀性，地球表层运动的幅度与速度不同，便导致了东 西向的挤压、拉张或剪切。经向构造带及其派生构造就是这样形成的。
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地球自转对厄尔尼诺影响的可能途径（任振球，1990）
研究表明，地球自转速度的变化，与厄尔尼诺现象之间存在明显的相关关系 （郑大伟，1988；任振球，1990）。在厄尔尼诺年，由于地球自转速度减慢，在南 北纬10o之间的低纬度地区，海水可以获得平均0.5 cm/s的向东的相对速度，大气可 以获得1m/s的向东的相对速度。也就是说，地球自转速度的减慢，使赤道附近的海 水和大气获得了较多的向东的角动量，引起赤道洋流减弱，导致赤道东太平洋涌升 流减弱，从而导致赤道东太平洋海水温度升高的厄尔尼诺现象的出现。
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当间冰期来临，冰川（冰盖）消融，原来被冰盖覆盖的地面，由于负荷减少， 而均衡上升；冰盖融化的水回到海洋，海面上升，海水厚度增大，海底由于负荷增 加而均衡下沉。海底的均衡下沉，使海平面上升幅度减小，甚至导致海平面的下降。 在大陆架地区，由于增加的水层厚度由岸外向岸边逐渐减小，因而由不等量的均衡 下沉导致大陆架地区的地面（地壳）掀斜。 当冰期来临，中高纬地区冰盖扩展、厚度加大，被冰盖覆盖的地面，由于负荷 增加而均衡下沉。冰盖的扩展，将导致地面反射率的增大，气候的变冷。气候变冷 又反过来引起冰盖的进一步扩展。与此同时，海平面下降，海水厚度减小，由于负 荷减小而导致海底的均衡上升。海底的均衡上升，又使海平面下降的幅度减小，甚 至导致海平面的上升。海平面的降低、海洋面积的缩小，使得蒸发区域变小，大陆 地区的大陆度增大，世界气候将会变干。反之，海平面的上升，海洋面积的增大， 又导致世界蒸发总量的增大和世界气候的变湿。 气候的冷暖变化，将导致海水温度的降低或升高，海水温度的降低或升高引起 海水的收缩或膨胀，从而导致海平面的下降或上升。海平面的升降以及海水温度的 变化，导致洋流的变化，从而通过海-气相互作用导致大气环流和气候的变化。
一、气候变化与地球表面水的分布
气候的冷暖变化，导致冰川的进退和海平面 的升降，从而引起地球表面水的重新分布。当冰 期来临，海平面降低，而中高纬度大陆冰盖发育、 扩展，势必导致地球表面水的质量中心向高纬度 迁移。
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四、气候—水的分布—地球自转速度—构造运动或形变
岩石圈的变动和构造形变，导致了地球表层物质的重新 分配。例如，大陆的漂移，导致了大陆纬度的变化，造山、 造陆运动，使地球表面起伏增大。这些不仅会改变大气环流、 水圈的结构与轮廓，而且还会相应改变地球的转动惯量，从 而改变地球的自转速度。地球自转速度的改变，不仅会引起 新的岩石圈的变动，而且还会通过改变地表水平切向应力而 改变地表水的分布，通过改变洋流运行速度以及改变大气角 动量来改变大气环流和气候。
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在地球自转产生的离心力的作用下，地壳 或者岩石圈板块或者地块发生东西向或者南北 向差异运动，从而形成纬向构造、经向构造以 及相应的构造体系。