第八章 地球表层系统的整体特征

第8章地球表层系统的整体特征

第1节地球表层系统的结构

第2节地球表层系统的功能

第3节地球表层系统的概念模型

一、地球表层系统的圈层结构

六个子系统形成地表系统的空间序。

三个无机子系统：大气圈、水圈、岩石圈

一个类有机子系统：土壤圈

一个有机子系统：生物圈

一个超有机子系统:人类圈或智慧圈

每个圈层内部又有次级的组分和结构，形成一个有层序的整体，它们都属于开放系统。

（一）大气圈（atmosphere）

1.包围地球，空间上连续的圈层；

2.具有相对小的质量和厚度；

3.具有较大的可压缩性，小的比热和密度；

4.易于流动，具有很大的变率；

5.对于外界扰动的响应时间最短；

6.具有混沌性质——非线性；

7.地球表层系统中能量传输的重要载体。

（二）水圈（hydrosphere）

1.具有空间上不完全连续的性质；

2.质量仅次于岩石圈；

3.具有重要的热特性（如热容量高）；

4.生命过程的重要介质和活跃的外营力；

5.不同水体对环境扰动的响应时间差别显著；

6.排熵最有效的介质；

7.地球表层系统中的能量储存器和稳定因素。

（三）岩石圈（lithosphere）

1.固体地球的一部分，具有连续分布的特点；

2.质量最大的圈层；

3.通过地形对其它圈层的性质和状态产生影响；

4.对外界环境扰动的响应时间最长；

5.除了地震和火山活动外，运动异常缓慢；

6.地球表层系统中“不变”的因子。

（四）土壤圈（pedosphere）

1.呈不连续分布,且质量很小；

2.处于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈交界面；

3.大气、水、岩石、生物之间进行物质与能量

循环、转化、交换的中心场所；

4.对于外界环境扰动的响应时间很长；

5.地球表层系统中相对稳定的因子。

（五）生物圈（biosphere）

（1）地球上所有植物、动物和微生物等生命有机体及其占据的空间；

（2）呈不连续分布，且质量很小；

（3）使太阳能在地表系统中传输、转化的过程延长，效率提高；

（4）将负熵流引入地球表层系统，促进系统向有序方向演化；

（5）生物圈对于大气圈变化的响应最为敏感，响应时间从季节到数百年；

（6）在人类活动的巨大扰动下，生物物种的数量正在以很快的速度减少。

（六）人类圈(anthroposphere)

（1）由人群（生命世界的一部分）、人造工具

和人类创造的各种物品（器件世界）、以及作为人类大脑活动产物的文化（精神世界）组成；（2）从自然属性上看，人类圈是地表系统的一

个普通的组成部分。

（3）从社会属性上看，人类具有主观能动性，

能显著地改造其生存环境，也能通过人类文化进行自我控制，并将这种自控和对于环境的调控结合起来，以促进地球表层系统的进化；（4）控制人口的增长是协调人与环境关系，实

现可持续发展的重要战略措施。

二、地球表层系统的时间结构

整个地球表层系统及其各组成要素都具有随着时间的推移而变化的特性，形成系统的时间序。（一）动态

指系统的圈层结构及其功能不作根本改变的可逆变化，体现了系统的自稳定性。这种变化通常具有不同的周期、振幅、趋势和阶段性。

昼夜节律, 季节节律, 超年节律

高层次的节律往往包容着低层次的节律；低层次的节律则是高层次节律的组成部分。

（二）演化

指系统的圈层结构及其功能作根本改变的、不可逆的或循环周期很长的变化。

自身演化是一种自然的过程，表现为系统从简单到复杂，从比较无序到比较有序的进化，也可称为自组织演化。

被动演化是一种叠加在自然过程之上的人文过程，表现为人类对于地球圈层结构与功能的某种改造，也可称为被组织演化。

它可以是完全不可逆的过程，也可能是周期很长的一种节律，但其周期的不确定性更大，构成了各种动态变化的大背景。

三、地球表层系统的时空尺度

定义：在地球表层系统内发生的事件及其过程，都具有一定的空间与时间的延展性（界限），并且二者之间存在着一定的关系，称为时空尺度。

表现：不同时空尺度事件发生的驱动因子和

控制过程是不同的。

（一）时间尺度

1.五个时间尺度

2.自然地理学的关注点

注重现代的事件和过程，特别是从季节到近百年时间尺度上的过程，主要包括大气、海洋、陆地和生物之间的相互作用。

（二）空间尺度

1.四个空间尺度

2.自然地理学的着重点

注重运用从全球着眼，从区域和地方入手的方法论，研究地方自然要素的综合，以及社会经济与生存环境变化之间的关系；地方之间的相互依存性与空间格局的形成；尺度之间的相互依存性与尺度转化机理。

（三）时空尺度的联系性

各种事件和过程的时间尺度与空间尺度是相关联的。一般来讲，较大空间尺度的事件和过程，其时间尺度的范围也较大；反之，时间尺度的范围也较小。

不同时间与空间尺度的事件和过程尽管影响范围不同，性质也各异，但它们是相互作用的，并且具有一定的尺度转换关系。宏观事件是微观事件产生的背景，微观事件构成宏观事件发生的基础。 不同时间与空间尺度的组合具有一些典型事件和过程，要研究某种事件和过程，应该根据它发生的特征时空尺度确定研究的时段和区域范围。

地球表层系统中事件与过程的时空尺度

第2节地球表层系统的功能

定义: 系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力、功效等，主要表现为在太阳能量输入驱动下的物理过程、化学过程和生物过程之间的相互作用。

两个层面：

自然圈层之间

人与环境之间