第四章自然地理环境的时间演化规律
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• 由于原始大气对太阳的短波辐射基本透明，因此，在强烈的紫 外辐射照射下，环境中的小分子和元素，在原始的海洋中合成 高分子化合物（如碳水化合物）。这为地球生物的诞生，淮备 了充足的物质基础。
3、天然生态系统的形成
• 原始自然地理系统是具有耗散结构的物质系统，它还要 继续进化。
• (1)原始生命的形成——异养细菌：大约在30亿年前，地 壳增厚到20km，地球内能对地表的作用再减弱，太阳辐 射能对地表的作用进一步增强。同时，海洋里的有机化 合物大量积聚，这些物质在太阳能的作用下，终于合成 了生命，最初是异养细菌：靠海洋中的有机物和积聚能 量为生。
• (5) 天然生态系统的形成：大约在距今4亿年前，生物从海 洋登陆，接受太阳辐射更为充分。结果导致生物种类和数量 大增，水陆都形成由生产者（植物）、消费者（动物）和分 解者（细菌）组成复杂、完善的生态系统，这就是天然生态 系统。
• 生物圈的形成，标志着自然地理环境的进化进入了一个 全新的阶段：太阳能在有机界的转换，把有机界和无机 界联结成整体系统。 实际上是绿色植物通过光合作用把 太阳能转变成潜能 → 通过食物链转移 → 最后，食物 链中残存的有机物质的潜能，由微生物通过发酵、腐烂 等形式加以释放。 生物圈的出现，天然生态系统的形成，使自然界的两个极 重要的地球化学循环建立起来(图2和图3)。
• (3) 原始自然地理系统形成——三大圈层紧密联结成统一整体： 约于37～20亿年前，地壳不断增厚。由于地壳增厚，地球内能 对地表的作用减弱，太阳辐射能逐渐成为地球表层的主要能源， 在三大无机圈层中不断转换、耗散，并促成三大无机圈中的物 质交换，使三大圈层紧密联结成统一整体，联结成一个新的物 质系统——原始自然地理系统。
自然地理环境的进化
46亿年
宇宙大爆炸
地质时期（地球内能主导）
地壳增厚（太阳辐射能主导）
物质循环与交换
第四章 自然地理环境的时间演化规律
发展方向性 节 律性 稳定性 基本特点
思路
A 方向性 B 节律性 C 稳定性 D 发展演化规律 E 基本特点
理解 记忆
第一节 自然地理环境发展的方向性
一、自然地理环境的进化发展
先进的耗散结构理论具有广泛的普遍性和强大的生命力。 自然地理环境是一个复杂、开放的巨型系统，具有耗散结构， 其进化发展就是耗散结构的进化。
自然地理环境的进化发展
1、自然地理环境进化具有方向性 2、原始自然地理系统的形成 3、天然生态系统的形 4、人类生态系统的形成
1、自然地理环境进化的方向性
• (1) 自然地理环境发展演化是不可逆的 • 自然界存在着一日之间的白天与黑夜，一月之间的月圆月缺，一
年之间的春、夏、秋、冬等周而复始的“可逆”现象，但这毕竟 是表面上的可逆。因为每一次重复出现都有别于从前，包含着时 间对称性的破缺。它们不是原地打圈，而是螺旋式前进。 • (2) 自然地理环境中的各圈层均存在显著的不可逆现象 • 1) 岩石圈的形成过程（按康德—拉普拉斯假设）：混沌→地壳→ 地幔→地核，绝不会倒转过来。 • 2) 地壳演化规律（按地洼学说）：→地槽→地台→地洼→，螺旋 式向前发展，不可逆。 • 3) 大气圈的演化：原始大气→二氧化碳大气→现代大气。 • 4) 水圈的演化：原始海洋（低盐、少水、高钙）→现代海洋(高 盐、多水、低钙)。
整体性含义
内在联系的整体性
17世纪，因果理论，自然综合体
结构和功能的整体性 发 展 演 化
系统论 结构与功能
2>1+1 （优化组合） 2=1+1 （合理组合） 2<1+1 （内耗占统治地位）
Biblioteka Baidu
非平衡有序系统的整体性 耗散结构理论，70时代
“初级耗散结构 → 对称破缺（分叉）→ 混沌（远离平衡态）→ 涨落放大 → 高级耗散结构……”
• (4) 氧气形成：光合作用的不断加强，原始大气中的二氧化 碳（CO2）减少，其中碳以碳酸盐岩类固定在沉积岩中。O2 不断增加，并在大气圈中出现臭氧层，吸收了对生物体有害 的紫外辐射（波长<0.29μm的紫外光），为生物在自然地理 环境中繁衍创造了有利条件。由于氧含量不断增加，导致喜 氧生物大量产生。而由于有了氧呼吸，自然地理环境中的能 量转换效率提高了大约19倍。
• (2) 原始生态系统的形成——光合作用：自然地理环境 的一次重大飞跃→逐渐形成生物圈：异养细菌感到食物匮 乏，产生自养生物：这些生物具有叶绿素，称为蓝藻，能 进行光合作用，自身固定太阳能，制造有机物。于是产生 了原始的生态系统，这是自然地理环境的一次重大飞跃
• (3) 生物圈逐渐形成：原始的生态系统大大改变了自然地 理环境的物理、化学过程和元素迁移过程，从而改变了 自然地理环境的组成和结构，逐渐形成生物圈。由于含有 叶绿素的生物不断增多，因而固定太阳能的数量也随之增 加。
2、原始自然地理系统的形成
• 原始自然地理系统的形成大概经历如下阶段： • (1) 天文期——宇宙大爆炸: 46亿年前，地球起初是一些相互靠近
的宇宙物质、星云。由宇宙大爆炸产生。 • (2) 地质时期——原始自然地理系统开始形成（原始圈层形成）：
46亿年后，由于地球内放射性热的生成率比今天高出许多倍，是 当时地球表层演化的主要能源。由于地球内部热量大量聚积→导 致地球物质熔融→喷溢大量岩浆、气体和水蒸气→形成了原始的 岩石圈、水圈和大气圈，标志着原始自然地理系统开始形成。 • 由于此时地球内能占优势，所以原始大气以CH4、CO、N2、H2O、 NH3和CO2等为主。 • 原始海洋和海水为低盐、高钙型，且水少，因此物质、能量的交 换受到一定的限制。
• 4、人类生态系统的形成
• (1) 人类的出现：大约在距今二三百万年前，人类从动 物界中分化出来。人类的出现，是自然地理环境进化史 上又一次重大飞跃。也是人类生态系统形成的标志。
• (2) 人类社会的的生产方式在不断演化：从狩猎、采集 →农耕放牧→农业→工业→后工业阶段等，不断改变着 太阳能在天然生态系统中的流通与转换，不断增加能量 的投入。时至今日，人类生态系统已受到人口、粮食、 资源、能源、环境污染等问题的滋扰。
3、天然生态系统的形成
• 原始自然地理系统是具有耗散结构的物质系统，它还要 继续进化。
• (1)原始生命的形成——异养细菌：大约在30亿年前，地 壳增厚到20km，地球内能对地表的作用再减弱，太阳辐 射能对地表的作用进一步增强。同时，海洋里的有机化 合物大量积聚，这些物质在太阳能的作用下，终于合成 了生命，最初是异养细菌：靠海洋中的有机物和积聚能 量为生。
• (5) 天然生态系统的形成：大约在距今4亿年前，生物从海 洋登陆，接受太阳辐射更为充分。结果导致生物种类和数量 大增，水陆都形成由生产者（植物）、消费者（动物）和分 解者（细菌）组成复杂、完善的生态系统，这就是天然生态 系统。
• 生物圈的形成，标志着自然地理环境的进化进入了一个 全新的阶段：太阳能在有机界的转换，把有机界和无机 界联结成整体系统。 实际上是绿色植物通过光合作用把 太阳能转变成潜能 → 通过食物链转移 → 最后，食物 链中残存的有机物质的潜能，由微生物通过发酵、腐烂 等形式加以释放。 生物圈的出现，天然生态系统的形成，使自然界的两个极 重要的地球化学循环建立起来(图2和图3)。
• (3) 原始自然地理系统形成——三大圈层紧密联结成统一整体： 约于37～20亿年前，地壳不断增厚。由于地壳增厚，地球内能 对地表的作用减弱，太阳辐射能逐渐成为地球表层的主要能源， 在三大无机圈层中不断转换、耗散，并促成三大无机圈中的物 质交换，使三大圈层紧密联结成统一整体，联结成一个新的物 质系统——原始自然地理系统。
自然地理环境的进化
46亿年
宇宙大爆炸
地质时期（地球内能主导）
地壳增厚（太阳辐射能主导）
物质循环与交换
第四章 自然地理环境的时间演化规律
发展方向性 节 律性 稳定性 基本特点
思路
A 方向性 B 节律性 C 稳定性 D 发展演化规律 E 基本特点
理解 记忆
第一节 自然地理环境发展的方向性
一、自然地理环境的进化发展
先进的耗散结构理论具有广泛的普遍性和强大的生命力。 自然地理环境是一个复杂、开放的巨型系统，具有耗散结构， 其进化发展就是耗散结构的进化。
自然地理环境的进化发展
1、自然地理环境进化具有方向性 2、原始自然地理系统的形成 3、天然生态系统的形 4、人类生态系统的形成
1、自然地理环境进化的方向性
• (1) 自然地理环境发展演化是不可逆的 • 自然界存在着一日之间的白天与黑夜，一月之间的月圆月缺，一
年之间的春、夏、秋、冬等周而复始的“可逆”现象，但这毕竟 是表面上的可逆。因为每一次重复出现都有别于从前，包含着时 间对称性的破缺。它们不是原地打圈，而是螺旋式前进。 • (2) 自然地理环境中的各圈层均存在显著的不可逆现象 • 1) 岩石圈的形成过程（按康德—拉普拉斯假设）：混沌→地壳→ 地幔→地核，绝不会倒转过来。 • 2) 地壳演化规律（按地洼学说）：→地槽→地台→地洼→，螺旋 式向前发展，不可逆。 • 3) 大气圈的演化：原始大气→二氧化碳大气→现代大气。 • 4) 水圈的演化：原始海洋（低盐、少水、高钙）→现代海洋(高 盐、多水、低钙)。
整体性含义
内在联系的整体性
17世纪，因果理论，自然综合体
结构和功能的整体性 发 展 演 化
系统论 结构与功能
2>1+1 （优化组合） 2=1+1 （合理组合） 2<1+1 （内耗占统治地位）
Biblioteka Baidu
非平衡有序系统的整体性 耗散结构理论，70时代
“初级耗散结构 → 对称破缺（分叉）→ 混沌（远离平衡态）→ 涨落放大 → 高级耗散结构……”
• (4) 氧气形成：光合作用的不断加强，原始大气中的二氧化 碳（CO2）减少，其中碳以碳酸盐岩类固定在沉积岩中。O2 不断增加，并在大气圈中出现臭氧层，吸收了对生物体有害 的紫外辐射（波长<0.29μm的紫外光），为生物在自然地理 环境中繁衍创造了有利条件。由于氧含量不断增加，导致喜 氧生物大量产生。而由于有了氧呼吸，自然地理环境中的能 量转换效率提高了大约19倍。
• (2) 原始生态系统的形成——光合作用：自然地理环境 的一次重大飞跃→逐渐形成生物圈：异养细菌感到食物匮 乏，产生自养生物：这些生物具有叶绿素，称为蓝藻，能 进行光合作用，自身固定太阳能，制造有机物。于是产生 了原始的生态系统，这是自然地理环境的一次重大飞跃
• (3) 生物圈逐渐形成：原始的生态系统大大改变了自然地 理环境的物理、化学过程和元素迁移过程，从而改变了 自然地理环境的组成和结构，逐渐形成生物圈。由于含有 叶绿素的生物不断增多，因而固定太阳能的数量也随之增 加。
2、原始自然地理系统的形成
• 原始自然地理系统的形成大概经历如下阶段： • (1) 天文期——宇宙大爆炸: 46亿年前，地球起初是一些相互靠近
的宇宙物质、星云。由宇宙大爆炸产生。 • (2) 地质时期——原始自然地理系统开始形成（原始圈层形成）：
46亿年后，由于地球内放射性热的生成率比今天高出许多倍，是 当时地球表层演化的主要能源。由于地球内部热量大量聚积→导 致地球物质熔融→喷溢大量岩浆、气体和水蒸气→形成了原始的 岩石圈、水圈和大气圈，标志着原始自然地理系统开始形成。 • 由于此时地球内能占优势，所以原始大气以CH4、CO、N2、H2O、 NH3和CO2等为主。 • 原始海洋和海水为低盐、高钙型，且水少，因此物质、能量的交 换受到一定的限制。
• 4、人类生态系统的形成
• (1) 人类的出现：大约在距今二三百万年前，人类从动 物界中分化出来。人类的出现，是自然地理环境进化史 上又一次重大飞跃。也是人类生态系统形成的标志。
• (2) 人类社会的的生产方式在不断演化：从狩猎、采集 →农耕放牧→农业→工业→后工业阶段等，不断改变着 太阳能在天然生态系统中的流通与转换，不断增加能量 的投入。时至今日，人类生态系统已受到人口、粮食、 资源、能源、环境污染等问题的滋扰。