第六章 自然地理环境的时间演化规律

• 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) 人类社会的不断演化：从狩猎、采集→农耕放牧→ 农业→工业→后工业阶段等。
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） 原始自然地理系统 原始生命的形成——异养细菌 自养生物 大气成分发生变化 生物从海洋登陆
• (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（碳酸盐岩类固定在沉积岩中）。O2不断增 加，并出现臭氧层，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。 • (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。
为“十”；若A事物增加事物随之减少，则为负因果关系，符号
表示为“一”。 正反馈环是当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各 环节的连锁反应，加强这种变化趋势，使其脱离初始状态。这种 在变动中自我增强的作用是正反馈的作用。 负反馈环是当反馈环中一个要素发生变化，通过反馈环中各 要素的连锁反应，减弱了这种变动，使变化趋于稳定。这种在变 动中自我调节作用是负反馈的作用。
原始自然地理系统 天然生态系统 人类生态系统
第三节 自然地理环境的稳定性性
指自然地理环境的影响条件发生变动，或人为干扰的场合下， 自然地理环境的状态并不会变动过大，或者变动后经自我调节机
制的作用，是其逐渐恢复原态的性质。
1、因果反馈关系（正、负反馈环） 如A事物增加B事物也随之增加，就是正因果关系，符号表示
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。
• (2) 原始生态系统的形成——光合作用：异养细菌感到食
物匮乏，产生自养生物（叶绿素，称为蓝藻），能进行光 合作用。原始生态系统形成，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。
第三节 自然地理环境的稳定性性
第三节 自然地理环境的稳定性性
2、系统的稳定取决于正、负反馈环的力量对比 系统的稳定是由正反馈环与负反馈环两者的力量对比关系所
决定。由于正反馈环的自我增强作用和负反馈环Βιβλιοθήκη Baidu自我调节作用，
系统必然是在变动与稳定、增长与衰减间相互斗争。当负反馈环 的自我调节作用强于正反馈环的自我增强作用时，系统趋于稳定；
但当正反馈环的自我增强作用超过负反馈环的自我调节作用时，
系统的稳定遭到破坏，脱离初始状态。
3、各子系统又有次一级子系统。许多系统构成了复杂、庞大的 网络结构，使物质、能量、信息交流（即通信）通道纵横交错， 畅通无阻。自然通信的稳定作用和扩散的稳定作用非常有效。涨 落（不稳定性因素、波动）就难以扩散，最终自行衰退，系统保 持稳定。简单系统的通信通道不多，涨落容易扩散而支配整个系 统，稳定性较差。 4、自然地理环境在长达几年-8000万年间，保持着相对的稳定， 靠的是自然地理环境本身复杂的网络结构。一旦出现重大的结构 调整，导致不平衡，达到某阈值以后出现不稳定，随机涨落可能 迅速被放大，并扩散到整个系统，形成新结构，出现新的稳定。 所以，自然地理环境的稳定与不稳定是对立的统一。稳定-不稳定 -新的稳定，以至无穷。在自然地理环境的进化过程中，表现为节 律性发展。
动，向地表集中。
• 物质的对流导致了物质的分异，最后形成现代地球 内部的三个组成部分：地核、地幔、地壳。
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 • 白天与黑夜，月圆月缺，春、夏、秋、冬等，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→，
（蓝绿藻；裸蕨，真蕨，裸子植物，被子植物）
动物发展的方向性
（单细胞，无脊椎，鱼类，两栖类，爬行类，鸟类和原始哺乳动 物，哺乳动物，人类）
第二节 自然地理环境的节律性 自然地理环境的节律性可概括为三类型：一是周期性 节律，二是旋回性节律；三是阶段性节律
一、周期性节律 周期性节律是自然地理过程按严格的时间间隔重复的变化规 律。它发生在地球自转和公转及地表光、热、水的周期性变化基 础上。昼夜更替（自传）和季节更替（公转）是其最主要的表现 形式。 季节节律显著程度是随纬度的增加而增加的，而昼夜节律却 是随纬度的增加而减少的。两极和赤道地区出现特殊的节律性。 还包括潮汐周日变化、月节律变化等。
第六章 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
B C D E
理解
方向性
节律性
稳定性
发展演化规律 基本特点
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
第三节 自然地理环境的稳定性性
5、几点说明 1）稳定只是代表整个演化过程的一个阶段。整个地球表层是
不断向前发展，是由简单到复杂的不可逆过程。自然地理环境在
某阶段是稳定的，但自然历史的长河又是发展的。 2）负反馈环的自我调节作用不会引起自然环境演化的终止，
负反馈环的自我调节作用在演化过程中，虽然是起“保守”作用，
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。
37～20亿年
30亿年
4亿年
生物圈出现，天然生态系统形成 人类生态系统形成
二三百万年
第一节 自然地理环境发展的方向性
二、四大圈层发展的方向性
随时间的推移，发展不断复杂化，由一种质的状态进 入一种新质状态。具有不可逆的特性。
1）岩石圈发展的方向性 地壳的演化具有明显的方向性（地洼学说）； 大陆面积逐渐扩大；
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：岩石中的结晶水形式存在于地球的内部→高 温蒸发降水→低洼处形成原始海洋（低盐、少水、高钙）→ 现代海洋(高盐、多水、低钙)。 • 5）土壤的演化：
从物理风化--→化学风化 化学风化作用可依次分为几个阶段：富钙阶段--→富硅 铝阶段--→富铁铝阶段 相应发育的土壤为：钙质土--→硅质土--→铁铝土
2.5亿年后 联合古陆
美国得克萨斯大学地质学家斯科特斯博士
地球形成的“固体的冷物质积聚假说”：
• 冷物质积聚过程中：放射性元素的蜕变放热；原始
地球的重力收缩不断使地球增温。地球热能积累到
使内部物质由刚性改变为可塑性，为重力分异创造 了有利条件。 • 在重力作用下，较重的铁、镍物质缓漫下沉，向地 球内部集中；较轻的硅酸盐类物质则缓慢地向上移
地貌发展的方向性（Davis的侵蚀循环学说）；
风化壳的发育及土壤的形成过程。 2）大气圈发展的方向性
原始大气，二氧化碳大气，现代大气（氮氧大气）
二、四大圈层发展的方向性
3）水圈发展的方向性 水体体积日渐增大； 大洋含盐浓度逐渐增大（CaCO3;cl-）。 4）生物圈发展的方向性 生命起源的方向性（无机到有机；简单到复杂到原始生命）； 生物从海向陆发展的方向性（保护，营养物质，理化条件稳定） 植物演化的方向性
• 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
2、气侯旋回 根据周期长短，世纪内旋回、超世纪旋回和冰期-间冰期旋回
三种。
第二节 自然地理环境的节律性
三、阶段性节律 生物自身特性所形成的节律具有阶段性的特点。
1、生物生长节律
每种生物的生命运动，其生长过程总是经历着个体的出 生、成长和衰亡，而子代个体又重复这一类似的过程。
2、生物进化节律
地球生物界的进化不是匀速渐变的，而是表现为阶段性 的突变和跃升。（动植物发展的方向性）
• (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。
•
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。
但它的作用有一定限度，当某些变动超过“阈值”时，自我调节 便会失去作用，系统会偏离初始状态。
3）系统的稳定性还与系统结构的复杂程度有关。越复杂的系
统，负反馈作用的阈值范围越大，也就越稳定。
珠峰
甘肃黄土高原 巴蜀梯田
黄淮海平原 腾格里沙漠 呼伦贝尔大草原
第四节 自然地理环境的发展演化
自然地理环境从简单到复杂，从比较无序到比较有序，成 为越来越复杂的耗散结构。这种发展具有不可逆性质，并将最 终造成其结构与特征的根本改变。 1）古代自然地理环境的发展过程 包括太古代、元古代、古生代和中生代。 总的看来，古代自然地理环境的变化主要包括：●由构造 运动引起的海陆变迁、陆地表面起伏程度的改变以及地面物质 的大规模迁移●作为气候变化表现形式的全球冷暖干湿变化， 大气环流形势和气候带的改变；●上述各种变化结果的生物界 的发展。 2）新生代自然地理环境的发展趋势 人类出现到形成人类生态系统
第二节 自然地理环境的节律性
二、旋回性节律 旋回性节律是以不等长的时间间隔为重复周期的自然演化规 律。比较于周期性节律，这是更高一级、更为复杂的自然节律。 在自然界中，地质旋回和气候旋回是旋回性节律的典型范例。 1、地质旋回 岩层的沉积层序（砾岩→砂岩→页岩→石灰岩）；历程漫长，
而且周期长短变化很大；具有级别不同的周期（纪；世）
第四节 自然地理环境的时间演化特点
1、基本特点 1）演化是不可逆的前进过程 2）演化是不断重复的节律过程 3）演化是前进与节律的统一过程 2、三大耗散结构类型