地表四大圈层

四大圈层的相互作用

2007-12-20 15:14:51| 分类：资料库|字号大中小订阅

四大圈层的相互作用

岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、相互作用、相互影响，构成了地球表层系统，构成了地球表层环境。圈层之间相互作用，都是通过能量、物质与信息的交换完成的。圈层之间相互作用的结果体现在地球表层环境的结构与特征上。地域分异规律是对地球表层自然环境结构与特征的归纳与刻画，是岩石圈、水圈、大气圈、生物圈相互作用的结果。

一、地球表层系统的物质循环与能量流动

能量是维持地球表层系统正常运行的动力，也是联系四大圈层的桥梁和纽带。

1. 地球表层系统的能量流动与能量平衡

（1）输入地球表层系统能量的来源主要有三个渠道：太阳辐射能、地热能和地球自转能。

（2）地球表层系统中能量的传输与转化过程。地球表层系统中，能量不断进行着吸收、释放、传输、转化的过程。这些过程交叉、交替进行，跨越了圈层的限制，是圈层之间，圈层内部各部分之间相互作用的纽带。

在地球表层系统中，能量的传输往往伴随着能量的转化和物质的流动。或者说，物质的流动必须由能量驱动。如果没有能量的输入与流动，就没有物质的流动与循环，也就不可能有生物，地球将变为一个死寂的星球。

圈层之间进行着多种不同能量的传输，简要归纳如下：

第一，大气圈与水圈之间进行着热能、动能、化学能和势能的传输与交换。由于大气与水体之间温度的差异，大气圈与水圈之间热能交换一直在不停地进行着。由于大气与水面之

间的摩擦作用，大气运动往往影响和带动水体的运动。大气与水体之间也在不停地进行物质交换和化学能的交换。当气压不同或变化时，会引起水体的分布与位势。如气压偏低，海平面就会上升；气压偏高，海平面就会降低。如台风经过海面时，由于台风中心气压很低，往往会导致海平面高出周围几厘米至几米。当水体分布发生变化时，同样也会引起气压的变化。

第二，大气圈与岩石圈之间在进行着热能、化学能、动能的交换。地面与大气之间通过长波辐射、大气逆辐射，进行热能交换。大气圈与岩石圈之间也进行着物质交换，并发生一定的化学反应。比如，风化作用从大气中吸收二氧化碳，同时也使岩石中的某些元素释放出来，因此两圈之间存在着化学能的交换。同时大气与地面之间的接触与摩擦作用，岩石圈的动能也可以传递给大气圈，大气的动能也可以传递给岩石圈。例如地球自转速度的变化，通过地面摩擦动能从岩石圈传递给大气圈，从而导致大气运动速度的改变。研究表明，在厄尔尼诺年，由于地球自转速度的减慢，在赤道附近的大气可以获得1m/s的向东的相对速度。当然，大气运动的动能也可以通过地面摩擦传递给固体地球。比如，地区自转速度的季节变化，就是由于大气角动量的季节变化引起的。

第三，水圈与岩石圈之间存在着热能、动能、势能和化学能的交换。在水与岩石接触的界面上，由于二者温度的差异，两个圈层之间就会有热能的交换。最明显的例子是海地火山、海底熔岩的溢出，加热海水。暖流不仅温暖所经过地区的大气，而且还温暖附近的岩石与土壤，冷流则对经过的区域的大气、岩石有冷却作用。岩石圈的变动，往往引起水体分布的变化，水体分布的变化也会反过来通过均衡作用引起地面岩石高程的调整。水圈与岩石圈之间的物质交换也很频繁，也存在一定的化学反应，进行着化学能的交换。比如，水对岩石的风化、分解和溶蚀，水中碳酸岩、硅酸盐等物质的析出与沉淀，海底火山喷处大量物质道海水中，洋中脊附近熔岩与海水的反应等等，都是岩石圈与水圈化学能交换的例证。

第四，生物圈与其他三个圈层之间普遍存在着热能与化学能的交换。生物需要从其它圈层中获取热量供其生长、发育，同时通过呼吸作用放出热量到三大圈层中。化学能的交换主要表现在物质交换上。生物生长、发育过程从三大圈层吸收营养物质，同时通过新陈代谢不

断向环境排泄出物质。生物死亡后被分解，物质完全回归环境。通过物质的循环和化学的反应，生物圈与三大圈层之间进行化学能的交换。

（3）地球表层系统的能量平衡太阳辐射能是地球表层系统能量的主要来源，因此，地球表层系统的能量平衡主要是太阳辐射能的平衡。

太阳几乎以恒定的数量不断地向地球提供短波辐射，其中一部分直接被大气中的云、尘埃和洋面、陆面反射回外空间，剩余的则被大气、海洋、陆地吸收，用于升高它们的温度。与此同时，大气、海洋、陆地也不断地向外空间发射长波辐射，从而试图使他们的温度降低。从长时间平衡来说，地球接受的辐射能与发射出去的辐射能是相等的，因而地球表面的温度保持不变。

从整个地球表层系统的年平均状况来看，能量处于平衡状态。但对于地球表层的各个部分来说，能量却不一定处处平衡。实际上，低纬度地区由于太阳高度角比较大、太阳辐射时间比较长，获得的短波辐射能量比发射出去的长波辐射能量多，是能量过剩区域；而高纬度地区由于太阳高度角比较小、太阳辐射的时间比较短，获得的太阳短波辐射能量比发射出去的长波辐射能量少，是能量亏损区域。

2. 地球表层系统的物质迁移与循环

能量驱动地球表层系统的物质迁移与循环，反过来，物质迁移与循环不仅带动了能量的流动与传输，而且还导致能量的转化与交换。物质迁移与循环和能量传输与转化一样，是地球表层系统发展演化的原因与动力，也是圈层间相互联系的纽带、相互作用的杠杆。地球表层系统的物质循环，通常划分为大气循环、水循环、地质循环、生物循环和地球生物化学循环。

大气循环渗透到各个圈层，并且与其它圈层发生交换和联系。生物通过光合作用和呼吸作用在更新和改变着大气，岩石、土壤中的大气也在不断地与大气进行着交换，海洋则是大气某些组分的重要的源和汇。因此可以说，水圈、岩石圈和生物圈也参与了大气的循环。水

循环似乎是水圈中的物质循环，但实际上水循环跨越了大气圈、生物圈和岩石圈：降水发生在大气圈，水汽的运移是由大气运动完成的；径流发生在岩石圈表层（地表径流）和岩石圈内部（地下径流），是水循环的重要步骤；植物的蒸腾是水循环的重要方面，植被对降水的截留，改变了水循环的过程与速度。地质循环也不仅仅局限于岩石圈，因为岩石的风化、分解、溶蚀和沉积物的搬运、堆积、固结成岩，都离不开大气与水的参与，生物在地质循环中也发挥一定的作用。生物地球化学循环，更是跨越大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。

二、地球表层自然环境的地域分异规律

自然地理环境的地域分异过程与整化过程是同时并存的。如果没有地域分异过程，地表自然界将成为一种均质体，到处都呈现一种地貌，温度无高低之分，降水量无多寡之别，地势无高下起伏，地形无山地平原等，自然景观远离丰富多彩，将显得非常单调。

地域分异规律，也称空间地理规律，是指自然地理环境整体及其组成要素在某个确定方向保持特征的一致性，而在另一确定方向上表现出差异性，因而发生更替的规律。一般公认地域分异规律包括纬度地带性和非纬度地带性两类，分别简称地带性规律和非地带性规律。后者又因距海远近不同所形成的气候干湿分带性和因山地海拔增加而形成的垂直带性分异两个方面。

1.地带性

地带性学说堪称近代地理学的经典学说之一，地带性主要是指纬度带或纬度地带。

（1）纬度地带性规律由于太阳辐射随纬度不同而发生有规律的变化，导致地球表面热量分带：热带、亚热带、温带、和寒带。由于这些热量带平行于纬线呈东西向分布，并且随着纬度的高低呈南北向的交替变化，故称之为纬度地带性。由于热量的差异，地表景观也随之不同。纬度地带性规律是全球尺度的地域分异规律。由于受海陆分布、大气环流、洋流等因素影响，纬度地带性有时会受到干扰，规律性受到局部破坏，但纬度地带性是普遍存在规律。