第四章自然地理环境的时间演化规律课件.ppt
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- 第四 自然 地理环境 时间 演化 规律 课件
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1、整体性含义整体性含义内在联系的整体性内在联系的整体性17世纪,因果理论,自然综合体世纪,因果理论,自然综合体结构和功能的整体性结构和功能的整体性系统论系统论结构与功能结构与功能21+1 (优化组合)(优化组合)2=1+1 (合理组合)(合理组合)21+1 (内耗占统治地位)(内耗占统治地位)非平衡有序系统的整体性非平衡有序系统的整体性 耗散结构理论,耗散结构理论,70时代时代“初级耗散结构初级耗散结构 对称破缺(分叉)对称破缺(分叉)混沌(远离平衡态)混沌(远离平衡态)涨落放大涨落放大 高级耗散结构高级耗散结构”物质循环与交换物质循环与交换发发展展演演化化发展方向性发展方向性节节 律律 性性稳
2、稳 定定 性性基基 本本 特特 点点A方向性方向性B节律性节律性C稳定性稳定性D发展演化规律发展演化规律E基本特点基本特点理解理解 记忆记忆一、自然地理环境的进化发展一、自然地理环境的进化发展 先进的先进的耗散结构理论具有广泛的普遍性耗散结构理论具有广泛的普遍性和和强大的生命力强大的生命力。自然地理环境自然地理环境是一个复杂、开放的巨型系统,是一个复杂、开放的巨型系统,具有耗散结构具有耗散结构,其进化发展就是耗散结构的进化。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、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、原始自然地理
3、系统的形成3、天然生态系统的形天然生态系统的形4、人类生态系统的形成、人类生态系统的形成1、自然地理环境进化的方向性、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、冬等周而复始的年之间的春、夏、秋、冬等周而复始的“可逆可逆”现象,但这毕竟现象,但这毕竟是是表面上的可逆表面上的可逆。因为每一次重复出现都有别于从前,包含着时。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。它们间对称性的破缺。它们不是原地打圈不是原
4、地打圈,而是,而是螺旋式前进螺旋式前进。(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)岩石圈的形成岩石圈的形成过程(按康德过程(按康德拉普拉斯假设):混沌拉普拉斯假设):混沌地壳地壳地幔地幔地核,绝不会倒转过来地核,绝不会倒转过来。2)地壳演化规律地壳演化规律(按地洼学说):(按地洼学说):地槽地槽地台地台地洼地洼,螺旋,螺旋式向前发展,不可逆式向前发展,不可逆。3)大气圈的演化大气圈的演化:原始大气:原始大气二氧化碳大气二氧化碳大气现代大气现代大气。4)水圈的演化水圈的演化:原始海洋(低盐、少水、高钙):原始海洋(低盐、少水、高钙)现代海
5、洋现代海洋(高高盐、多水、低钙盐、多水、低钙)。2、原始自然地理系统的形成、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阶段:(1)天文期天文期宇宙大爆炸宇宙大爆炸:46亿年前,地球起初是一些相互靠近的宇宙物质、星云宇宙物质、星云。由宇宙大爆炸宇宙大爆炸产生。(2)地质时期地质时期原始自然地理系统原始自然地理系统开始形成(原始圈层形成)形成(原始圈层形成):46亿年后,由于地球内放射性热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主要能源。由于地球内部热内部热量大量聚积聚积导致地球物质熔融熔融喷溢大量岩浆、气体岩浆、气体和水蒸气水蒸气形成了原始的岩石圈
6、、水圈岩石圈、水圈和大气圈大气圈,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,地球内能占优势,所以原始大气原始大气以CH4、CO、N2、H2O、NH3和CO2等为主。原始海洋原始海洋和海水海水为低盐、高钙型低盐、高钙型,且水少水少,因此物质、能量的交物质、能量的交换受到一定的限制换受到一定的限制。(3)原始自然地理系统形成原始自然地理系统形成三大圈层三大圈层紧密联结成统一整体统一整体:约于3720亿年前,地壳不断增厚。由于地壳增厚地壳增厚,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、耗散转换、耗散,并
7、促成三大无机圈中的物物质交换质交换,使三大圈层三大圈层紧密联结成统统一整体整体,联结成一个新的物新的物质系统质系统原始自然地理系统原始自然地理系统。由于原始大气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,环境中的小分子小分子和元素元素,在原始的海洋中原始的海洋中合成高分子化合物(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、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。继续进化。(1)原始生命的形成原始生命的形成异养细菌:大约在异养细菌:大约在3
8、0亿年前,地亿年前,地壳增厚到壳增厚到20km,地球内能对地表的作用再减弱,太阳辐,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。量为生。(2)(2)原始生态系统的形成原始生态系统的形成光合作用:自然地理环境光合作用:自然地理环境的一次重大飞跃的一次重大飞跃逐渐形成生物圈:形成生物圈:异养细菌感到食物匮乏,产生自养
9、生物自养生物:这些生物具有叶绿素具有叶绿素,称为蓝藻蓝藻,能进行光合作用光合作用,自身固定太阳能,制造有机物。于是产生了原始的生态系统原始的生态系统,这是自然地理环境的一次重大飞跃自然地理环境的一次重大飞跃(3)(3)生物圈生物圈逐渐形成:形成:原始的生态系统大大改变了自然地改变了自然地理环境的物理、化学过程理环境的物理、化学过程和元素迁移过程元素迁移过程,从而改变了自改变了自然地理环境的组成和结构然地理环境的组成和结构,逐渐形成生物圈形成生物圈。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。(4)(4)氧气形成:氧气形成:光合作用的不断加强,原始大气中的二氧化二氧化碳(碳(C
10、OCO2)减少)减少,其中碳以碳以碳酸盐岩类碳酸盐岩类固定在沉积岩固定在沉积岩中。O2不断增加,并在大气圈中出现臭氧层臭氧层,吸收了对生物体有害的紫外辐射(波长0.29m0.29m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能量转换效率提高了大约量转换效率提高了大约1919倍倍。(5)(5)天然生态系统的形成天然生态系统的形成:大约在距今4 4亿年前,生物从海生物从海洋登陆洋登陆,接受太阳辐射更为充分接受太阳辐射更为充分。结果导致生物种类和数量大增,水陆水陆都形成由生产者生产者(植物)、消费者
11、消费者(动物)和分分解者解者(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:全新的阶段:太阳能在有机界的转换,把有机界和无机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。界联结成整体系统。实际上实际上是绿色植物通过光合作用把是绿色植物通过光合作用把太阳能转变成潜能太阳能转变成潜能 通过食物链转移通过食物链转移 最后,食物最后,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。等形式加以释放。生物圈的出现,天然
12、生态系统的形成,使自然界的两个极生物圈的出现,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重要的地球化学循环建立起来(图图2 2和图和图3)3)。4 4、人类生态系统的形成、人类生态系统的形成 (1)(1)人类的出现:大约在距今二三百万年前,人类从动人类的出现:大约在距今二三百万年前,人类从动物界中分化出来。物界中分化出来。人类的出现,是自然地理环境进化史人类的出现,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。上又一次重大飞跃。也是人类生态系统形成的标志。(2)(2)人类社会的的生产方式在不断演化:从狩猎、采集人类社会的的生产方式在不断演化:从狩猎、采集
13、农耕放牧农耕放牧农业农业工业工业后工业阶段等,不断改变着后工业阶段等,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、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。资源、能源、环境污染等问题的滋扰。宇宙大爆炸宇宙大爆炸地质时期(地球内能主导)地质时期(地球内能主导)原始自然地理系统原始自然地理系统地壳增厚(太阳辐射能主导)地壳增厚(太阳辐射能主导)原始生命的形成原始生命的形成异养细菌异养细菌自养生物自养生物大气成分发生变化大气成分发生变化生物从海洋登陆生
14、物从海洋登陆生物圈出现,天然生态系统形成生物圈出现,天然生态系统形成人类生态系统形成人类生态系统形成自然地理环境的进化自然地理环境的进化二三百万年二三百万年4亿年30亿年亿年3720亿年46亿年 随时间的推移,发展不断复杂化,由一种质的状态进随时间的推移,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。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)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);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;大陆面积逐渐扩大;地貌发展的方向性(地貌发展的方向性(Davis的侵蚀循环学说);的侵蚀循环学说);风
15、化壳的发育及土壤的形成过程。风化壳的发育及土壤的形成过程。2)大气圈发展的方向性)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)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二、四大圈层发展的方向性 3)水圈发展的方向性)水圈发展的方向性 水体体积日渐增大;水体体积日渐增大;大洋含盐浓度逐渐增大(大洋含盐浓度逐渐增大(CaCO3;cl-)。)。4)生物圈发展的方向性)生物圈发展的方向性 生命起源的方向性(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生物从海向陆发展的方向性(保护,营养物
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