伍光和自然地理学

伍光和自然地理学 绪论 一、自然地理学的研究对象和分科 (一)地理学 地理学是研究地理环境(自然环境、经济环境和社会文化环境)的科学。 地理学的“三分法”——自然地理学、经济地理学、人文地理学 地理学的“三层次”——统一、综合、部门 地理学的“三重性”——理论地理学、应用地理学、区域地理学(二)自然地理学的研究对象 自然地理环境(包括天然环境和人为环境)的组成、结构、功能、动态及其地域分异规律。 (三)自然地理学的分科 综合自然地理学、部门自然地理学 二、自然地理学的任务 三、自然地理学与其他学科的关系 四、本书的内容和结构 第一章地球 第一节地球在宇宙中的位置 第二节地球的形状和大小 第三节地球的运动 第四节地理坐标 第五节地球的圈层结构 第六节地球表面的基本形态和特征 教学重点认识地球的宇宙环境及其形状、大小、圈层结构及表面形态结构特征,掌握地球运动规律及其地理意义。 教学难点地球运动规律及其地理意义。 教学活动 实习与实验:在野外或者实验室认识地球的宇宙环境及其形状、大小、圈层结构、表面形态结构特征以及地球运动规律。 检索分析:在图书馆文献信息系统或者网络上,检索“地球运动”、“地球圈层结构”,分名检索和关键词检索,看有哪些图书、论文和网站与之有关,并了解该领域的新进展。 参考文献 1. Arthur N Strahler, Pysical Geography, John Wiley & Sons, 4th. Ed 1975. 2. 王维.地球的形状——人类对它认识的历史.北京:科学出版社, 1982. 3. J.H.塔齐. 地球的构造圈.北京:地质出版社,198 4. 4. 弗兰克.普内斯等.地球.重庆:重庆出版社,1990. 第一节地球在宇宙中的位置 一、宇宙和天体 二、太阳和太阳系 9大行星、50个卫星、50万个小行星、少数彗星 三、地球在天体中的位置 第二节地球的形状和大小 一、地球的形状及其地理意义 旋转椭球体黄赤交角太阳高度角自然现象的地带性分布 二、地球的大小及其地理意义 地球的巨大质量,使它能够保持一个具有一定质量和厚度的大气圈,拥有海洋和河湖,拥有生命…… 第三节地球的运动 一、地球的运动 (一)地球自转的规律性 (二)地球公转的规律性 二、地球运动的地理意义 首先,地球自转决定了昼夜更替,使水平运动的物体发生偏转(北半球右偏而南半球左偏),并使地球上同一时刻、不同经线上具有不同的地方时间,而且由于月球和太阳的引力差使地球体发生弹性形变——潮汐作用,地球的整体自转运动同它的局部运动(地壳运动、海 水运动、大气运动等)密切相关。 同时,地球运动时,它的自转轴倾斜于其公转轨道面(黄赤交角),这影响着太阳辐射能在地面上的分布和变化,从而决定了地球上有四季的递变和五带的区分;其次,地球自转和公转的周期,提供了两个时间的自然单位——日和年,认识和利用它们的周期性规律,人们创造了历法和计时制度。 第四节地理坐标 一、纬线与纬度 二、经线与经度 第五节地球的圈层构造 一、地球的圈层分化 二、地球的内部构造地壳、地幔、地核 三、地球的外部构造大气圈、水圈、生物圈 第六节地球表面的基本形态和特征 一、海陆分布 二、海陆起伏曲线 三、岛屿 四、地球表面的基本特征 (一)地球表面是太阳辐射和太阳能转化的主要场所。 (二)地球表面是固态、液态和气态物质相互渗透、相互转化的两相或三相界面。 (三)地球表面具有独特的物质现象,如生物、风化壳、土壤层、粘土矿物、沉积岩以及各种地貌形态。 (四)地球表层具有复杂的、高速度和高强度的物质、能量交换、转化和循环过程。 (五)地球表层存在着复杂的强烈的内部分异过程。 (六)地球表层是人类社会发生、发展的环境。 第二章地壳 第一节地壳的组成物质 第二节构造运动与地质构造 第三节大地构造学说 第四节火山与地震 第五节地壳的演变 教学重点认识地壳的物质组成及其演变,掌握构造运动、地质构造、大地构造学说以及地震、火山的概念和理论。 教学难点构造运动、地质构造、大地构造学说以及地震、火山的概念和理论。 教学活动 实习与实验:在野外或者实验室、地质博物馆认识构造运动、地质构造以及地震、火山。 检索分析:在图书馆文献信息系统或者网络上,检索“地壳”、“构造运动“火山”、“地震”,分题名检索和关键词检索,看有哪些图书、论文和网站与之有关,并了解该领域的新进展。 参考文献 1. 夏邦栋等. 地质学概论.北京:高等教育出版社,199 2. 2. J.H.塔齐. 地球的构造圈.北京:地质出版社,1984. 3. 傅承义.大陆漂移、海底扩张和板块构造.北京:科学出版社,197 4. 4. 周廷儒. 故地理学.北京:北京师范大学出版社,1982. 第一节地壳的组成物质 一、化学成分与矿物 (一)化学成分克拉克值 在已知的108种化学元素中,自然界存在92种,并有300余种同位 素。 (二)矿物 是单个元素或若干元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物,它是构成岩石的基本单元。 (三)主要造岩矿物与常见矿物 岩石是造岩矿物按照一定的结 构集合而成的地质体,按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。 二、岩浆岩 岩浆岩是上地幔的高温熔融岩浆沿岩石圈破裂带上升侵入地壳甚至喷出地表形成的岩石。 (一)岩浆岩的矿物组成 硅酸盐、金属硫化物、氧化物、挥发物。 (二)岩浆岩的产状、结构和构造 1. 产状 2. 结构:玻璃质结构、隐晶质结构、显晶质结构、斑状结构 3. 构造:块状构造、斑杂构造、流纹构造、气孔构造、杏仁状构造 (三)岩浆岩的主要类型 1. 按化学成分与矿物组成:超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩 2. 按结构、构造与产状:深成岩、浅成岩、喷出岩 3. 综合分类: 三、沉积岩 沉积岩是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物质等疏松沉积物固结而成的岩石。 (一)沉积岩的基本特征 沉积岩具有层理,富含次生矿物、有机质和生物化石,有碎屑结构或非碎屑结构之分,具有印模(波痕、雨痕、干裂、槽模、沟模等)、缝合线或结核等原生构造特征。 (二)沉积岩的主要类型 1. 碎屑岩类 2. 粘土岩类 3. 生物化学岩类 四、变质岩 (一)变质作用与变质岩 固态原岩因温度、压力及化学活动性流体的作用而导致矿物成分、化学结构与构造的变化统称为变质作用,其形成的岩石即为变质岩。 (二)变质作用类型与常见变质岩 1. 动力变质作用 构造运动引起的定向压力使原岩碎裂、变形及一定程度的重结晶,称为动力变质作用。代表性岩石:构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩 2. 接触热变质作用 发生于侵入体与围岩接触带,围岩受热后矿物发生重结晶、脱水、脱碳、形成变晶结构结构与新矿物。 代表性岩石:斑点板岩、角岩、大理岩、石英岩 3. 接触交代变质作用 发生于侵入体与围岩接触带,高温下岩浆分泌的挥发性物质与热液通过围岩的交代作用使后者化学成分发生变化形成新矿物。 代表性岩石:矽卡岩 4. 区域变质作用 区域性构造运动导致的深广范围的变质作用。 代表性岩石:板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、变粒岩、麻粒岩 5. 混合岩化作用(超变质作用) 区域变质与岩浆作用间的一种过渡性地质作用。 代表性岩石:混合花岗岩 第二节构造运动与地质构造 一、构造运动的特点与基本方式 构造运动主要是地球内动力引起的使地壳发生变位与变形的机械运动,经常涉及更深的构造圈。 (一)构造运动的一般特点 构造运动特点:普遍性、永恒性、方向性、非均速性、幅度与规模差异性等 (二)构造运动的基本方式 1. 水平运动地壳或岩石圈块体沿大地水准面切线 方向的运动 2. 垂直运动地壳或岩石圈块体垂直于大地水准面切线方向的升降运动 二、构造运动与岩相、建造和地层接触关系 (一)岩相 海相(深海相、浅海相)、陆相(河流相、湖泊相、沼泽相、滨海相)、过渡相 (二)沉积建造 沉积建造是彼此有共生关系的地层(岩相)组合或岩性大致相同的沉积物组合。 1. 地槽型建造主要由海相地层组成的、厚度很大,无沉积间断或仅有极短间断、产生于强裂构造下降区,岩浆岩与火山碎屑岩分布较 广。 2. 地台型建造以陆相碎屑沉积为主,厚度不大,未受强烈构造变动,地壳升降幅度均较小的地台上的建造,岩浆岩分布较少。 3. 过渡型建造兼有地槽型与地台型建造特征但以碎屑岩占优势,陆相沉积与泻湖相沉积分布广泛。 (三)地层的接触关系 1. 整合相邻新老地层产状一致且相互平行,时代连续,无沉积间断。 2. 假整合又称平行不整合,相邻地层产状平行但时代不连续。 3. 不整合又称角度不整合,相邻地层产状既不一致,时代也不连续,有地层缺失。 4. 侵入接触侵入体边缘有捕虏体,接触带界面不规则,围岩有变质现象。 5. 侵入体的沉积接触后期沉积岩覆于前期侵入体所形成的剥蚀面之上。 二、地质构造 地质构造岩层或岩体经构造运动而发生的变形与变位。 (一)水平构造丹霞地貌 (二)倾斜构造单面山 (三)褶皱构造背斜、向斜 (四)断裂构造节理、断层 第三节大地构造学说 一、板块构造学说 (一)大陆漂移学说 (二)海底扩张学说 (三)板块构造学说 板块边界:扩张型、俯冲型、转换断层型 六大板块:欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块、南极板块 二、槽台说与地洼说 槽台说认为:地壳运动主要受垂直运动控制,其驱动力为地球物质的重力分异作用,其构造单元分为活动的地槽区和稳定的地台区。 地洼说认为:地壳发展过程中,活动区(地槽)和稳定区(地台)可以相互转化。 三、地质力学学说 地质力学学说认为:全球地质构造的展布具有一定的方向和方位,即纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系。 第四节火山与地震 一、火山 (一)火山的类型与分布 1. 火山类型 2. 火山分布 (二)火山地貌 二、地震 第五节地壳的演变 一、地质年代 (一)相对地质年代 依据地层下老上新的沉积顺序,地层剖面中的整合与不整合关系,古生物化石与生物群体进行对比,确定某个地层或事件的相对年代的。 (二)绝对地质年代 通过矿物或岩石的放射性同位素的 测定,依据放射性同位素蜕变规律计算其距今年代的方法。 二、地壳演化简史 第三章大气和气候 第一节大气的组成和热能 第二节大气水分和降水 第三节大气运动和天气系统 第四节气候的形成 第五节气候变化 教学重点认识大气的的组成、特性及其运动,掌握气候的形成和变化规律。 教学难点气候的形成和变化规律 教学活动 实习与实验:在野外或者实验室认识大气的组成及气候变化规律。检索分析:在图书馆文献信息系统或者网络上,检索“大气”、“气候”,分题名检索和关键词检索,看有哪些图书、论文和网站与之有关,并了解该领域的新进展。 主要参考书 1. 周淑贞主编.气象与气候学(第三版).北京:高等教育出版社,1997. 2. 潘守义等.现代气候学原理.北京:气象出版社,1994. 3. 王绍武.气候系统引论.北京:气象出版社,199 4. 4. 张家诚著.气候与人类.郑州:河南科学技术出版社,1988. 5. 谭冠日.气候变化与社会经济.北京:气象出版社,1992. 第一节大气的组成和热能 一、大气的成分 大气由干洁空气、水汽、悬浮尘粒或杂质组成,在近地表85km以下,其成分可分为两类,定常成分(氮、氧、氩和微量惰性气体氖、氪、氙、氦等)和可变成分(水汽、二氧化碳、臭氧、一氧化碳、甲烷、硫化氢、二氧化硫等)。 二、大气的结构 (一)大气质量(图3-1) (二)大气压力 气压是指从观测高度到大气上界单位面积上铅直空气柱的重量,它随着高度的上升而降低;但是,由于地表的非均一性及动力、热力因子影响,同一水平面上实际气压的分布并不均匀,因此,各地同一时刻的海平面气压值存在差异,可分为低气压、高气压、低压槽、高压脊及鞍形等气压场类型。 (图3-2-3) (三)大气分层 按照温度和运动情况,可将大气分为五层。 (图3-4) 三、大气的热能 (一)太阳辐射 地球及大气的热状况是天气变化的基本因素,辐射交换是决定热状况的能量交换方式之一,而太阳辐射从根本上决定地球、大气的热状况,从而支配其他能量的传输过程。 (二)大气能量及其保温效应 大气本身对太阳辐射的直接吸收很少,而水、陆、植被等下垫面却能大量吸收太阳辐射,并经潜热和感热转化供给大气。 (图3-5) (三)地-气系统的辐射平衡 辐射平衡是指地-气系统内部某一时段内,地面与大气以辐射和热量输送形式进行的能量交换的收支差值。 (图3-6、3-7) 四、气温 (一)气温的周期性变化 1. 气温的日变化 气温日较差是指一天中最高温度与最低温度之差,它与纬度 、季节、地表性质、天气状况等因素密切相关。 2. 气温的年变化 气温年较差是指气温的年变化幅度。 (图3-8) (二)气温的水平分布 (图3-9-10) (三)气温的垂直分布 气温主要随海拔高度的升高而降低,同时受到纬度、地面性质、大气环流等因素的影响。 第二节大气水分和降水 一、大气湿度 (一)湿度概念及其表示方法 水汽压、饱和水汽压、绝对湿度、相对湿度、露点温度 (二)湿度的变化与分布 二、蒸发和凝结 (一)蒸发及其影响因素 温度、性质、性状、空气湿度、风 (二)凝结和凝结条件 三、水汽的凝结现象 (一)地表面的凝结现象露、霜、雾凇、雨凇 (二)大气中的凝结现象 雾:辐射雾、平流雾、蒸汽雾、上坡雾、锋面雾 云:积状云、层状云、波状云 (图3-13-14-15) 四、大气降水 (一)降水的形成 云滴凝结增长→→→→云滴的冲并增长 (二)降水的类型 对流雨、地形雨、锋面雨、台风雨 (三)降水的时间变化 1. 降水强度、降水量、降水变率 2. 降水的日变化:大陆型、海洋型 3. 降水的年变化:赤道型、热带型、副热带型、温带及高纬型 (四)降水量的地理分布 降水量的空间分布受纬度、海陆位置、大气环流、天气系统、地形等多种因素制约,全球划分为四个降雨带:赤道多雨带、南北纬15o-30o 少雨带、中纬多雨带、高纬少雨带。 (图3-19) 第三节大气运动和天气系统 一、大气的水平运动 (一)作用于空气的力 水平气压梯度力、地转偏向力、地面摩擦力、惯性离心力 (图3-20-21-22) (二)自由大气中的空气运动 地转风、梯度风 (图3-23-24) (三)风随高度的变化 1. 地转风随高度的变化——热成风 (图3-25-26-27) 2. 摩擦层中风随高度的变化 (图3-28) 二、大气环流 大气环流是指大范围内具有一定稳定性的各种气流运行的综合现象,它构成了全球大气运行的基本形势,是全球气候特征和大范围形势的主导因素与各种尺度天气系统活动的背景条件。 水平尺度可涉及某个大地区、半球甚至全球;垂直尺度有对流层、平流层、中间层或整个大气圈的大气环流;时间尺度有数日、月、季、半年、一年直至多年的平均大气环流。 大气环流的主要表现形式包括全球行星风系、三圈环流、定常分布的平均槽脊和高空急流、西风带中的大型扰动、季风环流。 (图3-30-31-32-33-34-35) 三、主要天气系统 天气系统是指大气中引起天气变化的各种尺度的运动系统,包括温压场和风场中的大气长波、气旋、反气旋、锋面、台风、龙卷 风等。 (图3-38-42-43) 第四节气候的形成 一、气候和气候系统 (一)气候的概念 气候是指某一地区多年间大气的一般状态及其变化特征,按空间尺度大小可分为全球气候、区域气候、小气候等。 (二)气候系统 气候系统的组成:大气圈、海洋、冰雪圈、岩石圈、生物圈 (图3-44) 二、气候的形成 (一)气候形成的辐射因子 太阳辐射是气候系统的能源,又是一切大气物理过程和现象形成的基本动力。 (图3-46-47) (二)气候形成的环流因子 大气环流是热量和水分的转移者,也是气团形成的基本原因。 沃克环流、厄而尼诺、南方涛动 (图3-48-49-50) (三)气候形成的地理因子 地理因子通过对辐射因子与环流因子的影响而作用于气候,使得气候既具有纬度地带性,又具有非地带性特征。 三、气候带和气候型 (图3-51) 第五节气候变化 一、气候变化简史 (表3-24) 二、气候变化的原因 (一)天文学方面的原因 1. 太阳辐射强度的变化 2. 太阳活动的准周期变化 3. 地球轨道要素的变化 (二)地文学方面的原因 1. 地极移动与大陆漂移 2. 造山运动 3. 火山活动 (三)人类活动对气候的影响 三、未来气候的可能变化 变冷说、变暖说 第四章海洋和陆地水 第一节地球水循环与水量平衡 第二节海洋起源与海水理化性质 第三节海水的运动 第四节海平面变化 第五节海洋资源和海洋环境保护 第六节河流 第七节湖泊与沼泽 第八节地下水 第九节冰川 教学重点认识地球水循环与水量平衡的规律,掌握海洋、河流、湖 泊、地下水及冰川等水域环境的特点及其变化规律。 教学难点海洋、河流、湖泊、地下水及冰川等水域环境的特点及其变化规律。 教学活动 实习与实验:在野外认识海洋、河流、湖泊、地下水及冰川等水域环境的特点及其变化规律。 检索分析:在图书馆文献信息系统或者网络上,检索“水循环”、“海洋”、“河流”、“湖泊”、“地下水”及“冰川”,分题名检索和关键词检索,看有哪些图书、论文和网站与之有关,并了解该领域的新进展。 参考文献 1. David H. Miller. Water at the Surface Currents of the Earth. Academic Press. 1977 2. 施雅风等.中国海平面上升及其影响评估.中国科学院院士咨询报告总第一号. 北京:科学出版社,1994. 3. 范时清.地球与海洋.北京:科学出版社,1982. 4. 叶锦昭等.世界水资源概论.北京:科学出版社,1993. 第一节地球水循环与水量平衡 一、地球上水的分布 地球水圈结构模式图(引自陆渝蓉,1999) 二、水循环与水量 平衡 (一)水循环 (图4-1) (二)水量平衡 (表4-2) (图4-2) 第二节海洋起源与海水理化性质一、海洋的起源 地壳变薄→洋盆形成→海水聚集二、世界大洋及其分区 太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋三、海及其分类 内海、边缘海、外海、岛间海 四、海水的组成 (一)海水的化学成分 H和O是海水最主要的化学元素,其常量元素(≥100mg/L)有: Cl, Na, Mg, S, Ca, K; 微量元素(<100mg/L) 有Br, C, Sr, B, Si, F, Li, I, Mo, U, Ag, Au 等。 海水中的溶解气体主要是氧气和二氧化碳。 (二)海水的盐度和氯度(S?,Cl?) 盐度=0.03+1.805х氯度盐度=34.6+0.0175(E-P) 五、海水的温度、密度和透明度 (图4-3) 第三节海水的运动 一、潮汐与潮流 (一)潮汐现象与引潮力 潮汐现象是指引潮力(月球和太阳对地球的引力差)引起的地球上海水的周期性涨落现象。(图4-4) (二)潮流 潮流是指海水在发生潮位升降的同时进行的周期性的水平流动,按其运动方式可分为回转流、往复流、涨潮流和落潮流等。 二、海洋中的波浪 (一)波浪及其类型 (图4-5-6) (二)波浪的折射(图4-7-8) 三、洋面流和水团运动 洋流是指海水在风力(主导因素)、地转偏向力、海陆分布和海底起伏等因素影响下沿着一定方向有规律的水平流动。 (一)洋流的成因和分类 1. 按成因分为:摩擦流、重力—梯度流、潮流 2. 按温度分为:暖流、寒流 (二)洋流模式和主要洋流 (图4-9-10-11-12) (三)大洋水团及其环境 水团是指具有特别温度和特别盐度值的、性质相同的大团水体。(图4-13、4-14) 第四节海平面变化 自从海洋形成以来,由于海水体积逐渐增加,海平面在总体上是逐渐上升的,而海平面上升将使沿岸地区风暴潮灾害加剧,海岸侵蚀强化,潮滩湿地损失,盐水入侵河口及海岸地下含水层,阻碍陆地洪水与沿海城镇污水排放。 一、7万年来的海平面变化 (图4-15) 二、近百年的海平面变化 近百年来,由于气候变暖和温室效应导致海洋热膨胀和冰川消融加剧,全球海平面普遍呈上升趋势。 三、21世纪海平面上升预测 (图4-16) 第五节海洋资源和海洋环境保护 一、海洋资源 海洋资源是指与海水本身有直接关系的物质和能量,包括海水化学资源、海底矿产资源、海洋动力资源、海洋生物资源等。 二、海洋对地理环境的影响 海洋是地球生命的摇篮,拥有地球上最大的生态系统——海洋生态系统。 海洋是到达地表的太阳能的主要接收者和蓄积者,间接影响着气候和受气候影响的各种 自然现象。 三、海洋环境保护 减少和防止海洋污染,进行适当的生产安排和合理的资源开发。 第六节河流 一、河流、水系和流域 (一)河流、水系和流域的概念 表1.7中国七大江河年径流量 项目长江黄河松花江珠江辽河海河淮河 流域面积(万km2) 180.9 5.2 55.7 44.4 22.9 26.4 26.9 河长(km) 6300 5464 2308 2214 1390 1090 1000 年均降水深(mm) 1070 475 527 1469 473 559 889 年均径流量(亿m3) 9513 658 62 3338 148 228 622 注入东海渤海黑龙江南海渤海长江渤海 (二)水系形式 (三)河流的纵横剖面 (图4-17) (四)河流的分段 (五)流域特征对河流的影响 二、水情要素 (一)水位 水位是指河流中某一标准基面上的水面高度,它是河流流量大小的主要标志。 (二)流速 流速是水质点在单位时间内移动的距离。它取决于纵比降方向上水体重力的分力与河岸和河底对水流的摩擦力之比。 (三)流量 流量是指单位时间内通过某过水断面的水量。 (图4-20-21) (四)水温与冰情 三、河川径流 (一)径流的形成和集流过程 停蓄→漫流→河槽集流 (二)径流计量单位 流量Q、径流总量W、径流模数M、径流深度y、径流变率K、径流系数α (三)正常径流量 (四)径流的变化 1. 年内变化汛期、平水期、枯水期、冰冻期 2. 年际变化 (五)特征径流洪水、枯水 四、河流的补给 (一)河流补给的形式及其特点 1. 降水补给:与流域降水量及其变化密切正相关。 2. 融水补给:与流域的积雪量和气温变化有关。 3. 地下水补给:具有稳定和均匀的特点。 4. 湖泊和沼泽水补给:取决于湖泊和沼泽对水量的调节作用。 5. 人工补给:与人类生产或生活的需要密切相关。 (二)河流水源的定量估计 (图4-22-23-24) 五、流域的水量平衡 六、河流分类 以河流径流的年内动态差异为标志,我国河流可分为:东北型、华北型、华南型、西南型、西北型、阿尔泰型、内蒙古型、青藏型等8类。 七、河流与地理环境的相互影响 自然因素(气候、流域海拔高度、坡度和切割密度、地表物质组成、植被等)影响着河流的各项水文特征;同时,河流也显著影响着流域的地理环境(气候、地貌、植被等)。 第七节湖泊与沼泽