自然地理环境的基本规律 (2)幻灯片.ppt

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1、自然地理环境的基本规律第1页，共54页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 整体性规律整体性规律 一、概一、概 述述（一）整体性含义（一）整体性含义 1、自然地理环境的四四个个基基本本地地圈圈：对对流流圈圈、水水圈圈、沉沉积岩石圈、生物圈。积岩石圈、生物圈。2、为为什什么么地地理理学学界界都都把把自自然然地地理理环环境境作作为为整整体体来来研研究？究？(1)自自然然地地理理环环境境是一个由一些大大小小不不同同、等等级级有有别别、内内部部结结构构复复杂杂程度参差不一的物物质质系系统统，逐逐级级镶镶嵌嵌组合而成的。(2)组成自然地理环境的六六大大要要素素为地地貌貌、气气候候、水水文文、植物、动物

2、植物、动物和土壤。土壤。第2页，共54页，编辑于2022年，星期二(3)自然地理环境各个要素各个要素的性质和功能，与与自然地理环境整体性质、功能有巨大区别整体性质、功能有巨大区别，即使某一要素对某一级自然地理环境的形成和特征有着重要影响，也不能取而代之不能取而代之。因为任何要素的任何要素的作用，只有在与其他要素相联系的情况下才能发挥作用，只有在与其他要素相联系的情况下才能发挥。(4)整体性含义整体性含义包括两方面：A、统一含义、统一含义：指构成整体整体和各要素各要素不是孤立存在的，而是相互联系相互联系、相互作用、相互制约组成一个统一的整体统一的整体；B、特殊含义、特殊含义：指整体整体具有各孤立

3、要素所没有的性质和功能性质和功能。但整体功能并不等于不等于各部分、各要素功能的任意凑合任意凑合。(5)自然地理环境的整体性规律整体性规律，是自然地理最基最基本的规律本的规律。它与其他规律有不可分割的联系与其他规律有不可分割的联系。所以地理学界，都把自然地理环境作为整体来研究。第3页，共54页，编辑于2022年，星期二（二）整体性实质（二）整体性实质 1、自自然然地地理理环环境境整整体体性性规规律律的的实实质质就就是是自自然然地地理理环境的内部联系性环境的内部联系性 自然地理环境的整体性规律，是通过对其组组成成和和结结构构的分析总结出来的。即对自然地理环境的无无机机和和有有机机组组成成，对自然地

4、理环境的空空间间结结构构和和时时间间结结构构的分析综合，总结出来的。其实实质质就就是是自自然然地地理理环环境境的的内内部部联联系系性性。即各各组组成成要要素素和和各各部部分分，综综合合交交融融，互互为为因因果果，通俗地说，就是“牵一发而动全身”。第4页，共54页，编辑于2022年，星期二2、整体性观念和内部联系的规律性、整体性观念和内部联系的规律性自然地理学的奠基人洪堡洪堡在他的五卷巨著宇宙一书中写道：“自然地理学的最终目的是认识多种认识多种多样的统一多样的统一，研究地球各种现象的一般规律一般规律和内内部联系部联系。”这就是指整体性观念整体性观念和内部联系的规内部联系的规律性律性。3、整体性规

5、律又是自然地理研究的出发点（为、整体性规律又是自然地理研究的出发点（为什么？）什么？）人们对自然地理的研究包括：(1)自然地理环境的结构和功能结构和功能以及各种结构形成结构形成的机制和规律的机制和规律；(2)物质循环能量交换物质循环能量交换的调节、控制和可能途径；(3)研究自然地理区划自然地理区划和土地类型土地类型，确定其综合特征，开发利用的方向和途径；(4)研究人地关系人地关系，探求环境与发展协调的正确途径等等.上述研究都必须从自然地理环境的整体性出发从自然地理环境的整体性出发。不承认整体性规律就不可能取得有实际意义的成果实际意义的成果。所以，整体性规律又是自然地理研究的出发点。然而，地理学

6、界对自然地理环境整体性规律的认识，同其他学科一样，有一个由浅入深的深化过程由浅入深的深化过程。第5页，共54页，编辑于2022年，星期二二、整体性认识的发展二、整体性认识的发展整体性包括内在联系的整体性、结构和功能的整体性、内在联系的整体性、结构和功能的整体性、非平衡有序系统的整体性非平衡有序系统的整体性等(一一)内在联系的整体性内在联系的整体性 1、概念、概念 内内在在联联系系的的整整体体性性是指自然地理环境的各各组组成成要要素素(地貌、气候、水文、土壤、植物、动物)相相互互联联系系、相相互互制制约约形成统一整体的特性。其中任一要素发生变化，必然引起其余要素发生相应的变化，某一部分发生变化，

7、必然引起其相邻部分发生相应的变化。第6页，共54页，编辑于2022年，星期二第7页，共54页，编辑于2022年，星期二第8页，共54页，编辑于2022年，星期二2、人类活动引起自然地理环境的变化、人类活动引起自然地理环境的变化 人类活动对大自然的干预，引起自然地理环境的变化屡见不鲜。如英英国国和和泰泰晤晤士士河河曾由于伦敦及其附近城镇的废废水水污污染染，水质变黑，发臭（水水文文变变化化），导致鱼类绝迹（生生物物变变化化）。后经二三十年整治，河水再度变清（水水文文变变化化），继而鱼类重新出现（生物变化生物变化）。第9页，共54页，编辑于2022年，星期二3、内在联系整体性认识的理论、内在联系整体

8、性认识的理论基础是因果论基础是因果论 17世纪世界崇尚因果论，地理学界也不例外。认为自自然然地地理理事事物物和和现现象象具具有有深深刻刻的的因因果果联联系系。一旦在自然综合体中有某一环节发生变化，其他所有环节必将随之发生变化。当然，整整个个体体系系的的变变化化规规模模在本质上决决定定于于各各组组成成部部分分或要要素素的的变变化化规规模模。这就是自然地理环境内部联系的整体性。第10页，共54页，编辑于2022年，星期二（二）结构和功能的整体性（二）结构和功能的整体性第11页，共54页，编辑于2022年，星期二1、系、系统统的的结结构和功能构和功能(1)系系统统结结构构就是系统内部各要素之间的特特

9、殊殊网网络络关关系系。即是系统内部的物物质流、能量流、信息流质流、能量流、信息流和流通渠流通渠道。也可以理解为系统的骨架系统的骨架。现实世界中，往往在构成要素相同的情况下，各要素的组合方式不同，即结构不同，系统的整体功能也大不一样结构不同，系统的整体功能也大不一样。如：石墨石墨：层状结构松软铅笔芯 金刚石金刚石：岛状结构坚硬钻石(2)系统功能系统功能是指物质、能量、信息物质、能量、信息在系统内传递转化的外部表现传递转化的外部表现。例如：土土壤壤、草草本本植植物物和和食食草草动动物物三个子系统通过结构网络构成一个生生态态系系统统，其功能正是结构网络保证物质、能量在系统中传递和转化。一旦这种传递和

10、转化受阻，整个生态系统就会陷于解体，系统的结构网络将不复存在。第12页，共54页，编辑于2022年，星期二(2)系系统统功功能能是指物物质质、能能量量、信信息息在系统内传传递递转转化化的的外外部部表现表现。例如：土土壤壤、草草本本植植物物和和食食草草动动物物三个子系统通过结构网络构成一个生生态态系系统统，其功能正是结构网络保证物质、能量在系统中传递和转化。一旦这种传递和转化受阻，整个生态系统就会陷于解体，系统的结构网络将不复存在。以磷在此生态系统中的传递和转化说明以磷在此生态系统中的传递和转化说明：人们将磷施于(输人)土壤后首先溶解于土壤水中随后被植物的根系吸收而进入植物体内，参加植物体的建造

11、植物体的磷 归还给土壤归还给土壤：一部分由于植物死亡变成枯枝落叶土壤土壤；输输出出生生态态系系统统之之外外：另一部分被食草动物取食动物体内，参与动物体的代谢输出到该生态系统之外。第13页，共54页，编辑于2022年，星期二显而易见，每一个子系统都有磷的输入、输出，以及在各子系统中转化。这种功能的顺利实现全赖于该生态系统的结构网络通畅。一旦由于某种原因，结构网络受破坏，例如例如土壤子系统的结构发生了变化，使施入的磷与土壤水中的化学物质发生反应，生成难溶的磷化合物，植物就难以吸收。这时整个系统就要受影响，其功能也就不能正常发挥。第14页，共54页，编辑于2022年，星期二(3)系统结构与功能的关系

12、系统结构与功能的关系 系统结构 1)结构结构是保证物质、能量、信息流通的渠道。与功能的 2)功能功能是维持结构存在和发展的基础。关系非常非常 密密 切切 3)没有无结构的功能，也没有无功能的结构。第15页，共54页，编辑于2022年，星期二2、系统的整体性、系统的整体性(1)系统的整体性系统的整体性按照系统论观点，整体性是由于物质、能量、信息在系统内各要素之间流通，使要素之间的联系、制约加强而形成要素之间的联系、制约加强而形成。组成整体系统的各部分，不能离开整体而孤立存在，部分由部分由整体决定整体决定。(2)部分与整体的关系部分与整体的关系可约化为以下表达式：2V1+1或21+1(优化组合)2

13、=1+1(合理组合)21+1(内耗占统治地位)这是系统论最基本定律最基本定律。运用系统科学，构成一个新的系统，精确无误地组织好各要素实行系统管理，就能发挥最大的功能。第16页，共54页，编辑于2022年，星期二3、自然地理系统的整体性、自然地理系统的整体性 第17页，共54页，编辑于2022年，星期二第18页，共54页，编辑于2022年，星期二例如气候例如气候，体现自然地理系统的整体性特点表现：A、它是自然地理系统的要素之一要素之一，其重要性不仅是其本身的存在本身的存在，还在于它参与参与地貌的塑造和陆地水文特征的形成，影响植物、动物的类型和分布，参与土壤的形成过程等等。B、但某地的气候状况某地

14、的气候状况，并不代表当地的自然地不代表当地的自然地理环境理环境。(3)对自然地理系统的研究要求对自然地理系统的研究要求由于自然地理系统极其复杂巨大自然地理系统极其复杂巨大，因此，对自然地理系统的研究，要用系统论的观点用系统论的观点，从事物的整体性整体性出发，着眼于整体与要素、要素与要素、整体与要素、要素与要素、整体与环境整体与环境的相互联系、相互作用、相互制约关系的综合考察综合考察，择优选取总体最好的方案择优选取总体最好的方案。这正是钱学森教授所倡导的用“从定性到定量的综合集从定性到定量的综合集成法成法，来处理复杂巨系统问题”。第19页，共54页，编辑于2022年，星期二(三三)非平衡有序系统

15、的整体性非平衡有序系统的整体性*1、非平衡有序系统的整体性、非平衡有序系统的整体性这一阶段的特点是根据耗散结构理论耗散结构理论来认识整性体。2、为什么说自然地理环境具有非平衡有序系统、为什么说自然地理环境具有非平衡有序系统的整体性？的整体性？因为自然地理环境是在内外营力的作用内外营力的作用下发展演化的，而且在演化过程中引发出许多随机性随机性问题问题。所以，自然地理环境具有非平衡有序系非平衡有序系统的整体性统的整体性。第20页，共54页，编辑于2022年，星期二*3、耗散结构、耗散结构一个远离平衡的开放系统，只要通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定的阈值时，可能从原有的混乱无序

16、状态，转变为一种时间上、空间上、或功能上的有序状态。这种在远离平衡远离平衡情况下形成的新的有序结构新的有序结构，依靠不断地耗散外界的耗散外界的物质和能量物质和能量来维持，故称耗散结构耗散结构（伊普里戈金）。*4、耗散结构理论特点特点耗散结构理论强调进化中的随机性随机性、不可逆性远离平衡不可逆性远离平衡和不稳不稳定定。*5、耗散结构理论作用作用人们不能控制其发不能控制其发展路向展路向，但可以影响其进化进程影响其进化进程，故耗散结构理论可以把系统论无法解决的进化问题把系统论无法解决的进化问题和许许多随机问题给予解决多随机问题给予解决。第21页，共54页，编辑于2022年，星期二 1、系统与熵、系统

17、与熵平衡状态平衡状态：物质流和能量流已经消除了系统内部的差别消除了系统内部的差别，系统 元素处于无序混合状态无序混合状态。接近平衡状况接近平衡状况：系统中只存在着微小差别微小差别，一旦迫使它们保持平衡约束条件消失约束条件消失，便朝平衡状态移动朝平衡状态移动。远离平衡状态远离平衡状态：系统做功：系统做功，因而产生熵产生熵，同时系统是非线性的非线性的和随机不确定和随机不确定的。现实现实世界世界中系中系统有统有三种三种可能可能状态状态 第22页，共54页，编辑于2022年，星期二第23页，共54页，编辑于2022年，星期二第24页，共54页，编辑于2022年，星期二2)为什么信息在系统中传递、扩散将

18、促使系为什么信息在系统中传递、扩散将促使系统不断进化？统不断进化？因为：因为：宇宙间的物质和能量分布是不均匀物质和能量分布是不均匀的。而信信息息却可以反映可以反映物质和能量在空间上和时间上的分布不均匀程度分布不均匀程度，以及物质和能量的变化程物质和能量的变化程度度。另外，信息又在物质运动和能量交换中起交换中起着联系作用着联系作用。所以，信息在系统中传递、扩散将促使系统所以，信息在系统中传递、扩散将促使系统不断进化。不断进化。第25页，共54页，编辑于2022年，星期二3)信息与熵的关系信息与熵的关系信息与熵的关系非常密切关系非常密切：A、它们的数学表达式分别是信息量h=logPm/Pn h信息

19、量：单位单位是比特bit；Pn先验概率（=1/n）；Pm后验概率（=1/m）和熵S=klogp（S熵；P配容数，K波尔兹曼常数），两者都是概率的函数概率的函数。B、系统的熵是无序程度的量度，熵值越大，系统越无序。C、信息量则是系统有序程度的量度。所以两者的符号正好相反。换句话说，信息信息就是负熵就是负熵。第26页，共54页，编辑于2022年，星期二2、系统的进化模式、系统的进化模式根据耗散结构理论，开放的有序系统在负熵流负熵流的作用下，在环境达到一定的阈值时，整体系统便出现对称破缺而分叉对称破缺而分叉。反复分叉的结果，导致混沌混沌，即达远离平衡状态远离平衡状态。在这种情形下，一个随机涨落有可能

20、被放大，并逐渐占据整个系统，形成具有全新功能的有序结构有序结构。这就是新的耗散结构新的耗散结构。系统的进化系统的进化可以约化为以下模式模式：“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”。解释：解释：开放的有序系统在环境达到一定的“阈”之前是相对稳定的，而对称性总是和稳定性联系对称性总是和稳定性联系在一起，运动变化则经常通过对称性的破缺反映出来。对称破缺对称破缺对称性受到破坏。第27页，共54页，编辑于2022年，星期二分叉分叉是事物发展变化的一种描述描述。即在某某点点，系统达到“稳定性的阈，通过这点以后，系系统就变得不稳定了统就变得不稳定了。(1)对称分叉：对称分叉：

21、如图图10.1A所示，当c时，变成不稳定不稳定。(2)反复分叉反复分叉，将导致系统远离平衡状态远离平衡状态（图10.1B）：1)1时，有定态定态a；2)=1时，可能产生两定态两定态b和和b，b原是不稳定的；3)=2时，b变为稳定态，同时a变为不稳定；4)=3时，分支b又变为不稳定，同时出现两个稳定分支；5)=4时，不稳定分支a达到一个新的分叉点而分叉，但在=5和=6前，它们是不稳定的。第28页，共54页，编辑于2022年，星期二第29页，共54页，编辑于2022年，星期二由图可见逐级分叉必然导致混沌逐级分叉必然导致混沌，其间存在着一系列相继的稳定区域稳定区域（受决定论支配遵循遵循因果论因果论）

22、和不稳定区域不稳定区域（靠近分叉点），事物发展的必然性必然性和偶然性偶然性混合组成系统的演变系统的演变史史。涨落放大涨落放大是指系统处于远离平衡态时，任何一个微小的涨落涨落（如波动波动）都会通过自组织（或自催化）而放大，进而主宰整个系统，成为具有新的结构功能的有序系统新的结构功能的有序系统。普里戈金在论述涨落放大时曾举出一个普通的例证，就是白蚁筑窝的第一阶段：白蚁以随机的方式搬运和卸放土块。初始的“涨落”只是土块稍大的激素浓度（每一只白蚁都能分泌搬家），由于这稍高的浓度而吸引了其他白蚁前去卸土。于是卸放土块的概率增大，反过来又使激素的浓度进一步提高，吸引更多的白蚁去卸放土块，就这样初始“涨落”

23、不断放大，结果白蚁窝建成。第30页，共54页，编辑于2022年，星期二3、自然地理系统是耗散结构、自然地理系统是耗散结构(1)自然地理系统的结构、功能表明，它是一个复杂、开放、巨大复杂、开放、巨大的耗散结构耗散结构。(2)和一切耗散结构一样，具有相干性相干性这是系统的整体性标志系统的整体性标志之一。1)自然地理系统的相干性自然地理系统的相干性特点即整体性特点表现在它不断地与外界交换物质、能量和与外界交换物质、能量和信息信息。2)输人太阳短波输人太阳短波辐射，能量高，意味着熵低熵低。输出为地球长波输出为地球长波辐射，能量低，意味着熵高熵高。那么，太阳辐射就在自然地理系统中形成负太阳辐射就在自然地

24、理系统中形成负熵流。熵流。根据玻尔兹曼有序原理玻尔兹曼有序原理；F=E-TS（F自由能，E系统的能量，T绝对温度，S熵）S=（E-F）/T。对于自然地理自然地理系统系统，其能量远低于太阳辐射能能量远低于太阳辐射能，所以，熵熵恒为负数（恒为负数（So）。3)强大的负熵流在各要素（圈层）间传递、转化，使各要素紧密地联系在一起，形成统一的整体系统。并不断地从简单到复杂，从低级到高级，从无机到有机，从相对无序到有序的进化。第31页，共54页，编辑于2022年，星期二总结总结(1)非平衡有序系统整体性阶段非平衡有序系统整体性阶段的特点，就是以耗散结构理论为指导以耗散结构理论为指导，去认识事物的整体性认识

25、事物的整体性。(2)耗散结构理论揭示了事物发展演化的规律，强调非平衡是事物发展的必要条件，非平衡是事物发展的必要条件，认为非平非平衡是有序之衡是有序之源。(3)要达到远离平衡达到远离平衡，又必须强调系统的开系统的开放性放性。1)任何孤立的、封闭的系统孤立的、封闭的系统，由于与外界环境缺乏物质、能量、信息的交流，最终会因系统内部的不可逆熵增不可逆熵增过程，而致使系统内的熵达到系统内的熵达到最大值最大值，从而达到平衡状态平衡状态。自此以后，该系统就不再发展演化了，完全为机械论、决定论所支配。第32页，共54页，编辑于2022年，星期二2)只有开放系统开放系统，不断与外界环境交换物质、能量和信息，从

26、而使系统内的熵产生得以抵消，使系系统的总熵不断地下降统的总熵不断地下降，在外界条件达到一定的阈值而发生分叉，再分叉分叉，再分叉，使系统远离平衡远离平衡，产生自催化，导致新的、更高级的系统代替原有的系统新的、更高级的系统代替原有的系统。即系统进化系统进化了。进化了的新系统不是发展演化的终结，因为新系统仍然是开放的，具有耗散具有耗散结构结构，它要在新的基础上继续进化，以至无穷。(4)开放系统的进化具有普遍性开放系统的进化具有普遍性，无论是宏观的还是微观的系统，也无论是自然界还是人类社会，无论是无机界还是有机界都普遍适用。耗散结构理论是先进的，但引进自然地理系统耗散结构理论是先进的，但引进自然地理系

27、统还是处于起步阶段。将有可能使自然地理学产还是处于起步阶段。将有可能使自然地理学产生新的体系。生新的体系。第33页，共54页，编辑于2022年，星期二三、自然地理环境的进化发展三、自然地理环境的进化发展第34页，共54页，编辑于2022年，星期二1、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，一年之间的春、夏、秋、冬等周而复始的“可逆”现象，但这毕竟是表表面面上上的的可可逆逆。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。例如恒星年与回归年的差别。它们不是原

28、地打圈不是原地打圈，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)岩岩石石圈圈的的形形成成过程（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)地地壳壳演演化化规规律律（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)。第35页，共54页，编辑于2022年，星期二5)生物圈的演化生物圈的演化：A、植物、植物：藻类蕨类裸子植物被子植物；B、动物界、动物界：单细胞

29、动物无脊椎动物鱼类两栖类爬行类哺乳类，均不可逆转。(3)自然地理环境的进化，具有随机性和概率自然地理环境的进化，具有随机性和概率性性根据玻尔兹曼的有序原理玻尔兹曼的有序原理，系统的熵是随着概系统的熵是随着概率的增大而增大率的增大而增大的，熵的增大意味着系统的无熵的增大意味着系统的无序程度增加序程度增加。1)对于孤立的、封闭系统孤立的、封闭系统来说，熵增是不可逆熵增是不可逆的，最终达到最大熵达到最大熵（熵垒）；2)对于开放系统开放系统，负熵流负熵流可以抵消系统自然的熵抵消系统自然的熵增增，而趋于0或负或负值，出现瞬间的稳定瞬间的稳定或不断有不断有序序。故可以用des-dis0作为自然地理环境进自

30、然地理环境进化的一个表述化的一个表述。第36页，共54页，编辑于2022年，星期二2、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)天天文文期期宇宇宙宙大大爆爆炸炸:46亿年前，地球起初是一些相互靠近的宇宇宙宙物质、星云物质、星云。由宇宙大爆炸宇宙大爆炸产生。(2)地地质质时时期期原原始始自自然然地地理理系系统统开始形形成成（原原始始圈圈层层形形成成）：46亿年后，由于地地球球内内放放射射性性热热的生成率比今天高出许多倍，是当时地球表层演化的主主要要能能源源。由于地球内内部部热热量大量聚聚积积导致地球物质熔熔融融喷溢大量岩岩浆浆、气气体体和水

31、水蒸蒸气气形成了原始的岩岩石石圈圈、水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。由于此时地地球球内内能能占占优优势势，所以原原始始大大气气以甲烷(CH4)、氮气(N2)、水汽(H2O)、氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)等为主。原原始始海海洋洋和海海水水为低低盐盐、高高钙钙型型，且水水少少，因此物物质质、能能量量的的交交换受到一定的限制换受到一定的限制。第37页，共54页，编辑于2022年，星期二(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统整体整体：约于3720亿年前，地壳不断增厚（表表10.2）。由于地壳增厚地壳增厚，地球内能对地表的作用减弱，太阳

32、辐射能逐渐成为地球太阳辐射能逐渐成为地球表层的主要能源表层的主要能源，在三大无机圈层中不断转换、转换、耗散耗散，并促成三大无机圈中的物质交换物质交换，使三三大圈层大圈层紧密联结成统统整体整体，联结成一个新的新的物质系统物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元素素，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。第38页，共54页，编辑于2022年，星期二第39页，共54页，编辑于2022年，星期二3、天然生态系统的形成、天然

33、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具有耗散结构的物质系统，它还要继续进化继续进化。据浦汉昕的研究：原始生命的形成原始生命的形成异养细菌异养细菌：大约在30亿年亿年前前，地壳增厚到20km，地球内能内能对地表的作用再减弱再减弱，太阳辐射能太阳辐射能对地表的作用进一步增强增强。同时，海洋里海洋里的有机化合物大量积聚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，合成了生命，最初是异养细菌：异养细菌：靠海洋中的有机物和积聚能量为生。这是因为海洋环境受到水体的保护，免除了紫外线杀伤的缘故。第40页，共54页，编辑于2022年，星期二(2)原始生态系统的形成原始生态系统

34、的形成光合作用：自然地理光合作用：自然地理环境的一次重大飞跃环境的一次重大飞跃逐渐形成生物圈：形成生物圈：在达到与环境的动态平衡时，异养细菌感到食物匮乏，于是出现突破产生自养生物自养生物：这些生物具有叶具有叶绿素绿素，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原始的生态系统系统，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)生物圈生物圈逐渐形成：形成：原始的生态系统大大改变改变了自然地理环境的物理、化学过程了自然地理环境的物理、化学过程和元素迁移元素迁移过程过程，从而改变了自然地理环境的组成和结构改变了自然地理环境的组成和结构，逐渐

35、形成生物圈形成生物圈。由于含有叶绿索的生物不断增多，因而固定太阳能的数量也随之增加。第41页，共54页，编辑于2022年，星期二(4)臭氧层形成：臭氧层形成：由于光合作用的不断加强，原始大气中的二氧化碳（二氧化碳（CO2）减少）减少，其中碳以碳酸碳以碳酸盐岩类固定在沉积岩盐岩类固定在沉积岩中。而大气圈中的氧气（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0.29m的紫外光），为生物在自然地理环境中繁衍创造了有利条件。由于大气圈中的氧含量不断增加大气圈中的氧含量不断增加，导致喜氧生物大量产生。当大气中氧含量达到现代大气的干分之一时，嫌气生物逐渐被喜氧生物取代。

36、而由于有了氧呼吸，自然地理环境中的能量转换效率能量转换效率提高了大约提高了大约19倍倍。(5)天然生态系统的形成天然生态系统的形成：大约在距今4亿年前，生物从海洋登陆生物从海洋登陆，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）、消费者消费者（动物）和分解者分解者（细菌）组成复杂、完善的生态系统，这就是天然生态系统。第42页，共54页，编辑于2022年，星期二生物圈的形成生物圈的形成，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，实际上是绿色植物通过光合作用把太阳能转变成绿色植物通过光合作用把太阳能转变

37、成潜能潜能 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。就这样，太阳能进入生物圈通过固定-转移-释放过程，也就是耗散过程耗散过程，把有机界和无机界联结成整体系统。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两个极重要的地球化学循环建立起来(图图10.2和图图10.3)。第43页，共54页，编辑于2022年，星期二第44页，共54页，编辑于2022年，星期二第45页，共54页，编辑于2022年，星期二4、人类生态系统的形成、人类生态系统的形成(1)人类的出现人类的出现：大约在距今二三百万年前二三百万年前，人类从动物界中分化出来。

38、人类的出现，是自然地理环境进化史上又一次重大飞跃又一次重大飞跃。也是人类人类生态系统形成的标志生态系统形成的标志。人类从天然生态系统取取得食物得食物，实际上是取得太阳能的固定形式。又从自然地理系统取得低熵物质低熵物质（水、矿物、水电）。还利用地质时期的一些潜能潜能（煤、石油、天然气、油页岩），形成人类生态系统。(2)人类社会的的生产方式在不断演化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。第46页，共54页，编辑于2022年，

39、星期二*第一节第一节 整体性规律内容链接与小结整体性规律内容链接与小结第47页，共54页，编辑于2022年，星期二2 小结（补图小结（补图9-21）(1)自然地理环境的进化发展，实质上是三三大系统大系统，即自然地理系统自然地理系统-天然生态系统天然生态系统-人类生人类生态系统态系统，既相互联接，又彼此有别的三大耗散三大耗散结构的进化结构的进化。(2)自然地理系统是太阳能进入地球形成负熵负熵流流，在三个圈层中流通而形成无机的自然地理系统。(3)天然生态系统天然生态系统是在自然地理系统中孕育出来的，绿色植物通过光合作用，固定太阳能，使天然生态系统获得的负熵流，较之自然地理系统多得多，作用更大,形成

40、更复杂、更有序的耗散结构。(4)人类人类从天然生态系统中的动物群类脱颖而出，成为支配物种，形成人类生态系统。(5)自然地理环境的进化发展，是从无机到有机，从简单到复杂，从比较无序到有序的不可逆过程，充满随机性随机性，而不受决定论支配。(6)三大耗散结构除在发生学上相互联系外，在物质、能量、信息交换方面也紧密联系，是一个复杂的统一整体复杂的统一整体。第48页，共54页，编辑于2022年，星期二第49页，共54页，编辑于2022年，星期二第50页，共54页，编辑于2022年，星期二第51页，共54页，编辑于2022年，星期二第52页，共54页，编辑于2022年，星期二第53页，共54页，编辑于2022年，星期二第54页，共54页，编辑于2022年，星期二