自然地理学教案 8Word格式.docx

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重点与难点

1自然地理系统的物质组成和基本要素；

2各圈层对自然地理系统的意义。

教学手段与方法

多媒体

教学过程：

（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）

第三章自然地理系统的组成与结构

复习与引言（10分钟）

上二次课给大家详细介绍了系统科学与自然地理系统方面的知识，我们回顾一下，系统是由处于相互联系中并与环境发生关系的各组成部分（要素）构成的具有特定结构和功能的有机整体。

系统的基本性质有哪些，整体性，稳定性，层次性，开放性，动态性和自组织性等六大特性。

同时我们也介绍了耗散结构理论，并认为自然地理系统是一个开放的具有耗散结构的有序系统。

系统的整体性是指系统内部各要素间相互联系、相互制约，共同构成一个有机整体，系统中某一要素的变化会引起其它要素变化，乃至整个系统发生变化的性质。

系统的整体性具有如下含义：

首先，系统中的每一个要素都具有一定的作用，都是系统不可缺少的组成部分，其次，系统各要素之间的相互联系是系统整体性形成的唯一原因。

系统各要素之间通过能量、物质和信息流联系在一起，形成复杂的统一整体。

与世界上的许多系统一样，自然地理系统的整体性是其最基本的性质。

所谓自然地理系统的整体性是指该系统内部的各组成部分和各组成要素之间，通过能量流、物质流和信息流相互联系、相互作用，共同构成一个具有特定功能的有机整体的特性。

具体地说，整体性首先体现在其组成要素的整体性上，其次则体现在其要素间的组织结构性质上。

此外，整体性还体现在系统的外在与内在联系及其所具有的功能上。

本章从自然地理系统的组成与结构两方面加以阐明自然地理系统的整体性。

第一节自然地理系统的组成

一、最基本的物质组成（10分钟）

自然地理系统是由各种物质、物质体系和能量组成的。

关于物质组成可以从几个层次来说明，最基本的层次是由化学元素组成的。

有关大气、水、岩石和生物的化学元素组成都已做过详细的研究。

例如，大气中主要元素的体积百分含量分别为氮占78.09%、氧占20.95%、氩占0.93%，此外二氧化碳占0.03%，其它元素极微少。

又如水体中的氢和氧即占96.5%，其余常量及微量元素仅占3.5%。

岩石的组成中，氧的重量百分比为46.60%，硅为27.72%，铝、铁、钙、钠、钾、镁六种元素共占24.00%，其余所有元素不足2.00%。

二、基本物质体系（20分钟）

以前我们学过，地球表层所在物质组成上有一个特征，就是固态、液态和气态三态物质（也就是我们经常提到的三相物质）共存，因此我们基于地球表层（也就是我们说的自然地理系统）的物质形态体系将自然地理系统划分为四大圈层。

也就是我们所说的自然地理系统的基本物质体系，即是由气体组成的大气圈、以水体为主组成的水圈、以岩石为主的岩石圈和以生物有机体组成的生物圈等。

通常情况下所谓的自然地理系统的组成部分即指上述这些圈层而言。

（一）大气圈

这部分内容我们在地球科学基础里面学过。

这里复习一下。

大气圈中的大气是多种物质的混合体，由干洁空气、水汽、悬浮尘粒或杂质组成。

干洁空气则由氧（21%）、氮（78%）、氩（0.93%），二氧化碳（0.03%），臭氧等组成。

世界气象组织（WMO）根据气温从地面到高空垂直方向的分布，将整个大气层分为对流层、平流层、以及高空的中间层、暖层和散逸层五个圈层。

这些都是我们以前学过的内容，至于每个圈层的大循环如大气循环、水分循环、地质循环以及生物循环将在第五章给大家详细介绍。

这里不做多讲。

现在我们来看一看大气圈对我们整个自然地理系统有什么意义呢？

（1）大气圈最下部的对流层集中了其全部质量的80%，平均厚10～12km。

其特征是物质对流作用强盛，温度随海拔增高而降低。

对流层与水圈、岩石圈表层以及生物圈处于经常的相互作用中，也是太阳辐射能主要的转换贮存空间。

（2）对流层以上的平流层其中、下部为厚约20km的含臭氧层，又称“臭氧遮光板”，它能阻碍波长小于0.29μm的紫外光通过，对地表生物尤其是微生物有重要的保护作用。

平流层还保护地球少受大部分陨石的袭击。

（3）平流层向上依次为中间层和电离层，后者对无线电波的反射作用是人类现代化通讯信息传播的保证。

电离层以上的逸散层是地球物质向宇宙空间散失的最外层。

除对流层以外的其余各大气层都不属于自然地理系统，但它们对自然地理系统和人类的生活都有重要意义。

（二）水圈

这部分内容我们在水文学课程里面学过，这里复习一下。

地球上具有生命物质存在的条件，除空气外，最重要的是水。

水是地球上分布最广泛的物质之一。

地球表面积约为5.1×

108km2，其中为水覆盖的面积约为3.61×

108km2，约占全球面积的71%，因此地球有“水球”之称。

地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表和地下，成为海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、地下水、冰川水、大气水以及存在动植物有机体中的生物水。

这些水体，通过水循环组成一个统一的相互联系的包围地球的水圈。

那么，水圈对自然地理系统有什么意义呢？

（1）水是地表分布最广和生物赖以生存的重要的物质，是参与自然地理环境物质、能量转化的重要成分。

（2）水分循环调节气候，净化大气。

水分和热量的不同组合使地球上形成不同的自然地带。

（3）水溶解岩石中的固体物质，为生物提供各种养分创造了前提条件。

水圈的厚度很有限，约为地球平均半径的1/1630，是地球表面很薄的一个圈，但却是构成自然地理环境的重要圈层。

（三）岩石圈

这部分内容我们在地质学这门课程里面学过，这里复习一下。

又称地壳。

是分布于地球上地幔层之上，主要由沉积岩、岩浆岩和变质岩组成的固体圈层。

平均厚度30～35km，但只有其4～6km的表层属于自然地理系统。

岩石圈接受地球内能经常处于运动状态。

其快速运动表现为地震；

其长期缓慢的、非匀速的具有不同幅度和规模的地壳运动称为构造运动，表现为垂直的升降运动和水平运动，此外还有火山活动等。

那么，岩石圈对自然地理系统有什么意义呢？

（1）岩石圈的这些不同类型、不同规模的运动造成相应的不同等级的地貌形态，使地表变得起伏不平，为自然地理环境中的外力作用创造前提。

（2）岩石圈的低洼处是海洋、湖泊等水体聚集的场所。

岩石圈的高处陆地部分是人类及各种陆生生物的栖居生活场所。

（3）岩石的风化壳物质为成土作用提供基础，最终形成土壤层，并以其丰富的矿物质养分满足植物的需要。

（4）岩石圈蕴藏的多种矿藏为人类的生产活动与社会的发展提供物质基础。

（四）生物圈

什么是生物圈呢？

地球表层有生物存在且生物生命活动影响所及的空间为生物圈。

也就是说，用系统论的观点来说，生物圈是指地球上所有活着的有机体连同与这些有机体相互作用着的环境构成的生物圈。

生物圈不是独立于地球其它圈层之外的，单纯由某一形态物质所组成的圈层，它是由岩石圈、水圈和大气圈的交集。

生物圈的范围广义地说，地表以上可达23km的高空，海面以下可达12km深处。

而绝大部分的生物集中分布在地表上下约100m的范围内。

研究生物圈可以更好地了解我们周围的环境，从而更好地地改造我们周围的环境，为实现人类的可持续发展提供必要的理论基础。

从系统论的角度说，生物圈是地球上最大的生态系统。

因此，我们可以说生物圈是由许许多多、大小不一的生态系统组成。

从大一点的尺度考虑，生物圈是由陆地生态系统和海洋生态系统组成。

海洋生态系统又由深海生态系统、浅海生态系统、河口与近岸生态系统等组成。

而陆地生态系统则由森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、湖泊生态系统、沼泽生态系统、河流生态系统、冻原生态系统、农业生态系统、城市生态系统等组成。

从更小的尺度考虑，这些生态系统又由若干个更小的生态系统组成。

如森林生态系统又可划分为热带雨林森林生态系统、亚热带常绿阔叶林森林生态系统、温带落叶阔叶林森林生态系统、北方针叶林森林生态系统等，这些系统还可以进一步的细分。

至于生物圈的组成、结构和生态系统等等知识我们在生态学和生物地理学等课程中已学过，在这里就不多讲。

那么，生物圈对自然地理系统有什么意义呢？

生物圈与大气圈、水圈和岩石圈之间有着极为密切的依存联系。

首先，生物圈必须依赖水的存在，水是维系生命的基础物质，又是生物体进行物质与能量循环的介质。

第二，生命活动与生物进化要有稳定的太阳能源，而太阳能又必须经过一定的大气层的传递与“过滤”才能为生物所安全利用。

第三，具有一定合适气压的大气为生物的生命活动提供氧气与二氧化碳。

第四，比较合适的其它环境因素和岩石圈与水圈能提供的营养物质，才能维持生命的发展和生物圈的演化。

可见生物圈的形成是建立在地球表层适宜的一定的范围之内，在大气、水和其它物质的共同支持下生物得以生存，并且通过生物体进行的能量与物质的转换与流通，生物得以进化与发展，生物圈与大气圈、水圈、岩石圈组成一个互相之间密切不可分的有机的完整的自然地理系统。

三、组成要素（20分钟）

上述各圈层包括三种无机成分和一种有机成分，实际上各为一种物质体系。

他们之间的相互作用，形成了地貌、气候、水文、植被、动物界及土壤，即自然地理系统的组成要素，简称自然地理要素。

这些要素既可以是物质的，也可以是现象，但都必然是动态的，即运动着、变化着的。

构成自然地理系统的各组成要素在任何情况下都是相互联系和相互作用着的，他们在自然地理系统中的性质意义有所不同。

其中，地貌、气候和水文是决定自然地理系统差异的基础要素、本质要素；

土壤与生物则是以前三者为基础的派生要素，是使自然地理环境差异表现更丰富、更为复杂的要素。

（1）地貌是经过转化的太阳能以外营力形式与地球内营力相互作用的结果，它构成自然地理系统的空间基础。

因此，地貌的差异直接决定自然地理环境基础的差异，必然引起各种自然地理过程的差异。

（2）气候是多年内大气的平均状态和极端状态的综合的表现。

太阳辐射、下垫面性质和大气环流是决定气候特征的重要因子。

气候作为最活跃的自然地理要素，影响着地表热量平衡、海陆水分循环、陆地水文网和生物的分布、风化壳和土壤的形成，以及自然地带的分异。

所以它也是构成自然地理系统的基础要素之一。

（3）水文是指地表环境中各类水体的性质、形态、动态及其时空分布特征的综合表现。

不论陆地或海洋的水文现象、水文过程，以及水与大气的能量和物质交换，均影响着全球的气候。

因此说水文因素是自然地理系统的重要组成部分。

（4）生物是地球环境中的后生成分，自生物出现以后，自然地理系统才日趋完整，生物在其中的重要性日益加强。

如从促进太阳能的转化，到改变大气和水的组成，参与风化作用形成新的土壤圈，改造地貌，建造生物岩石等，生物都起着不可替代的作用，尤其是种类繁多的植物，在不同的地貌、气候和水文条件下形成多种多样的自然景观、为自然地理系统的地域分异现象提供直观的分析依据。

（5）土壤是自然地理系统中各要素相互作用下形成的派生要素。

它的存在成为有机界和无机界相互联系的纽带，它不仅为陆生植被提供了生存基础，并且为生物界由低等生物发展为高等生物提供重要的物质基础。

由上述分析可知，组成自然地理系统的各要素虽然都有其本身的发展规律，但它们在环境中是相互联系、相互依存，并力图相互适应的，没有一个要素可以不受其它要素的影响。

正是这种以物质交换和能量转化为特征的相互作用，使各要素构成了自然地理系统这一有机的整体。

应当着重指出的是，由人类群体或人类社会构成的人文地理环境不属于自然地理环境。

在地球发展史上，人类的出现仅仅只有约三百多万年的历史，与自然地理环境相比较，人文地理环境仅是一个历史极短的新生环境。

它与自然地理环境的关系是：

人文地理环境必须依赖自然地理环境而存