第四节 自然地理环境外部联系的本质

上述关于各种外部因素的讨论，实质上是为了揭示自然地理环境外部联系的本质。作为小结，我们指出以下几点：

1. 支配自然地理环境中各种基本过程的能量，几乎全部都从外部进来。这些能量的来源，可分为两大类：一是以太阳辐射为代表的外能；一是地球内部产生的内能。这两大类能源比较起来，内能对于自然地理环境的作用和影响，更多的是通过间接途径和方式来表现；而外能则是自然地理过程发生发展的直接动力和最基本的条件。这两大类能源给自然地理各要素的相互作用、相互制约和相互渗透提供了动力基础，从而推动着整个自然地理过程的发展，决定了演化的强度和方向。

2. 自然地理环境不断地与外界进行物质和能量交换，这一过程具有十分重要的自然地理意义。用现代系统理论来解释就是：这种无休止的物质、能量交换过程，使得自然地理环境从简单到复杂、从低级到高级、从无序到有序地不断进化发展，并形成稳定有序的结构（空间结构和时间结构）。

热力学第二定律告诉我们：孤立系统中，热量是由高温物体自动地传向低温物体，直至热量平衡为止。亦即，孤立系统中的自发过程总是使系统的熵增加。熵（entropy）是一个描述系统无序性（即混乱度）的物理量①。引入熵这一物理量，热力学第二定律就有了一个普遍的判据。因此，这一定律也被叫做熵定律或熵增定律。熵的增加表示系统向无序状态发展，最终达到远离平衡态时，系统的熵为最大值。与热力学第一定律一样，熵定律是宇宙万物普遍遵循的规律。

根据宇宙大爆炸的理论，宇宙正不断膨胀，向着熵增加（即无序的、能量均布的平衡态）的方向发展。而地球表层与此相反，它的熵并没有增大， 反而减小，无论自然界或人类本身一直都处于不断的进化和发展之中，从简单到复杂、从低级到高级、从无序到有序地进化发展，在远离平衡的情况下， 通过涨落形成了相对稳定有序的结构。比利时物理学家普利高津

（I.Prigogine）把这种有序结构称为耗散结构。他指出：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

① 熵是物理学家克劳修斯（R.CLausius）于 1865 年提出的一个物理量。他定义一个物体的绝对温度为T 时，若加进热量△Q，则△Q/T 就是该物体熵的增量（△S）。熵是个状态函数，反映该物体所处的状态是否稳定，是否发生变化，以及向哪个方向变化。

阈值时，可以从原有的混乱无序状态自发地转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡情况下形成的有序结构依靠不断地耗散外界的物质和能量才能维持，故称耗散结构。普利高津把开放系统的熵分为两部分：一部分是系统本身按熵定律不可避免的熵的增加，称熵产生（diS）； 另一部分是系统与外界交换能量与物质引起的熵的变化，称熵流（deS）。开放系统的总熵变（dS）为熵产生与熵流之和，即：

dS=diS+deS 根据熵定律，diS≥0，而 deS 可以为负数。只要输入开放系统的能量与物质熵低，而输出时高，输入与输出的熵的差就为负数。这样开放系统与外界交换能量与物质时形成负熵流，即 deS≤0。只要负熵流足够强，开放系统的总熵变也为负数，即：

dS＝ diS＋ deS ≤ 0 这样开放系统的总熵就会减少。

地球表层是一个开放系统，它与宇宙空间和地球内部有着能量与物质的交换。其中太阳辐射是主要的能源，占输入总能量的 99.98％。进入地球表层的太阳辐射是短波辐射，由于量子的能量值与波长成反比，因此光量子的能量高，也就是熵低。太阳辐射进入地球表层后启动了自然地理环境的物质循环，不断作功，最后以热辐射的形式逸出地球表层。热辐射是长波辐射， 热量子的能量低，也就是熵高。因此，太阳辐射在自然地理环境内形成了负熵流，使自然地理系统的总熵降低。正是自然地理系统与外部环境不断进行着能量与物质交换，构成了强大的负熵流，使自然地理系统内部形成了既具有整体组织，又存在地域差异的空间有序性；既具有周期重复，又不断旋回前进的时间有序性；既进行能量、物质流通，又保持着稳定动态的功能有序性。

总之，耗散结构理论为我们揭示了自然地理环境进化发展的本质原因。

1. 宇宙因素和行星因素合称为天文因素。天文因素给予自然地理环境以数学规则性的影响，即使得自然地理过程在时间上具有周期性，在空间上具有地带性。而地球因素则破坏着这一数学规则性。两者共同作用，支配了自然地理环境演化发展的基本格局和基本规律。

2. 自然地理环境附近的地圈对自然地理环境具有调节和保护作用。大气圈的高层大气减弱了宇宙物质的灾害性侵袭，使大部分进入地球的陨石在到达地表之前被烧毁。臭氧层则使紫外光不能大量到达地表，保障了生物的生存和发展。岩石圈坚硬的板块使岩浆不可能大量地无规则地涌出地表。实际上，全球性的火山活动都很有规则地被限制于板块的交界处。正因为有了这些地圈的保护，人类才获得一个较为安宁的自然环境，繁衍生息。