表成地圈的动力学和演变

在研究各项地理组成成分相互影响过程的时候，我们排除了组成成分本身以及它们相互关系在时间上不断变化的情况。应当区别时间变化的两种主要类型，即节律性类型和直线类型。

地理现象的节律性，这是不需要证明的事实。节律性是在下述情况下被确定下来的，这些情况包括大气过程（温度、降水、气压等），水文状况（如

河流水量和湖泊水位的变化），海洋的冰盖度和大陆冰川的发育，海进和海退，生物现象（树木的发育和动物的繁衍等），沉积岩的形成，地形形成，火山和地震现象以及造山运动等。其中有许多现象是我们经常观察到的；而另外一些现象是通过专门的研究，其中包括对古地理的研究所确定下来的。根据持续时间的长短，可以分为昼夜节律、年度节律、世纪节律（由几

年到几十年）、多世纪或超世纪节律（以几千年、几万年或几十万年计）。最后确定了经过几百万年的某些现象的重复性（假定这种节律可称之为地质节律）。通常地理现象的节律并没有严格周期性的特点，例如具有 11 年节律

现象的重复性，可能经过 7 年或 15 年到来。

根据以表成地圈各种过程的节律作为基础的种种理由，可以分成以下几个主要节律类型①：

日地物理所产生的节律，即是由于太阳活动性的变化所引起的节律。它是由地球磁暴场和大气环流的太阳大气发生变化（形成太阳黑子和耀斑等）所引起的，而通过大气环流又影响许多其它过程，最著名的是 11 年的节

律和 22—23 年的节律。这些节律在气候变化、水文过程，海洋冰盖率、生物过程（固定作用，特别是判定树木的年轮）以及地震的活动性上均有表现。此外，这些节律出现的持续时间有的长（80—90 年和 160—200 年），有的短（26 个月，和 3—4 年，5—6 年）。

具有天文特性的节律是在其它星体影响下（轨道偏心率的变化、地轴向轨道平面的倾斜角等）地球沿着轨道运动发生变化所制约的。这些摄动都使太阳对地球的辐射产生影响，当然对气候也就产生影响。第四纪所发生的许多重大事件，首先是大陆的冰川作用，都与这种大约 21，000 年、41，000

—45，000 年、90，000 年和 370，000 年的持续时间的节律有联系。

实际上，具有普遍地理意义的最短的日变化和年变化都有类似的天文学的性质。

也是天文学上所产生的节律，但与地球—太阳—月亮系统中的物体互相发生的移位有联系。因此发生了引力的不平衡和引潮力的变化。这种因素对地理过程影响的机制尚不很明确А.В.什尼特尼科夫对于表现在气候、水文、冰川作用方面的 1，850 年的循环周期提出了最有力的证据。每一循环周期都从凉爽的湿润阶段开始，加强了冰川作用，扩大了径流、提高了湖泊水位，进而到干旱炎热阶段结束，同时冰川退缩了，河流和湖泊变浅。111 年的节律即属于这一类型。此外，出现了持续时间为 1，2，4，9，19 和 3，500

—4，000 年的节律。

持续时间最长的地质节律，它的特点还不十分明确。然而看来，虽然首先表现在地质过程，但也是与天文因素有联系。最长的地质循环周期，一直延续了一亿六千五百万年到一亿八千万年。大概与银河系年代相吻合，也就是与太阳系围绕其银河轴充分旋转的年代相吻合。在显生代即地球历史的元古代以后，象这样的循环周期共有三个：即加里东周期（古生代的前半期），海西宁周期（古生代的后半期）和中生代周期①。相当于新生代的新周期起于六千七百万年以前。在每一循环初期的开始，都发生地壳下降和海退现象，

① 参阅 A.B.什尼特尼科夫：《自然现象及其节律变化》在《纪念Л.C.贝尔格年度报告集》一书中，第 8—14

集，1960—1966 年，列宁格勒，1968 年，第 3—16 页（在该书许多其它论文中，均载有同一论题的论文）。

① 燕山运动发生在中生代。——译者

气候也相当一致；循环周期结束时，表现有造山运动、陆地扩展、气候的对比加强了，而且有机界也得到了大规模的改造。某些作者指出地质循环周期缩短了（大约二百万年、四至六百万年、八至九百万年、和一千五百万到二千万年、三千万到四千万年）。

节律的地理表现非常复杂，并且远不是经常明显地表现出来。由于它们是一起表现出来，发生了重叠现象（干涉现象），从而极大地掩盖了单个节律变化的精确性。同时，正如已经所指出的，许多自然过程节律性的变化没有严格的周期，而只有周期特性（也就是重复出现的间隔时间并不完全相同）。即使它们相互制约的各种因素，按其本性而言是有严格周期性的（最后统属于整个天文现象）也是如此。问题在于：最初宇宙原因对于表成地圈性质的影响机制决不是那么简单，而且不同组成成分对外界因素影响的反应也不一致。通常大气圈或（处在地质节律变化中的）地壳首先易接受外部震动，然后好象由它们把最初的影响传递到其它组成成分中去，并引起某种连锁反应。然而，甚至在最初阶段地理组成成分对天文或日地物理因素的反应并不是自然而然接受下来，它们通过地球磁场或者其它尚未被充分研究的过程的改变而有所改变。下一步的结果更为复杂，因为每一种组成成分都有一定的惰性，并不是一下子对其它组成成分的变化有所反映。由此得到不同组成成分节律变化方面的不同阶段的进展，此外，还得到它们表现的异时性以及在表成地圈不同部位不同程度的表现型（例如，众所周知，外部宇宙因素的变化，在温带和两极纬度地区比赤道纬度要激烈得多）。

应该补充一下，存在于地理壳中的某些节律现象，具有自动调节的性质，即不受外界原因所制约，而受某种组成成分和过程所固有的本身特殊的或内部的规律所支配。例如每发生一次冰盾，会引起气候变冷，并且降低海平面。然而这件事同样地也会引起蒸发、降水的减少和引起冰川的退缩。冰川退缩会导致海洋面积的扩大，气候变暖，雨量增加，这又促使新的冰川的到来等等。因而在冰川—大气圈—海洋系统中发生节律性的变化，这些变化并不与外界因素发生联系，虽然外界因素无疑可能会促使自动调节过程的加强和削弱①。看来，自动调节所发生的变化也是有机界所固有的。

强调这一点是非常重要的：即任何一种类型的节律性变化都不是封闭的，也就是循环周期越长，则各种自然组成成分回复到原来的状态可能性愈小。随后的每一个循环都是在新的基础上开始的，而不是完全重复过去的情况，这是因为表成地圈的发展是不可逆的，具有一直向前的性质。

地壳的历史是带有方向性、周期性变化的复杂锁链，在变化过程中它的结构逐渐复杂化，出现了新的组成成分，加强了内部的对比。逐步地用心研究表成地圈发展的历史，这是个引人入胜的课题，它可以作为古地理学的一个主题。①

我们不能详细研究表成地圈的形成和发展的各个不同阶段，只是力图探索它的最基本的规律。也不准备停留在讨论表成地圈发生的时间以及它的原始性质的问题上。不过应该指出的是：解决这个问题取决于地球的形成从什么样的假定出发。例如，如果地球是作为一个冷的固体物体发生的，那么它

① 参阅О.П.契若夫：《北波利亚尔内依省的冰川》，莫斯科，1976 年。

① 参阅К.К.马尔科夫《古地理学（历史自然地理学）》，莫斯科，1960 年；З.В.达什克维奇：《古地理学》，列宁格勒，1969 年。

的原始地理组成成分大概是一个固体表面，接着随着辐射增温，从这个星球的内部“排挤了”水分，然后出现大气的气体。假如当初地球是由炽热的气体混合物产生的，那么它的最初的组成成分应该算是特殊的大气圈，大气圈随着冷却的发生，开始出现热力学的分化，即部分气体变成了固体和液体状态，形成了最初的岩石圈和水圈。

生命的出现是地球历史上最重要的事件，出现了质的飞跃。随着生命的出现，原始的非生物的表成地圈被改造成现代的表成地圈。当然这个过程是长期的。地球上出现生命不少于 30—40 亿年。关于它发展最长的初期阶段人

们知道的还很少。在太古代，生命只有细菌，在元古代出现了藻类。在 5 亿

5 千万年到 6 亿年以前，相当于显生代，我们已知道得相当多了。在这个时间范围内，可以从所有的自然组成成分里，很明显地追溯到带有方向性的不可逆转的发展过程。

地壳发展的特点，有以下几个主要趋势：地槽缩小，形成大陆地块的坚实陆台结构不断扩大；地壳的厚度增加，物质组成和结构趋于复杂化，结构和连同结构在一起的地形的分异也扩大了，差别也显著了；沉积形成过程加强了，沉积壳增长了，而且这一过程总是在很大程度上依靠生物的堆积作用来完成的。

水圈的特点是含盐量逐渐增加，同时离子成分发生有规律的变化。如果说处在表成地圈历史的最初阶段，由于火山作用使世界海洋盐类增多和在海水中以 Na 和 Cl 离子占主导地位的话，那么今后这一过程的作用就会逐渐削弱，而随着陆地河川径流把盐类携带到海洋的作用却会加强，并且向 Ca 和CO3 离子的转移开始占主导地位。

大气圈的气体成分同样也发生了本质的不可逆的变化。冷却的地球最初的大气圈显然是应由氦和氢所组成。后来大气圈由来自地球深处（火山作用）的气体——水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等所组成。然而由于植被的发展，二氧化碳从大气中开始消失。并且生物氧和氮进入到大气圈的量越来越多。大气中二氧化碳含量的减少，引起温度下降的趋势是可能的。然而就已知整个历史上看，表成地圈并没有经历某种普遍的气温惨变的灾难，因为收入的太阳热量实际上并未改变。但是，地球上的气候由于地表结构和地形的复杂越来越变得多样化了。

生物界从低级形式到高级形式以直线向前发展表现得最为明显。在古生代初期，生物界以各种不同的海生无脊椎动物占主导地位，并且出现第一批陆生动物——节肢动物。从那时起有机体在地壳的改造中起着重要的作用，特别是加强了石灰岩的生物沉积作用。但是光合作用还没有成为物质环境的主要因素：这时只有所谓裸蕨类的植物在陆地上开始生长。

古生代后半期的主要特点是发展了高等孢子植物（石松、真蕨、有节茎植物）以及出现了低等裸子植物。它们在表成地圈发展中留下了明显的痕迹：各种有机岩（煤、石油），大气圈气体的成分发生了变化。这些情况显然是已经接近于现代的情况了。动物界除了海生无脊椎动物以外，还出现了大量的陆生无脊椎动物以及第一批陆生脊椎动物亚纲（两栖类）。有机界首次明显地出现了地带分异（热带和两个温带）。

古生代末期开始，在陆地上开始以裸子植物的森林植物区系（针叶树、苏铁树、银杏树）占主要地位。出现了巨大的爬虫纲，在中生代它们的发展达到了极盛时期。在白垩纪晚期，植被过渡到以被子植物（显花植物）为主，

其特点是比裸子植物更接近于现代有机体。而在动物界则哺乳类动物和鸟类越来越占统治地位。这些动物比巨大的鳞甲目对不同的环境条件有更大的适应性。有机界发展的速度逐渐加快（特别是在陆地上），在新生代各种有机物的类型的形成也加强了。有机体不仅能适应环境，而且有能力积极地改造环境，在土壤中积累许多无机养料元素。有机界加强了分化，形成了越来越多的植物，与此同时也形成了景观地带，使得生物物质的循环变得更为强烈，更为多样化。我们力图弄清作为整体的表成地圈的最重要的发展规律。

在表成地圈的历史发展过程中，它的所有组成成分的发展都是互相联系的。在此基础上加强了各组成成分之间的物质和能量的交换（对这种情况不一定必需进行补充证明）。
表成地圈的发展具有一直向前的特点。这种一直向前发展过程的表现之一是逐步出现了一些新的组成成分，从最初的岩石圈或大气圈开始，到生命的出现、沉积壳和土壤的形成为止。这种向前发展的过程，在依靠外部条件加强内部物质交换的过程中也得到了反映，同时在这种交换的过程中生物因素的作用也越来越大。其次应该指出：表成地圈的物质是太阳能逐步积累的结果。最后，加强表成地圈内部（地域）分异，特别是它的地带区分，是表成地圈直线发展明显的表现。
一直向前发展并不是直线的过程。表成地圈的演变是不平衡的，是突跃式的。从低级阶段过渡到高级阶段这一进程中有周期性的变化，甚至有倒退的阶段（例如，坚固的台地地段反向地槽发展，在有机界的发展中有为数甚多的侧枝和“死胡同”，除了出现高级类型外，也突然发生低级的类型）。关于节律（周期）现象在表成地圈的历史发展过程中的重要作用，在上面我们已经谈过了。然而它们不能决定主要发展方向。各种过程的重复出现（例如沉积岩的形成等）都是表面上的东西，因为“地球的历史一般是不会重演的”。①

表成地圈的发展过程，可以用螺旋式上升的方式表示出来。螺旋中的每一个新圈都同时表示发展提高到了一个更新的水平。加里东循环、海西宁循环、阿尔卑斯循环，可以作为许多大的螺旋式圈圈来进行研究。

在表成地圈整个发展的历史时期内，某些普遍规律，特别是纬度地带性发挥了作用。
表成地圈的发展具有相互矛盾的性质，它渗透到对立趋势的“斗争” 中。例如地壳的受热与变冷、水分的结合（水化作用）与释放，各种有机体与非生物环境之间活质的构成与破坏等。有机体力图适应其居住的环境，但在其生命的过程中，新陈代谢又不可避免地改变着环境。这种情况迫使它们不断地适应已改变了的环境，这在表成地圈发展过程中起着特殊的重要的作用。生物界与非生物界之间的平衡只是相对的，所以这种平衡经常受到破坏。由此可见，生物界与非生物界之间的物质交换的类型也不断地发生变化。这就是它们得以发展的力量源泉。因此许多地理学家认为生物界与非生物界之间的影响是地壳发展的主要动力，决不是偶然的。

① Л.С.贝尔格：《关于沉积岩形成过程中设想的周期性》，《列宁格勒大学学术报告集》（地理科学类）， 1952 年第 8 期。同时参阅：К.К.马尔科夫：《古地理学》，莫斯科，1960 年；С.В.卡列斯尼克：《地球的普遍地理规律》莫斯科，1970 年。