表 2 表成地圈主要结构层次及其组成成分

结构层

密 度

( 千克

质 量

(吨)

容 积

( 立方

单位厚

度*(公

各种组成成分含量**

固体物质 自由水 生物

\ 立 方

米)

米)

里)

(吨)

(%)

(吨)

(%) ( 吨) (%)

对流层

1.23-

0.4***

4.1515

5

1018

×

10-12

5 × 108

1.2

10-5

×

1.4 ×

1013

0.3 ? ?

世界海洋****

1030

1.42 ×

1018

1.37 ×

1018

2.8

5

1016

×

3.4

1.37 ×

1018

96.6 n × 1010 n ×

10-6

3.0 n × 1012 n ×

10-4

成层岩石圈

2500

2.5

1018

×

1

1018

×

2.0

2.4

1018

×

97

8 ×

1016

*单位厚度的意义是指均匀覆盖于地球整个表面的层次。

**气体的含量(指容积)占世界海洋的 1.4—2.3%,在土壤中达 23—28%,在地壳中急剧减少。

***第一个数字系指对流层近地面层的数字,第二个数字系指高达 10 公里的数字。

****在世界大洋中汇集了水圈总容积(1.45×1018 立方米)的 94%的水量,其余部分按下列方式分配:①

地下水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6×1016(4.12%)

其中用于有效水交换地带的数字⋯⋯4×1015(0.27%) 冰川⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.4×1016(1.65%)

湖泊⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.8×1014(0.019%) 土壤水⋯⋯⋯⋯8.5×1013(0.006%)

大气圈水蒸气⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.4×1013(0.001%)

河流⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.2×1012(0.0001%)成地圈特殊的最复杂的结构单位,这些结

构单位与三种原始的早先列举的层次不同,它们没有主要的基本的组成成分。事实上,所谓大陆表面不是指别的,而是指一个薄层(整个厚度只有几十米),在其结构上是非常复杂的层次,这个层次与土壤、水分、大气,植物的地上地下部分,以及这里生活的动物和微生物紧密地相互交织在一起。可能有人会离奇古怪地提出一个问题:在这中间什么是最重要的?这里以什么组成成分占主导地位?显然,对于地理学家来说,研究表成地圈这些结构部分是最有意义的事。

随着接触层与地理壳外围的距离的拉开,各种组成成分相互交换的活动性逐渐减弱,其它组成成分渗入到个别地圈也逐渐减少,它们的结构也变得简单一些。因此,三种主要结构层次的每一层都可能分成几个第二等级的层次。

考虑到上述情况,我们研究了表成地圈几个更为详细的层次结构(图3)。

正如过去指出:形成表成地圈基础的沉积壳的上部,可以划出表生作用地带,这里在阳光、水分、大气(氧和二氧化碳)和有机体的作用下,进行 着强烈地改造。实际上成层岩石圈这部分应属于大陆表面接触层,它的最上面几十厘米处是土圈或土界,生活着丰富的有机体,具有丰富的有机物质。

① 参阅М.И.利沃维奇:《世界水资源及其未来》(1974,c.21.)。

在对流层的下层有一层称之为边界层磨擦层,其厚度为 500—600 米到 1,000—1,500 米。这里气体壳与陆地和海洋表面的相互作用表现得最为明显,特别是这里集中了大部分尘埃,温度、湿度和风的昼夜变化也清楚地表现出来。在这上面就是自由大气圈,它对气团的磨擦影响表现不明显,而且风速急剧增大。

地表以上 30—50 米的磨擦层下部,可以划出对流层的近地面层。在这一层中分布着木本植被的地上部分,这里明显地表现出各种地方因素对气候的影响,在这一层范围内,温度和湿度随高度增加而迅速减低。最后,大气圈的最下层是小气候圈或称小圈,有时候也称近地面层,其厚度达地表以上1.5—2 米。这一层的特征是:水分含量很高,温度变化最大,风速最小,还表现温度、湿度和风的垂直梯度特别大的情况,而夜间则经常出现逆温现象。

对流层近地面层与地圈和表生作用下伏圈一起,在地理壳中形成了可以称之为陆地景观圈的最复杂的接触薄膜。实际上这种结构单位是在整个三种主要地圈的接触处形成的。因为在这里水圈是地表水和地下水以极其多种形式积累起来,这里也聚集了我们星球上绝大多数的(不少于 99%)生物。在陆地景观圈中存在着许多物质和能量转化的主要机制。这就是地理壳的特有的“主要秘密”,一个巨大的实验室。在这个实验室里不断进行着各种溶解 作用、氧化还原作用、水合作用、生物的合成与分解、岩石的机械破坏、疏松沉积物的搬运和堆积、大气降水、径流、蒸发和蒸腾作用、土壤、冰川和各种地貌的形成等等。

地面景观圈具有复杂的层次结构。在详细研究地下部时,可以在土壤中分出整个水平序列,以及若干标志各种自然过程本质变化特征的临界等级。由此特别应该列出地下水的水平面。在这个水平面以下,氧气很难渗透到土壤和心土中去,并且强烈地改变着地球化学环境及其土壤和生物过程的特点。随着温度状况的改变,温度年平均水平线也有所不同。低于这个水平线就觉察不出温度年变幅(在赤道上位于 5—10 米的深处,在温暖纬度地带在

15—20 米深处,而在高纬度地带则在 20—30 米的深处)和温度日变幅(在

  1. —1.0 米的深处)。

在陆地接触层的地上部分许多层次也不一样,不仅在大气圈作用性质方面有所反映,而且在生物地理的特征上也有所反映(这层次或层位,在地面上为苔藓地衣覆盖物,向上顺次为草木和灌木植被,矮生树和树冠等)。垂直层理也是陆地水域所固有的现象。

成层现象同陆地表面高度的增加有着特殊的联系,这反映在某些层次有顺序地更替。按照层次的不同发生了水热状况和地面景观所有结构的改组, 这就形成了低平原、高平原、山前地带、低山、中山、高山等等。在后面我们将介绍陆地景观圈的这些部分。

还必须提出一种特殊的层次——冰圈(冷壳),这是永冻地区,温度处 在零度以下,没有液体水分,生命现象几乎停止,没有径流,冰川发育代替了土壤。这个圈恰好再次覆盖了地理壳,它的上部界限已超出地理壳范围以外,到了电离层。而其下部界限随着纬度不同而有极大的变化:在两极纬度地带下达地壳深处 1,000—1,500 米,而在南极洲甚至可达 4,000 米(这里地表是冰盾,地壳形成了常年永冻层),而在热带纬度地带,这个圈位置移到上面,达到海拔 6—6.5 千米高处,即完全占领了最高的山峰。

陆地景观圈最重要的地理特点就是它的水平结构是多种多样,五光十

色,也就是说处处都有分异,换言之,该圈是由许多地理系统所组成。陆地接触层的地域分异是景观学的研究对象,我们将在下面某个章节中加以论述。

简短地谈一下世界海洋层次划分问题。首先应该把与对流层有直接联系的表层划分出来。世界海洋与大气圈的相互作用,以及太阳辐射的影响,是 造成海水与水的垂直环流和水平环流在上层的强烈混合,以及大气气体渗入到水层中的原因。由于阳光的照射,海洋表层可以生长绿色植物并形成光合作用带。生物集中的基本区域位于 10—50 米深处的范围内,浮游生物大量繁

殖区可达 100 米深处;在更深处只有绿色、蓝色和紫色射线的射入,这里可

以生长某些耐阴植物。波浪高度可达 30—50 米,有时甚至可达 100 米。洋流

所占的厚度可达 100 米。常年恒温层处在 150—200 米深处,因此,水圈和大

气圈的接触层的最低界限位于 150 米和 200 米之间的深处。

对流层近水面层自然应属于这个层次,也和陆地景观的接触层一样,世界海洋中与之类似的一层,其特点是沿着等高线有极大的变异性(尽管不是那么鲜明和多种多样),在这里也形成了不同的(水体)景观。

世界海洋的深层深海层)的特点是缺乏光照,水流极为缓慢,温度和含盐量几乎不变,水平分异微弱,缺乏植物有机体,只有动物和细菌,生物物质的总量比表层少许多倍。

最后,洋底应该作为表成地圈特殊结构(接触)层,作为水下景观圈(与水层近底层一起)进行研究。此处在大量水生生物残骸的参与下,形成了海底软泥——土壤类似物。在洋底母质中所发生的化学变化,这些过程改变着接近底层的水的成分和性质。近底水层的浮游(自由游动的)动物在食物来源方面是海底有机体和海底软泥有着紧密的联系。

水下景观圈与陆地景观圈有类似之处,随着深度的增加沿着垂直线显示出明显的成层性,可以划分为四个主要的层次。

  1. 陆棚(生物地理学家称之为沿岸带和亚沿岸带),深度达 200 米,是大陆低平原的延伸部分,在这里来自大陆丰富的物质,在阳光照射下与水分充分混合,造成了生命(特别是各种藻类和无脊椎动物)发育最有利的条件, 这里集中了世界海洋底栖生物总生物量的 80%。

  2. 大陆坡(次深海区),深度达 2,500—3,000 米,是坡度很大的地区, 致密的基岩裸露出来,缺乏植物,动物界发展相当微弱(这里生物量的密度比陆棚小十倍)。

  3. 海床(深海区)深达 6,000 米,是洋底的极为广阔结构单位,具有淤泥底土,是有机物的主要发生地,地形颇为复杂,生物量的密度(动物和细菌)比陆棚要小百倍。

  4. 深海盆地(超深海区)深度可达 6,000—11,000 米,是洋底最深的区域,仅有细菌生存,虽然在 1 克的淤泥中能找到上百万个细菌标本,而总

生物量却不大,在 1 平方米的表面上只有几克重,其数字比陆棚要小于一千倍。