物质的循环

在表成地圈中物质的移动和变化是以循环的形式进行的，也就是具有循环的特点。通常把循环理解为不同性质的过程。必需把物质，例如在大气圈和水圈中，即在同类环境范围内的机械位移过程，同物质从一个环境转移到另一个环境，而且伴随着复杂的物理、化学和生物学方面的变化的情况要区别开来。这些都具有重要的地理意义，然而各种组成成分的相互影响表现在第二种类型的过程中，这些过程通常包括整个表成地圈，例如在世界海洋中的洋流系统（即在海洋本身深度内水体的循环），海洋与大气、地壳以及有机体的水分交换，都属于水的循环。在这种情况下，所谓特殊的物质循环，我们理解为是第二类过程。

循环具有外部闭合圈的性质，由于闭合环仿佛以同样数量的物质循环着。例如，有人认为：每年从世界海洋蒸发了 45 万立方公里的水量，并以等量大气降水和径流的形式返还回来。然而事实上循环从来也没有完全闭合：部分物质在循环的某一阶段在某个地方被阻塞住了，或多或少在长时期内从循环中脱落下来（例如大气降水部分地与水化作用的过程联系起来），或者全部从循环中排除出去（例如，由于吸收到岩石圈的深层之故）。地球的部分物质包括水分从大气圈的外层连续进入宇宙空间，在这里气体微粒的速度开始超过临界（宇宙的）速度，这种现象称之为散逸。

另一方面，凭借火山爆发以及来自宇宙的物质，经常从外面降落到表成地圈。有人认为每年降落到地球表面的陨石和宇宙尘埃达 1，000 万吨，现在表成地圈的物质是很难平衡的，即物质收支之间的比例很难平衡。但大概说来，这种平衡是正的。

随着表成地圈的发展，它与外界环境——宇宙，特别是与地球深处的物质交换已丧失了其意义，且与大规模的物质内部循环相比，现在已不起重要的作用。

在循环的过程中表成地圈的物质和组成成分发生了质变。我们已经看到，水和空气由表成地圈的一种结构部分转移到另一种结构部分，它们的成分和性质都发生了变化。我们注意到，海面蒸发的水分，由于其同位素成分的改变，又返回到海洋表面（其中有一小部分变成了重氢）。氧也是这样，从大气圈渗透到海洋时，由于生物过程从氧中提取了更轻的同位素，使氧变得更重了。我们同样可以确认，在改造表成地圈的过程中，起着重要作用的是生物循环。因此，物质循环决不是什么某种封闭的重复的周期运动。这种过程不是完全可逆的，在这一过程中，不论是物质的数量还是物质的质量，都不会完全恢复到原来的状态。

物质处在循环状态中的连续性，即循环的长期性，可能是多种多样的。例如同样数量的水分，在一年的时间里，在大气圈中不止一次地循环（即蒸发、凝结、降落到地表，又重新蒸发等等）。在同一时间里，其它的循环以地质规模发生改变，例如，由于剥蚀作用，从陆地上所携走的固体物质，可能将来又返回到陆地上。通过各个阶段沉积在海洋底部凝聚起来，下沉在岩石层深处，在火山爆发、或侵入体侵入时再熔化，又重新带到地表上来（当然，是以强烈改造的形式进行的），但是这个过程相当长，并且最终结果与原始状况将是很不相同的，按照地理学家的观点，剥蚀作用可以作为不可逆的现象来研究。

测定循环最适用的单位是每年参加到循环中的物质量。绝大多数以吸收太阳能作为条件的地理过程都是与年周期有联系的（其中包括水分循环、有机体的制造和分解等等）。

在循环中，同一时间只有某种物质的一部分储藏量，而对该物质不同的组成成分来说是很不一致的。如果把表成地圈物质总储藏量（含量）的数量，列入一年时间内参加到循环中（即收入和支出）的物质数量中去，那么我们就可以赢得充分循环，或者更新这种储藏量所需的时间。类似指标可以提供比较循环强度的明确概念，它可以作为不同组成成分活动性或惰性的某种尺度。

在表 7 中已引证了某些例证，从中可以看出：在生物中，在各种表面水分中，以及在大气圈中的各种交换过程，都表现得最频繁。地壳物质的特性是更新速度最慢。应当注意：表中某些指标都是附有条件的。例如，可燃性生物岩依靠有机体利用它进行更新的速度，只是为了比较而在表中被引用了。

水分和某些活泼的生物元素——氧、碳、氮、磷、硫及其它元素的循环，对于表成地圈的结构和功能有着最重要的意义。在科技文献中，不同的作者所制订的循环图示已经不少了。可惜，表成地圈物质流的定量资料还是极端缺乏，而且有时还互相矛盾。因此，往往对同一种元素所拟订的各种图示都不相同。应该注意，现阶段对物质循环的自然进程影响最大的因素是人。生产的作用可以极大地影响到水、氧、二氧化碳、其它元素及其化合物的平衡。

作为一个例证，根据 M.N.利沃维奇的资料，我们仅仅引用了编制的表成地圈的水分循环的图示（图 5）。这个图示具有完全闭合循环的形式。它是根据下列计算而拟订的，即每年从表成地圈蒸发了 525×10³ 立方公里的水量，并得到同样多的降水，也就是地表和大气圈的水分平衡等于零。

当然，在实际上水分循环并不是闭合的。还有某些水量从外面参加到循环中去，如在火山爆发的情况下有水（4—5 亿立方米，可能更多）以及陨石物质（每年有几万立方米）参加循环。另一方