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移除书签第三节 地球表层
- 地球表层圈层
地球表层是指由大气圈、生物圈、人群圈、土壤圈、水圈和岩石圈等六大圈层基本上自上而下但又相互嵌合形成的地球圈层。人群圈有时也被称为智慧圈、文化圈、人类圈。人群圈的提法强调了人类形成的具有非生物学意义上的社会群体的地理学或地球科学意义，只有群体的人才能对地球发生有效的作用。地球表层是地理科学所研究的主要对象。地球表层是一个开放的复杂巨系统。因为这一圈层不仅与太阳、月球等宇宙环境有密切联系，也与地壳以下的地球内部环境有着千丝万缕的关联，例如，地球表层一方面接受从地球以外传来的光和其他各种波长的电磁波，另一方面又从地球表层辐射红外线，进行能量交换；又如，天体运动对地球产生引力，宇宙向地球发射高能粒子、尘埃粒子，而高层大气也有分子向外逸出。说它是巨系统，是指它的子系统非常之多，地球表层系统的空间范围，可以不严格地约定为上至
对流层上层（极地上空 8 公里，赤道上空约 17 公里，平均 10 公里），下至
岩石圈上部（陆地下约 5—6 公里，海洋下平均 4 公里），但这种定义是不严格的，实际上它是由六大圈层相互作用涉及到的空间范围确定的，这个空间范围因作用不同，时间、地点有差异，是动态的、模糊的。在地球表层系统内部又有多种时间尺度的运动，有地理意义的地球表层系统有这样数量庞大、种类繁多的子系统，不能不是异常复杂的。
图 1.3.1 地球表层系统（据 NRC 修改）
地球表层系统中的第一级子系统就是六大圈层，其中人群圈子系统特别独特于外，因为它是一个社会系统，其余五大圈层属于自然系统。这些一级子系统永远处于相互作用之中。
大气圈的结构从地面到上空可以分为对流层（troposhpere）、对流层顶
（tropopause）、平流层（stratosphere）、电离层、散逸层等几层。每层大气的化学组成有所不同。最下层的对流层包括地球上空主要的云系，水蒸汽和二氧化碳的含量也占较大的比例。其外的平流层空气较稀薄，所含的水蒸汽和二氧化碳也较少，但平流层的臭氧层却非常重要。平流层之外的电离层吸收了大量的太阳辐射，因此温度最高，向地面方向逐渐变低。对对流层来说，直接吸收太阳辐射的热量并不多，主要是从地面辐射吸收热量，这是因为对流层中的水蒸汽和二氧化碳对地面的红外辐射有较强的吸收能力。因此，对流层的受热过程是从下到上，所以其温度也是从地面向上逐渐降低。由于地球赤道地区和极地地区的热量差异，地表大气将发生大气环流。
在理想条件下，大气从赤道地区受热上升，流向极地后受冷下沉，并从极地补充流向赤道。但除了热力分异外，大气环流还受到其他许多因素的影响。首先，极地地区的面积要大大小于赤道地区的面积，也就是说，从热带来的热空气只有一小部分能够为极地所接纳，而大部分空气只能在低纬度地区循环（图 1.3.3）。另外，由于科里奥利力的作用，使北半球的风向右偏，南半球的风向左偏，尤其是在中纬度地区，这种影响更为显著，并产生了高空急流。
图 1.3.2 大气垂直分层结构、各层热力状态不同（多种来源） 图 1.3.3 全球大气循环示意图（据 A. Miller）
（该图可显示大气垂直变化和水平变化）
地球表层岩石圈的分布呈不均匀状态，在欧亚大陆、非洲、南北美洲和南极洲等陆地地区，岩石圈的厚度要大于太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋等海洋洋底的岩石圈的厚度。大陆之间的海洋占据地球表面积 70％以上，水量占全球 96.5％，是地球水圈的主要组成部分。与海洋相比，地表中的河流、湖泊、沼泽、冰川等水体仅占其中一小部分，然而这部分水量最为活跃，与人类的关系最为密切，具有突出的地理意义。如河流为我们提供淡水资源、水力资源、改造地貌环境等。实际上，大气中的汽态水和地表之下的地下水， 也以参与地球表层水循环的形式，对各圈层产生相互间的影响。
与大气、岩石和水圈不同的是土壤与植被、动物的分布，与有机过程有着更为密切的联系。土壤是由物理、化学和生物过程将矿物和有机成分组合成的某种层状的混合物。土壤的形成包括三个相对独立的过程，即（1）土壤母质的破碎（风化）；（2）动植物的腐化和混合；（3）土壤物质组合成土壤层。上述三个过程不同情况的系列组合，产生了不同的土壤剖面。现代科
学已发现，岩石圈、大气圈和水圈对土壤的形成有直接的影响，它们分别从母质、生物和化学过程等方面对土壤过程产生作用。土壤的形成离不开生物， 尤其是植物的参与，实际上二者构成了密切的土壤-植物系统，在这个系统中，物质、能量的交换与循环周而复始，生生不息。例如，植物通过光合作用产生植物体，这一过程要从土壤中吸收营养元素。成熟的植物总有一部分还原土壤，被微生物分解，成为下一代植物的营养源。土壤中的养分，还可以从周围的岩石、水、人为施肥等形式得到补充。具体来说，土壤-植物系统的养分可有五种途径，实现输入和输出，即（1）矿物风化的输入，（2）大气中的养分输入，（3）淋溶作用的输出，（4）由动植物引起的养分循环，
- 容易为植物所利用的养分物质在土壤中的储存。地球表层中，各圈层之间有密切的联系，存在着强烈的相互作用，其中人群圈对其他圈层的干扰和改变，已引起注目的 PRED①问题。目前最为热门的话题是人类活动排放 CO2 和破坏大气臭氧层，可能引起全球性的灾难性的变化，而这又反过来引起粮食生产下降，影响经济持续发展。
