第七节 环境的演变

地理环境，无时无刻不在发生变化。一般讲城市那样的人文环境，变化或发展的速度较快，相比之下，自然环境的变化则相对缓慢。地理学的环境演变专指自然环境有规律的具有一定方向性和随机性的长期变化，特别是全球性的环境变化。

图 4.7.1 漂移的大陆（据古地磁资料推算）（据 Smith Briden 和Drewry，1973）

（a）约 5 亿年前，寒武纪后期—奥陶纪早期。（b）约 3 亿 4 千万年前，

石炭纪早期。（c）约 2 亿 5 千万年前，二叠纪。（d）约 5 千万年前，早第三纪（始新世）。这些图是球极平面投影。北半球在左边，南半球在右边， 每张图的圆周为赤道，而且标志出纬度 30°和 60°，经度是任意的。

引起环境演变的因素有两个，一是地质运动，二是气候变化。在漫长的地质时期，大陆板块运动到不同的地理纬度时，得到的热量和水分不同，形成了不同的气候条件。大约在距今 7 亿年的前寒武纪时期（中国称震旦纪），

约 5 亿年前和 2.5 年时，有证据表明，地球上一部分陆地漂移到极地附近， 使地球经历了三次大的冰期。另一方面，在板块运动过程中，发生相互碰撞， 内部拉伸、分裂等也引起环境的变化。诸如褶皱隆起形成高原、山地，分裂形成海湾，发育新的大陆。图 4.7.1 是最近 5 亿年地球上板块运动模式。图中虚线部分是未确定的边界。板块运动引起的环境演变，至今仍然影响着人类。例如在最近的 10 万年中，由于印度板块的俯冲作用，喜马拉雅山隆起约500—2000m，终成印度洋季风北上难以逾越的障碍，致使高原内部强烈变干， 内部的冰川规模相对减小，多年冻土广泛发育（据李吉均等 1979）。人类在这一高原上的生存变得十分艰难。

对人类有更重要意义的环境演变，是气候变化。地质运动引起的气候变化，是长期的。狭义的气候变化指的是天文因素、大气成分等改变引起的气候变化。地球在长期的天文运动中，黄赤交角是有变化的，在第四纪时期， 地球黄赤交角约在 22—25°间变化，米兰柯维奇计算发现，当黄赤交角与地球绕日轨道的偏心率、春分点位置适当配合时，地球上出现第四纪冰期。引起冰期的原因被解释为当高纬地区冬季较为温暖时期降雪较多，冬季地温较低，引起更多的降雪结冰，相应地夏季变得温度较低而不足以使冬季新形成的冰融化，如此反复，冰川即向低纬扩展。一般认为，地球上的第四纪冰期周期为 40 万年、10 万年和 4.2 万年等。地质记录表明，第四纪以来，至少

经历了四至五次较大的冰期。表 4.7.1 是世界上各冰期的对比。

表 4.7.1 第四纪冰期与间冰期（多种来源）

图 4.7.2 是基于米兰柯维奇理论计算的气候变化曲线，可与大陆冰盖运动、深海沉积物氧同位素变化曲线对比，在氧同位素曲线中，气候变化存在明显的 10 万年周期。米兰柯维奇曲线也存在这一周期，但理论计算的变幅偏小，这是这一理论受到的最大挑战。

图 4.7.2 基于米兰柯维奇理论计算的过去 60 万年在 65°N 上夏季辐射量的变化（基于 Milankovitch，据 Zeuner，1959）

图 4.7.3 1 万年来挪威雪线高度（实线）和近 5000 年来中国气温

（虚线）变迁图（据竺可桢，1973）

最末一次冰期以来称为冰后期，即全新世，它大约开始于距今 1 万 2 千

年前。全新世以来，气候存在若干次波动。距今约 1 万年—1 万 2 千年的前

北方期，气候干冷，距今约 5—7 千年前的大西洋期是一个湿热的气候适宜

期，有学者认为，在中国这一时期可能会延续到距今 3.1 千年（如竺可桢，

施雅风），欧洲人认为只延续到距今 4000 年。在历史时期气候经历了多次变

动，图 4.7.3 是竺可桢提出的中国 5000 年气候演化模式。近年来张丕远等研

究了中国气候状态的稳定性，他们发现（1992），近约 2000 年来气候转变由若干突变控制，其最大一次发生在 1230—1260A.D.，而且近 2000 年来，中国南北气候分异上由“秦岭-淮河”线表征的特征方向是稳定的，而东北-西南向的干湿界限“黑河（瑷辉）-腾冲”线表征的气候分异特征方向不稳定， 如在隋唐温暖期，北端西偏而呈近南北向，它的变动在气候学上有重要意义， 并且由此引起景观的

图 4.7.4 胡焕庸人口线和中国的生态过渡带

系列变化。（黑河-腾冲线，最初作为中国人口地理界线被胡焕庸 1932 年提出，国外称为胡焕庸人口线。这一界线的形成有它深刻的地理环境背景。近年张丕远等（1990，1993）发现这条界线附近是中国自然地理的重要过渡带，称为生态脆弱带，并在环境演化上具有重要意义，它的位置推移标志着气候的波动和环境的变迁。由于本界线地理位置不稳定，本书顺应国际命名习惯，称其为胡-张线（图 4.7.4）。胡-张线的存在，表明地理环境的演变过程伴随着地域分异。另外一些原因，如大气成分、地球随同太阳在银河系的运动、火山灰在大气层的扩展等都可能引起气候变化。

气候系统作为地球表层系统的子系统，它的变化必然引起地球表层系统内部子系统的调整和反馈。气温的升高，必然引起极地冰川的融化和海水的热膨胀，从而引起海平面的变化。冰后期的海平面在升高，对此有三种不同的观点，一种认为海平面一直在升高，今天的海平面是最高海面；另一学说认为，海平面约在 5000 年前已达到今天的水准，此后保持稳定；还有一种学说认为 5000 年前有一高于现在约 2m 的高海面，后来海面逐渐降低到现在的水平。最令人关心的是今后 50 年到 100 年内，随着全球可能的增温所引起的全球海平面的变化。一般认为海面可能上升 30—50cm。这可能淹没许多沿海低地，引起海岸侵蚀后退，使沿海地区遭受到更大可能的风暴潮威胁和破坏若干海岸工程设施。海平面的变化还可能引起河流调整自然的均衡剖面，沿程发生溯源淤积，引起下游水流不畅，使洪涝更多地发生。

图 4.7.5 全新世海平面变化曲线（据默耐尔，1969）

气候变化引起环境变化的另一表现是土壤-植被的变化。土壤与植被是气候的产物，气候变化引起区域热量、降水的变化，从而引起区域内风化作用、成壤作用的变化，生物也因适应气候条件而发生变化。值得注意的是，由于生物生态的耐性定律，植被气候或环境变迁引起的演变有滞后性，在某些情况下，出现非地带的“遗孑生物”。当人为的破坏施加于滞后的植被时，原来景观的恢复就成了不可能。气候与土壤和植被间存在着复杂的关系，这个问题，正在引起大量的研究。

气候变化引起的环境演变是复杂的，在冰期，大气的三圈环流可能不同于现代的形式，副高向低纬退缩，干旱环境蚕食热带雨林，而在低纬的干旱环境，出现了雨期，植被得以发展。同期在我国北方地区出现了间雨期，其间干冷，西风加强，据刘东生等（1978）研究，黄土高原的黄土就是在此期间经风力吹运而沉积的。冰期的洋流也可能移动位置，有证据表明冰期的墨西哥湾暖流极可能流向西班牙而不是英格兰（据 CLIMAP 组织），而使区域气候发生更大变化。

环境的演变是复杂的，未来环境的变化更引起人类的重视，近年来发表了大量的文章讨论这方面的内容。多数学者认为，一个世纪以来人类活动所排放到大气中的 CO2 所引起的全球变暖已经明显可见，而且这种变暖的可能不仅比当前的自然起伏大，而且比过去的自然变化要快 15—40 倍（Gleick， 1990）。另外，森林砍伐、土地的过度利用都将导致沙漠化的扩大。因此， 未来环境将趋于更大变化。

图 4.7.6 用两种不同模型模拟的 CO2 倍增后全球气温效应，显示 6—8 月均气温变化（据 Gares 等，1990）

由于大气圈对人类活动的响应较快，并对其它环境子系统的变化产生重大的影响。故而估计未来的气候变化都是假定全球 CO2 的排放量按目前这种

“正常排放”趋势进行的。如果这种假定成立的话，那么，大气中的 CO2 含量将在 2025 年至 2050 年期间增加一倍。采取大气环流模式和古气候相似法分析，未来全球气候变化的趋势可能是这样的（图 4.7.6 图 4.7.7）：

l）全球平均温度相应增加在 1.5—4.5℃之间。2）这种增温在全球分布不均匀，在热带地区增温较小，等于全球平均增

温的一半；而在两 极地区增温较大，等于全球平均增温的一倍。

图 4.7.7 两种不同模型模拟的 CO2 倍增后全球降水效应，显示 6—8 月均降水变化（据 Gares 等，1990）

1. 季风降雨将向极地推进。在全球变暖的情况下，热带辐合带（ITCE）

有可能由于海陆气压梯度加大（季风季节之前地表变热的结果）而进一步朝极地方向推进。这样，非洲、亚洲和澳洲某些季风区的降雨可能增加，降雨强度也可能更大，因此洪水和土壤侵蚀都有可能增强。

研究表明，气候变化对农业和家畜将有重要影响。就区域性生产而言， 由于与气候变化相关的天气变化和虫害，以及与污染物排放有关的近地表臭氧含量的变化，可能会减少生产。在某些地区，特别是在今日生产下降的高度脆弱的地区，可能会产生剧烈的影响，如巴西、秘鲁、非洲的撒哈勒地区、东南亚中亚地区和中国。在高纬和中纬地区，种植作物的热量界线可北移， 延长农作物生长期，各地带生产能力有所提高。

预计的温度和降水的变化表明，气候带在下一个 50 年内可能向两极方向移动数百公里。动植物区系将滞后于这些气候带的移动。因而可以在不同的气候区系内发现它们。

图 4.7.8 全球增温引起海平面变化的几种预测（多种来源）

这些气候可能比较有利于生物生存，因而某些物种的生产率增加，另一些则减少。Leomans（1989）利用温度和降水状况的构想讨论了生物带的变化， 提出气候变化对 12 个植被带的影响，结果得到植被分布型有如下变化：

1. 在高纬度可以看到植被带有最大的减少，在那里，极地荒漠、苔原和泰加林的土地总面积减少了约 700 万平方公里（20％）。

2. 在低纬地区，主要是亚热带森林、稀树草原和热带雨林的减少。

3. 在当前气候条件下，被划分为郁闭林生物带的 5700 万平方公里地域中预计将有 35％位于条件变得不适合的地区。

4. 可能发育郁闭林的地区，可以保持面积增减的动态平衡，即减少的面积等于增加的面积。

较小的气候变化能引起许多地区水资源的大问题，特别是在干旱和半干旱地区以及由于水需求或水污染引起水短缺的湿润地区，如东南亚等地区， 分析表明，在某些特殊的区域内，如降水减少 10％和增温 l—2℃，则可能引起年径流减少 40—70％。

另外，随着全球气温的升高，准地面永冻层也将变化。永冻层（目前占

北半球陆地面积的 20—25％）在今后 40—50 年内可能出现重大的衰退。在永冻层之上的解冻层（活动层）厚度预计将增大，以及永冻层向较高纬度和较大高度的退却，都可能导致包含永冻层的这些地区内地形的不稳定、侵蚀和发生滑坡。因此，位于其上的生态系统可能发生重大变化。

全球增温将加速海平面的上升，改变海洋环流和海洋生态系统，因而造成重大的社会经济后果。预计在 2050 前后海平面将上升 30—50cm，这将危及低的岛屿及海岸带；到 2100 年左右，海平面将上升 1m，使某些岛国不能居住，数以千万计的居民要迁移，同时将严重危及地势低洼的城市区域，洪水淹没生产的土地，海水浸染地下的淡水资源。海平面的迅速上升将会改变海岸生态，并危及许多重要的鱼类资源。这些影响将随地理位置而异，它将造成生境变化，生物多样性减少。关于海平面变化问题，正引起越来越多的关注，成为地理学研究的一个热点。

当然，并非所有的学者都赞同这种认识。布德科（Budyko，1989）认为， CO2 增加将带来的“温室效应”，因为中全新世以来，气候的自然趋势是气温下降，由于温室气体的作用人类才不受寒冷之苦，而且温室气体使大陆内部降水增多，使干旱化地区得以利用。黄秉维（1991）认为，气温增高 3℃， 对中纬度地区植物生产无疑是利大于害的，同时也有利于节省冬季取暖的燃料等。另外一些学者则认为 CO2 的增加，并未引起增温效应，那种担心 CO2 排放而引起全球变化是“杞人忧天”。

总之，地理环境系统是复杂的，地理环境系统的演化就更为复杂了，有待于我们继续探索。

复习思考题四

1. 山地地域分异对经济发展有什么影响？（提示：试从交通、资源以及迎风-背风坡角度讨论）。

2. 试讨论山地流域系统与平原流域系统的异同？

3. 坡地系统有什么特征，这些特征对土地利用有什么影响？

4. 河流从上游到河口，其泥沙运动和沉积作用有什么变化，为什么？

5. 山地、流域、河流之间有什么联系，并由此说明坡面系统在地理学中占有重要地位。

6. 海洋资源主要有哪些？它们的空间分布特征如何？

7. 在海平面上升的情况下，海岸、河口、三角洲会有什么自然变化？

8. 从干旱区地理过程特征出发，试讨论防止沙漠化的原理。

9. 城市地域分异的基本特点是什么？

10. 从图 4.6.9 所示的城市水文灾害过程，讨论城市减灾防灾的策略。（提示：注意与河流一节内容结合）。

11. 城市发展过程中，地域结构是怎样演化的？由此可能造成的地价变化如何？（提示：图 4.6.18）。