二、地球表层的特征

如前所述，科学研究的对象有其特殊的矛盾性，地球表层的特殊矛盾性表现在以下四个方面。

（一）地球表层是物质三态存在和相互作用的场所

地球是太阳系乃至银河系中得天独厚的星体。迄今为止，它是人类所发现的星体中唯一有生命存在的星体。由于它距太阳远近适中（一个天文单位），使它表面具有较为适宜的温度；由于其形状大小适宜（半径 6378 公里），使它表面吸引了适量的水和大气并保持一定的压力，造就了地表固态、液态、气态三种形态物质共存并互相转化的复杂形态。它的丰富多彩，生机勃勃的表面形态是至今人类所发现的其他天体所无法比拟的。

固、液、气三态相互并存、相互作用是地球表层的突出特征。它表现为两个方面的机制：一是界面机制，二是异质机制。

界面对物质世界的进化发展具有重要意义。从物理意义上看，能量和物质的转换和传输，主要是通过界面来进行的；从化学意义上讲，吸附作用、吸收作用也是首先通过界面来实现的。在三相界面上，地球重力表现最为突出、最为鲜明。界面之间的物质密度发生急剧突然的变化，彼此约束力很差，平衡极为脆弱，外部条件稍有变化重力就明显地表现出来。诸如所见的崩塌、滑波、泥石流、雪崩、冰川运动、河流、瀑布、地下水渗透、海流等等，均为地球重力的具体表现。在三相界面上，地球内力的表现也极为充分。在地球内部，岩石的密度、压力很大，限制着构造力的表现，而在界面上失去了上述约束条件，诸如火山、地震、构造运动塑造了千姿百态的地表形态。在三相界面上，太阳能对地球的影响也极为明显，大气、水和疏松的地表很容易透过太阳辐射，从而易于加温和冷却。界面上造成了彼此相异的热力学特性，例如水的冻胀加剧岩石的风化，陆地、水面的温度差异直接控制气压形势和空气的运动，造成季风、山风、谷风、湖岸风等不同规模的环流。三相界面也是生物界存在的基础，固体地壳为生物的生存、运动提供了赖以依托的根基，气体的呼吸交换、液体的体内循环，相互构成了生命存在的基本条件。随着地球的进化和发展，界面的总面积不断地扩大。由于外部环境不断输入能量到地球表层，岩石不断地风化、破碎、变得越来越小、越来越细，从而总面积不断扩大。来自地球内部的构造力又使岩石圈表面出现褶曲、凹陷、断裂，也使界面的面积不断扩大。生物，特别是人类也是扩大表层界面面积的积极力量。生物的作用加剧岩石圈中土壤的形成过程，人类各种工程建筑可以把本来大体均一的地面弄得凸凹不平；城市中各种建筑物的总面积可以使原来地表的表面积增加几倍几十倍，造成的“热岛效应”甚至可以将

① B.И.вepнaДckИЙ：《Биocфepa》，Mockoвa.1967.357.

气温比郊区旷野提高几度（℃）。界面面积的大小与物质能量的循环、交换、传输的程度和复杂性是正相关的，界面的存在和表面积的扩大，促进了地球表层的物质进步和能量传输，而来自地球内部的能量和来自地球外部的能量又不断地促进地球三相界面总面积的扩大，彼此形成了正反馈的过程，这种相互促进不可逆转的发展过程，造成了地球表层的高速进化。

异质机制是指气体、液体、固体三相之间物质组成和结构功能之间明显差异所产生的特殊效应。美国科学家丸山孙郎认为：“异质化是系统功能发展、组织结构完善和进化的基础，世界上所有的生物过程、社会过程和某些物理过程的基本规律，都是异质性和共生性的增加。”①异质有利于调节和促进物质和能量的流动和转换。地表三相共存，形成了海洋、陆地、冰川、沙漠、湖泊、沼泽等大小等级不同的异质系统，从而造成了不同规模的水分、空气循环，实现物质和能量的循环运动和转换。不同的异质系统也形成了人类社会的不同的资源条件、生产环境和生活环境，也促进了人类社会生产、社会生活信息的流动和交换。可见地球表面千差万别的异质系统与地球内部和外层空间那种近于死寂、相对均一的同质系统相比，进化速度是惊人的。总之，气态、液态、固态三相共存相互作用的地球表面在界面机制、异

质机制共同作用下使地球表层处于不可逆的进化状态，形成了一个特殊的物质流、能量流运动和转换系统，强化了各组成要素之间的相互制约性、共生性和整体性，系统的组织水平越来越高级，越来越复杂，使之质地区别于地球其他层圈，形成了自己独特的性质。

（二）地球表层是内外力相互作用的场所

所谓地球内力是指地球的构造力，来自地球内部，在地球表层清晰明显地表现出来，诸如火山、地震、岩浆活动、地壳隆起和沉陷等等。除火山爆发外，内力作用的限度基本上终止于地球固体表面，它造成地球表层地理位置（经度、纬度、高度）相对改变，构成地球表层固体部分的基本框架。内力作用总的趋势是造成地表高低起伏、千姿百态的表面形态。外力作用即指以太阳辐射为基本能源而产生的风化作用、流水作用、风蚀作用等，它通过物理化学变化、物质的侵蚀、搬运、堆积作用极力消除内力所造成的起伏，总的作用趋势是夷平地表，其影响深度仅限于地表以下几米到几十米的深度。很显然，内力作用的上限和外力作用的下限都在地球表层之中。地表形态是由内外力共同作用的结果，这一特点是地球其他层圈所不具备的。

（三）地球表层是有机界和无机界互相转化的场所

生物圈是地球表层物质、能量流所维持的一层薄薄的有机膜，它起到了太阳能与无机界之间的中介作用。正是有机界中的绿色植物通过光合作用固定太阳能，然后通过食物链的关系传递给食草、食肉动物，生命体死后又在太阳能的作用下，通过微生物将有机体分解成无机盐类，参加地表物质循环，供植物再吸收，转化为新的有机体。地表中固有的氮、磷、钾等无机元素也作为养分被植物吸收转化为有机体。这种有机与无机的转化也是只有地球表层才存在的。

（四）地球表层是人类的生存环境

人类的出现使地球表层发生了质的变化，也构成了区别于其他层圈的突出特征。人类的影响最初是斑点状的，随着时间的推移，它的作用发生了突

① [美]丸山孙郎著，陈一壮译：《异质发生学和形态发生学》，自然科学哲学问题，1986 年 3 月。

变性的进展。虽然早在 200 万年以前就出现了人类，但只是有文字记载的历史时期形成社会生产力以来，特别是近代工业革命以来，人类的作用和影响才突出地显现出来。人类改变大气圈，造成温室效应、热岛效应，甚至控制局部环流；人类改变水循环、创造人工地形，从根本上改变了生物界的面貌等等。现在几乎找不到一块没有人类影响的禁地，人类的作用和影响在地球上已经连成一片，形成了名副其实的智慧圈、文化圈，地球表层渐渐成了人及其生活环境相互有机联系的新的系统。对现代地理学来说，不仅人文地理学要研究人类与其生产、生活环境的关系，就是自然地理学在分析地面诸种现象和过程时，也不可忽视人对环境的影响。

上述四个特征从本质上和整体上使地球表层形成了有别于其他层圈的独特的物质系统，地理学就是以这个系统为对象，建立起自己的科学体系。