绪论


　　1991 年 6 月底到 7 月上旬，长江下游和淮河流域出现了第二次“梅雨”， 洪水袭击了中国人口稠密、经济发达的地区。这次洪涝灾害中，降雨量并无
1954 年夏季大，但其灾害强度却是百年未遇的。地理学家陈吉余等在《解放 日报》发表文章指出，经过计算，如果人们没有围垦太湖和阻塞河道，水位 决不会超过 1954 年水位，太湖水位将比实际水位低约 20cm，在广袤的三角 洲平原地区，如果水位下降 20cm，洪灾的强度将大大地缩小。难道人们不知 道围垦湖泊、阻塞河道的危险后果吗？不。然而人口的不断增长加重了土地 资源的农业承载，而经济的发展需要将土地转为非农用的，土地资源紧张， 围垦能获得新的土地，可能的灾害性后果被暂时忘记了。资源、环境与发展 之间，真是矛盾重重。如何来协调人口、资源、环境与发展的问题？这需要 专门的知识，专门的科学。 十多年来，改革开放的大潮一次又一次地席卷中 国大地，中国的经济与世界的经济已经发生了不可分割的联系，在这种形势 下，经济投资的重点将趋向什么地方，各地区具有什么优势和劣势，资源在 开发中占有何种地位，区域的经济政策怎样才是合理的，与之相应的环境将 会发生何种变化，这种变化将会带来何种后果，这些问题也构成了一个学科 的主题。
由于人类的活动，大气中的 CO■含量正在增加，CO■的增加将产生温室
效应，温室效应将使气候发生变化，从而引起全球性的农业生产潜力、海平 面、土地等等自然环境和生态系统的变化，并产生经济社会冲击。如何分析 和评估这种变化，也构成了专门的学科问题。
所有上述问题，都有一个共同的特点，就是它们都发生于地球表层空间。
不仅如此，它们也是地球表层空间特有的现象。离开了大气圈层和其他圈层 如水圈的相互作用，也就没有了全球环境变化问题；离开了人类（人群圈） 对水圈、生物圈的依赖，也就没有了我们前面提出的第一、第二个问题。要 回答或研究这些问题，需要专门学科，这个学科旨在透彻地将地球表层系统 及其内部现象作为对象，研究它们的运动和发展规律。这个学科就是地理学 或称地理科学。地球表层就是“地”，我们要探索的就是这个“地”的“理”
——地球表层系统、现象与过程的规律与法则。
　　地理学发展到现在，大约经历了三个阶段，古代景观分布知识的积累阶 段、近代的物理观地理学阶段和现代的系统观地理学阶段。
地理学是一门古老的学科。在古代，地理学致力于各地的风土人情即自
然特征和人文特征的观察记录。在中国，地理学发展很早。相传，夏禹时代 铸有九鼎，鼎上分别绘有当时我国各地的山川地形。《诗经·周颂》已经提 到了地图，这一证据表明，中国人发明地图至少已有 3000 年的历史。大约成 书于春秋时代的《山海经》，是我国最早的地理经典。战国时代成书的《禹 贡》，是我国最早的地理学学术著作，它已有了全国自然区划、人地关系以 及土壤分类等重要地理概念。与中国古代地理学平行发展的是欧洲的地理 学。大约公元前 600 年，希腊人阿那克西曼德绘制了以希腊为中心的世界地 图。稍后，毕达哥拉斯学派提出了大地是圆形的概念。
　　地理学发展到了十五世纪，进入了地理大发现时期。哥伦布到达美洲， 大大开拓了地理学的视野。为了适应经济、军事和殖民主义的要求，十六世 纪开始，地理探险蓬勃发展，关于全球的地理知识迅速地丰富起来，许多知
　　
识也变得准确了。大约经过了三个世纪，地理大发现和地理探险的辉煌成就， 结束了古代地理学，地理学作为一个知识荟萃学科的功能结束了。
　　地理学的第二个发展阶段是它的近代阶段，这也可以说是地理科学开始 的阶段。近代地理学的奠基人首推德国人亚历山大·冯·洪堡（1769—1859）。 洪堡总结了地理大发现的丰富材料，结合自己的大量考察，研究了地形、气 候、植物、土壤之间的关系。他还将地图发展成为一种研究工具，而不是地 理学的研究目的。他首创了等温线，从而清楚地揭示了地带性现象。洪堡还 提出了 physical geography 这个词，强调把地理学建设成为象 physics 那样 的关于地球表层简单法则的学科。同时，他又强调地球表层的总体研究，并 依据这种思想写成了巨著《宇宙》。这两项工作，使得地理学最终建立了自 己的科学原则和目标。
　　近代地理学的另一位创始人是卡尔·李特尔（1799—1859）。李特尔一 生担任过好几个教师职位。他一再强调他教的是“新的科学地理学”，与传 统的关于国家和城市事实的“枯燥摘录”截然不同。李特尔一生写有巨著《地 学通论》，又名《地球科学——它同自然和人类历史的关系》。李特尔强调 人与自然的紧密关系，奠立了人文地理学的基本原则。与洪堡不同，李特尔 认为地理学并不被要求象其他事物学科那样去追求事物原理，他的基本观念 是追求“整合性”，并且强调以人类为中心。


　　　　　洪堡（1769－1859）李特尔（1799—1859） 洪堡和李特尔奠定了近代地理学思想原则后，地理学成为了一门科学。
此后，主要是沿着洪堡的思想路线，地理学得到了发展。两个世纪以来，地
理学发展了自然地理学、人文地理学与区域地理学三个分支。自然地理学和 人文地理学以解析地理事物运动的原因为主，努力去建立一些法则。人文地 理学同时继承了李特尔关于人与环境关系的思想，注意了二者的整合性。区 域地理学除了上述科学解析特点外，还继承了古代地理学作为知识学科的功 能。地理学三足鼎立的局面持续了近一个半世纪。
近代地理学的一个发展特点是它不断地“抛弃”自己。沿着洪堡的物理
主义思想，针对特定的地理对象发现规律，揭示法则，从地理学中发展了水 文学、大气科学、海洋科学、人口学等等。这些学科的发展反过来丰富了作 为母体的地理学。借助这些学科知识，地理学者试图从某一个角度“整合” 地理学，或者从洪堡和李特尔的整体研究思想出发，地理学发展了一些新的 分析观念，如“人地关系论”、“空间论”、“景观论”、“生态论”、“区 域论”等。这些学科大抵都从一种“整合”观念来解析现象，并且具有自己 特有的概念体系和分析方法。整个一个世纪中，地理学显示出强烈分化、百 舸争流的局面。
　　地理学发展到了本世纪五十年代出现了新的特点。这一时期人类逐渐认 识到人类社会的发展正在受到挑战：人口膨胀、资源贫乏、环境恶化，人口、 资源、环境与发展的矛盾日趋突出。这些问题传统上属于地理学领域，因此 地理学重新强调了洪堡提出的整体研究的原则，改造了李特尔的以人类为中 心的思想，并且再次重视他的“整合”观念，从而注重研究以 PRED 为代表的 一类综合问题。与此同时，地理学分支研究依然得到发展。分支研究力图从 分化出去的侧面来分析整体问题，如从气候学角度研究全球环境变化，从地 缘政治角度研究全球经济发展问题。另外一方面，新的专门对象被提出来，
　　
如城市、山地、区域经济系统等。这些对象是以环境或区域的综合形式表现 的，它们本质上是一个系统。城市地理学、山地学、海岸学、区域科学应运 而生。现代地理学的综合是以新的分化形式表现出来的。类似于近代地理学 分支气候学、水文学、经济地理学，现代地理学中，城市最终以一种特殊的 地理现象从地理对象中分化出来，就象当年大气科学从地理学中分化出来一 样，发展着自己的专门学科。不过城市从一开始就被认识为系统，因此，新 的分化同时意味着综合，意味着洪堡“象物理那样”的观念和李特尔“整合 性”观念的结合，城市环境中水文现象、气候现象的联系被发现并被加以细 致研究，这种成果又被用于分析城市的人口分布、经济区位。现代地理学的 综合以专门对象为基础，是对近代地理学分支学科内容的综合。车轮转了一 周，没有回到原点，地理科学没有回到古代地理学作为知识汇编学科的位置 上。
　　现代地理学以综合为主，但它并没有抛弃气候学、地貌学、经济地理学 等经典学科，相反是以综合的原则给它们注入了新的精神，这就是两个问题： l）以 PRED 问题为中心，2）系统分析。气候系统、水文系统、地貌系统和区 域经济系统的概念，迅速地建立起来，几乎所有学科都将 PRED 问题作为重点 之一。这个过程中，近代地理学及其分支学科也就转变成为了现代地理学。 PRED 与系统分析是现代地理学的标志。仅仅把现代地理学认识为综合地理学
是不正确的。综合与分析共存于现代地理学。
　　现代地理学兴起，主要起因于社会需要，但是也与地理学本身的发展分 不开。地理学长期重视整体研究，在系统理论发祥之前，地理学差不多已经 发展了现代系统论的全部概念或观念，苦于没有数学工具，科学陈述和分析 不能严密化从而发展迟缓。系统数学的发展和计算机的问世，为地理学分析 和模拟复杂问题提供了可能，因此，地理学得到了长足的进步。五十年代以 来，不断有人宣称“地理学革命”，反映了现代地理学正在完善化。现代地 理学最终将建立什么体系，目前还不明确，但是 PRED 和系统分析这两个核心 的存在，已经为地理学的现代发展奠定了基础。
你是在一个地理学的革命时代开始对地理科学的系统学习并且可能以此
为契机进入地理学领域的。首先你必须学习必要的学科知识。在地理学科的 学习中，你将开始了解地球表层系统是如何运动的，这个表层是怎样由大气 圈、水圈、岩石圈、生物圈、土壤圈和你自己参与的人群圈构成。地理学从 环境和区域的两个视角来观察和研究这种系统和它的过程，这种视角你需要 逐步培养。
　　在地理学的专业训练中，你将懂得如何从复杂的地球表层现象中去找出 解决问题的关键，你会从许多的理论、经验和例子的阅读中去不知不觉地形 成地理思维，而分析方法训练、野外考察将进一步地把你培训成为地理学家。 为了完成地理训练，你还需要学习数学、计算机、物理学、经济学等的基本 知识，掌握它们的分析方法。学习是必要的，但是学习不能代替思考，在地 理学的学习中，你决不可停止你的思考。
　　地理事物常有两个基本的特点，地域性和综合性，即它总是定义在某一 地域或者说地球表层的某一部分的，它们之间发生紧密的联系并且总是以系 统的形式呈现在你的面前，因而它们的运动规律与它们的相互联系密不可 分。地理学就是研究地理事物的科学。地域性、综合性是你在分析地理问题 时应该把握的准则，也是你观察的基本准则，在本书的学习中，我们希望能
　　
培养你能从事地域分异分析、系统分析的初步能力，掌握初步的知识，认识 环境与区域运动的基本规律。总之希望你形成初步的地理观念。景观与空间 是地理学的最基本概念。最基本概念是不可定义的，如物理学中的“物质”， 数学中的“集合”与“系统”，它们只能被感觉地理解。我们通常说的“地 域”就是“地理表层”。空间是地域的几何抽象，我们一般把它处理为二维 或三维，用以表征地理事物的相互几何位置和结构形态。景观“就是”结构 化了的地理事物，它在外观上有相互可以区别的特征。由于运动规律密不可 分的地理事物相互的紧密，使地理事物之间不能以任意形式共同组合在一 起，它们只能形成特定的但富多样性的东西，即景观。空间与景观，我们只 能在地理学的学习和研究中慢慢地感觉和理解。
　　这本书附了一部分思考题，它试图补偿正文叙述的不足，更主要的是促 进你的思考。著名物理学家索末菲致信青年海森堡说，你必须认真地作习题， 这样你才知道哪些你已经懂了，哪些你还未懂。后者后来成为了本世纪最伟 大的物理学家之一。本书的材料是丰富的，许多材料是为了培养你的地理观 念而添加的，如果你机械地去背诵这些材料，那将是十分不幸的事情；当然， 你必须掌握基础的知识，因为思考问题需要知识。华罗庚讲学习需要先把书 读厚，然后再把厚厚的书本“读薄”，你能把这本书“读薄”吗？试试看。
　　
作者序


　　地理科学是一门内容广泛、分支众多并且在迅速发展的科学。经过几十 年的分化和发展后，要求按新的科学视角、应用前景来撰写综合性的地理学 引论教材是艰难的，特别是当我们考虑到课时限制和中国的国情时，这一任 务就更富于挑战性。我们几个青年地理学工作者幸运地接受了这一挑战。
　　在过去的几十年内，地理学分支的发展已经形成了自己独立的体系和概 念系统。在撰写综合性地理学著作时，首先碰到的是各分支学科概念的一致 性问题，其次是如何从独立的体系中寻找彼此之间的有机联系。笔者在反复 请教黄秉维先生、严钦尚先生后，确定了以地域分异规律、地理系统学说为 基本线索，以环境和区域作为中心概念展开综合地理学体系。在此基础上， 丁金宏、吴必虎、章可奇、孙胤社和笔者于 1991 年 5 月、6 月和 10 月就综 合地理学的内容和本书的章节作了讨论。我们的专业分别是：丁金宏（人口 地理及经济地理）、孙胤社（经济地理及数量地理）、吴必虎（人文地理）、 周清波（大气物理与气候）、章可奇（地貌学及自然地理）、王铮（理论地 理与遥感）。多学科作者的来源为我们完成本书提供了可能。
　　在我们手头，有好几本国外近年来出版的地理科学导论教材，它们的共 同特点是涉及大量的科学知识，具有很大的篇幅，如果完全按照这种模式去 撰写我国的教材，必然脱离我国的实际情况。我们在参考了卡列斯尼克的《简 明自然地理教程》之后，确定尽可能反映地理全貌、主要问题、发展方向， 注意精简正文内容，通过图表辅助说明的原则。书中附有的大量图表，它们 基本上是补充性的、说明性的材料，但是，从完备科学体系和为学习者提供 基本素材方面看，它们又是必要的，这也正是国外一些导论教材的特点。俗 话说：千言万语不如一张图。但千错万错也常源于一张图。教师在教授本书 时，对学生阅读图件给予适当指导是必不可少的。众所周知，即使国外那些 大篇幅教材也未必能完好地介绍地理学的大部分内容，因此，我们在每一章 后面附上了部分思考题，目的是补充正文的不足，引导学生去阅读进一步读 物，同时更重要的是，试图启发学生深入思考和分析。
本书首先讲述地球系统。第二章讲述基本的地理过程，这部分内容是分
支发展的结果，它们是现代综合地理的基础，又为学习后面的内容提供了必 要的知识。本书第三章试图讲述地理学的普遍规律。什么是地理学普遍规律， 众说纷纭。作为教材，在这里仅仅叙述了一些普遍被接受的观点，我们的一 些看法并未包入，当然关于基本规律的叙述，渗入了我们的认识和模式。本 书的前三章构成了本书的基础，它可以作为约 40 个课时的教材。最初我们拟 仅编写这部分内容，后来在请教了黄秉维、严钦尚等学者后，我们感到了最 初设想的不足，哲学的、抽象的研究不能代替实证研究，我们必须补充具体 的科学内容，避免诱导学生向“吹牛家”的方向发展，而应注重培养他们坚 实的善于处理具体问题的能力。本书重点放在叙述地理学基本概念、内容体 系结构上，但注意到地理学的应用性，因为增加了第六章的内容。显然，地 理学应用决不限于发展和规划，实际上，工程地理学等正在方兴未艾。
　　由于我国过去不强调知识产权问题，许多论文和书籍在引用别人的发现 和创造时未注明出处。本书在引用这些材料时碰到的一个困难就是无法确定 原作者，因此本书对有关材料的说明采用两种格式：“据某甲”，即有证据 表明某甲是原作者；“取自某乙”，即从某乙的论文或著作中引用，作者不
　　
能判断某乙是否为原作者。我们希望有关专家、读者对上述内容提供信息， 以便再版时修正。对原作者说明错误的地方，请原作者鉴谅并提供证据以便 再版时更正。
　　为完成本书的编写我们作了认真的努力。初稿撰写由多人完成，在初稿 基础上，经王铮调整，分头开始了二稿写作，最后由王铮对二稿按共同的原 则，统一风格修改、补充和重写，以保持本书的一致性和思想的连贯性。成 稿后，由王铮、吴必虎、丁金宏、章可奇等共同讨论，反复修改而成为第三 稿。在第三稿完成后，高等教育出版社委托北京大学地理系王恩涌教授主审 了本书。参加审稿的还有中国科学院地理研究所所长郑度教授、副所长张丕 远教授、华东师范大学地理系系主任许世远教授、北京师范大学地理系系主 任邬翊光教授、北京大学城市与环境科学系副系主任黄润华教授、南京大学 大地海洋科学系副系主任谢志仁副教授、兰州大学地理系伍光和副教授、东 北师范大学地理系白光润副教授和高等教育出版社汪安祥编审。根据审稿意 见，由王铮、丁金宏对本书作最后的修改。本书由王铮担任主编，吴必虎任 副主编，第二稿撰写者如下：绪论，王铮，第一章，1·1 吴必虎；1·2 王铮、 吴必虎；1·3 吴必虎、王铮；第二章，2·1—2·4 王铮；2·5 孙胤社、王 铮；2·6 吴必虎；2·7、2·8 吴必虎、王铮；第三章，3·1—3·4 王铮；3·5 王铮、吴必虎；第四章，4·1—4.5 王铮；4·6 胡大鹏、刘岩；4·7 周清波； 第五章，5·1、5·2，5·5，5·6 王铮；5·3 孙胤社；5·4 王铮、孙胤社； 第六章，6·1 丁金宏、孙胤社、刘岩；6·2，6·3 丁金宏；6·4 王铮。提 供初稿的还有赵荣、耿侃、余素明同志。书末的索引由刘历完成。
本书的写作过程中，作者请教了黄秉维先生、严钦尚先生、左大康先生。
华东师大许世远教授、张超教授、刘树人教授，中国科学院地理所张丕远教 授、陈建绥编审，都为本书的写作提供了指导，高等教育出版社黎勇奇副编 审一直关心和帮助本书的写作，华东师范大学地理系为本教材的完成提供了 许多支持。刘历、刘小玲帮助整理部分稿件和设计了部分图件，在此一并致 谢。
王铮
1992 年 8 月 31 日于中关村

序


　　分工愈细，综合愈重要。中国科学院在 50 年代就已提出这一见解，用常 识就可以判断这是有普遍意义的见解。
　　钱学森教授提出地理建设的概念，实际上也就是分工愈细，综合愈重要 的概念。他着眼于对人类生存与发展息息相关的地球表层，着眼于中长期的 建设。这是他在几十年间参与建立跨学科科学及解决重大建设问题中经过深 思熟虑所孕育的真知灼见，代表着客观存在于许多人心目中的要求；但只有 他进一步地考虑到不但有需要，而且有可能为此而建立一门综合性的科学。
　　从 60 年代起，有不少人研究大气中“温室气体”浓度不断增大并引致温 度增高的问题，至 80 年代才逐渐认识到要解决这一问题必须综合研究物理 的、化学的与生物的自然过程。由于社会公众和许多国家政府的重视，研究 工作得到雄厚的资助，在综合的指导下分头进行，获得了迅速发展，至 80 年代后期，在分析基础上的综合已建立所谓地球系统科学的倡议，将全球自 然过程的各个侧面融为一体，实际工作已涉及对人类社会的影响与所应采取 的对策，人文科学的对象亦被囊括在内。在原则上，与钱老创见殊途同归。 所不同的只在于钱老所针对的是地球表层的建设，而地球系统科学只集注于 全球温室气体增暖一个问题。
从上述两则事实来看，以地球表层为对象，在综合指导下分析，又在分
析基础上综合，是一个非常重要的研究领域。在传统的科学中，地理学与此 最相近似。近代地理学自 19 世纪中期奠立以来，曾经有过好些不同的定义， 但都没有否定其主旨是研究作为人类居所的地球表面，即地球表层。不过从
20 年代起，科学研究加速向纵深发展，分工愈细，综合虽愈重要，难度亦愈
大，地理学界中，能掌握自然界各个侧面的已日趋寥落；企图驾驭自然与人 文两方面的论著则往往流于空疏浮浅，见重于学术界的尤为罕见。我于 1930 年进入大学地理学系，此前一年，D.－Johnson，美国地理学家协会主席，任 期届满，循例发表主席演词，题为《地理学前瞻》，长达 70 页，历述各国地 理学在学术界中处境艰难，探讨如何能兼有博与深的对策。自此以后，复兴 迹象未见，而第二次世界大战遽起，很多地理学家在参与战时工作之中，深 切地体会到传统地理学的弱点，在战后亟谋更张。有人称战后地理学为现代 地理学。英国是现代地理学发展比较好的国家之一，其主要趋势是各分支发 展较快，偏重深入提高，离心倾向日益增强，危及地理学作为一门科学的存 在，直至近十多年间，才出现为数有限的综合性著作。不少地理学家忧心忡 忡，但亦有少数地理学家认为此乃情势之常，不足为虑。分支茁壮发展，终 将为综合工作奠定基础。我同意后一观点，却不赞成坐待观成，而主张积极 地探索综合的途径，不但可以避免水已到而渠未通，更可促进各分支的茁壮 成长。
　　实现钱老的倡议，建立与健全地球系统科学，有赖于许多有关科学的通 力协作，但地理学界必须不辞艰苦，奋力攀登。中国地理界当前的弱点之一 是缺少地理学通论的修养。在 30 年代及以前，德国地理学系以此作为最重要 的必修课程，由资望最隆的教授担任。而在中国则由资望最浅的教师讲授， 也有不设此课程，而只设自然地理学（有时亦称地学通论，其内容亦以自然 地理为限）。50 年代起，中国的大学地理学系已全废除地理学通论此一课程， 甚至自然地理课亦由几位教师各讲授其中一部分；近年才有少数地理学系开
　　
始设立地理学通论。地理学界中缺少这方面的修养，自然就很难产生有综合 能力的人才。局限于一个或两个分支、更看不到他们的研究对象在整个作为 人类居所的地球表层中居于何等地位。不弥补这一缺点，地理学者都坐井观 天，离心倾向愈强，凝聚力愈弱，地理学要由混合物上升为化合物的阻力亦 愈大。实现钱老的希望虽然为理势之所必至，时间上却要延滞许多。王铮同 志等广征博引，编著此书，正符合当前的需要。如果以此为开端，能使有较 多的学者有共同语言，至少可使一部分地理工作者从事综合的与研究各分支 的逐渐形成指臂相使的队伍，更好地朝所悬的目的前进。凡事都是“作始难”、 “作始简”，不可能一蹴而就。改进提高寄希望于作者与读者的共同努力。 黄秉维
1993.2

地理科学导论

第一章 地球系统


　　地理科学研究地球表层内的各地理圈层组成的系统。这一系统处于来自 地球外部环境和地球内部环境的共同作用之下。何谓地球外部环境？地球首 先是太阳系中的一颗行星。太阳系，乃至宇宙是它的外部环境，或天然环境。 而所谓地球内部环境是指地球表层受到地壳内部各种过程的影响。地球的构 造系统中，地球表层系统不过是它的一个子系统。这个子系统，涉及到大气 圈、岩石圈、水圈、生物圈、人群圈，因此在物理意义上显得特别复杂，各 圈层的相互作用，成为这一系统演化的内部动力。

第一节 行星地球

1.1.1 太阳与地球


　　我们生活的地球，是太阳系中的一颗行星，地球绕太阳公转，并且绕自 己的轴自转。地球不是严格的正球体，它是一个旋转的椭球体，长半轴长
6378.140km，短半轴长 6356.755km，扁率很小，约为 1/298.25，接近正球， 习惯取地球半径为 6371km。它的平均密度为 5.5g/cm3，质量为 5. 976×1021 吨。
图 1.1.1 我们的太阳
　　　日全食时日冕的形状十分不规则（Hal Observatory） 对地球影响最大的天体是太阳。太阳的形状是一巨大的光球，但如果把
日冕也作为它的一部分，太阳则呈星云状，孤悬于太空之内，或圆形或椭圆
形，边缘呈刷毛状。在日食时，这种形状最清楚。太阳表面平均温度高达 5497
℃，其能量总输出达 3.86×1026J/s，合 5×1023 马力。 太阳的磁场强度平 均大于地球磁场 100 倍，其中最强部分大于地球 20 万倍，因此它的变化对地 球磁场的变化有影响。太阳距地球约 1.5 亿公里（一个天文单位），并不太 远，因此太阳辐射出的热量，到达地球一般只需约 8.3 分钟。当太阳的辐射 热垂直到达大气层上部，日地又处于日地平均距离时，其能量约为 1.97carl/
（cm2·min），常称作太阳常数，但其中有 1/3 被大气吸收或反射，即只有
1.4carl/cm2·min 到达地面。这些能量维持地球上一切生物的生存。 太阳光球是太阳的视表面，它是一个完整的球面。由光球辐射进入太空
的光波，有可见光（波长 0.4—0.7 微米）和不可见光（波长小于 0.4 或大于
0.7 微米）两种。在太阳光球表面温度较低的地方（温度较光球低 1000℃）， 由于明亮光球的反衬，显得暗黑，这些暗黑的斑点称为太阳黑子。当黑子周 围光球温度也变低时，黑子则演化为耀斑，耀斑会发射强大的光波；在太阳 黑子所在的地方，正是太阳出现磁暴所在地。黑子的出现具有周期性，通常
为 11 年。
　　　　　　　　　　　图 1.1.2 太阳系 太阳不仅供给地球以能量，它的一举一动都会给地球上的环境带来很大
的影响。例如，耀斑的出现，使紫外线、Ｘ射线突然增强，使地球高层大气 的气体分子电离后形成的电离层受到突然骚扰，电离层的离子浓度急剧增 加。电离层能反射并吸收无线电波，使短波电讯中断。1982 年 6 月 14 日（北 京时间） 14 时 20 分出现的耀斑就曾使地球上的短波通讯中断几乎达 1 小

时，对人类生活造成很大影响。


图 1.1.3 竺可桢（1890—1974） 对地球上的磁场、气候变化影响最大的是太阳黑子的活动。地磁活动量
与太阳黑子相对数基本上同步起伏升降。大黑子群和大耀斑都能引起磁暴。 磁暴会增强地球磁场的强度，并产生电流及其附加磁场，导致地面输电线感 应出较大电流，造成过载或烧毁部件的事故；导致地球上罗盘导向失灵，造 成航行事故。还有人认为，太阳黑子活动还与人类某些疾病的发生与流行有 关。黑子活动与气候变化有很强的相关性，这一点已被多种事实证明。竺可 桢认为，黑子多的世纪，也是我国历来严冬多的世纪。德国的柯本、美国的 W.亨姆费莱也认为，黑子多的年份，欧美各国气温偏低，反之偏高。而太阳 活动的 11 年周期，22 年周期被认为会引起气候、地震灾害的周期活动。此 外，太阳还会产生向外辐射的粒子流，它们能引起地球上生物活动的异常。 总之，我们人类生活着的地球表层是个开放的系统，与宇宙间事物有着
密切的联系。 太阳系中，除了太阳之外，还有九大行星。九大行星中，按离太阳由近
及远的次序为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥 王星。从地球上看起来，水星、金星、火星、木星、土星等五大行星比较明 亮，肉眼可见，而另几颗则不易看到，需借助于天文望远镜才能看到。除九 大行星外，太阳系中还有无数的小行星，目前已发现并编号的超过 2700 多 颗，这些小行星大多存在于火星轨道与木星轨道之间（图 1.1.2），目前已 经能够断言，除地球以外的八大行星中没有适合人类居住的环境。“只有一 个地球”，爱护我们的地球环境是人类的基本义务。

1.1.2 行星地球的地理特性


　　作为太阳系中的行星，地球与所有的行星一样，围绕太阳作旋转运动， 这种绕日运行称为地球的公转。从地球北极上空向下看，地球公转呈逆时针 方向，其轨道为椭圆形，但其偏心率很小，故轨道接近正圆（图 1.1.4）， 这个轨道可称为黄道。地球公转的周期为一年。一年的长度依参考点的变化 而变化。地球连续两次通过太阳中心与另一恒星的连线同地球轨道交点的时 间间隔，为一恒星年，其长度为 365 日 6 时 9 分 9.7 秒，这是地球公转的真 正周期；若以春分点为参考点，则称为回归年。所谓春分点是指在天球上太 阳一年一度经过的黄道与天赤道的升交点，它每年要向西（顺时针）移动一 定距离，称为进动，所以回归年比恒星年短 20 分 24 秒。回归年与季节的变 化密切相关。
　　地球公转有重要的地理意义，地球上的季节变化就是由于公转引起的， 季节变化的原因是由于地球倾斜着围绕太阳旋转。地球公转轨道所在的平面 为黄道面，地球的赤道面与黄道面存在约 23.5°的夹角，即地轴倾斜 23.5
°（见图 1.1.4）。在夏至点附近，地球北半球倾向太阳，遥远的太阳光平 行地射到地球上，使北半球得到更多的热量，北极圈内出现“日不落”的极 昼现象，北半球为夏季。南半球则出现相反情况，经历冬季，南极圈内出现 极夜。在冬至点附近，南半球朝向太阳，出现相反的情况。在春分、秋分的 位置，赤道正对太阳，不同的纬度经历同样的日照时间，图 1.1.4 地球公转

运动图 1. 1. 5 说明了不同纬度全年日照变化，由此形地轴与黄道面法线有
23.5 度夹角成了地球上的季节变化。显然，低纬度的气温的季节性变化是不 明显的。极昼和极夜出现在南北纬 66.5°以上的区域，这是因为地轴倾斜造 成的。当地轴倾角有所变化时，地球上各纬度得到的太阳辐射分布也将发生 变化，必然引起地球环境的改变。
　　地球不仅有公转，而且还有自转，自转象公转一样，具有重要的地理意 义。地球的自转周期为日，自转一周的时间约为 23 时 56 分 4 秒，人们采用
24 小时来规定日的长短，是出于使用 的方便。为了补偿这种误差，规定了 “闰年制”。
　　为了描述太阳与地球的相对运动，定义了天球坐标系，如图 1.1.6 所示。 天球坐标系以地心为原点。由于春分点在天赤道上有进动，太阳一个回归运 动的时间短于恒星年。前面提到的“黄道”，准确地说是地球公转轨道在这 个天球坐标系上的投影。
　　地球的自转引起的各种效应对人类生活和其他自然现象具有深刻影响。 首先它引起日夜更替，太阳只能照射地球的一半，表现为白昼，另一半则为 黑夜。这一变化引起许多现象的日周期变化。
　　第二，地球自转使全球不同经度上具有不同的时间，由于在地球上看起 来太阳是从东向西运行的（因为地球自转从西向东运行），因此地球上某点 的时间比其西边的某点要早些。为了便于交流，人们规定了不同的时区，以 协调这种关系，在中学教材中包含的时区内容，我们已经熟悉。
第三，地球自转使气流和水流的路径发生固定的偏转，这种偏转效应在
全球风系和洋流系统中都有明显反映。这种偏转力称为科里奥利力
（Coriolisforce），用 Fc 表示。Fc 是地球上质量为 m 的物体在地球自转角
速度ω和它自身运动线速度ν的共同作用下产生的一种惯性力，其大小与纬 度有关：
Fc＝－2mνωsinφ（1）
　　　　　　　　　　图 1.1.6 天球坐标系 其中φ为纬度，ν为物体运动速度，ω为地球自转的角速度，m 为物体
质量，由式（1）知 Fc 的方向在北半球向右偏，在南半球向左偏。
　　科里奥利力对地球表层运动有重要意义。地球的大气运动，因此变得更 为复杂；在海洋中，产生了洋流偏转。地理环境的发展演化也与科里奥利力 密不可分。例如许世远等（1985）发现，由于科里奥利力的作用使长江口水 道不断南偏，出现长江口北岸沙岛并岸，南岸平行淤长，在泥沙的充分供应 下，发育了广阔的长江三角洲（图 1.1.7）。
　　潮汐是地球上另一种由于天文原因产生的自然现象，海水每天有规律涨 落，称为潮汐。潮汐涨落前后相连的高低水位差称为潮差。相连两次高潮位 或低潮位时间称为潮周期。潮汐主要起因于月球对地球的作用。根据万有引 力定律，月球对地球表面的水质点将产生引力，引力的方向指向月球中心， 引力大小为
M ? 1

Fp＝G
2

（2）

　　式中 R 为月球中心到某一单位水质点的距离，M 为月球的质量，G 为引力 系数。图 1.1.8
　　
　　从 a—d，长江口左岸不断发育沙洲、沙坝，由于河道右偏，北支水道不 断淤塞，沙坝（岛）并岸，使三角洲不断得到发展
图 1.1.7 长江三角洲发育模式（据许世远等简化，1985） 中细实线为月球引力。与此同时，由于地球和月球还围绕两者公共质心
K 公转（由于地球比月球大，K 点位于地－月中心线上，距地心为 0.73 倍地 球半径），地球上的水质点还受到离心力的作用。由于公转时所有的质点均 以相同的半径和相同的速度作圆周运动，故离心力的大小和方向都是一致 的，如图 1.1.8 中虚线所示。这一离心力与月球对地心 E 点单位质点的引力 大小相等，方向相反，其大小为
M ? 1

? FE＝G

D 2 （3）

式中 D 为地球与月球之间的距离，其余符号同前。
FC 与 FE 的合力即为引潮力，如图 1.1.8 中粗实线所示。在地球上的各个
地方，除地心 E 点引力和离心力相互抵消之外，其余各处都有大小不等、方 向不同的引潮力，上述潮汐成因说，称为静力潮汐论。
　　静力引潮汐论假定地球表面全部为海水所包围，在引潮力的作用下，海 水表面将形成椭球曲面形式的平衡面，如图 1.1.8 中点线所示。当引潮力背 向地球方向时，海水向上运动，水位上涨；当引潮力指向地球中心时，海水 向下运动，水位下降，形成潮汐现象。图中 B、D 两点相当于涨潮的高潮位， A、C 两点相当于落潮的低潮位。当然，宇宙中的其他天体（如太阳和其它星 球）对地球上的水质点也会产生引潮力，但它们不是质量太小就是距地球太 远，都不及月球带来的引潮力大，所以决定地球上潮汐变化的主要动力是来 自月球的引潮力。静力潮汐论为潮汐理论打下了基础，能解释潮汐的一般现 象，但是，它在理论上仍有较大的缺点，还不能解释实际中所发生的许多特 殊的潮汐现象。
引潮力是由于天体与地球的相对运动来决定的，由于这种运动具有周期
性，因此，潮汐变化也具有周期性，它的周期性变化有：日周期变化和半月 周期变化等。由潮汐成因可知，地球各地在一个太阴日即 24 小时 50 分之内 的涨落潮周期是不一致的，由此可将潮汐分为三种类型。即（1）半日潮。在 一个太阴日内，发生二次高潮和二次低潮，相邻两次高潮或两次低潮的高度 几乎相等，涨潮历时和落潮历时几乎相等（6 小时 12·5 分）。（2）混合潮。 一个太阴日内发生的两次高潮或低潮的高度相差很大，涨落潮历时也不相 等。较高的一次高潮叫高高潮，较低的一次高潮叫低高潮，较低的一次低潮 叫低低潮，较高的一次低潮叫高低潮。（3）全日潮。在一个太阴日内，只出 现一次高潮和一次低潮，潮位曲线为对称的余弦曲线，如图 1.1.9。潮汐半 周期的变化起因于太阳、月球和地球的位置，当三者位于同一直线时引潮力 加强，产生大潮，当日地连线与月地连线相垂直时，产生小潮。每月有两次 这样的机会，因此产生了半月周期。此外由于天体运动的复杂性，潮汐还有 月周期、年周期、8.85 年周期和 18.61 年的长周期等变化。


图 1.1.9 潮汐的类型（据 Dafant） 图 1.1.8 月球的引潮力
　　地球天文运动的最主要后果可能是天文气候带（也称温度带）的产生。 由于地球是球形的，平行入射到地球上的一束太阳能量，在高纬度散布在更
　　
大的面积上，即单位面积得到的能量低于低纬度的。能量入射的差异控制了 地球表层的运动，因此形成了“天文气候带”。天文气候带由赤道带、热带、 中纬度带、寒带和极地带组成。
　　赤道带位于赤道两边大约到北纬 10 度和南纬 10 度之间的地区，该带内 的太阳的日照全年都很强烈，而白天和黑夜的时间大致相等。北回归线与赤 道带之间是北热带，南回归线与赤道带之间是南热带，它们分别跨北纬 10—
25 度的纬度带和南纬 10—25 度的纬度带。在这带中，太阳在某一至点时接 近天顶，而太阳在另一至点时日照明显地减少。因此，存在一个明显的季节 的周期，并伴随着有一个大的全年总日照。传统上热带这一词已广泛用来表 示南北回归线之间 47 度纬度内的整个带。可能在许多字典中查到热带的这种 定义。但是现代地理科学已经修改了这种定义，以适应新的发展。
　　热带向极地方向接着的过渡区一般称作亚热带，为了方便起见，人们指 定这些带是北纬和南纬 20—35 度的纬度带，但要注意，“亚热带的”这个形 容词用以描写向极地或赤道方向扩展几个纬度内出现的现象。
　　中纬度带也称温带，它处于北纬和南纬 35—55 度之间，在这一带内太阳 的入射角的移动有一个相对较大的范围，因此日照的季节差异是明显的。与 热带相比，在白天和夜间时间上有明显季节性差异。
向极地一侧紧接中纬度带的是北纬和南纬 55—60 度之间的寒带（或亚极
地带），它是中纬度带和极地带之间的过渡带。
　　越过北纬和南纬 66.5 度的北极圈和南极圈是极地带，北半球的称为北极 地带，南半球的称为南极地带。
我们特别规定了极地带的纬度范围是北纬和南纬 60—75 度，但是这些界
线并不是不可改变的。极地带在白天和夜间的长短方面有着很大的年变化， 这是二至点之间日照有着很大的不同而产生的。
北极带和南极带是纬度 75 度和极点之间的圆形地区，由于黄赤交角为
23.5 度，这里 6 个月的白天和 6 个月夜间的极地变律是很明显的，同时产生 日照的季节性差异的极限。

1.1.3 地球定位系统


　　地球是球体，人类为交流需要而设计的定位系统，也就具有球面上的特 征。这套定位系统首先是由地球的自转决定的，自转轴与球面的交点称为两 极，分别称为南极和北极。极点以外的任何一点都随着地球旋转而运动，旋 转一周形成一个整圆，即纬圈。沿纬线的方向是正东或正西方向。通过两极 点的半圆称为经圈，通过地面上任何一点都可以作出一经圈。沿经线方向是 正南或正北方向。纬线和经线共同构成地理经纬网，这个网络系统对我们来 说非常重要，称之为地理坐标。为了精确地给出某点的坐标，经纬线需用某 种数学方法表示其位置，纬线是用赤道向两极方向的角距离来表示的，在赤 道上为 0 度，在北极（或南极）为 90 度。经线是以通过英国伦敦附近的格林 尼治皇家天文台旧址的一根经线为准线，向东或向西的角距离来测定的，它 的最大值为 180 度，有了经度和纬度，我们就可以为任何一个地球表层上的 点定位。
　　经纬网定位方法是一种科学定位方法，在漫长的历史时期，人们还用地 名来定位。地名定位虽然没有经纬网定位精确，但却更具有直观、易记的特
　　
点。一般地，地名可分为地理事物名称和人群聚落名称两大类。前者如太平 洋、东海、黄河、太湖等；后者如俄罗斯、上海市、陆良县、吴滩乡等。一 个地名一般由专名和通名两部分组成，如海、山、河、省、市、县、乡等是 通名，其前的称呼为专名。地名常常是演化的，它常常反映环境的变化、文 化的过程和发展以及其他政治、历史因素。如“睦南关”改名“友谊关”等。 关于地名的研究，兴起了所谓的地名学，它与地理科学有一定的联系。

第二节 地球的构造


　　上一节我们讨论了人类生活的地球表层之外的宇宙环境。除此之外，我 们人类还受到岩石圈及其之下部分地球内部构造特点的影响。对这一范围的 研究，构成了地质学和地球物理学的内容。

1.2.1 地球的结构


　　人们通过研究地震、火山活动等自然现象，初步了解了地球的内部构造。 透过地球内部传播的地震波表明，地球的内核是固态物质，其外为液态的外 核所环绕。地核中的这两部分可能主要是由铁和镍组成，温度都超过 4000℃ 以上，由于地球是旋转着的，因此液态的外核也在运动，人们认为这一运动 是造成地球磁场的原因（图 1. 2. 1）。
地球磁场在地球上形成了南磁极和北磁极，磁极与地球极点并不重合，
因此产生了磁偏角。在地史时期，地球的磁极是游移的，有时甚至出现磁极 方向倒转，利用沉积物中铁介质记录的古地磁极位置研究环境的演化，是地 质学和地理学的一种常见方法。


　　　　　　　　　　图 1.2.1 地球的结构 地核以上的部分为地幔，地幔的内壳是较厚的固体物质，外壳较薄，其
最外层呈潜柔状态。地幔的外部主要由固体岩石组成，仅有一小部分为液态，
就是因为有这一小部分软柔物质的存在，使地幔在一定压力下发生变形。 地幔又分为上地幔与下地幔，地下 410—1000km 是上下地幔的过渡区。
与地核、地幔相比，地壳的厚度是很薄的，其厚度在洋底仅达 5—10km，陆
壳的平均深度为 35km，在高山地区可达 100km。地壳与地幔的界面称莫霍面。 莫霍的名称是为了纪念它的发现者南斯拉夫科学家莫霍洛维奇。莫霍面是一 个地震波传播速度不连续面，地震波波速的不连续反映了物质力学性质不连 续，因此被确定为地壳和地幔的界面。洋壳由玄武岩组成，其矿物成分与地 幔的成分相似，比重达 3.3，而大陆地壳则主要由花岗岩组成，主要矿物成 分为硅和铝，其比重一般为 2.8。在大陆壳下部大多存在玄武岩，但在洋底 却不会出现陆壳岩石，大洋壳与大陆壳具有完全不同的性质。大洋壳年龄一 般不超过 1 亿年，大陆壳要比洋壳古老，有些古老的陆核（称地盾），年龄 超过了 20 亿年。地壳表面大多为沉积物所覆盖，大陆上出露的沉积岩占据了
75％的面积。

图 1.2.2 洋壳与陆壳（取自威利，1971）
（a）洋壳，其数字为地震波传播速度（b）陆壳，特别表明了切穿石圈或地

壳的深大断裂
　　地面以下距平均地面约 50—200km 处，也存在一个地震波传播速度不连 续面，称作古登堡面。古登堡发现了这一界面。古登堡面以上的部分称岩石 圈。岩石圈是固态的，岩石圈比地壳更具有地质意义。岩石圈下覆的上地幔 75
—175km 间，有证据表明存在所谓软流层。软流层内地幔物质的运动被用于 解释最基本的地质现象，如认为软流层中存在“地幔对流”，引起岩石圈板 块的运动，有证据表明，莫霍面并非是横向连续的，许多岩石圈深大断裂破 坏了它的连续性，沿着这些深大断裂地幔的岩浆可能上升到地壳来。
地球上大陆的地质基础并非完全一致，大陆可以划分为若干地文省（图
1.2.3），它们具有重要的地理意义。地文省主要有三种类型，即（1）古老 的地盾，为古老的陆核，加拿大地盾被认为是最古老的，这些地区发育了古 老的平原。（2）地台地区，为一薄层平展的较年青的沉积岩所覆盖的地块。 地盾和地台区形成平原地貌，如俄罗斯平原和华北平原。（3）褶皱山系，主 要由新生代、中生代和古生代构造运动所形成。喜玛拉雅山系就是新生代以 来构造运动形成的最年轻的褶皱带。地台（及地盾）与褶皱山系地带有不同 的矿产资源，你可能在地质学的课程中学到。大洋则主要由年轻的大洋海盆、 洋脊、洋隆、岛弧、洋沟等组成。


图例：粗线，大洋脊的活动裂陷体系；细线，大洋断层；点线，洋沟；浅阴 影，大陆地台；散点，大陆地盾；网格，第三纪褶皱山链；黑色，新生代火 山地区
图 1.2.3 世界的主要地文省（据威利，1971）
图 1.2.4 固体地球各个水平间的面积分配（据 H.Sverdrup 等，1942）
　　　　　　　（a）频率分配（b）累积高深曲线 全球的大陆与大洋面积并不相等，分布也不均匀，地球表层 70％以上为
大洋所覆盖，三个主要大洋中的每一个都大于最大的大陆——欧亚大陆。太
平洋正好占全部大洋面积的一半多一点点，它比所有大陆面积的总和还大一 些，它和相邻的海一共占据了地球表面的 35.4％。大陆不均匀地分布在地球 上，65％以上的陆地在北半球，陆地面积的 81％左右位于一个“陆半球”上， 它以东经零度、北纬 38 度为极（位于西班牙），它包含了 47％的陆地和 53
％的海洋。相反的半球即“水半球”，这个半球总面积的 11％为陆地，89％
为海水包围，它的极在新西兰。图 1.2.4 是固体地球上大洋与大陆面积的分 配情况。

1.2.2 板块构造


　　岩石圈虽然只是薄薄的一层，但它上面发生的构造运动却最为人们深切 地感受到。在大洋的中脊，地幔物质上升使其向两侧推移，形成所谓的洋底 扩张作用。扩张的洋底岩石到达大陆架时，因其密度较大，将插入大陆壳下 部向下俯冲。这种俯冲下沉的岩石逐渐被周围的软流层加热软化，一部分回 复为软流层，而另有一部分熔成岩浆，并因其比周围物质轻而趋于穿过上
　　块状图把岩石圈、软流圈和中圈的轮廓和作用示意地表示在新全球构造 的图式里。在图中，岩石圈（强度层）起关键作用。岩石圈中的箭头表示相 邻块体的相对运动。软流圈中的箭头代表响应岩石圈段向下运动的可能补偿
　　
性流动。一个弧对孤转换断层见于左侧面向相反的敛合带（岛孤）之间，两 个脊对脊转换断层见于图中沿大洋脊一带，右侧为简单的孤结构
图 1.2.5 板块的相对运动（据伊萨克斯等，1968） 覆的大陆壳而上升，并形成沿俯冲带的海沟附近的火山（图 1.2.5）。
只要注意一下便会发现，地球上的俯冲带、海沟、地震和火山活动带，实际 上是沿某些线分布的。在这些线之间的地球表面，大部分是平静而稳定的地 区，没有什么重大的岩石圈运动。所以，可以看出，岩石圈是由一些固体的 稳定的板块（plate）组成的，例如，中国东部就是太平洋板块和欧亚板块的 交接处，其东面的太平洋岛屿（日本和菲律宾）地区，火山地震活动十分频 繁。在全球一共可以识别出十三个较大的板块（图 1.2.6），在板块消失的 地方，可能出现板块的挤压，从而使大陆板块抬升褶皱，形成巨大的山系与 高原。我国喜玛拉雅山及青藏高原是最年轻的大陆板块碰撞褶皱地带，约
7000 万年以来，它从海洋变成了世界的第三极，目前还在上升之中。 板块运动引起了大陆的漂移。奥地利地理学家、气候学家魏格纳最早发
现了大陆漂移的现象。魏格纳认为距今约 2 亿 4 千万年的晚石炭纪时存在单 一的“泛大陆”，后来这一大陆分裂漂移，形成了今天的局面。最初学者们 根据冰川沉积、沙漠物质及风向、盐类沉积、煤沉积、古珊瑚礁以及大地测 量学、地质学、地球物理学的证据，论证了大陆漂移，但遭到了一些著名学 者的反对，反对者的一部分理由认为漂移缺少力源。由于缺乏新的证据而使 人们对大陆漂移动摇起来，魏格纳本人也在北极地区探险中献身。20 世纪 50 年代人们陆续发现古地磁证据有利于大陆漂移学说。60 年代许多海洋地质学 家、地球物理学家发现大洋沉积物比原来假定的少得多，大西洋中脊平行于 大西洋边界，而且它的两侧沉积物年龄、古磁场极性转向记录是对称的， 图
1.2.6 世界的板块构造（多种来源）
图 1.2.7 魏格纳（奥地利，1880-1930）
图 1.2.8 重建的漂移前的大陆（据赫尔利和兰德，1969） 轻阴影，下伏岩石的表相年龄在 800-1700 百万年间；较重阴影示表相年
龄>1700 百万年的地区。看来有两个（或一个）为较新岩石切载和完全包围
的较老岩石中心区，说明在最后的大漂移幕以前，大陆核心没有发生过比较 重要的分裂或分散。
由此赫斯和迪茨提出了海底扩张学说，并把它作为大陆飘移的原因。海
底扩张学说得到了地球物理和深海钻探证据的多方证实，因此被普遍接受， 从而发展起了板块学说。板块学说的提出，被称为本世纪地球科学最伟大的 革命。

1.2.3 岩石与构造


　　地球岩石圈是由岩石构成的，岩石可以分为三大类，即火成岩，沉积岩 和变质岩。火成岩
图 1.2.9（a）火成岩的形成过程（据威利，1971）
图 1.2.9（b）沉积岩的形成过程（据威利，1971） 是最主要的岩石，但是沉积层覆盖了地球（大陆）表面约 70％的面积。
火成岩是从熔融状态的岩浆凝固所形成的岩石，主要由地幔的岩浆沿深大断 裂上升凝结而成。沉积岩是由各种早已存在的岩石经过化学分解和机械破裂

产生的各种物质所组成。这些物质最终被流水携至海底等低洼处沉积成层 状，并受上覆层重量的下压，硬化成致密的岩石。变质岩是早先存在的各种 岩石被下降板块拖到地壳深处时受到围压、揉搓、加温而形成，也可能受构 造运动挤压，上升的岩浆烘烤，并发生化学反应、物理化学变化而形成。图
1.2.9 是岩石形成过程示意图，可以细致地了解岩石的形成。 三大类岩石中的任何一种在高温下均能熔融成岩浆，并导致产生新一代
的火成岩。另一方面，所有这三类岩石均能到达地表，在地表上破碎成沉积 物并导致沉积岩的产生。沉积岩也能转化为变质岩，或者熔融成岩浆并形成 新的火成岩。类似地，沉积岩还能成为另外的沉积物和另外的沉积岩的来源。 火成岩假如碰到如大陆碰撞时所产生的高压及强烈变形应力的环境，便可能 转化为变质岩。上述关系构成了岩石物质变化的循环体系。在地球表层系统 中，这样的转化现象是经常的、必然的。图 1.2.9（d）简化地表述了三种岩 石的转化机制。表 1.2.1 给出了三类岩石的主要类型和代表性矿物。
图 1.2.9（c）变质岩的形成过程（据威利， 1971） 由于地壳运动，使得地壳的结构处于不断变化之中。总体上讲，地壳运
动都是十分缓慢的，必须用地质年代表衡量，你可以在任何一本初等地质学 教材中查到地质年代表作为参考。
岩石圈不仅存在大尺度的板块运动，而且由于构成岩石圈的岩石或地层
受到地应力的作用（这种地应力起源于地幔作用和板块运动），还会使岩石 圈发生力学变形，形成各种地质构造。构造形态可能表现为褶皱和断裂，当 断裂两侧的岩层有位移时称断层。褶皱和断裂对地貌发育、资源分布等都很 有影响。例如，一些岩浆沿断裂上升到岩石圈中，在地下不同温度处结晶成 不同矿物，形成矿产资源。关于地质学或岩石圈丰富的内容，我们将在地质 学课程中学习，或者参考有关地质学著作。在后面，我们将会看到地质构造 对地貌发育具有重要的意义。
图 1.2.9(d)三种岩石的转化过程
图 1.2.10 断层与褶皱

表 1.2.1 类岩石的基本类型及代表性矿物
岩石 代表性矿物 不含水的 水化的和碳酸盐化的 上地幔来源





火成岩





沉积岩








变质岩

大理岩 橄榄岩
榴辉岩



橄榄岩橄榄石闪石 辉长岩
闪长岩
花岗岩
砂岩
长石砂岩
杂砂岩
页岩
石灰岩
蒸发岩
片岩
片麻岩
石榴子石 橄榄石
辉石
石榴子石
尖晶石

辉石
长石
石英
石英
长石
盐类





石英
长石
蛇纹石 辉石
铝硅酸盐类
堇青石 闪石
金云母
斜硅镁石



黑云母
白云母

高岭土
粘土矿物
绿泥石
碳酸盐类
盐类

白云母
绿泥石

黑云母
绿帘石
十字石 角闪石




第三节 地球表层



1.3.1 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，
（5）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。

1.3.2 环境与区域


　　地球的圈层之间，存在着经常性的、复杂的、不可忽视的相互作用。这 种相互作用使地球表层的许多事物相互联系，产生了新的运动规律。
首先，我们观察一下人群圈之外的圈层的相互作用，大洋中的洋流是说
明这种相互作用的极好例子。海洋由于吸收太阳辐射，成为大气的热源。大 气在海洋与陆地下垫面作用下加热（大气一般不能直接吸收太阳的辐射，因 为太阳辐射以短波辐射为主，大气分子难以吸收这些波段的辐射），形成了 大气环流。大气环流的行星风带拖曳了海水，大洋海水随行星风运动，受科 里奥利力作用，不断发生偏转（北半球右偏，南半球左偏），洋流流到大陆 架附近，受岩石圈阻力作用，发生转向。由于地球上不同纬度得到的热量不 一样，低纬度海水温度较高。在高纬地区，冰雪又加大反射率使海水得到的 热量更少，由此造成的高低纬的温差被认为是大洋环流的原因。从低纬流向 高纬的洋流为暖流，相反方向的洋流为寒流（图 1.3.4）。
洋流的形成始因于海陆分布温度和风，而洋流又反过来影响到沿途各地
的气候。冷暖洋流的分布，直接决定了向对流层下部输入的热量的多少。例 如，由北太平洋海水洋流系统（北赤道流）分出的黑潮，具有高温、高盐性 质，不仅对中国近海的海水理化性质、海洋生物等有深刻影响，还给中国的 气候打上深刻的烙印。夏季东南风从其上空经过，湿度增加使中国东部沿海 地区的降水增加。洋流对气候的影响在欧洲和南美、澳大利亚西部等地也有 明显反映。
第二，我们分析一下人群圈和其他圈层的相互作用。可从两方面来讲， 一方面，各圈层对人群都有不同层次、不同方式的作用，这里我们以气候对 人类的影响为例。地球上有面积很大的干热气候地区，在这些地区的干热环 境下，人类的活动受到移动沙丘、爆发性洪水和供水等方面的严重限制性影 响。对于生活在沙漠地带的人类生存来说，找到长期、可用的水资源，是个



① PRED 是英文 Population，Resource，Environment ，Development 的缩写，意为人口、资源、环境、发展。
——编者注

非常艰巨的任务。从其他地方把水输送到沙漠地区并非是件容易的事，尽管 有不少地方，滚滚巨川流经沙漠地带（如科罗拉多河、尼罗河等），使沿途 地区有可能依靠引水工程以供使用，但这些毕竟仅能供面积很小的地区使 用，因此，我们只能靠开采地下水来解决这个问题。如何在沙漠地区发现水， 也是一个复杂的工程问题，并且即使找到了水，还有可能是含盐度太高而需 淡化的咸水，这些地下水一般是第四纪气候湿润时期的产物，总水量非常有
限。


图 1.3.4 全球洋流示意图（多种来源）（该图可与图 1.3.3 相比较） 在寒冷地区，人们同样也受到地球表层的限制作用，在永冻层所在地区，
地面看上去非常坚硬，但建筑在其上的房子受暖后，使地基融解，造成建筑 物倒塌。修建在这些地区的公路受到汽车辗压亦会发生翻浆现象，对此人们 几乎无法预防。冻土地区还会带来其他一些问题，例如，一般的排污管和自 来水管、输电线、电话线等，都无法埋在地下，否则就会发生季节性热融破 裂、折断。因此人们不得不将这些管道线架设在地面上的保暖管道内。
　　但人类与地球表层的关系并不完全是被动的，人对其他圈层的主动作用 才使人类的文明水平不断提高，例如在沿海地区，海岸带在各种自然力的作 用下处于不断的变化过程中。当人类生活在这一地区时，为了使海岸带动力 过程有利于自己的生存，就会对海岸运动施加干扰，如种植防冲刷的植物， 建筑防波堤，岸外疏浚等。这些人工措施，极大地改变了周围地区的自然条 件（图 1.3.5），即改变了水圈、岩石圈、生物圈的局部状况。
无论全球的例子还是海岸带的例子都揭示，地球表层各圈层的构成元素
可能存在相互作用，从而引起各圈层的相互作用，形成新的复杂现象（如洋 流），这种复杂现象也常呈现出某种稳定性和随机性，如洋流的稳定有序的 流动模式和随机变化，具有复杂有序现象。联系在一起的各地球表层单元， 形成了一个新的整体，在这个整体中各圈层间具有不同的地位（在全球大气 洋流系统中，水圈与大气圈居主要地位，在海岸带系统中，岩石圈、水圈居 主导地位），但没有哪个圈层的作用可被忽视，它们的运动规律与各圈层的 运动规律密不可分，同时又受制于构成单元的原来的物理、化学、生物、经 济、文化特征，从而使这个整体具有新的内部过程和结构特征，我们称这个 整体为环境或地理环境。环境与人类活动休戚相关，但这并不是说它完全以 人类为中心，它也有自己特定的独立运动形式和内部过程。如沉积环境，指 的是与沉积物相互作用的单元体系，在中国，人们常用生态环境来突出环境 与人类的关系，其实环境一词包括了生态的意义，包括了系统的意义。显然， 有不同尺度、不同类型的环境，如我们了解的全球环境和海岸带环境。由于 相互作用的不同，同一地球表层单元，不同情况下参与构成不同的环境，水 圈中的海水在前面的例子中就参与构成了两种环境，气候类型区和海岸带。


　　　图 1.3.5 人类对海岸带的改造（据 B.Knapp，1986） 如果我们换一个问题的视角，可以发现，地球表层及其单元之间的相互
作用，总是发生在一定的空间的，相互作用的差异使空间产生特化，特化的 空间形成一种具有某种规定性的整体结构。如我国杭州湾以南海岸，以岩石 岸线为主，面临强烈的热带气旋（台风）的作用；杭州湾以北海岸以泥沙沉 积物为主形成的海岸，受到了黄河口排出的泥沙强烈作用。两个地区的海岸

带表现出不同的结构，地理过程的具体形式也有所不同。空间与空间之间存 在差异，使这一空间范围区别于另一空间范围，这就是区域。区域最基本的 性质是它既是整体的又是结构的，如区域具有特定的资源结构。空间分异规 律使一区域区别于另一区域，这种分异使得区域对某种地理过程表现出统一 性质。如上面的海岸地貌结构在两个区内各自趋向统一。显然区域与环境是 同一事物的两个侧面，区域必然由某种或某些环境构成，环境必然圈定于一 定的区域；区域与环境是地理事物的两种表现，因此，我们称地理事物具有 环境区域二象性。环境与区域的一种共同载体是地方。环境、区域和地方构 成了地理学的基本研究对象。值得一提的是，从这个角度看，传统的区域地 理学是关于地方研究的学科。地理科学决不是关于“中国的人口有 12 亿”、 “法国的首都是巴黎”这样的知识，这只是“地志学”。地志学是地理学的 一个分支，但决不是全部。
　　本世纪以来，工业的持续发展和人口的膨胀，使得环境遭到不断的干扰 和破坏，地球上的资源不断减少，有趋于枯竭的危险，区域社会经济的发展 受到了越来越多的阻力，有些地方已经停滞。这个人口－资源-环境-（区域） 发展（全球是个大区域）的问题，表现为人类面临的迫切问题。显然，人口- 资源-环境-（区域）发展构成的 PRED 系统，是地球表层系统的一种特殊子系 统，这个子系统的过程，显然是地球表层相互作用的过程，因此，关于 PRED 问题和 PRED 系统的研究，就成了现代地理学的中心。为了解决 PRED 问题， 我们必须研究各圈层的相互作用和内部过程。仅以生态观点来研究 PRED 问 题，在理论上和实践上都是软弱无力的；只有从环境、区域的运动特性，以 地理系统和地理过程的观点来研究 PRED 问题，才能最终达到 PRED 协调的目 的。这方面有很多的例子。实际上如果我们讲生态平衡，这也不想动那也不 敢动，地球今天绝不可能养活如此之多的人口。农作系统，就是人类创造的 打破旧生态平衡的具有积极意义的生态系统。农作系统为人类的生存和进步 提供了可能。地理学与生态学的一个显著区别就是，地理学是主动积极，它
提倡主动适应地球表层，建立新的生态平衡和生态结构。
　　必须指出，地球表层问题是复杂的，既需要系统分析，也需要由物理学 发展的过程分析或机理分析。地理学作为一个学科，既要研究 PRED 问题，也 要研究其他与地球表层发生强烈联系的问题，地理学领域与方法是全面的、 客观的和积极的。
复习思考题
1.试说明地球上不同纬度太阳辐射量全年的变化。
　　2.潮汐现象是地球表层相互作用的现象吗？为什么？那么海湾的潮流现 象呢？
　　3.中国地块在全球板块构造体系中处于什么位置，由此推测中国地震带 的可能分布。
4.褶皱与断裂有什么异同？
　　5.以河流为例，试说明地球表层各圈层的相互作用及其如何形成地理环 境系统。
　　
第二章 基本地理过程