大氣圈與巖石圈的相互作用和影響

1、大氣圈與巖石圈的相互作用和影響第八章 大氣圈與巖石圈的相互作用第一節(jié) 巖石風(fēng)化與氣候第二節(jié) 巖石圈變動(dòng)與氣候第三節(jié) 地貌與氣候第四節(jié) 風(fēng)成地貌第五節(jié) 沙塵暴 第一節(jié) 巖石風(fēng)化與氣候 風(fēng)化是指十分接近地表的或直接暴露于地面的巖石，處于新的地球表層巖石圈與大氣圈、水圈、生物圈發(fā)生物質(zhì)與能量交換的環(huán)境，所發(fā)生的種種物理變化和化學(xué)變化。一、巖石的風(fēng)化與風(fēng)化殼 風(fēng)化作用可以劃分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。 物理風(fēng)化：又稱(chēng)機(jī)械風(fēng)化，是指巖石崩解、破碎而使其物理性質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。比如，溫度變化引起的熱脹冷縮可以使巖石破碎。 化學(xué)風(fēng)化：是指巖石在大氣、水及生物的作用下，化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。 生物風(fēng)化

2、：是指巖石在生物作用下，其物理性質(zhì)和/或化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。包括生物物理風(fēng)化和生物化學(xué)風(fēng)化。物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物風(fēng)化 地球表層巖石風(fēng)化后，由殘留在原地基巖上的風(fēng)化產(chǎn)物組成的殼層，稱(chēng)為風(fēng)化殼。內(nèi)蒙古碎屑風(fēng)化殼二、氣候?qū)r石風(fēng)化的影響 巖石風(fēng)化的類(lèi)型與強(qiáng)度，在很大程度上受到氣候的影響與控制。 干旱地區(qū)：由于缺乏水的參與，風(fēng)化作用比較弱； 寒冷地區(qū)：由于溫度低、生物稀疏，化學(xué)風(fēng)化與生物風(fēng)化都較弱； 冰緣地區(qū)：由于溫度經(jīng)常變化于冰凍點(diǎn)附近，凍結(jié)與融化交替頻繁，因而使物理風(fēng)化作用比較強(qiáng)烈； 溫暖濕潤(rùn)區(qū)：由于溫度高、降水多、生物比較茂盛，物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化都較強(qiáng)。 不同氣候-植被帶風(fēng)化強(qiáng)度的

3、差異（李天杰等）三、巖石風(fēng)化對(duì)氣候的反作用 巖石的化學(xué)風(fēng)化，將吸收大氣中的二氧化碳。吸收的二氧化碳，以化學(xué)徑流的形式被輸送到海洋，海洋生物光合作用吸收二氧化碳，將之固定并沉積到海底。當(dāng)巖石風(fēng)化加強(qiáng)，吸收的大氣二氧化碳增加。當(dāng)海洋釋放到大氣中的二氧化碳不能補(bǔ)償巖石風(fēng)化從大氣中吸收的二氧化碳的數(shù)量時(shí)，大氣中的二氧化碳含量將會(huì)減少。由于溫室效應(yīng)減弱，將減緩氣候的變暖，甚至導(dǎo)致氣候的變冷。 巖石圈處在不停的運(yùn)動(dòng)中。海底在擴(kuò)張，大陸在漂移，山地在隆起，海溝在加深。這些變化，在很大程度上影響和改變了世界或區(qū)域的氣候。 第二節(jié) 巖石圈變動(dòng)與氣候一、海陸分布變化對(duì)氣候的影響海陸分布的變化 海陸分布位置的巨大變

4、化導(dǎo)致了緯度位置、洋流分布、大氣活動(dòng)中心的分布格局等的變化，從而引起世界或區(qū)域氣候的變化。緯度的變化洋流的變化大氣活動(dòng)中心位置的變化全球與區(qū)域氣候的變化古近紀(jì)干旱盆地碎屑沉積分布（據(jù)王鴻貞資料匯編） 由于印度板塊向北的漂移與擠壓，中國(guó)西部地區(qū)在晚新生代向北遷移了610個(gè)緯度（張林源，1991;王建，1996，1999 ），使由干旱碎屑及紅色泥質(zhì)組合為標(biāo)志的早第三紀(jì)副熱帶干旱帶扭曲成“Z” 形。這一幅度的遷移，足以使我國(guó)西北地區(qū)脫離副熱帶而進(jìn)入溫帶，所引致的氣候與環(huán)境變化效果可想而知。二、地形起伏變化對(duì)氣候的影響（一） 氣溫隨高度的變化。（二） 對(duì)局部地區(qū)氣候的影響。（三） 對(duì)區(qū)域和全球氣候的影

5、響。 高原隆升導(dǎo)致北半球晚新生代氣候變冷。 高原隆升，加強(qiáng)了季風(fēng)環(huán)流，使氣候的季節(jié)差異增大。 高原的隆升導(dǎo)致了北半球中緯地區(qū)干旱氣候的形成。 高原與山地的形成，導(dǎo)致西風(fēng)帶的分叉，水汽運(yùn)移不再 經(jīng)過(guò)這些地區(qū)，而氣流變?yōu)橄鲁翚饬鳛橹?，尤其在亞?中部和美國(guó)西部?jī)?nèi)陸； 高大地形阻擋了來(lái)自附近海洋的水汽進(jìn)入內(nèi)陸地區(qū)； 在高大地形的上游地區(qū)，風(fēng)暴發(fā)生頻率較低。 高原隆升加強(qiáng)亞洲季風(fēng)的強(qiáng)度，改變季風(fēng)的風(fēng)向，改變季 風(fēng)影響的范圍。高原隆起導(dǎo)致的氣候變冷（Ruddiman)深色區(qū)域?yàn)樽兝鋮^(qū)域。顏色愈深，變冷愈顯著 氣候模擬結(jié)果表明，隨著高原的隆升，1月中緯地區(qū)對(duì)流層上部行星風(fēng)的波動(dòng)（彎曲）加強(qiáng)，使得高緯地區(qū)的

6、冷空氣可以源源不斷地輸向中緯度地區(qū)，導(dǎo)致中緯度地區(qū)溫度的降低。 隨著高原的隆升，地面積雪越來(lái)越多，地面反射率增高，使地面接受到的太陽(yáng)輻射減少，從而導(dǎo)致地面溫度的降低。 隨著高原的隆升，高原與周?chē)貐^(qū)的高差增大，地面的侵蝕作用加強(qiáng)。由于地面風(fēng)化產(chǎn)物源源不斷地被侵蝕搬運(yùn)，使暴露于大氣中的、參與風(fēng)化的物質(zhì)增多，使參與風(fēng)化作用的二氧化碳增多，從而使得大氣中二氧化碳的濃度降低，使世界氣候變冷（降低溫室效應(yīng)）。巖石風(fēng)化與大氣二氧化碳含量變化的關(guān)系(Raymo) 青藏高原隆升對(duì)季風(fēng)環(huán)流的影響（Ruddiman) 高原隆升，加強(qiáng)季風(fēng)環(huán)流，使氣候季節(jié)差異增大。隆起的地面，其顯熱與潛熱的作用加強(qiáng)，夏季高原往往成為

7、一個(gè)熱源，冬季則往往成為一個(gè)冷源，從而加強(qiáng)了由于海陸熱力差異導(dǎo)致的季風(fēng)環(huán)流（見(jiàn)右圖）。季風(fēng)環(huán)流的加強(qiáng)，使氣候的季節(jié)差異更加明顯：冬季更加寒冷、干燥，夏季更加溫暖、濕潤(rùn)；也在一定程度上，改變了行星風(fēng)系控制下的緯度地帶性規(guī)律。 高原隆升加強(qiáng)亞洲季風(fēng)的強(qiáng)度，改變季風(fēng)的風(fēng)向、改變季風(fēng)影響的范圍。風(fēng)塵堆積分布范圍的變化，在一定程度上可以支持這一觀點(diǎn)。五百萬(wàn)年來(lái)中國(guó)風(fēng)塵沉積分布范圍的變化及其反映的冬季風(fēng)風(fēng)向和影響范圍的變化（根據(jù)陳明揚(yáng)，1991；王建，2000）。五百萬(wàn)年來(lái)中國(guó)風(fēng)塵沉積分布范圍的變化 三、巖石圈與大氣圈的相互作用風(fēng)化作用侵蝕、搬運(yùn)堆積作用大氣圈的變化巖石圈的變化海陸分布地形起伏大氣環(huán)流中心

8、 巖石圈的變化，在很大程度上改變大氣環(huán)流，改變了氣候的格局與性質(zhì)。實(shí)際上，改變了的大氣圈，反過(guò)來(lái)又作用于巖石圈，對(duì)巖石圈施加影響。巖石圈與大氣圈是相互作用、相互影響的。巖石圈與大氣圈相互作用、相互影響，決定了地球表層環(huán)境的某些特征與性質(zhì)。侵蝕切割導(dǎo)致負(fù)荷均衡上升示意圖 第三節(jié) 地貌與氣候 地球表面的形態(tài)叫作地貌。地貌是內(nèi)動(dòng)力或內(nèi)力與外動(dòng)力或外力共同作用的結(jié)果。 內(nèi)動(dòng)力：指地球內(nèi)部能量所產(chǎn)生的作用力，主要由巖石圈的變動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)，如褶皺運(yùn)動(dòng)、斷裂運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)、地震等。 外動(dòng)力：是指地球表面受大氣、水的運(yùn)動(dòng)與生物作用而產(chǎn)生的力。 一、地貌對(duì)氣候的影響 大陸與大洋是最大的地貌單元

9、。由于大陸與大洋之間的熱力差，產(chǎn)生了季風(fēng)環(huán)流。 從高原、盆地、山地、丘陵到河谷、平原，不同的地貌單元對(duì)應(yīng)于不同的區(qū)域或局地氣候環(huán)境。在山區(qū)，由于山坡與山谷對(duì)溫度日變化的響應(yīng)速度不同，故產(chǎn)生了山谷風(fēng)。 塑造地貌的外動(dòng)力，主要受氣候因素的控制。在不同的氣候條件下，由于水熱條件不同，外動(dòng)力的性質(zhì)、強(qiáng)度和組合情況皆有所差異，從而形成不同的地貌類(lèi)型和地貌類(lèi)型組合。外動(dòng)力組合和主導(dǎo)外動(dòng)力隨各氣候帶而有所不同。由于氣候具有水平地帶性和垂直帶性，因此地貌也相應(yīng)有明顯的地帶性和垂直帶性。二、氣候?qū)Φ孛驳挠绊懪c控制地貌與氣候的關(guān)系化學(xué)風(fēng)化、塊體移動(dòng)、流水作用 流水作用、化學(xué)風(fēng)化、土溜（土壤蠕動(dòng)） 流水作用、風(fēng)化作

10、用（尤其物理風(fēng)化）、快速物質(zhì)移動(dòng)干化（旱化）作用、風(fēng)力作用、流水作用 冰凍作用、泥流作用、流水作用冰川作用、雪蝕作用、風(fēng)力作用 主要地貌過(guò)程 陡坡峭峰（中期階段）、渾圓緩丘（晚期階段）、深厚土壤、生物礁 濕熱氣候區(qū) 渾圓的山坡、土壤覆蓋、嶺谷相間、廣泛的水流沉積 溫潤(rùn)氣候區(qū) 山麓面、沖積扇、劣地（崎嶇地） 半干旱氣候區(qū) 沙丘、鹽盤(pán)、風(fēng)蝕盆地、穴狀風(fēng)化、干旱谷、風(fēng)蝕壟槽 干旱氣候區(qū) 多邊形地面、泥流階地、石海、石河、石冰川、冰丘冰緣氣候區(qū) 刃脊、角峰、冰斗、冰磧冰川氣候區(qū) 主要地貌特征 氣候區(qū) 三、干旱氣候區(qū)地形的演化 干旱氣候區(qū)，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，植被稀疏，物理風(fēng)化強(qiáng)烈而化學(xué)風(fēng)化較弱。鹽分

11、結(jié)晶析出的脹裂作用是干旱區(qū)巖石風(fēng)化破碎的主要過(guò)程之一。 大量的碎屑風(fēng)化產(chǎn)物，在重力作用下沿坡向下移動(dòng)，聚集山腳。一旦暴雨發(fā)生，便由洪水將之運(yùn)走，堆積在山麓帶外圍，形成扇狀堆積體洪積扇。而山坡重新出露，重新遭受風(fēng)化剝蝕。在風(fēng)化作用、重力作用和洪水作用下，山坡不斷地平行后退，即山坡在退縮過(guò)程中坡度保持不變，即平行退縮。這是干旱區(qū)山坡演化（地形演化）的特征。由于山坡的不斷后退，在山麓形成一種緩緩傾斜的平整基巖面，上覆薄層松散堆積物，稱(chēng)之為山麓剝蝕面。山坡的進(jìn)一步后退，山麓面不斷擴(kuò)大，山體愈益縮小。最后許多山麓面連成一，成為山前夷平面，其上殘留的孤立的山丘即為島山。 在內(nèi)陸干旱盆地的中心，地勢(shì)低洼，地

12、下水和洪水匯集到這里，成為湖泊。雨季過(guò)后，湖水蒸發(fā)而干枯。由于不斷地積水、不斷地干枯，鹽度越來(lái)越大，逐漸成為鹽湖。湖水含鹽達(dá)到飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，鹽就會(huì)結(jié)晶析出，形成鹽殼。死海大咸湖，湖面海拔-395 m，鹽度達(dá)30 干旱荒漠區(qū)的地表，由于組成物質(zhì)不同，可以劃分出不同的類(lèi)型。由裸露巖石、礫石、沙、或者泥巖（黏土）組成的荒漠，依次叫做巖漠、礫漠、沙漠或泥漠。 礫漠（戈壁）沙漠巖漠四、濕熱氣候區(qū)的地形演化與地貌發(fā)育 在濕熱氣候區(qū)，由于高溫多雨，化學(xué)風(fēng)化作用特別活躍，巖石強(qiáng)烈分解，形成很厚的富含鐵鋁的紅色風(fēng)化殼。 瀑布跌水峽谷段與緩流寬谷段交替出現(xiàn)的情況，是濕熱氣候區(qū)（熱帶森林區(qū)）河流地貌最突出的特征

13、。 這個(gè)地區(qū)發(fā)育到最后往往形成一種波狀起伏的渾圓的緩丘，其上偶爾突出一種鐘狀的、塔狀的巖丘，并且覆蓋著比較深厚的紅色風(fēng)化殼。這就是濕熱氣候地區(qū)發(fā)育的準(zhǔn)平原。第四節(jié) 風(fēng)成地貌1.植被稀疏的干燥的地面；2.較大的有相對(duì)固定風(fēng)向的地面風(fēng)；3.破碎的較易被侵蝕的巖石。第三個(gè)條件主要由巖石圈來(lái)決定。第二個(gè)條件主要由大氣系統(tǒng)決定和控制，但是也受到地形的控制和影響。第一個(gè)條件不僅決定于氣候，而且還受到巖石圈的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。 一、風(fēng)成地貌是大氣圈與巖石圈相互作用的結(jié)果風(fēng)成地貌形成的基本條件是： 風(fēng)對(duì)地面巖石的侵蝕作用，簡(jiǎn)稱(chēng)為風(fēng)蝕作用，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 一是風(fēng)的吹蝕作用，也就是地表的松散顆粒被風(fēng)刮走的過(guò)

14、程； 二是風(fēng)的磨蝕作用，即風(fēng)吹動(dòng)沙?；蚴瘔K對(duì)地面撞擊、磨損的過(guò)程。 當(dāng)風(fēng)力減弱或遇到阻礙時(shí)，由風(fēng)攜帶的顆粒就會(huì)降落到地面或者在地面停止運(yùn)動(dòng)而堆積，這就是風(fēng)積作用。 二、風(fēng)蝕地貌風(fēng)蝕作用 由于風(fēng)的運(yùn)動(dòng)壓力作用，將地表的松散沉積物或基巖上的風(fēng)化產(chǎn)物（沙丘）吹走，使地面遭到破壞的作用?？煞执滴g作用和磨蝕作用 。石窩 石窩是在陡峭的迎風(fēng)巖壁上，經(jīng)風(fēng)蝕形成許多圓形或不規(guī)則橢圓形的小洞穴和凹坑。風(fēng)蝕蘑菇 主要由于風(fēng)沙流對(duì)巖石磨蝕受到高度的限制。距離地面一定高度以上的氣流沙量少，磨蝕??；而近地面部分沙量多，磨蝕作用強(qiáng)。長(zhǎng)期形成蘑菇狀。特別是水平成層、軟硬不同的巖石，當(dāng)下部的巖性較上部易于風(fēng)化、易于變得疏松時(shí)

15、，蘑菇石更易形成。風(fēng)蝕柱 垂直裂隙發(fā)育的巖石，在風(fēng)長(zhǎng)期吹蝕后形成的孤立的柱狀巖石。 風(fēng)蝕殘丘 基巖組成的地面經(jīng)風(fēng)化作用和暫時(shí)水流的沖刷，以及長(zhǎng)期的風(fēng)蝕作用后，殘留下的孤立小丘。風(fēng)蝕城堡 基巖巖性軟硬相間且水平成層，垂直節(jié)理不均的干旱地區(qū)經(jīng)長(zhǎng)期流水侵蝕和強(qiáng)勁的風(fēng)蝕作用形成平頂層狀或尖塔狀小丘，遠(yuǎn)看像古城堡的斷壁殘?jiān)ｏL(fēng)蝕雅丹（風(fēng)蝕壟槽） 泛指發(fā)育在古代河湖相的土狀堆積物中，方向與主風(fēng)向一致的風(fēng)蝕土墩和風(fēng)蝕凹地（溝槽）的地貌組合。風(fēng)蝕洼地 松散物質(zhì)組成的地面，經(jīng)風(fēng)長(zhǎng)期吹蝕形成大小不同的以橢圓形為主的，沿主風(fēng)向伸展的洼地稱(chēng)風(fēng)蝕洼地 。單純由風(fēng)蝕作用造成的洼地多為小而淺的蝶形洼地，若有水，則形成湖泊。

16、 風(fēng)積作用:風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)風(fēng)速變?nèi)趸蛴龅秸系K物（如植物或地表微小的起伏），以及地面結(jié)構(gòu)或下墊面性質(zhì)改變（如由堅(jiān)硬細(xì)石床面變?yōu)樗缮⒌纳沉５孛妫r(shí)，沙粒從氣流中下落堆積的作用。三、風(fēng)積地貌 由風(fēng)積作用形成的地貌叫做風(fēng)積地貌。風(fēng)積地貌包括沙波紋、沙堆、新月形沙丘、拋物線沙丘、金字塔形沙丘、縱向沙壟、沙丘鏈等。風(fēng)蝕與風(fēng)積地貌是干旱區(qū)的突出特征。 沙漠里最基本的風(fēng)積地貌是沙丘，按其與塑造沙丘形態(tài)的風(fēng)之間的相互關(guān)系可分：垂直于風(fēng)向的橫向沙丘形態(tài)新月形沙丘、沙丘鏈和復(fù)合型沙丘鏈等；平行于風(fēng)向的縱向沙丘形態(tài)新月形沙壟、沙壟和復(fù)合型沙壟等；多方向風(fēng)作用下的沙丘形態(tài)金字塔沙丘等。沙丘 新月形沙丘是一種最簡(jiǎn)單

17、的橫向沙丘形態(tài)，它是在風(fēng)向較固定的風(fēng)力作用下形成，形似新月，兩翼順主風(fēng)向延伸，迎風(fēng)坡凸且緩，背風(fēng)坡位于兩翼間，凹而陡。橫向沙丘新月形沙丘的形成過(guò)程新月形沙丘的形成示意圖（楊景春，1985） (a) 沙堆使近地面風(fēng)速發(fā)生變化； (b) 迎風(fēng)坡受到風(fēng)沙的沖擊，并因上面風(fēng)速增大而產(chǎn)生上舉分力，背風(fēng)坡產(chǎn)生渦流 ；(c) 沙丘增高的同時(shí)，背風(fēng)坡馬蹄形洼地也增大； (d) 形成典型的新月形沙丘新月形沙丘鏈 在沙源充足的地區(qū)，密集的新月形沙丘相互連接，形成與風(fēng)向垂直分布的新月形沙丘鏈。新月形沙丘和新月形沙丘鏈還會(huì)不斷增高和擴(kuò)大，并在迎風(fēng)坡上發(fā)育許多次一級(jí)的小新月形沙丘和沙丘鏈，形成復(fù)合新月形沙丘和復(fù)合型沙丘

18、鏈?？v向沙丘 在單向風(fēng)或幾個(gè)近似風(fēng)向作用下形成向主風(fēng)向延伸的壟狀堆積地貌，在亞熱帶信風(fēng)沙漠中分布最普遍。有些規(guī)模巨大沙壟上發(fā)育復(fù)合縱向沙壟 。多風(fēng)向沙丘 多風(fēng)向且風(fēng)力相差不大的情況下可發(fā)育金字塔形、星形等形狀的沙丘。多風(fēng)向沙丘一般作零星的單個(gè)分布，但也有多個(gè)組成的不規(guī)則壟崗。鳴沙山金字塔形沙丘第五節(jié) 沙塵暴沙塵暴是大氣圈與巖石圈相互作用的產(chǎn)物。第一，沙塵暴的形成需要地面干燥，并且地面上要有比較豐富的碎屑物質(zhì)。要達(dá)到這一要求，一方面除氣候必須比較干燥外，另一方面巖石圈表面要比較破碎或分布有較多的松散沉積物。巖石的破碎狀況取決于巖石的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和巖石風(fēng)化的條件與程度。 沙塵暴多形成于干旱、半干旱地區(qū)，中亞、北美、中非和澳大利亞是世界上四大沙塵暴區(qū)。 一、大氣圈與巖石圈相互作用和沙塵暴 內(nèi)蒙古拐子湖站記錄的沙塵暴發(fā)生頻率的季節(jié)變化（根據(jù)吳盧榮等改繪）內(nèi)蒙古拐子湖沙塵暴發(fā)生頻率季節(jié)變化與大風(fēng)及相對(duì)濕度的關(guān)系（根據(jù)吳盧榮等資料繪制） 二、