自然地理環(huán)境的基本規(guī)律

第十章

自然地理環(huán)境的基本規(guī)律

前面各章節(jié)闡明了各自然地理要素。在此基礎(chǔ)上，本章既是對(duì)各自然地理要素基本特征的概括，又是把自然地理環(huán)境作為統(tǒng)一整體進(jìn)行綜合研究。其中著重論述自然地理環(huán)境基本規(guī)律及其，即整體性規(guī)律、時(shí)間演化規(guī)律、空間分異規(guī)律、土地類型和綜合自然區(qū)劃。

1第一節(jié)

整體性規(guī)律

一、概

述

（一）整體性含義

1、自然地理環(huán)境的四個(gè)基本地圈：對(duì)流圈、水圈、沉積巖石圈、生物圈。

2、為什么地理學(xué)界都把自然地理環(huán)境作為整體來(lái)研究？

(1)自然地理環(huán)境——是一個(gè)由一些大小不同、等級(jí)有別、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度參差不一的物質(zhì)系統(tǒng)，逐級(jí)鑲嵌組合而成的。

(2)組成自然地理環(huán)境的六大要素為地貌、氣候、水文、植物、動(dòng)物和土壤。

2(3)自然地理環(huán)境各個(gè)要素的性質(zhì)和功能，與自然地理環(huán)境整體性質(zhì)、功能有巨大區(qū)別，即使某一要素對(duì)某一級(jí)自然地理環(huán)境的形成和特征有著重要影響，也不能取而代之。因?yàn)槿魏我氐淖饔?，只有在與其他要素相聯(lián)系的情況下才能發(fā)揮。(4)整體性含義包括兩方面：A、統(tǒng)一含義：指構(gòu)成整體和各要素不是孤立存在的，而是相互聯(lián)系、相互作用、相互制約組成一個(gè)統(tǒng)一的整體；B、特殊含義：指整體具有各孤立要素所沒(méi)有的性質(zhì)和功能。但整體功能并不等于各部分、各要素功能的任意湊合。(5)自然地理環(huán)境的整體性規(guī)律，是自然地理最基本的規(guī)律。它與其他規(guī)律有不可分割的聯(lián)系。所以地理學(xué)界，都把自然地理環(huán)境作為整體來(lái)研究。3（二）整體性實(shí)質(zhì)

1、自然地理環(huán)境整體性規(guī)律的實(shí)質(zhì)就是自然地理環(huán)境的內(nèi)部聯(lián)系性

自然地理環(huán)境的整體性規(guī)律，是通過(guò)對(duì)其組成和結(jié)構(gòu)的分析總結(jié)出來(lái)的。即對(duì)自然地理環(huán)境的無(wú)機(jī)和有機(jī)組成，對(duì)自然地理環(huán)境的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)的分析綜合，總結(jié)出來(lái)的。其實(shí)質(zhì)就是自然地理環(huán)境的內(nèi)部聯(lián)系性。即各組成要素和各部分，綜合交融，互為因果，通俗地說(shuō)，就是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。

4

2、整體性觀念和內(nèi)部聯(lián)系的規(guī)律性

自然地理學(xué)的奠基人洪堡在他的五卷巨著《宇宙》一書中寫道：“自然地理學(xué)的最終目的是認(rèn)識(shí)多種多樣的統(tǒng)一，研究地球各種現(xiàn)象的一般規(guī)律和內(nèi)部聯(lián)系。”這就是指整體性觀念和內(nèi)部聯(lián)系的規(guī)律性。3、整體性規(guī)律又是自然地理研究的出發(fā)點(diǎn)（為什么？）

人們對(duì)自然地理的研究包括：(1)

自然地理環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能以及各種結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制和規(guī)律；(2)

物質(zhì)循環(huán)能量交換的調(diào)節(jié)、控制和可能途徑；(3)

研究自然地理區(qū)劃和土地類型，確定其綜合特征，開(kāi)發(fā)利用的方向和途徑；(4)

研究人地關(guān)系，探求環(huán)境與發(fā)展協(xié)調(diào)的正確途徑等等.上述研究都必須從自然地理環(huán)境的整體性出發(fā)。不承認(rèn)整體性規(guī)律就不可能取得有實(shí)際意義的成果。所以，整體性規(guī)律又是自然地理研究的出發(fā)點(diǎn)。然而，地理學(xué)界對(duì)自然地理環(huán)境整體性規(guī)律的認(rèn)識(shí)，同其他學(xué)科一樣，有一個(gè)由淺入深的深化過(guò)程。5二、整體性認(rèn)識(shí)的發(fā)展

整體性包括內(nèi)在聯(lián)系的整體性、結(jié)構(gòu)和功能的整體性、非平衡有序系統(tǒng)的整體性等

(一)內(nèi)在聯(lián)系的整體性

1、概念

內(nèi)在聯(lián)系的整體性——是指自然地理環(huán)境的各組成要素(地貌、氣候、水文、土壤、植物、動(dòng)物)相互聯(lián)系、相互制約形成統(tǒng)一整體的特性。其中任一要素發(fā)生變化，必然引起其余要素發(fā)生相應(yīng)的變化，某一部分發(fā)生變化，必然引起其相鄰部分發(fā)生相應(yīng)的變化。

62、人類活動(dòng)引起自然地理環(huán)境的變化

人類活動(dòng)對(duì)大自然的干預(yù)，引起自然地理環(huán)境的變化屢見(jiàn)不鮮。如英國(guó)和泰晤士河曾由于倫敦及其附近城鎮(zhèn)的廢水污染，水質(zhì)變黑，發(fā)臭（水文變化），導(dǎo)致魚類絕跡（生物變化）。后經(jīng)二三十年整治，河水再度變清（水文變化），繼而魚類重新出現(xiàn)（生物變化）。

73、內(nèi)在聯(lián)系整體性認(rèn)識(shí)的理論基礎(chǔ)是因果論

17世紀(jì)世界崇尚因果論，地理學(xué)界也不例外。認(rèn)為自然地理事物和現(xiàn)象具有深刻的因果聯(lián)系。一旦在自然綜合體中有某一環(huán)節(jié)發(fā)生變化，其他所有環(huán)節(jié)必將隨之發(fā)生變化。當(dāng)然，整個(gè)體系的變化規(guī)模在本質(zhì)上決定于各組成部分或要素的變化規(guī)模。這就是自然地理環(huán)境內(nèi)部聯(lián)系的整體性。

8（二）結(jié)構(gòu)和功能的整體性

91、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

(1)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——就是系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的特殊網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。即是系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)流、能量流、信息流和流通渠道。也可以理解為系統(tǒng)的骨架。

現(xiàn)實(shí)世界中，往往在構(gòu)成要素相同的情況下，各要素的組合方式不同，即結(jié)構(gòu)不同，系統(tǒng)的整體功能也大不一樣。如：

石墨：層狀結(jié)構(gòu)→松軟→鉛筆芯

金剛石：島狀結(jié)構(gòu)→堅(jiān)硬→鉆石

(2)系統(tǒng)功能——是指物質(zhì)、能量、信息在系統(tǒng)內(nèi)傳遞轉(zhuǎn)化的外部表現(xiàn)。

例如：土壤、草本植物和食草動(dòng)物三個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，其功能正是結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)保證物質(zhì)、能量在系統(tǒng)中傳遞和轉(zhuǎn)化。一旦這種傳遞和轉(zhuǎn)化受阻，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)陷于解體，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將不復(fù)存在。

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(2)系統(tǒng)功能——是指物質(zhì)、能量、信息在系統(tǒng)內(nèi)傳遞轉(zhuǎn)化的外部表現(xiàn)。

例如：土壤、草本植物和食草動(dòng)物三個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，其功能正是結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)保證物質(zhì)、能量在系統(tǒng)中傳遞和轉(zhuǎn)化。一旦這種傳遞和轉(zhuǎn)化受阻，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)陷于解體，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將不復(fù)存在。

以磷在此生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞和轉(zhuǎn)化說(shuō)明：

人們將磷施于(輸人)土壤后→首先溶解于土壤水中→隨后被植物的根系吸收而進(jìn)入植物體內(nèi)，參加植物體的建造→植物體的磷→

歸還給土壤：一部分由于植物死亡變成枯枝落葉→土壤；

輸出生態(tài)系統(tǒng)之外：另一部分被食草動(dòng)物取食→動(dòng)物體內(nèi)，參與動(dòng)物體的代謝→輸出到該生態(tài)系統(tǒng)之外。

11顯而易見(jiàn)，每一個(gè)子系統(tǒng)都有磷的輸入、輸出，以及在各子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化。這種功能的順利實(shí)現(xiàn)全賴于該生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通暢。一旦由于某種原因，結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)受破壞，例如土壤子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，使施入的磷與土壤水中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成難溶的磷化合物，植物就難以吸收。這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)就要受影響，其功能也就不能正常發(fā)揮。12(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)

結(jié)構(gòu)是保證物質(zhì)、能量、信息流通的渠道。

與功能的

2)

功能是維持結(jié)構(gòu)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。

關(guān)系非常

密

切

3)沒(méi)有無(wú)結(jié)構(gòu)的功能，也沒(méi)有無(wú)功能的結(jié)構(gòu)。

132、系統(tǒng)的整體性

(1)系統(tǒng)的整體性——按照系統(tǒng)論觀點(diǎn)，整體性是由于物質(zhì)、能量、信息在系統(tǒng)內(nèi)各要素之間流通，使要素之間的聯(lián)系、制約加強(qiáng)而形成。組成整體系統(tǒng)的各部分，不能離開(kāi)整體而孤立存在，部分由整體決定。(2)部分與整體的關(guān)系可約化為以下表達(dá)式：2V1+1或2>1+1(優(yōu)化組合)2=1+1(合理組合)2<1+1(內(nèi)耗占統(tǒng)治地位)這是系統(tǒng)論最基本定律。運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)，構(gòu)成一個(gè)新的系統(tǒng)，精確無(wú)誤地組織好各要素實(shí)行系統(tǒng)管理，就能發(fā)揮最大的功能。

143、自然地理系統(tǒng)的整體性

15例如氣候，體現(xiàn)自然地理系統(tǒng)的整體性特點(diǎn)表現(xiàn)：A、它是自然地理系統(tǒng)的要素之一，其重要性不僅是其本身的存在，還在于它參與地貌的塑造和陸地水文特征的形成，影響植物、動(dòng)物的類型和分布，參與土壤的形成過(guò)程等等。B、但某地的氣候狀況，并不代表當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩憝h(huán)境。(3)對(duì)自然地理系統(tǒng)的研究要求

由于自然地理系統(tǒng)極其復(fù)雜巨大，因此，對(duì)自然地理系統(tǒng)的研究，要用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，從事物的整體性出發(fā)，著眼于整體與要素、要素與要素、整體與環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約關(guān)系的綜合考察，擇優(yōu)選取總體最好的方案。這正是錢學(xué)森教授所倡導(dǎo)的用“從定性到定量的綜合集成法，來(lái)處理復(fù)雜巨系統(tǒng)問(wèn)題”。

16(三)非平衡有序系統(tǒng)的整體性

*1、非平衡有序系統(tǒng)的整體性——這一階段的特點(diǎn)是根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論來(lái)認(rèn)識(shí)整性體。2、為什么說(shuō)自然地理環(huán)境具有非平衡有序系統(tǒng)的整體性？

因?yàn)樽匀坏乩憝h(huán)境是在內(nèi)外營(yíng)力的作用下發(fā)展演化的，而且在演化過(guò)程中引發(fā)出許多隨機(jī)性問(wèn)題。所以，自然地理環(huán)境具有非平衡有序系統(tǒng)的整體性。

17*3、耗散結(jié)構(gòu)——一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開(kāi)放系統(tǒng)，只要通過(guò)不斷與外界交換物質(zhì)與能量，在外界條件的變化達(dá)到一定的閾值時(shí)，可能從原有的混亂無(wú)序狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時(shí)間上、空間上、或功能上的有序狀態(tài)。這種在遠(yuǎn)離平衡情況下形成的新的有序結(jié)構(gòu)，依靠不斷地耗散外界的物質(zhì)和能量來(lái)維持，故稱耗散結(jié)構(gòu)（伊·普里戈金）。*4、耗散結(jié)構(gòu)理論特點(diǎn)——耗散結(jié)構(gòu)理論強(qiáng)調(diào)進(jìn)化中的隨機(jī)性、不可逆性遠(yuǎn)離平衡和不穩(wěn)定。*5、耗散結(jié)構(gòu)理論作用——人們不能控制其發(fā)展路向，但可以影響其進(jìn)化進(jìn)程，故耗散結(jié)構(gòu)理論可以把系統(tǒng)論無(wú)法解決的進(jìn)化問(wèn)題和許多隨機(jī)問(wèn)題給予解決。

181、系統(tǒng)與熵

平衡狀態(tài)：物質(zhì)流和能量流已經(jīng)消除了系統(tǒng)內(nèi)部的差別，系統(tǒng)

元素處于無(wú)序混合狀態(tài)。

接近平衡狀況：系統(tǒng)中只存在著微小差別，一旦迫使它們保持平衡約束條件消失，便朝平衡狀態(tài)移動(dòng)。

遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)：系統(tǒng)做功，因而產(chǎn)生熵，同時(shí)系統(tǒng)是非線性的和隨機(jī)不確定的。

現(xiàn)實(shí)世界中系統(tǒng)有三種可能狀態(tài)

192)為什么信息在系統(tǒng)中傳遞、擴(kuò)散將促使系統(tǒng)不斷進(jìn)化？

因?yàn)椋河钪骈g的物質(zhì)和能量分布是不均勻的。而信息卻可以反映物質(zhì)和能量在空間上和時(shí)間上的分布不均勻程度，以及物質(zhì)和能量的變化程度。另外，信息又在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和能量交換中起著聯(lián)系作用。所以，信息在系統(tǒng)中傳遞、擴(kuò)散將促使系統(tǒng)不斷進(jìn)化。

203)信息與熵的關(guān)系

信息與熵的關(guān)系非常密切：A、它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式分別是信息量h=logPm/Pn[h——信息量：?jiǎn)挝皇潜忍豣it；Pn——先驗(yàn)概率（=1/n）；Pm——后驗(yàn)概率（=1/m）]和熵S=klogp（S——熵；P——配容數(shù)，K——波爾茲曼常數(shù)），兩者都是概率的函數(shù)。B、系統(tǒng)的熵是無(wú)序程度的量度，熵值越大，系統(tǒng)越無(wú)序。C、信息量則是系統(tǒng)有序程度的量度。所以兩者的符號(hào)正好相反。換句話說(shuō)，信息就是負(fù)熵。212、系統(tǒng)的進(jìn)化模式

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，開(kāi)放的有序系統(tǒng)在負(fù)熵流的作用下，在環(huán)境達(dá)到一定的閾值時(shí)，整體系統(tǒng)便出現(xiàn)對(duì)稱破缺而分叉。反復(fù)分叉的結(jié)果，導(dǎo)致混沌，即達(dá)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。在這種情形下，一個(gè)隨機(jī)漲落有可能被放大，并逐漸占據(jù)整個(gè)系統(tǒng)，形成具有全新功能的有序結(jié)構(gòu)。這就是新的耗散結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的進(jìn)化可以約化為以下模式：“初級(jí)耗散結(jié)構(gòu)→對(duì)稱破缺（分叉）→混沌（遠(yuǎn)離平衡態(tài)）→漲落放大→高級(jí)耗散結(jié)構(gòu)……”。解釋：

開(kāi)放的有序系統(tǒng)在環(huán)境達(dá)到一定的“閾”之前是相對(duì)穩(wěn)定的，而對(duì)稱性總是和穩(wěn)定性聯(lián)系在一起，運(yùn)動(dòng)變化則經(jīng)常通過(guò)對(duì)稱性的破缺反映出來(lái)。對(duì)稱破缺——對(duì)稱性受到破壞。

22分叉——是事物發(fā)展變化的一種描述。即在某點(diǎn)，系統(tǒng)達(dá)到“穩(wěn)定性的閾，通過(guò)這點(diǎn)以后，系統(tǒng)就變得不穩(wěn)定了。(1)對(duì)稱分叉：如圖10.1A所示，當(dāng)λ<λc時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的；當(dāng)λ>λc時(shí)，變成不穩(wěn)定。(2)反復(fù)分叉，將導(dǎo)致系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)（圖10.1B）：1)λ<λ1時(shí)，有定態(tài)a；2)

λ=λ1時(shí)，可能產(chǎn)生兩定態(tài)b和b'，b'原是不穩(wěn)定的；3)

λ=λ2時(shí)，b'變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)，同時(shí)a變?yōu)椴环€(wěn)定；4)

λ=λ3時(shí)，分支b'又變?yōu)椴环€(wěn)定，同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定分支；5)

λ=λ4時(shí)，不穩(wěn)定分支a達(dá)到一個(gè)新的分叉點(diǎn)而分叉，但在λ=λ5和λ=λ6前，它們是不穩(wěn)定的。

23由圖可見(jiàn)．逐級(jí)分叉必然導(dǎo)致混沌，其間存在著一系列相繼的穩(wěn)定區(qū)域（受決定論支配遵循因果論）和不穩(wěn)定區(qū)域（靠近分叉點(diǎn)），事物發(fā)展的必然性和偶然性混合組成系統(tǒng)的演變史。●漲落放大——是指系統(tǒng)處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)時(shí)，任何一個(gè)微小的漲落（如波動(dòng)）都會(huì)通過(guò)自組織（或自催化）而放大，進(jìn)而主宰整個(gè)系統(tǒng)，成為具有新的結(jié)構(gòu)功能的有序系統(tǒng)。普里戈金在論述漲落放大時(shí)曾舉出一個(gè)普通的例證，就是白蟻筑窩的第一階段：白蟻以隨機(jī)的方式搬運(yùn)和卸放土塊。初始的“漲落”只是土塊稍大的激素濃度（每一只白蟻都能分泌搬家），由于這稍高的濃度而吸引了其他白蟻前去卸土。于是卸放土塊的概率增大，反過(guò)來(lái)又使激素的濃度進(jìn)一步提高，吸引更多的白蟻去卸放土塊，就這樣初始“漲落”不斷放大，結(jié)果白蟻窩建成。

243、自然地理系統(tǒng)是耗散結(jié)構(gòu)

(1)

自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能表明，它是一個(gè)復(fù)雜、開(kāi)放、巨大的耗散結(jié)構(gòu)。(2)

和一切耗散結(jié)構(gòu)一樣，具有相干性——這是系統(tǒng)的整體性標(biāo)志之一。1)自然地理系統(tǒng)的相干性特點(diǎn)——即整體性特點(diǎn)表現(xiàn)在它不斷地與外界交換物質(zhì)、能量和信息。2)輸人太陽(yáng)短波輻射，能量高，意味著熵低。輸出為地球長(zhǎng)波輻射，能量低，意味著熵高。那么，太陽(yáng)輻射就在自然地理系統(tǒng)中形成負(fù)熵流。

根據(jù)玻爾茲曼有序原理；F=E-TS（F——自由能，E——系統(tǒng)的能量，T——絕對(duì)溫度，S——熵）→

S=（E-F）/T。對(duì)于自然地理系統(tǒng)，其能量遠(yuǎn)低于太陽(yáng)輻射能，所以，熵恒為負(fù)數(shù)（S<o）。3)

強(qiáng)大的負(fù)熵流在各要素（圈層）間傳遞、轉(zhuǎn)化，使各要素緊密地聯(lián)系在一起，形成統(tǒng)一的整體系統(tǒng)。并不斷地從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)，從無(wú)機(jī)到有機(jī)，從相對(duì)無(wú)序到有序的進(jìn)化。

25總結(jié)

(1)

非平衡有序系統(tǒng)整體性階段的特點(diǎn)，就是以耗散結(jié)構(gòu)理論為指導(dǎo)，去認(rèn)識(shí)事物的整體性。(2)

耗散結(jié)構(gòu)理論揭示了事物發(fā)展演化的規(guī)律，強(qiáng)調(diào)非平衡是事物發(fā)展的必要條件，認(rèn)為非平衡是有序之源。(3)要達(dá)到遠(yuǎn)離平衡，又必須強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)放性。1)任何孤立的、封閉的系統(tǒng)，由于與外界環(huán)境缺乏物質(zhì)、能量、信息的交流，最終會(huì)因系統(tǒng)內(nèi)部的不可逆熵增過(guò)程，而致使系統(tǒng)內(nèi)的熵達(dá)到最大值，從而達(dá)到平衡狀態(tài)。自此以后，該系統(tǒng)就不再發(fā)展演化了，完全為機(jī)械論、決定論所支配。262)

只有開(kāi)放系統(tǒng)，不斷與外界環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息，從而使系統(tǒng)內(nèi)的熵產(chǎn)生得以抵消，使系統(tǒng)的總熵不斷地下降，在外界條件達(dá)到一定的閾值而發(fā)生分叉，再分叉，使系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡，產(chǎn)生自催化，導(dǎo)致新的、更高級(jí)的系統(tǒng)代替原有的系統(tǒng)。即系統(tǒng)進(jìn)化了。進(jìn)化了的新系統(tǒng)不是發(fā)展演化的終結(jié)，因?yàn)樾孪到y(tǒng)仍然是開(kāi)放的，具有耗散結(jié)構(gòu)，它要在新的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)化，以至無(wú)窮。(4)

開(kāi)放系統(tǒng)的進(jìn)化具有普遍性，無(wú)論是宏觀的還是微觀的系統(tǒng)，也無(wú)論是自然界還是人類社會(huì)，無(wú)論是無(wú)機(jī)界還是有機(jī)界都普遍適用。耗散結(jié)構(gòu)理論是先進(jìn)的，但引進(jìn)自然地理系統(tǒng)還是處于起步階段。將有可能使自然地理學(xué)產(chǎn)生新的體系。

27三、自然地理環(huán)境的進(jìn)化發(fā)展

281、自然地理環(huán)境進(jìn)化的方向性

(1)自然地理環(huán)境發(fā)展演化是不可逆的

自然界存在著一日之間的白天與黑夜，一月之間的月圓月缺，一年之間的春、夏、秋、冬等周而復(fù)始的“可逆”現(xiàn)象，但這畢竟是表面上的可逆。因?yàn)槊恳淮沃貜?fù)出現(xiàn)都有別于從前，包含著時(shí)間對(duì)稱性的破缺。例如恒星年與回歸年的差別。它們不是原地打圈，而是螺旋式前進(jìn)。

(2)自然地理環(huán)境中的各圈層均存在顯著的不可逆現(xiàn)象

1)巖石圈的形成過(guò)程（按康德—拉普拉斯假設(shè)）：混沌→地殼→地?！睾?，絕不會(huì)倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái).

2)地殼演化規(guī)律（按地洼學(xué)說(shuō)）：→地槽→地臺(tái)→地洼→，螺旋式向前發(fā)展，不可逆.

3)大氣圈的演化：原始大氣→二氧化碳大氣→現(xiàn)代大氣.

4)水圈的演化：原始海洋（低鹽、少水、高鈣）→現(xiàn)代海洋(高鹽、多水、低鈣)。

295)生物圈的演化：A、植物：藻類→蕨類→裸子植物→被子植物；B、動(dòng)物界：?jiǎn)渭?xì)胞動(dòng)物→無(wú)脊椎動(dòng)物→魚類→兩棲類→爬行類→哺乳類，均不可逆轉(zhuǎn)。(3)自然地理環(huán)境的進(jìn)化，具有隨機(jī)性和概率性

根據(jù)玻爾茲曼的有序原理，系統(tǒng)的熵是隨著概率的增大而增大的，熵的增大意味著系統(tǒng)的無(wú)序程度增加。1)

對(duì)于孤立的、封閉系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，熵增是不可逆的，最終達(dá)到最大熵（熵壘）；2)

對(duì)于開(kāi)放系統(tǒng)，負(fù)熵流可以抵消系統(tǒng)自然的熵增，而趨于0或負(fù)值，出現(xiàn)瞬間的穩(wěn)定或不斷有序。故可以用des-dis≦0作為自然地理環(huán)境進(jìn)化的一個(gè)表述。

302、原始自然地理系統(tǒng)的形成

原始自然地理系統(tǒng)的形成大概經(jīng)歷如下階段：

(1)天文期——宇宙大爆炸:

46億年前，地球起初是一些相互靠近的宇宙物質(zhì)、星云。由宇宙大爆炸產(chǎn)生。

(2)地質(zhì)時(shí)期——原始自然地理系統(tǒng)開(kāi)始形成（原始圈層形成）：46億年后，由于地球內(nèi)放射性熱的生成率比今天高出許多倍，是當(dāng)時(shí)地球表層演化的主要能源。由于地球內(nèi)部熱量大量聚積→導(dǎo)致地球物質(zhì)熔融→噴溢大量巖漿、氣體和水蒸氣→形成了原始的巖石圈、水圈和大氣圈，標(biāo)志著原始自然地理系統(tǒng)開(kāi)始形成。

由于此時(shí)地球內(nèi)能占優(yōu)勢(shì)，所以原始大氣以甲烷(CH4)、氮?dú)?N2)、水汽(H2O)、氨氣(NH3)和二氧化碳(CO2)等為主。

原始海洋和海水為低鹽、高鈣型，且水少，因此物質(zhì)、能量的交換受到一定的限制。

31(3)

原始自然地理系統(tǒng)形成——三大圈層緊密聯(lián)結(jié)成統(tǒng)—整體：約于37～20億年前，地殼不斷增厚（表10.2）。由于地殼增厚，地球內(nèi)能對(duì)地表的作用減弱，太陽(yáng)輻射能逐漸成為地球表層的主要能源，在三大無(wú)機(jī)圈層中不斷轉(zhuǎn)換、耗散，并促成三大無(wú)機(jī)圈中的物質(zhì)交換，使三大圈層緊密聯(lián)結(jié)成統(tǒng)—整體，聯(lián)結(jié)成一個(gè)新的物質(zhì)系統(tǒng)——原始自然地理系統(tǒng)。由于原始大氣對(duì)太陽(yáng)的短波輻射基本透明，因此，在強(qiáng)烈的紫外輻射照射下，環(huán)境中的小分子和元素，在原始的海洋中合成高分子化合物（如碳水化合物）。這為地球生物的誕生，淮備了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。

323、天然生態(tài)系統(tǒng)的形成

原始自然地理系統(tǒng)是具有耗散結(jié)構(gòu)的物質(zhì)系統(tǒng)，它還要繼續(xù)進(jìn)化。據(jù)浦漢昕的研究：原始生命的形成——異養(yǎng)細(xì)菌：大約在30億年前，地殼增厚到20km，地球內(nèi)能對(duì)地表的作用再減弱，太陽(yáng)輻射能對(duì)地表的作用進(jìn)一步增強(qiáng)。同時(shí)，海洋里的有機(jī)化合物大量積聚，這些物質(zhì)在太陽(yáng)能的作用下，終于合成了生命，最初是異養(yǎng)細(xì)菌：靠海洋中的有機(jī)物和積聚能量為生。這是因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境受到水體的保護(hù)，免除了紫外線殺傷的緣故。

33(2)原始生態(tài)系統(tǒng)的形成——光合作用：自然地理環(huán)境的一次重大飛躍→逐漸形成生物圈：在達(dá)到與環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，異養(yǎng)細(xì)菌感到食物匱乏，于是出現(xiàn)突破產(chǎn)生自養(yǎng)生物：這些生物具有葉綠素，稱為藍(lán)藻，能進(jìn)行光合作用，自身固定太陽(yáng)能，制造有機(jī)物。于是產(chǎn)生了原始的生態(tài)系統(tǒng)，這是自然地理環(huán)境的一次重大飛躍。(3)生物圈逐漸形成：原始的生態(tài)系統(tǒng)大大改變了自然地理環(huán)境的物理、化學(xué)過(guò)程和元素遷移過(guò)程，從而改變了自然地理環(huán)境的組成和結(jié)構(gòu)，逐漸形成生物圈。由于含有葉綠索的生物不斷增多，因而固定太陽(yáng)能的數(shù)量也隨之增加。

34(4)

臭氧層形成：由于光合作用的不斷加強(qiáng)，原始大氣中的二氧化碳（CO2）減少，其中碳以碳酸鹽巖類固定在沉積巖中。而大氣圈中的氧氣（O2）不斷增加，并在大氣圈中出現(xiàn)臭氧層，吸收了對(duì)生物體有害的紫外輻射（波長(zhǎng)<0.29μm的紫外光），為生物在自然地理環(huán)境中繁衍創(chuàng)造了有利條件。由于大氣圈中的氧含量不斷增加，導(dǎo)致喜氧生物大量產(chǎn)生。當(dāng)大氣中氧含量達(dá)到現(xiàn)代大氣的干分之一時(shí)，嫌氣生物逐漸被喜氧生物取代。而由于有了氧呼吸，自然地理環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換效率提高了大約19倍。(5)天然生態(tài)系統(tǒng)的形成：大約在距今4億年前，生物從海洋登陸，接受太陽(yáng)輻射更為充分。結(jié)果導(dǎo)致生物種類和數(shù)量大增，水陸都形成由生產(chǎn)者（植物）、消費(fèi)者（動(dòng)物）和分解者（細(xì)菌）組成復(fù)雜、完善的生態(tài)系統(tǒng)，這就是天然生態(tài)系統(tǒng)。35

生物圈的形成，標(biāo)志著自然