第二章-地球系統(tǒng)

第二章地球系統(tǒng)宇宙-銀河系-太陽系-地月系第二章地球系統(tǒng)一、地球的形狀及其地理意義（一）概述1、大地測量中所謂的地球形狀，是指一種假想的，用平均海平面來表示的、平滑的封閉曲面。這個曲面叫做大地水準(zhǔn)面。所以，這里所說的地球形狀就是指大地水準(zhǔn)面的形狀。研究地球的形狀，無論是對人類的生產(chǎn)實踐，還是對諸如地球內(nèi)部狀態(tài)和結(jié)構(gòu)、天體物理、空間技術(shù)等許多方面的科學(xué)實踐，都有重要的意義。第一節(jié)地球的形狀和大小2、人類很早就掌握了大地球形的簡單證據(jù)早期憑直覺：天圓地方在海邊看離岸的船，先是船身隱沒，然后才是桅帆。在陸地上旅行的人，如果向北走去，一些星星就會在南方的地平線上消失，另外一些星星卻在北方的地平線上出現(xiàn)。如果向南走去，情況就相反。公元前500年前后，古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯和他的弟子們，首先提出了大地是球形的設(shè)想。又過了100多年，古希臘著名的科學(xué)家、哲學(xué)家亞里士多德才第一次對大地是球形作出了論證。他觀察天象，從月食時地球在月球上的投影等現(xiàn)象中，推斷大地的形狀為球形。（地球另一端的人為什么不掉向空中？）15、16世紀(jì)的地理大發(fā)現(xiàn)，特別是1519－1521年，麥哲倫率領(lǐng)的一支船隊，環(huán)繞地球航行一周成功，這為大地是球形提供了有力的證據(jù)。3、現(xiàn)代精密測量的結(jié)果告訴我們，通過赤道的地球直徑比通過兩極的直徑長42.5公里。這就證實了地球不是正球體，而是一個兩極比較扁平、赤道部分相對突出的橢球體；通過兩極的地球斷面是橢圓形而不是正圓形；橢球體的最大圓周在赤道上，而不在通過兩極的橢圓上（圖1-1）。半徑1m地球儀，赤道半徑較極半徑大3.3mm。（二）地球形狀的地理意義形成地球上熱量的帶狀分布和所有與地表熱狀況相關(guān)的自然現(xiàn)象（如氣候、植被和土壤等）的地帶性分布。二、地球的大小及其地理意義大?。旱厍虺嗟腊霃絘為6378.140km，極半徑c為6356.755km，總面積5.1×108

平方公里，總體積10820×108km3，總質(zhì)量5.98×1027克。意義：地球的巨大質(zhì)量和體積，使它能夠吸著周圍的氣體，保持一個具有一定質(zhì)量和厚度的大氣圈。一、地球自轉(zhuǎn)運動及其地理意義（一）基本參數(shù)1、方向：北極看，反時針方向轉(zhuǎn)動。2、周期：1日3、速度：角速度150/小時線速度：緯度越低，線速度越高第二節(jié)地球的運動V0赤道=465m/sV30=403m/sV60=233m/sVφ=465×COS（φ），φ為緯度。從北極上空看，地球作逆時針方向旋轉(zhuǎn)。從南極上空看，地球作順時針方向旋轉(zhuǎn)。1、地面方向及地理坐標(biāo)的確定2、晝夜交替及太陽輻射能在地表的分配（二）地球自轉(zhuǎn)運動的地理意義月面：-160-150℃南極：最低溫-90℃突尼斯：最高溫61℃（24小時，速度適中，使晝夜溫差變化較小，利于生物生存）地球晝夜思考：如果地球不自轉(zhuǎn)，晝夜更替將如何？（二）地球自轉(zhuǎn)運動的地理意義3、沿地表運動物體的偏移(1)地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧里力，科氏力，法國數(shù)學(xué)家）假想的力。運動物體北半球右偏，南半球左偏，大小為運動物體質(zhì)量運動物體速度地轉(zhuǎn)角速度地理緯度（2）特點a、相同質(zhì)量和速度的運動物體，地轉(zhuǎn)偏向力隨著緯度的升高而增大；b、赤道上沒有偏向力c、極點為0，兩極附近達(dá)最大（3）意義盛行風(fēng)向、河岸不對稱、洋流偏向、地球上的科氏效應(yīng)大氣環(huán)流地球上的科氏效應(yīng)地球上的科氏效應(yīng)太平洋上空熱帶氣旋云圖地球上的科氏效應(yīng)地球上的科氏效應(yīng)-三角洲發(fā)育京廣線上的火車自北京向廣州急駛時，鐵軌哪一側(cè)更易受到磨損？西側(cè)(因為此處黃河自北向南流，所以，西側(cè)陜西被侵蝕成懸崖，東側(cè)山西堆積成階地）黃河流經(jīng)晉陜之間，哪邊是懸崖？哪邊是階地？地球上的科氏效應(yīng)4、地球形狀的形成與彈性變形產(chǎn)生由于月球和太陽的引力，地球體發(fā)生彈性變形，在洋面上則表現(xiàn)為潮汐。慣性離心力晨昏線（晨線）（昏線）5、產(chǎn)生了地方時地方時：經(jīng)度不同的地方，造成時刻不同，這種各地不同的時刻，稱為~。把太陽位于某一經(jīng)線正上空時，作為12點。區(qū)時：每隔15個經(jīng)度劃分一個時區(qū)，規(guī)定每個時區(qū)以本時區(qū)中央經(jīng)線的地方時，作為全區(qū)共同使用的時刻。世界時：以零時區(qū)的中央經(jīng)線中天時刻（12點）為標(biāo)準(zhǔn)，又稱格林尼治時間。地方時：無限多個區(qū)時：24個世界時：1個地方時：因經(jīng)度而不同的時刻0o180o180o7.5oW7.5oE中時區(qū)15oE22.5oE東一區(qū)120oE東八區(qū)時間東加西減時間東加西減相隔15度，地方時相差幾小時？相隔1度，地方時差幾分？特別的計時方法：實際上，世界各國根據(jù)本國的具體情況，在區(qū)時的基礎(chǔ)上，采用一些特別的計時方法：（1）東部區(qū)時：充分利用太陽光線，采取本國東部時區(qū)的中央經(jīng)線的地方時。如朝鮮位于東8區(qū)和東9區(qū)之間，但采用東9區(qū)的區(qū)時。（2）半時區(qū)：考慮本國所跨的經(jīng)度范圍，采用半時區(qū)，即采用與中央經(jīng)線相差7.5°的時區(qū)的邊界經(jīng)線的地方時。如印度（東5.5區(qū)）（東五75+東六90）/2=82.5E。（3）統(tǒng)一時區(qū)：有的國家雖然領(lǐng)土跨度很大，但采用一個時區(qū)的區(qū)時。如中國分屬5個時區(qū)（東5區(qū)到東9區(qū)），統(tǒng)一采用北京所在的東8區(qū)的區(qū)時（東經(jīng)120o的地方時），稱為“北京時間”。（一）基本參數(shù)1、軌道：橢圓。太陽位于一個焦點。1月近日點(1.471億km)，7月遠(yuǎn)日點(1.521億km)2、方向：與地球自轉(zhuǎn)方向

相同，自西向東3、周期：1年4、速度：角速度10/天

線速度近日點30.33km/s;遠(yuǎn)日點29.3km/s二、地球的公轉(zhuǎn)及其地理意義開普勒第二定律（面積定律）：對于任何一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間掃過相等的面積。開普勒第一定律:所有太陽系中的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。(二)地軸的傾斜與黃赤交角（三）二分點與二至點（四）地球公轉(zhuǎn)的地理意義1、四季更替的主要原因2、晝夜長短變化（直射北半球時，北半球晝長大于夜長）3、正午太陽高度角的變化4、形成五帶（熱帶、南溫帶、北溫帶、南寒帶、北寒帶）北極南極赤道北回歸線南回歸線太陽光太陽光太陽光0°太陽直射點在南北回歸線之間來回移動。在太陽直射點上，單位面積獲得的太陽輻射能量最多。春分清明谷雨立夏小滿芒種夏至秋分冬至驚蟄雨水立春大寒小寒小暑大暑立秋處暑白露寒露霜降立冬小雪大雪第三節(jié)地球表層系統(tǒng)（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性1、整體性是指地球表層各組成部分要素以及各組成部分之間內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性。（1）地理環(huán)境各要素的相互聯(lián)系、相互制約和相互滲透，構(gòu)成了地理環(huán)境的整體性。如：景觀上，它們總是力求保持協(xié)調(diào)一致，與環(huán)境的總體特征相統(tǒng)一。西北干旱（河流不發(fā)育；流水作用微弱；植被少）（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性1、整體性（2）地理環(huán)境的整體性還表現(xiàn)在某一要素的變化會導(dǎo)致其他要素甚至整個環(huán)境狀態(tài)的改變。牽一發(fā)而動全身。如：破壞植被-水土流失；溫室效應(yīng)；冷島效應(yīng)。按照系統(tǒng)理論，組成系統(tǒng)的各部分（子系統(tǒng)）之間的相互作用是非線性的，即作用與結(jié)果之間不成正比數(shù)量關(guān)系，而是指數(shù)關(guān)系，具有一種放大（或縮?。┑男?yīng)，使系統(tǒng)整體大于（或小于）部分之和，這就叫系統(tǒng)的整體效應(yīng)。第三節(jié)地球表層系統(tǒng)2、層次性（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)3、節(jié)律性（1）晝夜節(jié)律地球表層除極圈之外，具有明顯的晝夜節(jié)律。如：溫度、濕度、壓力、潮汐、生理節(jié)律。（2）季節(jié)節(jié)律大氣、水體、生物（燕子、樹木）。（3）超年節(jié)律厄爾尼諾現(xiàn)象3-7年周期，不穩(wěn)定。長江中下游洪澇5-6年周期。（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)4、開放性

在熱力學(xué)中，根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系將其分為：

(1)孤立系統(tǒng)-與外界環(huán)境沒有能量和物質(zhì)交換；

(2)封閉系統(tǒng)-可與溫度不變的外界環(huán)境交換能量而不交換物質(zhì)，系統(tǒng)保持恒定；

(3)開放系統(tǒng)-可與外界環(huán)境交換能量和物質(zhì)。（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)地球在一般情況下都是一個呈現(xiàn)出一種耗散結(jié)構(gòu)（有序結(jié)構(gòu)）的典型的開放系統(tǒng)。（1）地球系統(tǒng)源源不斷接收太陽能量（負(fù)熵流）。（2）從全球看，到達(dá)地球的太陽輻射常數(shù)實際上是變化的（橢圓軌道、太陽黑子）。（3）對于冬半年和夏半年來說，能量收支是不平衡的。（4）吸收太陽輻射，部分轉(zhuǎn)為長波輻射至太空。（5）動量輸入，引力、引潮力、電磁力，以及與外界的物質(zhì)交換（隕石、隕鐵）。4、開放性（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)5、穩(wěn)定性（1）從天體演化的尺度上，目前地球正處于太陽系演化和地月系演化的相對穩(wěn)定、平衡時期，具體如下：①太陽輻射到地球的能量比較穩(wěn)定，太陽常數(shù)8.16J/（cm2·min）②地球在太陽系中的軌道運動比較穩(wěn)定。（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)（2）在地球運動過程中，由于其內(nèi)部活動與穩(wěn)定，兩種對立因素在相互作用中，穩(wěn)定一方占優(yōu)勢時出現(xiàn)在地球表層系統(tǒng)活動中的相互穩(wěn)定狀態(tài)。地球表層系統(tǒng)各圈層的空間結(jié)構(gòu)、成分、質(zhì)量、能量收支、運動方式和規(guī)律等，也都處于相對穩(wěn)定和平衡的狀態(tài)。

西藏地區(qū)空氣成分是否發(fā)生變化？氧氣含量呢?（高原反應(yīng)）（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)5、穩(wěn)定性6、均一性地球表層系統(tǒng)在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和運動變化等方面表現(xiàn)出均一性與非均一性的統(tǒng)一。均一性即平衡性或守恒性，而非均一性即不平衡性。地球表層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的均一性主要表現(xiàn)在地球表層系統(tǒng)空間框架的相對定格或固定。如對流層0-16km、平流層16-55km、中間層55-80km、電離層80-800km、散逸層800km以上，其質(zhì)量和體積是相對固定的。（一）地球表層系統(tǒng)的時空特性第三節(jié)地球表層系統(tǒng)一、地球的內(nèi)部圈層二、地球的外部圈層第四節(jié)地球的圈層地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、地球的內(nèi)部圈層1．劃分依據(jù)（1）概念：當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，產(chǎn)生彈性震動，并以波的形式向四周傳播，這種彈性波就叫做地震波。（2）分類縱波(P波):橫波(S波):傳播快，可通過三態(tài)傳播慢，只能通過固態(tài)（3）不連續(xù)面:1).莫霍界面：地下33km處，P、S波速明顯增加2).古登堡界面：地下2900km處，P波速陡降，S波消失。波速發(fā)生突然變化的面——地震波

地震波在地球內(nèi)部傳播時，有兩個明顯的波速突界面，這兩個地球內(nèi)部界面分別稱為：莫霍面和古登堡面根據(jù)莫霍面和古登堡面，可將地球內(nèi)部分為三個Ⅰ級圈層：地殼、地幔、地核根據(jù)次級界面，還可將進(jìn)一步分為六個Ⅱ級圈層。大洋地殼大陸地殼2、內(nèi)部圈層的劃分和各層特點地殼地幔地核上地幔下地幔外核內(nèi)核5~70(莫霍界面)10002900(古登堡界面)50006371各種巖石上部存在一個軟流層,鐵鎂的硅酸鹽類以鐵、鎳為主，并含少量較輕元素呈固態(tài)厚度不均呈固態(tài)呈固態(tài)接近液態(tài)溫度、壓力、密度逐漸增大分層深度(km)組成物質(zhì)特點一、地球的內(nèi)部圈層二、地球的外部圈層

在固體地球(巖石圈)之外還存在另外三個圈層，它們是大氣圈、水圈和生物圈。它們是地球的重要組成部分，它們與固體地球休戚相關(guān)，共同演化，塑造著多姿多彩的地球大氣圈：是指因地球的引力而聚集在地表周圍的氣體圈層。大氣圈中的氣體主要集中于地表以上18km的范圍內(nèi)（5.5km范圍內(nèi)占55%），往上氣體變得極為稀薄。二、地球的外部圈層大氣主要成分：氮，78.09％；氧，20.94％；氬，0.93%；其他，0.04％。（按體積計算）由地表往上可分為五個次級圈層：對流層、平流層、中間層、熱層(電離層)、擴散層（散逸層）。二、地球的外部圈層

其物態(tài)有固、液、氣三種狀態(tài)。水體的形式有河、湖、海、冰川（蓋）水蒸氣、地下水等，并形成一個包裹著地球的完整圈層。地表上直接被液態(tài)水體覆蓋的區(qū)域占地表面積的3/4。在太陽能、重力的作用下，使得水圈中的水體周而復(fù)始的運動，形成水循環(huán)。水循環(huán)的方式有：海洋與大陸間的循環(huán)；地表與地下間的循環(huán)；生物體與周圍空間的循環(huán)；