现代自然地理大气圈与岩石圈的相互作用.ppt

高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第八章 大气圈与岩石圈的相互作用,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,现代自然地理学（第二版）,第八章 大气圈与岩石圈的相互作用,第一节 岩石风化与气候第二节 岩石圈变动与气候第三节 地貌与气候第四节 风成地貌第五节 沙尘暴,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第一节 岩石风化与气候,风化是指十分接近地表的或直接暴露于地面的岩石，处于新的地球表层岩石圈与大气圈、水圈、生物圈发生物质与能量交换的环境，所发生的种种物理变化和化学变化。,一、岩石的风化与风化壳,风化作用可以划分为物理风化、化学风化和生物风化。物理风化：又称机械风化，是指岩石崩解、破碎而使其物理性质发生变化的过程。比如，温度变化引起的热胀冷缩可以使岩石破碎。化学风化：是指岩石在大气、水及生物的作用下，化学性质发生变化的过程。生物风化：是指岩石在生物作用下，其物理性质和/或化学性质发生变化的过程。包括生物物理风化和生物化学风化。,物理风化,化学风化,生物风化,地球表层岩石风化后，由残留在原地基岩上的风化产物组成的壳层，称为风化壳。,内蒙古碎屑风化壳,二、气候对岩石风化的影响,岩石风化的类型与强度，在很大程度上受到气候的影响与控制。干旱地区：由于缺乏水的参与，风化作用比较弱；寒冷地区：由于温度低、生物稀疏，化学风化与生物风化都较弱；冰缘地区：由于温度经常变化于冰冻点附近，冻结与融化交替频繁，因而使物理风化作用比较强烈；温暖湿润区：由于温度高、降水多、生物比较茂盛，物理风化、化学风化和生物风化都较强。,不同气候-植被带风化强度的差异（李天杰等）,三、岩石风化对气候的反作用,岩石的化学风化，将吸收大气中的二氧化碳。吸收的二氧化碳，以化学径流的形式被输送到海洋，海洋生物光合作用吸收二氧化碳，将之固定并沉积到海底。当岩石风化加强，吸收的大气二氧化碳增加。当海洋释放到大气中的二氧化碳不能补偿岩石风化从大气中吸收的二氧化碳的数量时，大气中的二氧化碳含量将会减少。由于温室效应减弱，将减缓气候的变暖，甚至导致气候的变冷。,岩石圈处在不停的运动中。海底在扩张，大陆在漂移，山地在隆起，海沟在加深。这些变化，在很大程度上影响和改变了世界或区域的气候。,第二节 岩石圈变动与气候,一、海陆分布变化对气候的影响,海陆分布的变化,海陆分布位置的巨大变化导致了纬度位置、洋流分布、大气活动中心的分布格局等的变化，从而引起世界或区域气候的变化。,纬度的变化,洋流的变化,大气活动中心位置的变化,全球与区域气候的变化,古近纪干旱盆地碎屑沉积分布（据王鸿贞资料汇编）,由于印度板块向北的漂移与挤压，中国西部地区在晚新生代向北迁移了610个纬度（张林源，1991;王建，1996，1999），使由干旱碎屑及红色泥质组合为标志的早第三纪副热带干旱带扭曲成“Z”形。这一幅度的迁移，足以使我国西北地区脱离副热带而进入温带，所引致的气候与环境变化效果可想而知。,二、地形起伏变化对气候的影响,高原隆起导致的气候变冷（Ruddiman),深色区域为变冷区域。颜色愈深，变冷愈显著,气候模拟结果表明，随着高原的隆升，1月中纬地区对流层上部行星风的波动（弯曲）加强，使得高纬地区的冷空气可以源源不断地输向中纬度地区，导致中纬度地区温度的降低。随着高原的隆升，地面积雪越来越多，地面反射率增高，使地面接受到的太阳辐射减少，从而导致地面温度的降低。随着高原的隆升，高原与周围地区的高差增大，地面的侵蚀作用加强。由于地面风化产物源源不断地被侵蚀搬运，使暴露于大气中的、参与风化的物质增多，使参与风化作用的二氧化碳增多，从而使得大气中二氧化碳的浓度降低，使世界气候变冷（降低温室效应）。,岩石风化与大气二氧化碳含量变化的关系(Raymo),青藏高原隆升对季风环流的影响（Ruddiman),高原隆升，加强季风环流，使气候季节差异增大。隆起的地面，其显热与潜热的作用加强，夏季高原往往成为一个热源，冬季则往往成为一个冷源，从而加强了由于海陆热力差异导致的季风环流（见右图）。季风环流的加强，使气候的季节差异更加明显：冬季更加寒冷、干燥，夏季更加温暖、湿润；也在一定程度上，改变了行星风系控制下的纬度地带性规律。,高原隆升加强亚洲季风的强度，改变季风的风向、改变季风影响的范围。风尘堆积分布范围的变化，在一定程度上可以支持这一观点。五百万年来中国风尘沉积分布范围的变化及其反映的冬季风风向和影响范围的变化（根据陈明扬，1991；王建，2000）。,五百万年来中国风尘沉积分布范围的变化,三、岩石圈与大气圈的相互作用,风化作用侵蚀、搬运堆积作用,大气圈的变化,岩石圈的变化,海陆分布地形起伏大气环流中心,岩石圈的变化，在很大程度上改变大气环流，改变了气候的格局与性质。实际上，改变了的大气圈，反过来又作用于岩石圈，对岩石圈施加影响。岩石圈与大气圈是相互作用、相互影响的。岩石圈与大气圈相互作用、相互影响，决定了地球表层环境的某些特征与性质。,侵蚀切割导致负荷均衡上升示意图,第三节 地貌与气候,地球表面的形态叫作地貌。地貌是内动力或内力与外动力或外力共同作用的结果。内动力：指地球内部能量所产生的作用力，主要由岩石圈的变动表现出来，如褶皱运动、断裂运动、岩浆活动、垂直运动、水平运动、地震等。外动力：是指地球表面受大气、水的运动与生物作用而产生的力。,一、地貌对气候的影响,大陆与大洋是最大的地貌单元。由于大陆与大洋之间的热力差，产生了季风环流。从高原、盆地、山地、丘陵到河谷、平原，不同的地貌单元对应于不同的区域或局地气候环境。在山区，由于山坡与山谷对温度日变化的响应速度不同，故产生了山谷风。,塑造地貌的外动力，主要受气候因素的控制。在不同的气候条件下，由于水热条件不同，外动力的性质、强度和组合情况皆有所差异，从而形成不同的地貌类型和地貌类型组合。外动力组合和主导外动力随各气候带而有所不同。由于气候具有水平地带性和垂直带性，因此地貌也相应有明显的地带性和垂直带性。,二、气候对地貌的影响与控制,地貌与气候的关系,三、干旱气候区地形的演化,干旱气候区，蒸发量远远大于降水量，植被稀疏，物理风化强烈而化学风化较弱。盐分结晶析出的胀裂作用是干旱区岩石风化破碎的主要过程之一。,大量的碎屑风化产物，在重力作用下沿坡向下移动，聚集山脚。一旦暴雨发生，便由洪水将之运走，堆积在山麓带外围，形成扇状堆积体洪积扇。而山坡重新出露，重新遭受风化剥蚀。在风化作用、重力作用和洪水作用下，山坡不断地平行后退，即山坡在退缩过程中坡度保持不变，即平行退缩。这是干旱区山坡演化（地形演化）的特征。由于山坡的不断后退，在山麓形成一种缓缓倾斜的平整基岩面，上覆薄层松散堆积物，称之为山麓剥蚀面。山坡的进一步后退，山麓面不断扩大，山体愈益缩小。最后许多山麓面连成一，成为山前夷平面，其上残留的孤立的山丘即为岛山。,在内陆干旱盆地的中心，地势低洼，地下水和洪水汇集到这里，成为湖泊。雨季过后，湖水蒸发而干枯。由于不断地积水、不断地干枯，盐度越来越大，逐渐成为盐湖。湖水含盐达到饱和或过饱和状态，盐就会结晶析出，形成盐壳。,死海大咸湖，湖面海拔-395 m，盐度达30,干旱荒漠区的地表，由于组成物质不同，可以划分出不同的类型。由裸露岩石、砾石、沙、或者泥岩（黏土）组成的荒漠，依次叫做岩漠、砾漠、沙漠或泥漠。,砾漠（戈壁）,沙漠,岩漠,四、湿热气候区的地形演化与地貌发育,第四节 风成地貌,1.植被稀疏的干燥的地面；2.较大的有相对固定风向的地面风；3.破碎的较易被侵蚀的岩石。第三个条件主要由岩石圈来决定。第二个条件主要由大气系统决定和控制，但是也受到地形的控制和影响。第一个条件不仅决定于气候，而且还受到岩石圈的结构和性质的影响。,一、风成地貌是大气圈与岩石圈相互作用的结果风成地貌形成的基本条件是：,风对地面岩石的侵蚀作用，简称为风蚀作用，主要表现在两个方面：一是风的吹蚀作用，也就是地表的松散颗粒被风刮走的过程；二是风的磨蚀作用，即风吹动沙粒或石块对地面撞击、磨损的过程。当风力减弱或遇到阻碍时，由风携带的颗粒就会降落到地面或者在地面停止运动而堆积，这就是风积作用。,二、风蚀地貌,风蚀作用 由于风的运动压力作用，将地表的松散沉积物或基岩上的风化产物（沙丘）吹走，使地面遭到破坏的作用。可分吹蚀作用和磨蚀作用。,石窝 石窝是在陡峭的迎风岩壁上，经风蚀形成许多圆形或不规则椭圆形的小洞穴和凹坑。,风蚀蘑菇 主要由于风沙流对岩石磨蚀受到高度的限制。距离地面一定高度以上的气流沙量少，磨蚀小；而近地面部分沙量多，磨蚀作用强。长期形成蘑菇状。特别是水平成层、软硬不同的岩石，当下部的岩性较上部易于风化、易于变得疏松时，蘑菇石更易形成。,风蚀柱 垂直裂隙发育的岩石，在风长期吹蚀后形成的孤立的柱状岩石。,风蚀残丘 基岩组成的地面经风化作用和暂时水流的冲刷，以及长期的风蚀作用后，残留下的孤立小丘。,风蚀城堡 基岩岩性软硬相间且水平成层，垂直节理不均的干旱地区经长期流水侵蚀和强劲的风蚀作用形成平顶层状或尖塔状小丘，远看像古城堡的断壁残垣。,风蚀雅丹（风蚀垄槽）泛指发育在古代河湖相的土状堆积物中，方向与主风向一致的风蚀土墩和风蚀凹地（沟槽）的地貌组合。,风蚀洼地 松散物质组成的地面，经风长期吹蚀形成大小不同的以椭圆形为主的，沿主风向伸展的洼地称风蚀洼地。单纯由风蚀作用造成的洼地多为小而浅的蝶形洼地，若有水，则形成湖泊。,风积作用:风沙流运动过程中，当风速变弱或遇到障碍物（如植物或地表微小的起伏），以及地面结构或下垫面性质改变（如由坚硬细石床面变为松散的沙粒地面）时，沙粒从气流中下落堆积的作用。,三、风积地貌,由风积作用形成的地貌叫做风积地貌。风积地貌包括沙波纹、沙堆、新月形沙丘、抛物线沙丘、金字塔形沙丘、纵向沙垄、沙丘链等。风蚀与风积地貌是干旱区的突出特征。,沙漠里最基本的风积地貌是沙丘，按其与塑造沙丘形态的风之间的相互关系可分：垂直于风向的横向沙丘形态新月形沙丘、沙丘链和复合型沙丘链等；平行于风向的纵向沙丘形态新月形沙垄、沙垄和复合型沙垄等；多方向风作用下的沙丘形态金字塔沙丘等。,沙丘,新月形沙丘是一种最简单的横向沙丘形态，它是在风向较固定的风力作用下形成，形似新月，两翼顺主风向延伸，迎风坡凸且缓，背风坡位于两翼间，凹而陡。,横向沙丘,新月形沙丘的形成过程,新月形沙丘链,纵向沙丘,在单向风或几个近似风向作用下形成向主风向延伸的垄状堆积地貌，在亚热带信风沙漠中分布最普遍。有些规模巨大沙垄上发育复合纵向沙垄。,多风向沙丘,多风向且风力相差不大的情况下可发育金字塔形、星形等形状的沙丘。多风向沙丘一般作零星的单个分布，但也有多个组成的不规则垄岗。,鸣沙山金字塔形沙丘,第五节 沙尘暴,沙尘暴是大气圈与岩石圈相互作用的产物。第一，沙尘暴的形成需要地面干燥，并且地面上要有比较丰富的碎屑物质。要达到这一要求，一方面除气候必须比较干燥外，另一方面岩石圈表面要比较破碎或分布有较多的松散沉积物。岩石的破碎状况取决于岩石的组成、结构、构造和岩石风化的条件与程度。沙尘暴多形成于干旱、半干旱地区，中亚、北美、中非和澳大利亚是世界上四大沙尘暴区。,一、大气圈与岩石圈相互作用和沙尘暴,内蒙古拐子湖站记录的沙尘暴发生频率的季节变化（根据吴卢荣等改绘）,内蒙古拐子湖沙尘暴发生频率季节变化与大风及相对湿度的关系（根据吴卢荣等资料绘制）,二、沙尘暴与人类,沙尘暴给人类的生活和生产带来了严重的影响。当沙尘暴来临，能见度大幅度降低，交通事故增加，使本来就很拥挤的城市交通雪上加霜；沙尘暴还会毁坏房屋、作物，掩埋公路、铁路、农田和池塘，使水库寿命缩短，甚至还会伤及生命；沙尘暴对精密机械、精密化工、精密仪器具有破坏性的影响；沙尘暴还会使空气质量变差，影响人体健康。沙尘暴是风暴作用于干燥的具有丰富的松散的细粒物质组成的岩石圈表面而形成的，是大气圈与岩石圈相互作用的结果。人类活动的影响，对于沙尘暴的发生也有一定的作用。比如，人类不合理地开垦和过度地放牧，导致了一些地区尤其是干旱、半干旱地区的沙化，为沙尘暴的发生提供了条件。,风蚀率与土地开垦率之间的关系（董治宝等）,