地球表層系統

         

地球表層系統

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地球表層系統（the earth surface system）是由岩土圈、大氣圈、水圈、生物圈和人類圈所構成的地表自然社會綜合體，是人類圈與地球相互作用的複合物質系統，是地球圈層結構中的特定部分，與周圍的地球圈層其他部分存在物質能量交換關係，是一個開放的複雜次級巨系統。

目錄

基本組成

地球表層系統是相對於地球內圈而言的組成部分，它主要由岩石圈、大氣圈、水圈、人類圈和生物圈構成的地表自然社會綜合體。

地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩大部分。地球外圈可進一步劃分為四個基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈；而地球內圈可進一步劃分為三個基本圈層，即地幔圈、外核液體圈和固體內核圈。此外在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層，位於地面以下平均深度約150公里處。

對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接觀測和測量的方法進行研究。而地球內圈，主要用地球物理的方法，例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。

岩石圈

地球岩石圈指地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部.從固體地球表面向下穿過地震波在近33公里處所顯示的第一個不連續面（莫霍面），一直延伸到軟流圈為止。岩石圈厚度不均一，平均厚度約為100公里。由于洋底占據了地球表面總面積的2/3之多，而大洋盆地約占海底總面積的45%，其平均水深為4000～5000米，大量發育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周圍延伸着廣闊的海底丘陵。因此，整個固體地球的主要表面形態可認為是由大洋盆地與大陸台地組成.根據板塊構造學說，岩石圈可分為6大板塊，即:亞歐板塊、非洲板塊、印度洋板塊、南極洲板塊、 太平洋板塊、美洲板塊。

地表形態的塑造過程是岩石圈物質的循環過程，它們存在的基礎是岩石圈三大類岩石：岩漿岩、變質岩和沉積岩的變質轉化。

1）岩漿岩：指的是在地球內部壓力作用下，岩漿沿着岩石圈的薄弱地帶侵入岩石圈上部或噴出地表，冷卻凝固形成岩漿岩。

2）變質岩：這些生成的岩石，在一定的溫度和壓力下會發生各種變質作用，最終形成形成變質岩.

3）沉積岩：這些裸露在地表的岩漿岩，經過風吹、雨打、日曬以及生物的作用下，崩解成為礫石、沙子和泥土等產物。這些碎屑被風、流水等搬運後沉積下來，經過固結成岩作用，就形成沉積岩。

這樣，岩石在岩石圈深處或岩石圈以下發生重熔再生作用，又成為新的岩漿。岩漿在一定的條件下再次侵入或噴出地表，形成新的岩漿岩，並與其他岩石一起再次接受外力的風化、侵蝕、搬運和堆積。如此，周而復始，使岩石圈的物質處於不斷的循環轉化之中。

水圈

水圈（Hydrosphere）是地球外圈中作用最為活躍的一個圈層。它與大氣圈、生物圈和地球內圈的相互作用，直接關係到影響人類活動的表層系統的演化。水圈也是外動力地質作用的主要介質，是塑造地球表面最重要的角色。

水圈包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個連續但不很規則的圈層。從離地球數萬公里的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白雲和覆蓋地球大部分的藍色海洋，它使地球成為一顆"藍色的行星"。地球水圈總質量為1.66×1024克，約為地球總質量的3600分之一，其中海洋水質量約為陸地（包括河流、湖泊和表層岩石孔隙和土壤中）水的35倍。

生物圈

生物圈主要由生命物質、生物生成性物質和生物惰性物質三部分組成。生命物質又稱活質，是生物有機體的總和；生物生成性物質是由生命物質所組成的有機礦物質相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖質等；生物惰性物質是指大氣低層的氣體、沉積岩、粘土礦物和水。 地球上有生命存在的地方均屬生物圈。生物的生命活動促進了能量流動和物質循環，並引起生物的生命活動發生變化。生物要從環境中取得必需的能量和物質，就得適應環境，環境發生了變化，又反過來推動生物的適應性，這種反作用促進了整個生物界持續不斷的變化。

大氣圈

大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，它包圍着海洋和陸地。大氣圈沒有確切的上界，在2000 ～ 16000 千米高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也會有少量空氣，它們也可認為是大氣圈的一個組成部分。地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體。地球大氣圈氣體的總質量約為5.136×1021克，相當於地球總質量的百萬分之0.86。由於地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度範圍內，其中75%的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層範圍內。整個大氣層隨高度不同表現出不同的特點，分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層，再上面就是星際空間了。

1）對流層：位於大氣層的最低層，緊靠地球表面，其厚度大約為10至20千米。對流層的大氣受地球影響較大，雲、霧、雨等現象都發生在這一層內，水蒸氣也幾乎都在這一層內存在。這一層的氣溫隨高度的增加而降低，大約每升高1000米，溫度下降5～6℃。動、植物的生存，人類的絕大部分活動，也在這一層內。因為這一層的空氣對流很明顯，故稱對流層。

2）平流層：在對流層上層，大約距地球表面20至50千米。平流層的空氣比較穩定，大氣是平穩流動的，故稱為平流層。在平流層內水蒸氣和塵埃很少，並且在30千米以下是同溫層，其溫度在－55℃左右。

3）中間層：大約距地球表面50至85千米，這裡的空氣已經很稀薄，突出的特徵是氣溫隨高度增加而迅速降低，空氣的垂直對流強烈。

4）暖層：又名電離層，暖層的特點是，氣溫隨高度增加而增加，在300公里高度時，氣溫可達1000℃以上。本層之所以有高溫，主要是因為所有的波長小於0.175μm的太陽紫外線輻射，都被暖層氣體所吸收。暖層中的氮（N2）、氧（O2）和氧原子（O）氣體成分，在強烈的太陽紫外線和宇宙射線作用下，已處於高度電離狀態，所以也把暖層稱作「電離層」。其中100～120公裡間的E層和200～400公裡間的F層，以及介於中間層和暖層之間，只在白天出現，高度大致為80公里的D層，電離程度都較強烈。電離層的存在，對反射無線電波具有重要意義。

5）外層：在離地面500千米以上的叫外大氣層，也叫磁力層，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區域，外面沒有什麼明顯的邊界。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低，近磁赤道上空在向太陽一側，約有9~10個地球半徑高，換句話說，大約有65000千米高。在這裡空氣極其稀薄

主要特徵

三態轉換

由於地球距太陽遠近適中，具有適宜的溫度；其形狀大小適宜（半徑6378公里），使它表面吸引了適量的水和大氣並保持一定的壓力，造就了地表固態、液態、氣態三種形態物質共存並互相轉化的複雜形態。 固、液、氣三態相互並存、相互作用是地球表層的突出特徵。它表現為兩個方面的機制：一是界面機制，二是異質機制。

從物理意義上看，能量和物質的轉換和傳輸，主要是通過界面來進行的；從化學意義上講，吸附作用、吸收作用也是首先通過界面來實現的。界面面積的大小與物質能量的循環、交換、傳輸的程度和複雜性是正相關的，界面的存在和表面積的擴大，促進了地球表層的物質進步和能量傳輸，而來自地球內部的能量和來自地球外部的能量不斷地促進地球三相界面總面積的擴大，彼此形成了正反饋的過程，這種相互促進不可逆轉的發展過程，造成了地球表層的高速進化。

異質機制是指氣體、液體、固體三相之間物質組成和結構功能之間明顯差異所產生的特殊效應。異質有利於調節和促進物質和能量的流動和轉換。地表三相共存，形成了海洋、陸地、冰川、沙漠、湖泊、沼澤等大小等級不同的異質系統，從而造成了不同規模的水分、空氣循環，實現物質和能量的循環運動和轉換。

地球內力

所謂地球內力是指地球的構造力，來自地球內部，在地球表層清晰明顯地表現出來，諸如火山、地震、岩漿活動、地殼隆起和沉陷等等。除火山爆發外，內力作用的限度基本上終止於地球固體表面，它造成地球表層地理位置（經度、緯度、高度）相對改變，構成地球表層固體部分的基本框架。內力作用總的趨勢是造成地表高低起伏、千姿百態的表面形態。

外力作用

外力作用即指以太陽輻射為基本能源而產生的風化作用、流水作用、風蝕作用等，它通過物理化學變化、物質的侵蝕、搬運、堆積作用極力消除內力所造成的起伏，總的作用趨勢是夷平地表，其影響深度僅限於地表以下幾米到幾十米的深度。

中介作用

生物圈是地球表層物質、能量流所維持的一層薄薄的有機膜，它起到了太陽能與無機界之間的中介作用。正是有機界中的綠色植物通過光合作用固定太陽能，然後通過食物鏈的關係傳遞給食草、食肉動物，生命體死後又在太陽能的作用下，通過微生物將有機體分解成無機鹽類，參加地表物質循環，供植物再吸收，轉化為新的有機體。地表中固有的氮、磷、鉀等無機元素也作為養分被植物吸收轉化為有機體。

人類活動

人類的出現使地球表層發生了質的變化，也構成了區別於其他層圈的突出特徵。人類改變大氣圈，造成溫室效應、熱島效應，甚至控制局部環流；人類改變水循環、創造人工地形，從根本上改變了生物界的面貌等等。幾乎找不到一塊沒有人類影響的禁地，人類的作用和影響在地球上已經連成一片，形成了名副其實的智慧圈、文化圈，地球表層漸漸成了人及其生活環境相互有機聯繫的新的系統