基礎自然地理學電子教材緒論：走進自然地理學自然地理學，作為地理學的基石，是一門研究地球表層自然環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)、空間分異特征、形成與發(fā)展變化規(guī)律，以及人與環(huán)境相互作用的科學。它不僅是我們認識地球家園的窗口，也是理解人類活動與自然環(huán)境關系的橋梁。從浩瀚的宇宙背景到深邃的地球內(nèi)部，從奔騰的江河到巍峨的群山，從茂密的森林到無垠的荒漠，自然地理學試圖揭示這一切現(xiàn)象背后的內(nèi)在聯(lián)系與運行機制。本教材旨在引導讀者系統(tǒng)掌握自然地理學的基本概念、理論和方法，培養(yǎng)觀察、分析和解釋自然地理現(xiàn)象的能力。通過對地球表層各圈層——巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈以及土壤圈的深入剖析，以及對圈層間物質(zhì)能量交換過程的探討，幫助讀者構(gòu)建起對自然地理環(huán)境整體性、區(qū)域性和動態(tài)性的認知框架。無論是未來從事地理科學研究、環(huán)境規(guī)劃、資源管理，還是僅僅希望更深入地了解我們身邊的自然世界，本教材所提供的知識體系都將是堅實的基礎。第一章：地球與地球表層系統(tǒng)1.1宇宙中的地球地球并非孤立存在的天體，它是太陽系家族中的一員，而太陽系又鑲嵌于更為廣闊的銀河系乃至宇宙之中。地球在宇宙中的位置，特別是與太陽的距離和相對運動，深刻地影響著地球表層的能量收支和氣候系統(tǒng)。地球的形狀（一個兩極稍扁、赤道略鼓的旋轉(zhuǎn)橢球體）和大小，不僅決定了其引力場范圍，也影響著大氣環(huán)流、洋流以及人類活動的空間尺度。地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜更替，其公轉(zhuǎn)則導致了四季輪回和五帶劃分，這些周期性的變化是許多自然地理過程的基本節(jié)律。1.2地球的圈層結(jié)構(gòu)地球是一個由不同物質(zhì)成分和物理狀態(tài)的圈層所構(gòu)成的球體。以地表為界，可分為外部圈層和內(nèi)部圈層。*內(nèi)部圈層：通過對地震波傳播特性的研究，我們了解到地球內(nèi)部由地殼、地幔和地核組成。地殼是地球表面的堅硬外殼，厚薄不均，大陸部分較厚，大洋部分較薄。地幔位于地殼之下，是地球體積和質(zhì)量最大的一層，其上部存在一個塑性物質(zhì)組成的軟流層，是巖漿的主要發(fā)源地。地核則分為外核和內(nèi)核，外核可能為液態(tài)，內(nèi)核則為固態(tài)，地核的運動被認為與地球磁場的產(chǎn)生密切相關。*外部圈層：地球的外部圈層包括大氣圈、水圈和生物圈。這些圈層并非截然分開，而是相互滲透、相互作用，共同構(gòu)成了地球表層的自然地理環(huán)境。大氣圈是包裹地球的氣體圈層，為生命提供了必要的氧氣，并調(diào)節(jié)著地球的溫度。水圈由地球表層的各種水體組成，包括海洋、河流、湖泊、冰川、地下水等，是生命存在的基本條件，也是塑造地表形態(tài)的重要動力。生物圈是地球上所有生物及其生存環(huán)境的總稱，它滲透于大氣圈下層、整個水圈和巖石圈上層，是地球表層最具活力的圈層。1.3地球表層系統(tǒng)的概念地球表層系統(tǒng)是由巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈（包括人類圈）相互作用、相互滲透而形成的一個統(tǒng)一整體。在這個系統(tǒng)中，物質(zhì)循環(huán)和能量流動是其基本特征。太陽能是驅(qū)動地球表層系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的主要外部動力，而地球內(nèi)部的熱能則是重要的內(nèi)部動力。各圈層之間通過復雜的物理、化學和生物過程進行著物質(zhì)和能量的交換，從而維持著系統(tǒng)的動態(tài)平衡。理解地球表層系統(tǒng)的整體性和復雜性，是現(xiàn)代自然地理學的核心思想。第二章：巖石圈與地貌2.1巖石圈的組成與物質(zhì)循環(huán)巖石圈是指地殼和上地幔頂部（軟流層以上）由堅硬巖石組成的圈層。組成巖石圈的基本物質(zhì)是礦物，礦物是天然形成的單質(zhì)或化合物，具有一定的化學成分和物理性質(zhì)。由一種或多種礦物按一定規(guī)律組合而成的集合體便是巖石。根據(jù)成因，巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。*巖漿巖：由巖漿冷卻凝固形成，如花崗巖、玄武巖。*沉積巖：由地表的風化產(chǎn)物、生物遺體或火山碎屑等，經(jīng)搬運、沉積、固結(jié)成巖作用形成，如砂巖、頁巖、石灰?guī)r。沉積巖中常含有化石，是記錄地球歷史的“書頁”。*變質(zhì)巖：原有巖石在高溫、高壓或化學活動性流體的作用下，發(fā)生礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的改變而形成的新巖石，如大理巖（由石灰?guī)r變質(zhì)而成）、片麻巖（由花崗巖變質(zhì)而成）。巖石圈物質(zhì)處于不斷的循環(huán)之中。地球內(nèi)部的巖漿活動形成巖漿巖；巖漿巖、變質(zhì)巖及已生成的沉積巖在外力作用（風化、侵蝕、搬運、沉積、固結(jié)成巖）下形成沉積巖；各類巖石在地殼深處或地殼以下，在高溫高壓條件下發(fā)生變質(zhì)作用，形成變質(zhì)巖；變質(zhì)巖、沉積巖在地殼深處被熔融，又可形成新的巖漿。這一過程便是巖石圈的物質(zhì)循環(huán)，它使得巖石圈的物質(zhì)不斷更新，地表形態(tài)也隨之不斷演化。2.2構(gòu)造運動與地質(zhì)構(gòu)造巖石圈并非靜止不動，而是在地球內(nèi)力作用下不斷運動，這種運動稱為構(gòu)造運動。構(gòu)造運動按其方向可分為水平運動和垂直運動。水平運動使巖層發(fā)生水平位移和彎曲變形，常形成巨大的褶皺山系、裂谷或海洋；垂直運動則使巖層發(fā)生隆起和拗陷，引起地勢的高低起伏和海陸變遷。構(gòu)造運動留下的痕跡稱為地質(zhì)構(gòu)造。常見的地質(zhì)構(gòu)造有褶皺和斷層。褶皺是巖層受力發(fā)生彎曲變形的現(xiàn)象，基本形態(tài)有背斜和向斜。背斜巖層向上拱起，向斜巖層向下彎曲。斷層是巖層受力破裂并沿破裂面有明顯相對位移的構(gòu)造。斷層對地表形態(tài)的影響顯著，大的斷層常形成裂谷或陡崖，如東非大裂谷；斷層一側(cè)上升的巖塊常成為塊狀山地或高地，另一側(cè)相對下降的巖塊常形成谷地或低地。2.3主要地貌類型地貌是地球表面各種形態(tài)的總稱，是內(nèi)力作用和外力作用共同作用的結(jié)果。內(nèi)力作用旨在塑造地表的基本起伏，外力作用則試圖削高填低，使地表趨于平緩。*山地地貌：包括褶皺山、斷塊山、火山等。褶皺山由褶皺巖層構(gòu)成；斷塊山由斷層相對上升的巖塊形成；火山則由巖漿噴發(fā)堆積而成。*平原地貌：地勢平坦開闊，海拔較低?？煞譃闆_積平原（由河流沖積而成）、洪積平原（由山洪堆積而成）、海積平原（由海洋沉積而成）等。*高原地貌：海拔較高，頂面比較平坦開闊。*盆地地貌：四周高，中間低，形似盆狀。*丘陵地貌：海拔較低，相對高度不大，坡度較緩。此外，在外力作用主導下，還形成了如流水地貌（河谷、三角洲、沖積扇）、喀斯特地貌（溶洞、石林）、風沙地貌（沙丘、戈壁）、冰川地貌（冰斗、角峰、U形谷）、海岸地貌（海蝕崖、沙灘）等多種地貌類型。每種地貌類型都有其獨特的形態(tài)特征和形成過程。第三章：大氣圈與氣候3.1大氣的組成與垂直分層大氣圈是包圍地球的連續(xù)圈層，其主要成分是氮氣和氧氣，此外還含有少量的二氧化碳、水汽、稀有氣體及懸浮的固體雜質(zhì)和液體微粒。這些成分并非固定不變，它們在不同高度、不同地區(qū)存在差異，并對大氣的物理化學性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。根據(jù)大氣在垂直方向上溫度、密度和運動狀況的差異，可將其分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。對流層是大氣圈的最下層，集中了約四分之三的大氣質(zhì)量和幾乎全部的水汽、雜質(zhì)。該層的主要特征是氣溫隨高度增加而降低，空氣具有強烈的對流運動，天氣現(xiàn)象復雜多變。平流層位于對流層之上，該層大氣以平流運動為主，氣流平穩(wěn)，能見度好，適合高空飛行，其上部存在臭氧層，能吸收太陽紫外線，保護地球生命。3.2大氣的熱力狀況太陽輻射是地球表層能量的主要來源。太陽輻射穿過大氣層時，會受到大氣的吸收、反射和散射作用，這一過程稱為大氣對太陽輻射的削弱作用。到達地面的太陽輻射，一部分被地面吸收，使地面增溫；地面又以地面輻射的形式向大氣傳遞熱量，大氣吸收地面輻射后增溫，并通過大氣逆輻射將熱量返還給地面，對地面起到保溫作用，這就是大氣的溫室效應。大氣的冷熱程度用氣溫來表示。氣溫在水平方向和垂直方向上都存在差異。氣溫的水平分布主要受緯度、海陸分布、地形、洋流等因素影響。在垂直方向上，對流層氣溫隨高度增加而降低，平流層則隨高度增加而升高。3.3大氣運動大氣運動的根本原因是太陽輻射在地表分布的不均，造成不同地區(qū)的溫度差異，進而引起氣壓差異。氣壓差異是產(chǎn)生大氣水平運動（風）的直接原因。大氣運動的基本形式包括熱力環(huán)流和大氣環(huán)流。熱力環(huán)流是由于地面冷熱不均而形成的空氣環(huán)流，是大氣運動最簡單的形式，如海陸風、山谷風等。全球性的有規(guī)律的大氣運動，稱為大氣環(huán)流。大氣環(huán)流把熱量和水汽從一個地區(qū)輸送到另一個地區(qū)，從而使高低緯度之間、海陸之間的熱量和水汽得到交換，對全球的天氣和氣候有著重要影響。三圈環(huán)流和季風環(huán)流是大氣環(huán)流的重要組成部分。3.4天氣系統(tǒng)與氣候形成天氣是指某一地區(qū)在某一短時間內(nèi)的大氣狀態(tài)和大氣現(xiàn)象的綜合。氣候則是指某一地區(qū)大氣的多年平均狀況，具有相對的穩(wěn)定性。常見的天氣系統(tǒng)包括氣團、鋒、氣旋和反氣旋等。氣團是指在水平方向上溫度、濕度等物理性質(zhì)比較均勻的大范圍空氣。鋒是冷暖氣團相遇時形成的交界面，根據(jù)冷暖氣團的主次地位，可分為冷鋒、暖鋒和準靜止鋒，鋒面附近常伴有云、雨、大風等天氣現(xiàn)象。氣旋是中心氣壓低、四周氣壓高的大氣渦旋，多帶來陰雨天氣；反氣旋則是中心氣壓高、四周氣壓低的大氣渦旋，多帶來晴朗天氣。氣候的形成受多種因素影響，包括太陽輻射（緯度因素）、大氣環(huán)流、海陸分布、地形、洋流等。這些因素相互作用，共同決定了一個地區(qū)的氣候特征。不同的氣候類型，如熱帶雨林氣候、熱帶草原氣候、溫帶季風氣候、地中海氣候等，都有其獨特的氣溫和降水組合特征。第四章：水圈與水文4.1水圈的組成與水循環(huán)水圈是由地球表層各種水體組成的連續(xù)但不規(guī)則的圈層。其主體是海洋水，約占地球總水量的97%；陸地水（包括河流水、湖泊水、沼澤水、地下水、冰川水等）約占3%，其中冰川水占陸地淡水的主體。地球上的水處于不斷的循環(huán)運動之中。水循環(huán)是指自然界的水在水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈四大圈層中通過各個環(huán)節(jié)連續(xù)運動的過程。水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)包括蒸發(fā)（包括植物蒸騰）、降水、地表徑流、下滲、地下徑流等。根據(jù)水循環(huán)發(fā)生的領域，可分為海陸間循環(huán)、陸地內(nèi)循環(huán)和海上內(nèi)循環(huán)。水循環(huán)維持了全球水的動態(tài)平衡，是地球上最重要的物質(zhì)循環(huán)之一，它促進了地球上的能量交換和物質(zhì)遷移，塑造了地表形態(tài)，并為人類提供了淡水資源。4.2海洋海洋是水圈的主體，對地球環(huán)境具有深刻影響。海水的物理性質(zhì)主要包括溫度、鹽度和密度。海水溫度的分布受太陽輻射、洋流、海陸分布等因素影響，呈現(xiàn)從低緯向高緯遞減的規(guī)律。海水鹽度的分布則與降水、蒸發(fā)、徑流、洋流等因素相關，全球海洋表面鹽度以副熱帶海區(qū)最高，向赤道和兩極逐漸降低。海水的運動形式多樣，主要有海浪、潮汐和洋流。海浪是海水的波動現(xiàn)象；潮汐是海水在天體引潮力作用下發(fā)生的周期性漲落現(xiàn)象；洋流是海洋表層海水大規(guī)模的沿著一定方向有規(guī)律的流動。洋流按其成因可分為風海流、密度流和補償流。洋流對氣候、海洋生物分布、航海和海洋污染等都有重要影響。4.3陸地水陸地水包括河流、湖泊、沼澤、地下水和冰川等。*河流：是地表常年或季節(jié)性有水流動的天然水道。河流的水文特征包括水位、流量、含沙量、結(jié)冰期等，這些特征受氣候、地形、植被等自然因素以及人類活動的影響。河流的侵蝕、搬運和沉積作用是塑造地表形態(tài)的重要外力。*湖泊：是陸地上積水的洼地。按湖水的含鹽度可分為淡水湖和咸水湖。湖泊具有調(diào)蓄洪水、提供水源、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等生態(tài)功能。*地下水：是埋藏在地表以下巖石和土壤空隙中的水。根據(jù)埋藏條件，可分為潛水和承壓水。地下水是重要的淡水資源，但其更新速度較慢，過度開采會導致地面沉降、海水入侵等問題。*冰川：是陸地上廣泛分布的巨大冰體，是地球上淡水的主體。冰川按其形態(tài)和分布可分為大陸冰川和山岳冰川。冰川對氣候具有調(diào)節(jié)作用，并通過冰川運動塑造獨特的冰川地貌。第五章：生物圈與生態(tài)系統(tǒng)5.1生物圈的組成與結(jié)構(gòu)生物圈是地球上所有生物及其生存環(huán)境的總稱，其范圍包括大氣圈的底部、水圈的全部和巖石圈的上部。生物圈是地球特有的圈層，是地球演化到一定階段的產(chǎn)物。生物圈由生物有機體和無機環(huán)境組成。生物有機體包括動物、植物和微生物。植物是生產(chǎn)者，通過光合作用制造有機物；動物是消費者，直接或間接以植物為食；微生物是分解者，將動植物遺體和排泄物分解為無機物，歸還到環(huán)境中。無機環(huán)境包括陽光、空氣、水、土壤、溫度等，為生物提供生存的物質(zhì)和能量。5.2生態(tài)系統(tǒng)的概念與組成生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間范圍內(nèi)，生物群落與其環(huán)境之間通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動而相互作用、相互依存所構(gòu)成的統(tǒng)一整體。任何一個生態(tài)系統(tǒng)都由生物群落和無機環(huán)境兩大部分組成。生物群落是指一定區(qū)域內(nèi)所有生物的總和，包括生產(chǎn)者、消費者和分解者。無機環(huán)境則為生物群落提供生存的場所和必要的物質(zhì)條件。生態(tài)系統(tǒng)中的生物之間通過食物鏈和食物網(wǎng)相互聯(lián)系。食物鏈是生態(tài)系統(tǒng)中各種生物因食物關系而形成的聯(lián)系，食物網(wǎng)則是多條食物鏈相互交織而成的復雜網(wǎng)絡。5.3生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩大基本功能。*能量流動：生態(tài)系統(tǒng)中的能量來源于太陽能。生產(chǎn)者通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，儲存在有機物中。能量沿著食物鏈和食物網(wǎng)單向流動，逐級遞減。每個營養(yǎng)級只能利用上一營養(yǎng)級所固定能量的一部分（約10%-20%），這就是生態(tài)金字塔的能量基礎。*物質(zhì)循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)，如碳、氫、氧、氮、磷、硫等基本元素，在生物群落和無機環(huán)境之間不斷循環(huán)。以碳循環(huán)為例，大氣中的二氧化碳被植物吸收用于光合作用，合成有機物；動植物通過呼吸作用將二氧化碳釋放回大氣；動植物遺體被分解者分解，也釋放出二氧化碳；此外，化石燃料的燃燒也會將碳釋放到大氣中。物質(zhì)循環(huán)是閉合的，能量流動是單向的，二者相互依存，共同維持著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。5.4生物多樣性及其保護生物多樣性是指地球上所有生物（動物、植物、微生物等）、它們所包含的基因以及由這些生物與環(huán)境相互作用所構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)的多樣化程度。生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個層次。生物多樣性是地球生命經(jīng)過幾十億年發(fā)展進化的