授课题目
第五章自然地理系统内部的物质
联系第一节物质循环
授课类型理论课首次授课时间2009年10月15日学时 2
教学目标通过本节课,使学生：
了解自然地理系统的大气循环、水分循环；掌握自然地理系统的地质循环、生物循环；掌握各物质循环对自然地理系统的意义。
重点与难点
1自然地理系统的物质循环；
2各物质循环对自然地理系统的意义。
教学手段与方法多媒体
教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）
第五章自然地理系统内部的物质联系
自然地理系统内部各组成部分之间的相互联系与作用，是通过物质循环和能量的
转换来实现的，这种联系的本身及其效果即是该系统的重要功能之一。而这种功能在
于维持自然地理系统的整体性，使之成为地球上一个相对独立的物质系统。
第一节自然地理系统内的物质循环
自然地理系统内的物质循环运动必须以能量为动力，能量又以运动着的物质为载
体，二者密切不可分离。因此，在物质循环过程中，能量必然伴随物质在系统内部发
生传递和转换。自然地理系统中物质循环的方式从宏观方面可分为四种类型，即大气
循环、水分循环、地质循环和生物循环。它们代表了物质的固、液、气三态，有机物
与无机物两大物质类型，以及势能与动能、机械能与化学能、显热与潜热不同的能量
形式在自然地理系统中的流通或转化。
一、大气循环
大气循环主要发生在地球大气圈对流层内，是以大气环流形式进行的气体运动。
它包括行星风系、季风风系和地方性风系三种不同规模的大气运动。其中，行星风系
主要包括分布于南、北半球大约30°纬圈之间包含信风带在内的哈德来（G.Hadlly）对流循环、大约分布于30～60°纬圈之间的西风环流和南、北极地的极地东风带。
季风风系主要分布于北太平洋西部、北印度洋、亚洲东及南部，以及北大西洋西
部与北美洲中东部；在南半球出现于澳洲北部。此外，与夏季风基本同期而规模和影
响范围小于季风的热带气旋（台风和飓风），主要生成赤道两侧南、北纬约5～20°间，也是亚洲及北美大陆东部沿海及海洋区域的重要风系。
地方性风系又称“局地风系”，属于规模及影响范围在100至数十公里之内的大气运动。其生成往往与局部地形及海陆分布状况有关。如山谷风、焚风、布拉风及海陆
风等。主要生成于美国中、东部平原及墨西哥湾区，破坏性极大的龙卷风也属此类局
地风系。
大气环流的原动力是太阳辐射能。大气环流最显著的作用是重新分配地表的热量
和水分。如形成于低纬地区的哈德来环流，其大气流通量平均可达每秒2×10８t。赤道地区的大量热能通过该环流向中、高纬地区输送，在南、北纬30°附近与西风环流辐聚，形成大规模的气流涡动，在对流层顶形成副热带急流，在纬度40～60°处形成极锋急流，将来自于热带的热量向极地传送，维持自然地理系统内的热量平衡。又如强
热带气旋台风和飓风也可将热带海洋上的大量热量和水分带向中纬地区。如对形成于
北大西洋洋面上的一次飓风测算，从海面进入飓风的潜热流总量估计在24小时内达2.15×1015kcal，平均每秒为6×1010kcal。大量热量被飓风带走，使海面水温降低 1.5℃。大气环流使海洋上的大气水分输向陆地，形成海陆水分循环。大气环流对大洋面的动
力摩擦，形成大规模的洋流运动，也促成大洋热量的全球调节。大气环流调配全球水
分、热量的结果，导致地表不同地区的气候千差万别。
大气环流还是地表固体物质的运输载体。例如，当火山爆发时，喷至大气中的大
量火山尘，在大气环流的搬运下，直接影响地表太阳辐射在一定时期内发生变化，又
间接造成气温和降水的某种变化。大气环流对地表物质大范围的搬运，甚至造成地表
生态灾难。如发生在美国的“黑风暴”即很典型。1935年旱季，起于美国中西部干旱
区的风暴，将地表黑土层破坏扬起，形成东西长2400km、高约3km的“黑风暴”，3天中横扫美国2/3的地区，农田道路被毁，河溪干涸，16万农民流离失所。1953年5月的另一次黑风暴，以每小时60～100km的速度带走约3×108t尘土，跨越美国1/3领土，最后倾泻于大西洋中。据估计这次风暴平均刮走了5～30cm厚的黑土层。类似的生态灾难也曾发生于原苏联中西伯利亚地区。大气环流搬运地表松散物质的长期效
果，一方面在大陆内部形成大规模的风沙沉积和黄土沉积，另一方面又成为塑造风成
地貌的外营力。
二、水分循环
在太阳能和重力的共同作用下，水在自然地理系统中不停地从一个圈层向另一个
圈层转移运动着，形成水分循环。其循环方式主要有两种：一是通过汽、液、固三态
转化的方式在各圈层中运动；一是液态水在热力和重力作用下，通过洋流或陆地地表
及地下径流进行物质和能量的传输。
实际上这两种形式的水分循环是不可分割的。两者共同组成自然地理环境中的水
分循环。水分在连续的循环运动过程中，各种水体也进行着自然更新作用。据估计，
不同水分的循环更新周期差异较大。在大气中的水汽流通速率最快，其循环周期仅约9天；地表河流径流约需10～20天；淡水湖泊水分约需100年；土壤水和地下径流约需280～300年；盐湖水和内陆湖水的循环周期约10～1000年，差异很大；高山冰川约需数十年至数百年；极地冰盖则需 1.6×104年；海洋中的水分全部更新循环一次约需 3.7×104年，周期最长。
水分循环不仅对于全球性水分和热量的再分配起着重大作用，而且也是岩石圈表
层物质机械搬运作用和自然地理环境中化学元素迁移的强大动力机。据测算，大陆地
表及地下径流每年可携带约 1.3×1010～5.0×1010t泥沙，以及溶于水的可溶盐类达 2.5×109～5.5×109t最终进入海洋。此外，液态及固态水在重力作用下对地貌的塑造作用，也是消耗太阳辐射能的一种有效方式。水分循环也是生物有机体维持生命活动和整个
生物圈构成复杂的胶体溶液系统的基本条件，起着有机界和无机界联系的纽带作用。
总之，水分循环如同自然地理环境的“血液循环”，它沟通了各基本圈层的物质交换，促使各种联系的发生。水分循环同时起着形成水文、气候、地貌、土壤、生物过程和
地球化学过程的作用。
三、地质循环
所谓地质循环是指地壳物质在地球内外营力共同作用下，经不同地质过程完成的
物质循环。地质循环由四个基本过程组成：
第一是风化过程：裸露于地表的岩石处于常温低压环境。岩石内部物质结构处于
应力释放状态；外部受水、热条件及其它外动力因素共同作用，岩石性质发生机械和
化学的改造与变化即风化作用。其结果使坚硬的岩石变为松散物质，增强透水性和通
气性，矿质养分元素以可溶性盐类的形式被释放出来，形成了新的次生粘土矿物，为
土壤的形成奠定物质基础。
第二是搬运过程：风化作用的产物，在太阳能和重力能的作用下，经液态与固态
径流以及风力的搬运，远离风化物源，实现地表物质的重新分配。据估算，每年从大
陆上以各种方式被搬运的风化产物约有 1.76×1010t，如地壳的重量以 2.5×109t估计，
