自然地理

考前必看系列——重要的自然地理图

生活中所使用的能量,一部分直接来自太阳能,如太阳能热水器、太阳灶、太阳能电站等;另一部分是由太阳能转换产生的能源,如煤炭、石油等化石燃料。

太阳能作为一种新能源,具有可再生、较廉价、无污染的特性。目前,世界上很多国家都在大力开发利用太阳能资源。

人类能够直接观测到的是太阳的大气层。太阳大气从里向外分为光球、色球和日冕三层,各层皆有一些大规模的太阳活动。

太阳活动的类型较多,有太阳黑子、耀斑、日珥和太阳风等,其中太阳黑子和耀斑是太阳活动的主要标志。

在太阳系中,太阳正处于壮年期,状态稳定;大小行星各行其道,互不干扰,为地球提供了较安全的宇宙空间。

地球具有适宜的温度条件。地球与太阳的距离适中,使地球近地表1.5米的平均气温保持在15℃左右。离太阳很近的星球,接收的太阳辐射过强,温度过高,生命难以存在;离太阳很远的星球,温度过低,生命无法存活。且地球自转与公转的运动周期也较适中,使地球表面的温差较小,有利于生命过程的发生和发展。

地球具有适宜的大气条件。地球的体积与质量适中,适度的引力吸引了适量的大气,使大气既不易散失,又不至于过分浓厚,形成了包围地球的适宜大气层。大气层不仅给地球提供了保护,而且经过漫长的演化,形成了今天适合生物生存的现代大气。

地球上有液态水。由于原始地球体积收缩和内部放射性元素衰变产生热量汽。这些水汽通过火山活动等地球内部的物质运动逸出地表,汇集在低洼地,形成原始海洋。原始海洋是生命的摇篮,为生命的诞生提供了有利条件。地球表面的液态水是生命存在的必要物质条件。

这种波速发生突然变化的面叫作不连续面。地球内部有两个明显的不连续面:一个在地下平均33千米处(部分),在这里纵波和横波的传播速度都明显加快,叫作莫霍面;另一个在地下2900千米处,在这里纵波的传播速度突然下降,横波完全消失,叫作古登堡面。

依据地震波在地球内部不同深度传播速度的差异和变化,把地球内部由外到内划分为地壳、地幔和地核三个圈层。

大气通过吸收太阳辐射和地面辐射而升温,同时也以长波辐射的形式向外释放能量。大气辐射除一部分射向宇宙空间以外,大部分射向地面,其方向与地面辐射相反,称为大气逆辐射。大气逆辐射在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量,对地面起保温作用。大气对地面的保温作用使夜晚的气温不会太低,地表昼夜温差不会太大。总体而言,太阳支配着地球上地面和大气的能量传输过程,就全球平均而言,地面和大气大致维持在一个能量转换平衡的状态。

如上图,其中受热多的B地区,近地面空气膨胀上升,在高空集聚起来,使得高空大气密度增大而形成高气压,近地面空气密度减小,形成低气压。受热少的A、C两地则相反,空气因冷却收缩下沉,高空大气密度减少而形成低气压,近地面空气密度增大,形成高气压。这样,高空和近地面的同一水平面上,气压高低存在差异,产生了水平气压梯度力,促使高空气流从B地流向A、C两地高空;近地面气流从气压较高的A、C两地流向B地,并补充B地上升的空气,从而形成热力环流。

冷热地区之间空气的垂直升降运动与水平运动共同构成了热力环流。这种现象在自然界中广泛存在,如海陆风、山谷风和城市风等。

白天,陆地增温比海洋快,因此陆地上的气温较附近海洋高,空气受热上升;海面升温慢,海面上空的气温相对较低,空气下沉。在水平气压梯度力的作用下,上空的空气从陆地流向海洋,低空则又由海洋流向陆地,形成海风。日落后,陆地降温比海洋快,因此到了夜间,低空就出现与白天相反、由陆地吹向海洋的陆风。

左图为高空风的形成示意。在不受摩擦力影响的情况下,当地转偏向力增大到与水平气压梯度力大小相等、方向相反时,风向与等压线平行。在北半球背风而立,左为低压,右为高压。

右图为近地面风的形成示意。在受摩擦力影响的情况下,当地转偏向力和摩擦力的合力与水平气压梯度力相平衡时,风向斜穿等压线,由高压吹向低压。在北半球背风而立,左前为低压,右后为高压。

水循环指自然界的水,在太阳辐射和重力等作用下,通过蒸发、蒸腾、水汽输送、降水、下渗和径流等环节,在水圈、大气圈、岩石圈和生物圈中连续运动的过程。地球上各类水体通过水循环形成了一个连续而统一的整体。

水循环包括海陆间循环、陆地内循环和海上内循环三种类型。海洋表面蒸发的水汽,被气流输送到陆地上空,在适当条件下凝结,形成降水。降落到地面的水一部分在地表流动,形成地表径流;另一部分通过下渗进入地下,形成地下径流。两者最终经江河汇集返回海洋,由此形成海陆间循环。

受人类活动的影响,城镇化地区地表性质发生了很大变化,导致水循环存在显著差异。主要表现为城市不透水地面比重增加,城市地表蒸发和蒸腾量减少,地表径流量显著增多,而下渗补充地下水的径流量减少。

此外,寒暖流经过的海区,水温也受影响。一般来说,同一海区的水温,夏季高些,冬季低些。不同海区的水温,低纬度高些,高纬度低些;暖流水温高于所流经海区的水温,寒流水温低于所流经海区的水温。

海水盐度一般指每千克海水中溶解的盐类物质的质量,用千分数(‰)表示。世界海水的平均盐度为35‰。

世界各海区海水盐度分布不均匀,盐度最高的海域出现在红海,海水盐度在41‰左右,而波罗的海盐度最低,海水盐度一般为7‰~8‰。

降水量和蒸发量是影响海水盐度的主要因素。通常,降水量大于蒸发量的海区盐度偏低,反之盐度偏高。

世界海洋表层海水盐度从南半球和北半球的副热带海区,分别向两侧高纬和低纬递减,呈马鞍形分布。副热带海区炎热少雨,蒸发量大于降水量,故盐度最高;赤道海区虽然温度高,蒸发强烈,但降水量也大,故盐度低于副热带海区。

另外,海水盐度还受入海径流、海区封闭程度和结冰期等因素影响。有河流注入的海区盐度一般较低。结冰期盐度增高,融冰期盐度降低。

流水作用包括流水的侵蚀、搬运和堆积等方式。侵蚀指流水对河床的冲蚀及对可溶性岩石的溶蚀;搬运指流水携带泥沙和溶解质,以及推动砾石移动的过程;堆积指流水中侵蚀、搬运的物质最终沉积下来的过程。根据流水的作用方式,流水地貌主要有流水侵蚀地貌和流水堆积地貌等。

海岸地貌指海岸地带在构造运动、海水动力、生物作用和气候因素等共同作用下形成的各种地貌的总称。

在由岩石构成的海岸地带,波浪不断地击打、侵蚀岩壁,导致岩石破碎,岩壁崩落,海岸后退,最终形成了高耸的海蚀崖、深邃的海蚀洞、各种造型的海蚀柱等海蚀地貌。

在基岩海岸的海湾区,以及由淤泥质和砂砾质物质构成的海岸地带,由波浪、潮汐等携带的物质沉积在近岸的浅水区域,形成了沙滩、沙坝、沙嘴等海积地貌。在热带和带海域,有珊瑚礁和红树林等生物海岸,构成特殊的海岸环境。

地球陆地表面约有11%的面积被现代冰川覆盖,其主要分布在南北两极以及中低纬度的高山和高原地区。冰川的侵蚀和沉积作用改变着这些地区的地表形态,形成多样的冰川地貌。

冰川侵蚀作用一般发生于冰川上游地区。巨大的冰川刨蚀地面,形成冰斗、刃脊、角峰、冰蚀谷(U形谷)等冰蚀地貌。

冰川的搬运能力极强,能将冰川携带的物质搬运很远的距离。冰川的沉积作用在冰川融化时才会呈现,一般发生于冰川下游地区。冰川的沉积物称为冰碛物,它的颗粒大小不一,漂砾、黏土常混杂堆积在一起,形成冰碛平原和冰碛湖。

第四纪大冰期时,亚欧和北美的冰川广布,给地表留下了大量冰川遗迹及冰川地貌。对冰川遗迹及冰川地貌的研究,可以帮助我们了解古冰川活动情况和古气候变化规律。

土壤的形成始于地壳表层岩石风化物,这些风化物经过极其缓慢的物理、化学和生物作用过程,慢慢发育形成土壤。

影响土壤形成与演化的因素包括成土母质、生物、气候、地形和时间等,它们共同控制着土壤的发育和土壤性质。

世界上主要有两大地震带:其一为环太平洋地震带,这里集中了世界上80%以上的浅源地震、90%以上的中源地震和几乎全部的深源地震;其二为地中海—喜马拉雅地震带,这里集中了世界上约15%的地震,其中绝大多数为浅源地震。

三是触发因素,如地下水、地表水、降水对岩土软弱面的润滑作用,以及地震、河流侵蚀、人工活动等对坡体稳定性的破坏。

我国地域辽阔,区域自然环境差异较大,致灾因素分布不均,导致不同区域、不同时间可能发生不同类型的自然灾害。

地转偏向力对河流、洋流、大气环流等地理事象产生影响,如对河流两岸的侵蚀和沉积、季风和信风方向、台风的形成及其移动路径等产生影响。此外,地转偏向力对航空、航天等长距离飞行也会产生影响。

地表各处昼夜长短和正午太阳高度的差异,使各地地表获得的太阳辐射不同,由此产生了地球五带。因为昼夜长短和正午太阳高度的周年变化,中纬度地区产生了明显的四季更替现象。

太阳辐射从低纬度向高纬度地区递减。根据有无太阳光线直射和极昼、极夜现象,人们以南、北回归线和南、北极圈为界,将地球表面大致分为热带、北温带、北寒带、南温带和南寒带五个热量带。

地球软流层中熔融状态的岩浆,是岩石的基本物质来源。地球内部的岩浆沿着地壳薄弱地带上涌,在地壳内部或地表冷凝形成的岩石,称为岩浆岩或火成岩。

岩浆岩是岩石圈的主体,也是其他岩石的母体。岩浆在地壳内部冷凝形成的岩石,称为侵入岩。由于冷却缓慢,结晶充分,通常侵入岩的矿物晶体颗粒较粗。花岗岩是最常见的侵入岩。岩浆冲破上覆岩层喷出地表,称为喷出作用或火山活动。喷出地表的岩浆冷却凝固形成的岩石,称为喷出岩或火山岩。由于冷却迅速,喷出岩的矿物颗粒细小,通常难形成晶体,岩石中往往有气孔。分布最广的喷出岩是色泽较深的玄武岩。大洋底部几乎全部由玄武岩构成,部分陆地也覆盖有玄武岩。印度德干高原上的一些地区,玄武岩岩层厚达3000米。

沉积岩是由疏松沉积物堆积、固结而成的岩石。人们看到的地表岩石,大多数是沉积岩,它是构成陆地表层的主要岩石。

出露地表或接近地表的岩石经过风化、侵蚀后形成各类碎屑物质。碎屑物质经流水、风等外力的搬运,在湖泊、海洋及低洼处沉积,再经过长期复杂的固结成岩作用,最终形成沉积岩。由于沉积过程是不同地质时代的碎屑物质层层叠置,沉积岩往往有明显的层状结构。沉积岩中还常保存有动植物化石,它们是地球发展历史的重要记录。

沉积岩的种类很多,有的是由砾石、砂或粉砂胶结而成的,如砾岩、砂岩;有的是由颗粒非常细小的黏土压紧固结而成的,如页岩、泥岩;有的则是经过化学沉积和生物沉积而成的,如石灰岩、白云岩等。

岩石在保持固体状态下,受高温、高压影响,矿物的种类和成分、岩石结构和构造发生变化的过程,称为变质作用。经历变质作用形成的岩石称为变质岩。与原有岩石相比,变质岩质地致密,密度较大,颗粒定向排列,形成片理构造。有的变质岩能剥成薄片、薄板等。

岩层受挤压变形产生褶皱,一般背斜成山(a),向斜成谷(b)。经长期风化、侵蚀后,某些区域向斜成山(c),背斜成谷(d)。

当岩层受到的内力超过了岩石所能承受的限度,岩层发生断裂,断裂面两侧的岩块沿断裂面发生明显的错动、位移,由此形成的地质构造称为断层。著名的东非大裂谷就是世界上最大的断层景观。

全球岩石圈碎裂成若干板块,板块与板块之间不同的边界类型反映着不同的运动形式,不同的运动形式会产生不同的地表景观。

出露地表的岩石受太阳辐射、温度变化、氧、二氧化碳、水和生物等因素的影响,发生崩解破碎、化学性质改变与元素迁移现象称为风化作用。风化作用通常包括物理风化作用、化学风化作用与生物风化作用三种类型。

内力和外力对地表形态的作用是对立统一的。内力作用往往使地表变得凹凸不平、高低起伏,外力作用则削峰填谷,使地球表面的起伏趋于平缓。

水平方向上温度、湿度等物理性质分布比较均一的大范围空气,称为气团。冷暖气团相遇所形成的狭窄过渡带称为锋或锋面。锋与地面交接部分称为锋线。习惯上,把锋面和锋线统称为锋。锋自地面向高空冷气团一侧倾斜。

赤道地区,地表接受的太阳辐射多,近地面空气受热不断膨胀上升,在近地面形成赤道低气压带。两极地区,地表接收的太阳辐射少,近地面空气受冷收缩下沉,在近地面形成极地高气压带。

在北半球,赤道地区上空的气流不断地向北流动。受地转偏向力的影响,高空原本向北流动的大气向右偏转,由南风逐渐变为西南风,至北纬30°附近变成西风,并在一定高度上产生大气堆积而下沉,在近地面形成强大的副热带高气压带。

北半球副热带高气压带的近地面大气向南北分流。向南的气流逐渐由北风偏转为东北风,形成东北信风带;向北的气流逐渐由南风偏转为西南风,形成中纬西风带,并在北纬60°附近与极地高气压带流向低纬方向的东北风(极地东风带)相遇,暖而轻的气流爬升到冷而重的气流之上,形成副极地上升气流,在近地面形成副极地低气压带。

若不考虑海陆分布以及地表起伏状况,大气的相互补偿运动最终可以在南北半球的高、中、低纬分别形成全球性的三圈环流,产生不同的气压带和风带。这种具有世界规模的、大范围的大气运动,就是大气环流。

随着太阳直射点的南北移动,全球气压带和风带位置在一年内也出现相应的周期性移动。北半球夏半年,全球气压带、风带北移;北半球冬半年,全球气压带、风带南移。

陆地水是陆地上水体的总称,包括河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、地下水、冰川水、生物水等。陆地水仅占水圈总水量的3.46%,但是在自然环境中的作用巨大,它提供了人类生产生活所需要的淡水。

除冰川外,地下水是陆地水中储量最大的水体。地下水更新缓慢、水量稳定、水质好,是农业灌溉、工业用水和居民生活用水的重要水源。

在盛行东南风影响下,南美洲秘鲁沿岸由南向北流动的海水中,表层海水逐渐偏离海岸,从而导致下层海水上泛的现象,形成上升流。

在赤道附近的太平洋海区,信风驱使着赤道暖流自东向西流。在正常年份,赤道太平洋东部由于表层海水被风吹走,下层的冷性海水上涌补充,同时,沿岸还有来自较高纬度的寒流,使该海区表层海水的温度较低。在太平洋西部,赤道暖流堆积下沉,形成深厚的暖水层。于是,通过海—气间的热量交换,赤道太平洋的西部表层海水温度高,湿热的空气上升,到达高空后向东偏转;太平洋东部表层海水温度低,空气冷却下沉,到达海面后向西偏转。由此,在赤道太平洋上空形成一个东西向的热力环流圈,被称为“沃克环流”。沃克环流的强弱变化,是判断厄尔尼诺和拉尼娜现象的重要依据。

每隔2~7年,赤道东太平洋地区表层海水温度持续一两年异常升高,这一现象被称为厄尔尼诺现象。当厄尔尼诺现象发生时,赤道太平洋东部的气温偏高,气压低于多年平均值,而赤道太平洋西部的气温偏低,气压高于多年平均值,从而削弱了沃克环流,导致气候异常。

厄尔尼诺现象发生时,赤道太平洋东部的南美洲地区,海洋表层海水的温度相对升高,洋面上升气流活跃,出现暴雨和洪涝灾害。南美太平洋沿岸因上升海水减少,水中浮游生物骤减,鱼类因水温升高和食物缺乏而大量死亡,鸟类大量迁徙。赤道太平洋西部、大洋洲等地区,由于表层海水温度相对下降,下沉气流活跃,降水减少,出现干旱灾害,易引发森林火灾。

赤道太平洋地区出现的与厄尔尼诺相反的现象,称为拉尼娜现象。拉尼娜现象表现为赤道东太平洋地区表层海水的温度持续异常下降,同时伴随着全球性气候异常。某些年份,当太平洋上的东南信风增强,南赤道暖流相应增强,南美洲太平洋沿岸的上升补偿流也增强,使得赤道太平洋东部表层海水温度持续下降,水温低于正常年份。拉尼娜现象发生时,赤道太平洋东部比一般年份更为干旱,而赤道太平洋西部受到暖性海水的增温增湿作用影响,降水比一般年份多,热带气旋数量增加,沿岸地区极易发生洪涝灾害。