地球表层系统和人地耦合系统的区别与联系是什么，求求，感激感激

论述人类与地球表层环境的关系

研究地球表层（一个非生物、生物和人的巨系统）的状态、结构、功能、演化等规律的科学。地球表层指与人类直接有关的一部分地球环境，其范畴大致上始大气对流层顶，下至岩石圈上部，包括大气、水、岩石、生物在内的特殊圈层。由于太阳辐射能在地球表层流通转化成负熵流，使地球表层形成远离热力学平衡态的稳定的耗散结构系统。包括庞大的自然地理系统、自然生态系统和人类生态系统（包括社会经济系统）3个基本层次；是一个由非生物过程、生物过程和逐渐居于主导地位的人文过程相互叠加有自组织能力的物质体系，具有从混沌到有序的长期演化发展历史。人们很早就把地球表层看作一个整体的物质体系，1875年奥地利地质学家休士（E. Sues

人与环境耦合系统是指

以大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和智能圈相互耦合。根据查询相关公开信息显示，人类与环境之间的能量传递、物质交换，是以地球表层为依托、以大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和智能圈相互耦合。生态系统是人类与环境相互作用形成的耦合系统，在全球变化和人类活动驱动下，社会系统与生态系统均处于不断加剧的动态变化。

怎样理解地球系统是开放系统

地球系统是复杂开放性巨系统 钱学森先生80年代提出地理系统，称之为开放的复杂巨系统。它涉及自然系统和社会系统，是二者的耦合系统。用这样的眼光看我们的地球系统是这样的-- 地球系统是一个典型的开放复杂巨系统。 地球的组成多种多样，形成极其复杂的、极多层次的网络结构，并且是不均一的。 在全球尺度上，地球系统是相互关联、相互制约、相互作用的， 各具特点的地核、地幔、岩土圈、水圈、气圈、生物圈、人类圈各子系统， 和地球空间系统组成巨大的复杂动力系统， 也可简化为相互关联和相互作用的地球深部系统、地球表层系统和地球空间系统。 各圈层子系统内部的圈层之间发生着物质、能量、动量的传输、交换与分配， 发生各式

地球物质系统

（1）地球物质系统是一个开放系统

地球作为茫茫宇宙中的一颗行星天体，不可能是个封闭孤立系统，而与其他天体毫无干系。事物发展的基本规律告诉我们，自然现象之间的互相联系、互相制约是普遍存在的。很难想像地球在几十亿年的时间内，其发展演化是与宇宙的发展演化分割开来的。地质现象的发生与发展绝不是孤立的，它与宇宙中各种天体的运动变化有关。地球靠万有引力与其他天体维系在一起，并适应引力与斥力联合力场的要求，稳固在现在的绕日轨道上。各种天体的运动变化作为一种能量的转换，势必引起地球自转角速度的变化，进而影响各种地质现象的发生。

地球物质系统从地球形成之时到其形成以后的整个发展演化过程中，始终处于开放状态。地球是太阳系的一颗行星，太阳系形成之时，也就是地球诞生之日。关于太阳系起源的假说有几十种，它们的提出者们都是把太阳系的起源置于开放系统中来论述的。康德的“微粒假说”认为，物质有其自身的运动规律，宇宙中普通分布着由尘埃微粒和气体质点组成的“原始星云”，在原始太阳星云的空间，由于万有引力作用，中心密实的庞大“星云团”演变成原始太阳，四周稀疏的微粒在引力和斥力作用下，一方面由小聚大，另一方面绕日旋转，逐步形成行星和卫星。这表明地球在其形成之时就处于开放系统中。

地球在其形成以后的整个发展进程中也一直处于开放系统。徐道一等在《天文地质学概论》中，对银河系运动与宏观地质现象、超新星爆发与地质灾害、太阳活动与日地关系、太阳系天体对地球的影响等问题进行了系统阐述，从多个方面论述了天文因素对地球物质系统发展演化的影响并列举了大量例证。

银河系中G值（万有引力常数）的变化与地质现象的发生有良好的对应关系。当太阳从近银心点运行到远银心点时，G值增大，导致太阳光度变大，地球半径缩小；当太阳从远银心点运行到近银心点时，G值减小，太阳光度变小，地球半径增大。这些变化会引起地球质量的变化，以及地球上地质构造、红层与矿产的形成。太阳系在银道面上下的往返周期（约0.8亿年）及其半周期与各种地质旋回的基本周期相近，表明太阳系在银河系中的运动，对地球物质系统的发展演化确有深刻影响。

太阳是太阳系的中心天体，地球是离太阳较近的一颗行星。太阳活动对于地球的影响显而易见。太阳是地球大气、陆地和海洋温度变化的基本能源。太阳的运动变化会导致地球环境的改变、气候的改变、大冰期的重复出现，对生物的产生、发展和灭绝产生深刻影响。太阳活动（主要表现为太阳黑子、耀斑、谱斑、日珥等）的周期性变化制约着地球上各个方面、各个因素的周期性变化。太阳活动可影响到大气圈、水圈、生物圈，也可波及岩石圈。现代构造变动、地震活动与太阳活动有良好的相关性。

太阳系天体（包括行星、卫星、小行星、彗星、流星及陨石等）的运动变化也会对地球产生影响。在地球上已经发现百余个陨石坑，这表明陨石冲击事件的存在。陨石冲击事件的发生促使地球产生一系列相关地质作用，并进而影响地球今后的长期发展。小行星撞击作用可在地球上引起构造变动、冲击变质、地壳局部熔融而产生的岩浆活动、地震、海啸、地磁倒转、气候变化和生物灭绝等地质事件的发生。

月球对地球物质系统的作用也不可忽视，地球因月球的引力作用产生潮汐，潮汐力消耗地球动能，并对其内、外动力地质作用产生影响。

以上我们阐述了地球在其形成之时、在其形成之后均处于开放系统中，银河系、太阳系的运动变化都会对地球产生影响，充分说明了地球物质系统是一个开放系统。

（2）物质交换过程及其对环境演变的影响

自从生命产生以来，地球系统的发展始终受到物质交换过程的影响。理论上这种生理过程对地球系统的影响可以被分为三种不同类型。

1）估计自40亿年前，起码自38亿年前，生理过程已在进行。这些过程是通过有38亿年年龄的格陵兰Isua岩石中特殊的碳同位素信息以及化石遗存被证实的。碳交换的开始曾导致一种特殊的与有机体相关的分异。据估计，当时绝大多数生理过程大都是在缺氧、高温的水环境中进行的。看来，现代的深部生物圈似乎代表着这种原始状态。

2）30多亿年之前，各种不同细菌中光合作用系统（叶绿素Ⅱ和其他色素和膜系统）的发展导致了氧气的释放，并与此相联系促使地球系统发生了一次深刻的变革。富O₂大气圈的形成持久地改变着表层生物圈（地球表层/土壤、水圈、大气圈等）的生物化学和地球化学过程，O₂胁迫作用导致了在一个细胞内复杂的微细胞器群体的产生（内源共生体理论），并由此形成了真核细胞，进而形成复杂的多细胞系统。

3）前寒武纪向寒武纪的转折时期出现了生物矿化作用（Biomineralization）过程。当时水环境中过饱和钙的存在，可能导致了特殊的能够耦合Ca^2＋的大分子的出现。有机体被迫发展排除钙毒害作用的机制，而这种机制可能控制着真菌的钙交换。这种分子中的一种类型就是母体分子，它们的功能在于吸纳生物矿物质并控制矿物质的生长。只有通过这种过程，才形成了复杂的有机物控制系统，而这一控制系统可能造就了有机体、有机体群落以及生态系统的差异性。

进一步关于地球历史中物质交换过程发展的研究，对于将来预估岩石圈表层进行着的地质过程、地球化学过程和生物化学过程将会有重大的影响。

（3）地球-生命耦合系统

生物圈和生命的发展史具有不连续性，而生物多样性的变化反映了这种不连续性。地史过程包含着生物进化过程，生物多样性变化总是伴随着新的栖息地的形成和灾难性事件的出现。目前很多研究者认为，人类正面临着生物多样性危机，这种危机正在接近地史时期中的生命大灾难时期，或者也可能正在跨越生命大灾难时期。地史时期很多大灾难都被认为是生物不再能够适应由地球本身因素和/或地球外部因素导致的环境突变（如气候变化、火山爆发、海陆变化或流星撞击等）的最终结果。

（4）地球物质系统是一个远离平衡态的系统

地球从其形成之时，就一直处于长期的发展演化中，它从未达到不再随时间变化的平衡态。因此，地球物质系统是一个远离平衡态的系统，它时刻都在运动变化，进行着从无序向有序的演化。

地球大约在46亿年前开始形成，它最初的形式是围绕太阳旋转的一团星云物质，由于向心力作用而逐渐凝聚收缩形成地球。其内圈经历了由原始地核（熔融状态、无层次，50亿～46亿年前）-核幔分化-幔壳分化（46亿～35亿年前）-硅钙层形成（34亿～30亿年前）-硅铝层形成（30亿～19亿年前）的循序演化序列；地球外圈经历了从原始地壳（45亿年前）-大气圈形成-水圈形成与生命伴生（34 亿年前）-生物进化（34亿年前至今）的循序和同步演化序列。

现今地球的多圈层周心式绕核运动，体现了地球物质系统的发展是其结构从无序到有序、从少层次到多层次的过程。地球圈层的形成经过了从原始均匀球到现代非均质球、从重力热力分异到物理化学分异、从内部圈层到外部圈层的同心增长的演变历程。

不仅地球的圈层演化是地球物质系统在远离平衡态下从无序向有序发展的体现，而且地壳的波动旋进，地球自转快慢的递变，地球体胀缩交替变化，地球的重热均衡代偿，地球物质的多相分化，岩矿的共生组合，有规律旋回发展的构造变动、岩浆活动、变质作用、沉积作用及成矿作用等，都是地球物质系统在离平衡态下从无序向有序发展的体现。

威尔逊从板块运动的观点出发，根据现今世界上大洋盆地的特点，以时间轴为坐标轴，按生命周期总结出大洋发展的6个阶段：胚胎期（大陆裂谷）-幼年期（红海亚丁湾）-成年期（大西洋）-衰退期（太平洋）-终了期（地中海）-遗迹（喜马拉雅山）。“威尔逊旋回”体现了地球物质系统中大洋这个子系统在远离平衡态下从无序向有序的演化。

综观上述，地球物质系统的形成演化史，就是其在远离平衡态下不断向有序化发展的历史。现今的地球物质系统仍是一个远离平衡态的系统，仍继续向更高级的有序方向发展。

（5）地球物质系统内部各个要素之间存在着非线性的相互作用

这些相互作用产生的协同效应与相干效应，是推动地球物质系统向有序化发展的必要条件之一。地球物质系统是一个规模庞大、空间广阔、时间漫长、结构复杂、功能综合、因素众多的复杂动态自然系统，其内部诸要素之间的相互作用或联系，显然不可能是简单线性的相互作用，而只可能是复杂非线性的相互作用。

从地质作用的角度来看，沉积作用、岩浆活动、变质作用、构造变动以及成矿作用都不是彼此孤立互不相干的。成矿作用的发生，依赖于其余四种作用的发生，构造变动是以其余四种作用的产物作为其物质基础的。岩浆活动、变质作用和沉积作用的发生也与各自相异的其他四种作用的发生有关。这些地质作用的非线性关系，表现为在时间分布上的不均匀性与不可逆性，以及在空间分布上的不均匀性。在地球发展史中，某一时期所发生的地质作用类型、强度及规模等不可能是前期的简单重复，在这一时期是以这种地质作用占主导，而另一个时期可能是以另一种地质作用占主导，这是地质作用在时间分布上不均匀与不可逆性的体现。空间分布上的不均匀性表现为，在此区域是以此种地质作用为主，而在彼区域是以彼种地质作用占主导。一个区城的隆起必然有另一个区城的沉降相对应，而一个区域的挤压必然导致相邻区域的拉张。以上分析表明，地质作用是彼此相关的，故其相关性不可能由简单的线性关系来表征。

地壳岩石圈三大类岩石之间也存在着非线性相互作用。岩浆岩、沉积岩、老的变质岩为变质岩的形成提供物质来源；岩浆岩、变质岩、老的沉积岩为沉积岩的形成提供物质来源；岩浆岩的来源有二，一是深埋于地下的沉积岩、变质岩和老的岩浆岩的重熔，二是地幔物质的上涌与侵入。三大类岩石之间的相互依存关系，并非是简单的线性关系，而是复杂的非线性关系。

地球的地壳、地幔、地核之间同样存在非线性相互作用。地幔物质的上涌与侵入，为岩浆岩的一种来源，是壳幔相互作用的一种表现。地幔对流驱动岩石圈板块运动，地幔物质在大洋中脊处通过海底扩张涌入洋壳，洋壳板块与陆壳板块碰撞，陆壳物质加入洋壳板块中，洋壳板块携带地壳物质在毕鸟夫带俯冲消亡进入地幔。上述过程也是地幔与地壳相互作用的体现。

综上所述，各类地质作用之间的相互作用，岩石圈三大岩类之间的相互作用，地核、地幔、地壳之间的相互作用，均是地球物质系统内部诸要素之间存在的非线性相互作用的一部分表现形式。这诸多的非线性相互作用所产生的协同效应与相干效应，是地球物质系统不断向有序化发展的必备条件之一。

（6）涨落导致有序，巨涨落与地质事件中的巨旋回运动相对应

把耗散结构理论中的“涨落导致有序”原理应用于地球物质系统，巨涨落这个概念可以和地质事件中的巨旋回运动（如印支运动）相对应。我们可把巨旋回运动称之为“巨涨落地质事件”。巨涨落地质事件一旦停止，形成的动态有序结构的功能作用暂时消失，而这种结构还可保留到下一个巨涨落地质事件的开始期。两个巨涨落地质事件发生之间的时期，地球物质系统进入一个较为平静的发展阶段，发生的涨落也相对小一些，这段时期相当于哲学上所讲的量变或渐变阶段；而巨涨落地质事件发生阶段，相当于哲学上所讲的质变或突变阶段。

地球物质系统在其漫长的发展演化历程中，巨涨落地质事件的发生起了十分重要的作用。涨落导致有序。涨落是使地球物质系统螺旋式从无序向有序演化的必要条件之一。下面以中国大地构造的演化为例，说明巨涨落地质事件在地球物质系统发展演化中的巨大作用。

中国大地构造演化经历了8个阶段，分别对应于8个巨涨落地质事件，每个巨涨落地质事件在中国大地构造演化中所起作用各不相同，下面逐一论述（以发生年代由早至晚为序）。

1）阜平巨涨落地质事件（25亿年前），下分二期。迁西期（30亿年前），导致中国最早陆核的形成；阜平期（25亿年前），开始中国陆壳的一个重要形成期，形成萌地台。

2）吕梁巨涨落地质事件（18.5亿年前），下分二期。五台期（22亿年前），导致出现雏地槽、雏地台两种性质不同的单元，并最终形成规模较大的原地台；吕梁期（18.5亿年前），导致中朝准地台的基本形成。

3）晋宁巨涨落地质事件（8.5亿年前），导致扬子、塔里木地台形成，并与中朝准地台连成一体，形成古中国地台。

4）加里东巨涨落地质事件（4亿年前），导致古中国地台解体，昆仑、秦岭、北山、天山等地槽系形成。

5）海西巨涨落地质事件（2.3亿年前），导致中国北部中亚-蒙古等地槽系封闭，西伯利亚地台与中朝地台连成一体，中国南部原始中国大陆壳与印度大陆壳联结起来；中国东部太平洋板块俯冲，将中国大陆部分与中国台湾、琉球、日本、库页岛、堪察加半岛等连成一体，从而导致古亚洲大陆壳的形成。

6）印支巨涨落地质事件（1.95亿年前），古亚洲大陆部分解体，滨太平洋和特提斯、喜马拉雅构造域开始强烈活动。印支巨涨落地质事件发生前，中国大地构造的发展就总体讲，分别围绕华北-塔里木、西伯利亚和印度3个古陆壳发展，陆壳有不断扩大趋势，此时中国构造主体方向与华北-塔里木地台呈一致的东西向延伸。印支巨涨落地质事件发生后，塑造了浩大的西部印支褶皱带，而东部则一改以前长期存在的南北分异局面，开始进入东西分异的新阶段，从根本上改变了中国东部构造发展的方向和格局。

7）燕山巨涨落地质事件（0.65亿年前），导致统一的中国大陆继续解体，中国大陆及邻近地区的构造格局和古地理轮廓发生了重大变化，裂陷作用的强度和规模空前。

8）喜马拉雅巨涨落地质事件（0.65亿年前至今），导致古特提斯海的关闭，发生强烈的褶皱断裂变动、岩浆活动和变质作用，对最终形成中国现代复杂的地貌景观有重大影响。

关于巨涨落地质事件的发生机制，一方面，地球物质系统内部两个巨涨落地质事件之间的渐变阶段，是各种能量逐渐积累聚集的时期，当能量积聚到一定程度，就可导致巨涨落地质事件的发生；另一方面，如前所述，地球物质系统是一个开放系统，银河系中任何天体的运动变化均可能导致巨涨落地质事件的发生。再者，巨涨落地质事件的发生也可能是上述两个方面联合作用的结果，但因时间和（或）空间的不同，这两个方面的作用有主次之分。倘若地球物质系统内部的能量已积聚到一触即可发生巨涨落地质事件的程度，此时又有地球物质系统以外天文因素的诱导，则可发生规模和强度更加宏大的巨涨落地质事件。

怎样理解土壤在地理环境中的地位和作用，以及土壤和人的关系

答：①地位及作用：土壤是地球表层系统的组成部分，是指地球表面能生长绿色植物的疏松 层，处于人类智慧圈、大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的界面和相互作用交叉带，是 联系有机界和无机界的中心环境节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。 ②土壤与人的关系： 为绿色植物光合作用提供协调水分、 养分、 温度、 空气等营养条件， 向人类和陆生动物提供食物、纤维物质，故土壤是人类发展的重要自然资源；通过土 壤形成发育过程分解和净化人类生存环境中的污染物和废弃物，因而土壤即是陆地生 态系统食物链的首端，又是维持生存环境质量的净化器。

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