1、大氣圈與巖石圈的相互作用和影響第八章 大氣圈與巖石圈的相互作用第一節 巖石風化與氣候第二節 巖石圈變動與氣候第三節 地貌與氣候第四節 風成地貌第五節 沙塵暴 第一節 巖石風化與氣候 風化是指十分接近地表的或直接暴露于地面的巖石，處于新的地球表層巖石圈與大氣圈、水圈、生物圈發生物質與能量交換的環境，所發生的種種物理變化和化學變化。一、巖石的風化與風化殼 風化作用可以劃分為物理風化、化學風化和生物風化。 物理風化：又稱機械風化，是指巖石崩解、破碎而使其物理性質發生變化的過程。比如，溫度變化引起的熱脹冷縮可以使巖石破碎。 化學風化：是指巖石在大氣、水及生物的作用下，化學性質發生變化的過程。 生物風化

2、：是指巖石在生物作用下，其物理性質和/或化學性質發生變化的過程。包括生物物理風化和生物化學風化。物理風化化學風化生物風化 地球表層巖石風化后，由殘留在原地基巖上的風化產物組成的殼層，稱為風化殼。內蒙古碎屑風化殼二、氣候對巖石風化的影響 巖石風化的類型與強度，在很大程度上受到氣候的影響與控制。 干旱地區：由于缺乏水的參與，風化作用比較弱； 寒冷地區：由于溫度低、生物稀疏，化學風化與生物風化都較弱； 冰緣地區：由于溫度經常變化于冰凍點附近，凍結與融化交替頻繁，因而使物理風化作用比較強烈； 溫暖濕潤區：由于溫度高、降水多、生物比較茂盛，物理風化、化學風化和生物風化都較強。 不同氣候-植被帶風化強度的

3、差異（李天杰等）三、巖石風化對氣候的反作用 巖石的化學風化，將吸收大氣中的二氧化碳。吸收的二氧化碳，以化學徑流的形式被輸送到海洋，海洋生物光合作用吸收二氧化碳，將之固定并沉積到海底。當巖石風化加強，吸收的大氣二氧化碳增加。當海洋釋放到大氣中的二氧化碳不能補償巖石風化從大氣中吸收的二氧化碳的數量時，大氣中的二氧化碳含量將會減少。由于溫室效應減弱，將減緩氣候的變暖，甚至導致氣候的變冷。 巖石圈處在不停的運動中。海底在擴張，大陸在漂移，山地在隆起，海溝在加深。這些變化，在很大程度上影響和改變了世界或區域的氣候。 第二節 巖石圈變動與氣候一、海陸分布變化對氣候的影響海陸分布的變化 海陸分布位置的巨大變

4、化導致了緯度位置、洋流分布、大氣活動中心的分布格局等的變化，從而引起世界或區域氣候的變化。緯度的變化洋流的變化大氣活動中心位置的變化全球與區域氣候的變化古近紀干旱盆地碎屑沉積分布（據王鴻貞資料匯編） 由于印度板塊向北的漂移與擠壓，中國西部地區在晚新生代向北遷移了610個緯度（張林源，1991;王建，1996，1999 ），使由干旱碎屑及紅色泥質組合為標志的早第三紀副熱帶干旱帶扭曲成“Z” 形。這一幅度的遷移，足以使我國西北地區脫離副熱帶而進入溫帶，所引致的氣候與環境變化效果可想而知。二、地形起伏變化對氣候的影響（一） 氣溫隨高度的變化。（二） 對局部地區氣候的影響。（三） 對區域和全球氣候的影

5、響。 高原隆升導致北半球晚新生代氣候變冷。 高原隆升，加強了季風環流，使氣候的季節差異增大。 高原的隆升導致了北半球中緯地區干旱氣候的形成。 高原與山地的形成，導致西風帶的分叉，水汽運移不再 經過這些地區，而氣流變為下沉氣流為主，尤其在亞洲 中部和美國西部內陸； 高大地形阻擋了來自附近海洋的水汽進入內陸地區； 在高大地形的上游地區，風暴發生頻率較低。 高原隆升加強亞洲季風的強度，改變季風的風向，改變季 風影響的范圍。高原隆起導致的氣候變冷（Ruddiman)深色區域為變冷區域。顏色愈深，變冷愈顯著 氣候模擬結果表明，隨著高原的隆升，1月中緯地區對流層上部行星風的波動（彎曲）加強，使得高緯地區的

6、冷空氣可以源源不斷地輸向中緯度地區，導致中緯度地區溫度的降低。 隨著高原的隆升，地面積雪越來越多，地面反射率增高，使地面接受到的太陽輻射減少，從而導致地面溫度的降低。 隨著高原的隆升，高原與周圍地區的高差增大，地面的侵蝕作用加強。由于地面風化產物源源不斷地被侵蝕搬運，使暴露于大氣中的、參與風化的物質增多，使參與風化作用的二氧化碳增多，從而使得大氣中二氧化碳的濃度降低，使世界氣候變冷（降低溫室效應）。巖石風化與大氣二氧化碳含量變化的關系(Raymo) 青藏高原隆升對季風環流的影響（Ruddiman) 高原隆升，加強季風環流，使氣候季節差異增大。隆起的地面，其顯熱與潛熱的作用加強，夏季高原往往成為

7、一個熱源，冬季則往往成為一個冷源，從而加強了由于海陸熱力差異導致的季風環流（見右圖）。季風環流的加強，使氣候的季節差異更加明顯：冬季更加寒冷、干燥，夏季更加溫暖、濕潤；也在一定程度上，改變了行星風系控制下的緯度地帶性規律。 高原隆升加強亞洲季風的強度，改變季風的風向、改變季風影響的范圍。風塵堆積分布范圍的變化，在一定程度上可以支持這一觀點。五百萬年來中國風塵沉積分布范圍的變化及其反映的冬季風風向和影響范圍的變化（根據陳明揚，1991；王建，2000）。五百萬年來中國風塵沉積分布范圍的變化 三、巖石圈與大氣圈的相互作用風化作用侵蝕、搬運堆積作用大氣圈的變化巖石圈的變化海陸分布地形起伏大氣環流中心

8、 巖石圈的變化，在很大程度上改變大氣環流，改變了氣候的格局與性質。實際上，改變了的大氣圈，反過來又作用于巖石圈，對巖石圈施加影響。巖石圈與大氣圈是相互作用、相互影響的。巖石圈與大氣圈相互作用、相互影響，決定了地球表層環境的某些特征與性質。侵蝕切割導致負荷均衡上升示意圖 第三節 地貌與氣候 地球表面的形態叫作地貌。地貌是內動力或內力與外動力或外力共同作用的結果。 內動力：指地球內部能量所產生的作用力，主要由巖石圈的變動表現出來，如褶皺運動、斷裂運動、巖漿活動、垂直運動、水平運動、地震等。 外動力：是指地球表面受大氣、水的運動與生物作用而產生的力。 一、地貌對氣候的影響 大陸與大洋是最大的地貌單元

9、。由于大陸與大洋之間的熱力差，產生了季風環流。 從高原、盆地、山地、丘陵到河谷、平原，不同的地貌單元對應于不同的區域或局地氣候環境。在山區，由于山坡與山谷對溫度日變化的響應速度不同，故產生了山谷風。 塑造地貌的外動力，主要受氣候因素的控制。在不同的氣候條件下，由于水熱條件不同，外動力的性質、強度和組合情況皆有所差異，從而形成不同的地貌類型和地貌類型組合。外動力組合和主導外動力隨各氣候帶而有所不同。由于氣候具有水平地帶性和垂直帶性，因此地貌也相應有明顯的地帶性和垂直帶性。二、氣候對地貌的影響與控制地貌與氣候的關系化學風化、塊體移動、流水作用 流水作用、化學風化、土溜（土壤蠕動） 流水作用、風化作

10、用（尤其物理風化）、快速物質移動干化（旱化）作用、風力作用、流水作用 冰凍作用、泥流作用、流水作用冰川作用、雪蝕作用、風力作用 主要地貌過程 陡坡峭峰（中期階段）、渾圓緩丘（晚期階段）、深厚土壤、生物礁 濕熱氣候區 渾圓的山坡、土壤覆蓋、嶺谷相間、廣泛的水流沉積 溫潤氣候區 山麓面、沖積扇、劣地（崎嶇地） 半干旱氣候區 沙丘、鹽盤、風蝕盆地、穴狀風化、干旱谷、風蝕壟槽 干旱氣候區 多邊形地面、泥流階地、石海、石河、石冰川、冰丘冰緣氣候區 刃脊、角峰、冰斗、冰磧冰川氣候區 主要地貌特征 氣候區 三、干旱氣候區地形的演化 干旱氣候區，蒸發量遠遠大于降水量，植被稀疏，物理風化強烈而化學風化較弱。鹽分

11、結晶析出的脹裂作用是干旱區巖石風化破碎的主要過程之一。 大量的碎屑風化產物，在重力作用下沿坡向下移動，聚集山腳。一旦暴雨發生，便由洪水將之運走，堆積在山麓帶外圍，形成扇狀堆積體洪積扇。而山坡重新出露，重新遭受風化剝蝕。在風化作用、重力作用和洪水作用下，山坡不斷地平行后退，即山坡在退縮過程中坡度保持不變，即平行退縮。這是干旱區山坡演化（地形演化）的特征。由于山坡的不斷后退，在山麓形成一種緩緩傾斜的平整基巖面，上覆薄層松散堆積物，稱之為山麓剝蝕面。山坡的進一步后退，山麓面不斷擴大，山體愈益縮小。最后許多山麓面連成一，成為山前夷平面，其上殘留的孤立的山丘即為島山。 在內陸干旱盆地的中心，地勢低洼，地

12、下水和洪水匯集到這里，成為湖泊。雨季過后，湖水蒸發而干枯。由于不斷地積水、不斷地干枯，鹽度越來越大，逐漸成為鹽湖。湖水含鹽達到飽和或過飽和狀態，鹽就會結晶析出，形成鹽殼。死海大咸湖，湖面海拔-395 m，鹽度達30 干旱荒漠區的地表，由于組成物質不同，可以劃分出不同的類型。由裸露巖石、礫石、沙、或者泥巖（黏土）組成的荒漠，依次叫做巖漠、礫漠、沙漠或泥漠。 礫漠（戈壁）沙漠巖漠四、濕熱氣候區的地形演化與地貌發育 在濕熱氣候區，由于高溫多雨，化學風化作用特別活躍，巖石強烈分解，形成很厚的富含鐵鋁的紅色風化殼。 瀑布跌水峽谷段與緩流寬谷段交替出現的情況，是濕熱氣候區（熱帶森林區）河流地貌最突出的特征

13、。 這個地區發育到最后往往形成一種波狀起伏的渾圓的緩丘，其上偶爾突出一種鐘狀的、塔狀的巖丘，并且覆蓋著比較深厚的紅色風化殼。這就是濕熱氣候地區發育的準平原。第四節 風成地貌1.植被稀疏的干燥的地面；2.較大的有相對固定風向的地面風；3.破碎的較易被侵蝕的巖石。第三個條件主要由巖石圈來決定。第二個條件主要由大氣系統決定和控制，但是也受到地形的控制和影響。第一個條件不僅決定于氣候，而且還受到巖石圈的結構和性質的影響。 一、風成地貌是大氣圈與巖石圈相互作用的結果風成地貌形成的基本條件是： 風對地面巖石的侵蝕作用，簡稱為風蝕作用，主要表現在兩個方面： 一是風的吹蝕作用，也就是地表的松散顆粒被風刮走的過

14、程； 二是風的磨蝕作用，即風吹動沙粒或石塊對地面撞擊、磨損的過程。 當風力減弱或遇到阻礙時，由風攜帶的顆粒就會降落到地面或者在地面停止運動而堆積，這就是風積作用。 二、風蝕地貌風蝕作用 由于風的運動壓力作用，將地表的松散沉積物或基巖上的風化產物（沙丘）吹走，使地面遭到破壞的作用。可分吹蝕作用和磨蝕作用 。石窩 石窩是在陡峭的迎風巖壁上，經風蝕形成許多圓形或不規則橢圓形的小洞穴和凹坑。風蝕蘑菇 主要由于風沙流對巖石磨蝕受到高度的限制。距離地面一定高度以上的氣流沙量少，磨蝕小；而近地面部分沙量多，磨蝕作用強。長期形成蘑菇狀。特別是水平成層、軟硬不同的巖石，當下部的巖性較上部易于風化、易于變得疏松時

15、，蘑菇石更易形成。風蝕柱 垂直裂隙發育的巖石，在風長期吹蝕后形成的孤立的柱狀巖石。 風蝕殘丘 基巖組成的地面經風化作用和暫時水流的沖刷，以及長期的風蝕作用后，殘留下的孤立小丘。風蝕城堡 基巖巖性軟硬相間且水平成層，垂直節理不均的干旱地區經長期流水侵蝕和強勁的風蝕作用形成平頂層狀或尖塔狀小丘，遠看像古城堡的斷壁殘垣。風蝕雅丹（風蝕壟槽） 泛指發育在古代河湖相的土狀堆積物中，方向與主風向一致的風蝕土墩和風蝕凹地（溝槽）的地貌組合。風蝕洼地 松散物質組成的地面，經風長期吹蝕形成大小不同的以橢圓形為主的，沿主風向伸展的洼地稱風蝕洼地 。單純由風蝕作用造成的洼地多為小而淺的蝶形洼地，若有水，則形成湖泊。

16、 風積作用:風沙流運動過程中，當風速變弱或遇到障礙物（如植物或地表微小的起伏），以及地面結構或下墊面性質改變（如由堅硬細石床面變為松散的沙粒地面）時，沙粒從氣流中下落堆積的作用。三、風積地貌 由風積作用形成的地貌叫做風積地貌。風積地貌包括沙波紋、沙堆、新月形沙丘、拋物線沙丘、金字塔形沙丘、縱向沙壟、沙丘鏈等。風蝕與風積地貌是干旱區的突出特征。 沙漠里最基本的風積地貌是沙丘，按其與塑造沙丘形態的風之間的相互關系可分：垂直于風向的橫向沙丘形態新月形沙丘、沙丘鏈和復合型沙丘鏈等；平行于風向的縱向沙丘形態新月形沙壟、沙壟和復合型沙壟等；多方向風作用下的沙丘形態金字塔沙丘等。沙丘 新月形沙丘是一種最簡單

17、的橫向沙丘形態，它是在風向較固定的風力作用下形成，形似新月，兩翼順主風向延伸，迎風坡凸且緩，背風坡位于兩翼間，凹而陡。橫向沙丘新月形沙丘的形成過程新月形沙丘的形成示意圖（楊景春，1985） (a) 沙堆使近地面風速發生變化； (b) 迎風坡受到風沙的沖擊，并因上面風速增大而產生上舉分力，背風坡產生渦流 ；(c) 沙丘增高的同時，背風坡馬蹄形洼地也增大； (d) 形成典型的新月形沙丘新月形沙丘鏈 在沙源充足的地區，密集的新月形沙丘相互連接，形成與風向垂直分布的新月形沙丘鏈。新月形沙丘和新月形沙丘鏈還會不斷增高和擴大，并在迎風坡上發育許多次一級的小新月形沙丘和沙丘鏈，形成復合新月形沙丘和復合型沙丘

18、鏈。縱向沙丘 在單向風或幾個近似風向作用下形成向主風向延伸的壟狀堆積地貌，在亞熱帶信風沙漠中分布最普遍。有些規模巨大沙壟上發育復合縱向沙壟 。多風向沙丘 多風向且風力相差不大的情況下可發育金字塔形、星形等形狀的沙丘。多風向沙丘一般作零星的單個分布，但也有多個組成的不規則壟崗。鳴沙山金字塔形沙丘第五節 沙塵暴沙塵暴是大氣圈與巖石圈相互作用的產物。第一，沙塵暴的形成需要地面干燥，并且地面上要有比較豐富的碎屑物質。要達到這一要求，一方面除氣候必須比較干燥外，另一方面巖石圈表面要比較破碎或分布有較多的松散沉積物。巖石的破碎狀況取決于巖石的組成、結構、構造和巖石風化的條件與程度。 沙塵暴多形成于干旱、半干旱地區，中亞、北美、中非和澳大利亞是世界上四大沙塵暴區。 一、大氣圈與巖石圈相互作用和沙塵暴 內蒙古拐子湖站記錄的沙塵暴發生頻率的季節變化（根據吳盧榮等改繪）內蒙古拐子湖沙塵暴發生頻率季節變化與大風及相對濕度的關系（根據吳盧榮等資料繪制） 二、