1、第二节第二节自然地理环境的节律性自然地理环境的节律性 自然地理过程（及其现象）随时间重复出现的变化规律称为自然地理环境的节律性，简称节节律性或节奏性、韵律性律性或节奏性、韵律性。节律性是自然界一种特殊的（时间）循环。显然，它是在发展背景上的重复，是递进中的循环。自然地理环境的节律性可概括为三类型：一是周期性节律，二是旋回性节律；三是阶段性节律。第二节第二节自然地理环境的节律性自然地理环境的节律性 一、周期性节律 二、旋回性节律 三、阶段性节律一、周期性节律 周期性节律是自然地理过程按严格的时间间隔周期性节律是自然地理过程按严格的时间间隔重复的变化规律。重复的变化规律。它发生在地球自转和公转及它
2、发生在地球自转和公转及地表光、热、水的周期性变化基础上。地表光、热、水的周期性变化基础上。具体而具体而言，周期性节律主要发生在一定地区的昼夜更言，周期性节律主要发生在一定地区的昼夜更替日周期和季节更替年周期基础上。前者称昼替日周期和季节更替年周期基础上。前者称昼夜节律，后者称季节节律。夜节律，后者称季节节律。1.1.昼夜节律昼夜节律 2.季节节律季节节律 1.1.昼夜节律昼夜节律人类感觉最深刻的自然节律是昼夜的循环更替。(二二)季季节节节节律律 地地球球自自转转每天一段光光明明和一段黑黑暗暗 每天一段加加热热和一段冷冷却却 自自然然地地理理过过程程及及其其现现象象都都随随着着昼昼夜夜更更替替复
3、复而而出出现现气气候候要要素素日日变变化化：气温、气压、云量、风等的日变化。光光的的性性质质日日变变化化：晨晨昏昏长波光占优势；中中午午短波光相对增加。地地表表水水体体的的温温度度：白天升高，夜间降低。冰冰川川补补给给的的河河流流：白白天天融冰量大，河流水位上涨；晚晚间间融冰量小，河流水位下降。岩岩石石的的机机械械风风化化：白白天天热胀，夜夜间间冷缩。植植物物：白白天天主要进行光光合合作作用用，积累自身物质，蒸蒸腾腾强强，植物充充水水度度低低；晚晚上上主要进行呼呼吸吸作作用用，蒸腾弱，植物充充水水度度大大。动动物物：浮浮游游生生物物在白大潜入水下，而晚上升上水面。昼昼行行性性动动物物“日出而作
4、，日落而息”，夜夜行行性性动动物物则相反。注注意意：极极地地地地区区由于出现极极昼昼现象，使那里昼夜的节节律律性性复复杂杂化化了。2.季节节律季节节律 ；地地球球公公转转季季节节更更替替自自然然地地理理过过程程和和现现象象出出现现以以季季节节(年年)为为周周期期的的节节律律变变化化 气气候候的夏热冬冷，夏雨冬雪 季季风风进退 冰冰川川运运动动夏快冬慢 河河流流水水情情冬封春解或夏洪冬枯 岩岩石石热季膨胀，冷季收缩 植植物物季相变化，春华秋实 动动物物季节移栖和冬眠(动)夏动(眠)其它周期性节律其它周期性节律 自然地理环境的周期性节律并不限于不限于昼夜节律和季节节律。1、潮汐的周日变化、潮汐的周
5、日变化 潮汐的周日变化也是一种周期性节律。海洋中很多动物觅食的时间安排同潮汐的节律是一致的。像哈蜊、藤壶、蝎牛、牡蛎等生物，涨潮涨潮时就积极地寻找食物，而落潮落潮时就躲在紧闭的硬壳内。月节律变化月节律变化以周月为基础周月为基础的周期性节。海洋生物似乎都以某种方式对月相变化月相变化或月球月球引力变化引力变化作出反应。例如：每当夏日月圆之夜夏日月圆之夜，大量的大西洋萤火虫大西洋萤火虫就聚集在百慕大群岛附近；蝼蛎蝼蛎满月前后群集飞在特定的海域，以利繁殖和存活；鱼鱼类类泅游和繁殖也常以月周期进行。周期性节律特点周期性节律特点 周 期 性节 律 在不不 同同 区区域域 具 有不 同 的性 质 和特 点
6、季季 节节 节节 奏奏 的显 著 程 度 随随纬纬 度度 增增 加加 而而增增 加加 昼昼 夜夜 节节 奏奏 的显 著 程 度 随随纬纬 度度 增增 加加 而而减减 少少两两 极极 地地 区区 的 节 律 表 现 特 殊，这 里的 昼昼 夜夜 节节 律律 可 以和和 季季 节节 节节 律律 相相 重重叠叠，两 者 相 互 制 约 又 相 互 加 强。赤赤 道道 地地 区区 则 基 本 不不 存存 在在 季季 节节 节节律律，而 昼昼 夜夜 节节 律律 十十 分分 突突 出出。纬纬 度度 相相 同同 的 情 况 下，一 般 内内 陆陆 区区域 的 节 律 振 幅 和 频 率 大 于 沿沿 海海
7、及海海 洋洋 区区 域域，且 时时 相相 也也 不不 同同。总之，总之，自然地理过程和现象的昼夜节律和季节节律主要根源主要根源在于地球自转地球自转和公转运动公转运动，以及由此而引起的能量输入能量输入与转转换换的节律性变化节律性变化。时间结构实质上是自然综合是自然综合体的动态结构体的动态结构。当我们确定自然综合体的稳定性时，决不能因此否定它的动态性，这种动态就是空间结构稳定的自然综合体的周期性节律变化。二、旋回性节律 旋回性节律是以不等长的时间间隔为重复周期的自然演化规律。比较于周期性节律，这是更高一级、更为复杂的自然节律。在自然界中，地质旋回和气候旋回是旋回性节律的典型范例。1.1.地质旋回地
8、质旋回 2.2.气侯旋回气侯旋回1.1.地质旋回地质旋回 地地质质旋旋回回 1、岩 层 的 沉沉 积积 层层 序序 非 常 鲜 明 地 反 映 了 地 质 旋 回 的 节 律 性。如 海 侵 海退 旋 回。2、地 质旋 回 历历程程漫漫长长，且周周 期期 长长短短 变变 化化很很 大大。(1)地地 质质 旋旋 回回 的的 周周 期期：太 古 代、元 古 代、古 生 代、中 生代 和 新 生 代 等 地地 壳壳 演演 化化 时时 期期。(2)各各 地地 质质 时时 期期 时时 间间 长长 度度 不不 等等(表表 3.1 3,P.13 3)：A r-1 4；P t1-7；P t2-9；P t3-1
9、.8 5；P z1-2.1 5；P z2-1.5；M z-1.8；K z-0.7 亿 年 以 来。(3 3)每每 个个 时时 期期：首首 末末 都 是 地地 壳壳 活活 动动 强强 烈烈，大大 陆陆 扩扩 展展 以 及气气 候候 的的 变变 异异 等 为 特 征；其其 间间 以 地 壳 长 期 相相 对对 稳稳 定定、持持 续续的的 剥剥 蚀蚀 夷夷 平平 和 沉沉 积积 作作 用用、稳稳 定定 的的 气气 候候 等 为 特 征。3、地 质 旋 回 具 有 级级 别别 不不 同同 的的 周周 期期：地 质 纪纪-4 0 0 0万 年 左 右；地 质 世世-1 0 0 0-2 0 0 0 万 年
10、 左 右。4、地 质 旋 回的 周周 期期 基 本决 定 于 天天 文文因因 素素 (1)周 期 为40 0 0万万 年年 以 上 的 地 质 旋 回，作用 广 泛，可 作 全全 球球 性性 对对 比比，其 共 同 特 点 是 均与 太 阳 系 在 银 河 系 中 的 运 动 状 况 有 关。(2)太太 阳阳 系系 参参 与与 银银 河河 系系 的的 整整 体体 运运 动动，绕 银 心 运 行一 周 的 时 间（银银 河河 年年）约 2.5 亿亿 年 地 质 代 的长 度。其 间 太 阳 系 处 在 银 河 系 的 不 同 位 置，在 银河 系 的 旋旋 臂臂 间间 穿穿 行行。(3)太 阳
11、系 相 对 于 银 道 面 作 上上 下下 往往 返返 运运 动动，其 往 返 周 期约 为 80 0 0 万万 年，在 银 道 一 侧 约 40 0 0 万万 年 地 质 纪纪 的长 度。(4)蒋蒋 志志(1 9 8 1)，把 地 史 上 一 些 重重 要要 界界 限限 的的 经经 验验 关关 系系 与 银银 河河 系系 密密 度度波波 理理 论论 联 系 起 来：银银 河河 系系 旋旋 劈劈 螺 旋 扰 动 引引 力力 场场 势势 阱阱，地 球 通 过 银河 旋 臂 时，扰 动 引 力 场 对 地 球 产 生 引引 潮潮 效效 应应 破 坏 地 球 的 能 量 平衡 造造 山山 运运 动动
12、。不 同 级 次 的 旋旋 臂臂 对 应 着 不 同 级 别 的 地地 质质 年年 代代 单单 位位。(5)综综 合合 研研 究究 结结 果果：太 阳 演 化 大大 周周 期期 1 0 0 0-2 0 0 0 万 年 的 地 质 旋 回，太 阳内 部 物 质 成 分 的 长 期 变 化 可 能 有 1 2 00 万 年 的 周 期；地地 球球 公公 转转 轨轨 道道 参参 数数 的变 化 1-1 0 万万 年 的 地 质 旋 回。(2)如早古生代-2亿年。晚古生代-1.75亿年，中生代-1.55亿年。2.气侯旋回气侯旋回 （1）世纪内旋回。（2）超世纪旋回。（3）冰期-间冰期旋回 1世世纪纪内
13、内旋旋回回：旋回周期几几年年-几几十十年年(1)王王绍绍武武，20 世纪以来我国的冷暖干湿演变（表表10.3）：大致按暖暖干干-冷冷湿湿-冷冷干干-暖暖湿湿-暖暖干干的顺序变化，干干湿湿，10 年；暖暖冷冷，20 年 暖暖干干暖暖干干，40 年。(2)张张家家诚诚等等，长长江江中中下下游游五五站站（上海、南京、芜湖、九江、汉口）1885-l972 年 5-8 月降水的多年变化以及北北方方五五站站（北京、天津、保定、石家庄、营口）1891-1972年 7-8 月降水的多年变化：35 年年为周期的三三个个少少雨雨期期，北方对应的三个少雨期比南方落后 7-8 年。(3)何何大大章章(1977)，广东
14、省的干干旱旱周周期期为 35 年，但近期有变变短短的趋势，其周期缩短到 30 年。其间还存在小的波动周期，这些小周期为 l0-11 年。2超超世世纪纪旋旋回回周期100-10000年(1)世世 界界气气 候候旋旋回回：1800-1900 年 A、寒寒湿湿气气候候阶阶段段：300-500年，其间冰川扩展，河流水量增加，湖泊水位上升。B、干干热热气气候候阶阶段段：1000 年以上，其间冰川退缩，河流变浅，湖泊水位下降。(2)我我国国气气候候变变迁迁（竺可帧）：5000 年年来我国气候变迁规律具有 400 年、800 年、1200 年和 1700 年等四种不等的周期。(3)我我国国第第四四纪纪气气候
15、候变变迁迁（段万侗等，1978）：从进入冰冰后后期期的 1 万年时间以来，曾出现了三三次次寒寒冷冷期期与两两次次温温暖暖期期：泄湖寒冷期-仰韶温暖期-周汉寒冷期-普兰店温暖期-现代小冰期。3、冰冰期期-间间冰冰期期旋旋回回。周期：l 万-l00 万年，可达 4000-8000 万年。近 7 亿年来，地球经历了多次冰期-间冰期。气气候候旋旋回回 暖干冷湿冷干暖湿暖干的顺序变化，从干到湿以 10年为周期，从暖到冷以 20年为周期，两者结合起来从暖干再到暖干的周期是40年。气 候气 候旋 回旋 回的 形的 形成 是成 是多 种多 种因 素因 素的 综的 综合 结合 结果果1、世纪内旋回、世纪内旋回与
16、太阳黑子活动太阳黑子活动和火山活动火山活动有关。2、超世、超世纪旋回纪旋回受太阳太阳黑子活黑子活动长期动长期变化变化和九大行九大行星运行星运行轨道轨道影响。(1)九星会合九星会合的地心张角大小地心张角大小与我国气候冷暖冷暖期期相对应，说明两者之间有联系(任振球等，1981)。(2)地球围绕太阳的公转轨道参数变化公转轨道参数变化是气候发生几万几万-十几万十几万年变化的重要因素。(3)几百万年的旋回几百万年的旋回周期变化可能与太阳长期太阳长期变化变化有关。太阳长期变化表现在太阳核反应性质太阳核反应性质和强度和强度的变化、太阳太阳与地球距离与地球距离的变化、行星际行星际空间密度空间密度的变化以及太阳
17、系内部结构太阳系内部结构的重大变化等。太阳的长期变化不会是孤立的，有可能与太阳在银河系中所处环境有关。3、太阳系 在 银河 系 中的 位 置位 置变化变化，与上 千 万年 的 冰冰期期-间冰间冰期期 旋 回有关。(1)冰期的成因冰期的成因 1：麦克利（McCrea，1975，1976）指出，太阳系经过银河系的一个旋臂时遇到密度较大的星际物质云星际物质云，可以使地球上产生类似冰期冰期的气候突变。这是因为因为当太阳系进人一个相当稠密的星云区时，天体间的星际物质可以阻碍太阳阻碍太阳风吹临地球风吹临地球，而使地球大气中宇宙尘埃增加大气中宇宙尘埃增加，提高了地球行星反射率反射率，输入地球的太阳辐射减太阳
18、辐射减少少，气候变冷，导致冰期形成。(2)冰期的成因冰期的成因还有多种解释，但 80 年代以来发表的有关文章，大部分是天文因素控制冰期天文因素控制冰期的论点银河系、太阳和地球轨道参数等方面。太阳在银河系中所处环境有关。少，气候变冷，导致冰期形成。三、阶段性节律 生物自身特性所形成的节律具有阶段性的特点。这是指生物类群在周期性或旋回性变化的背景上，以一定阶段为周期表现出的突变性的重复突变性的重复。按节律的性质可划分为以下两类。l.l.生物生长节律生物生长节律 2.2.生物进化节律生物进化节律 l.l.生物生长节律生物生长节律 每种生物的生命运动，无论是单细胞生物的、高等动植物的或是人类的，其生长
19、过程总是经历着个体的出生、成长和衰亡，而子代个体又重复这一类似的过程。这样，一定区域的生物类群便遵循着各自的生命长短呈阶段性的节律变化。例如一年生植物的 生长节律。每一个生长期内，其生长过程符合罗吉斯蒂曲线即S形曲线（图5.3）。多年的记录就反映出阶段性的节律重复。同种生物的生命周期则大致相同。不论生命周期长短如何，它们无一不遵循着生物生长的阶段性节律。2.生物进化节律生物进化节律 地球生物界的进化不是匀速渐变的，而地球生物界的进化不是匀速渐变的，而是表现为阶段性的突变和跃升。是表现为阶段性的突变和跃升。表5.3显示了地球生物进化的过程。生物各门类从诞生、发展、繁荣到灭绝或衰退具有明显的阶段性
20、节律。2.生物进化节律生物进化节律(1)古生物发展经历了6个大阶段，间有5次大灭绝。(2)地球生物进化这种阶段性节律的解释。(1)古生物发展经历了6个大阶段，间有5次大灭绝。A.在在5.7亿年前的寒武纪亿年前的寒武纪突然出现了大量的、门类众多的和较高级的动物。已发现的这一时期的动物化石有2500多种，除脊椎动物外，几乎所有的门类都已出现，其中最多的是节肢动物中的三叶虫。这些在分类学上互不相关的动物门类（如节肢动物、腕足动物、软体动物、海绵动物和棘皮动物等）都一下子具有了硬骨骼组织。硬骨骼组织。B.在晚古生代的泥盆纪晚古生代的泥盆纪地球生物又发生突发性进化，出现了相当繁盛的以鱼类鱼类为代表的脊椎
21、动物群类和以裸蕨裸蕨为代表的陆生植物群类。泥盆纪陆生植物的迅泥盆纪陆生植物的迅速繁殖是很突然的。速繁殖是很突然的。裸蕨到泥盆纪晚期完全灭绝，原始的甲胄鱼类也消失了。C.到了石炭石炭-二叠纪二叠纪又成了两栖类和蕨类两栖类和蕨类的天下的天下。二叠纪末期，在古生代曾盛极一时的多种生物门类又一次出现大灭绝。D.在晚二叠世初露头角的裸子植裸子植物，到了中生代突然迅速地发展起来中生代突然迅速地发展起来，统领了中生代的植物界。爬行动物爬行动物的高度发展也取代了两栖类成为中生代动物界的代表。E.在晚白垩世晚白垩世发生了被子植物的突然爆发性变化和巨型爬行动物完全绝迹，植物界进入了被子植物时代，动物界则以哺乳类动
22、物的空前发展为特征。紧接着在第四纪又进入了人类时代第四纪又进入了人类时代。概括而言，生物进化的阶段性节律表现为短期概括而言，生物进化的阶段性节律表现为短期内某些生物门类突发性地迅速繁殖，然后进入内某些生物门类突发性地迅速繁殖，然后进入鼎盛时期；这一时代结束时，大量不同生物门鼎盛时期；这一时代结束时，大量不同生物门类和不同生态位的动植物发生死亡，甚至灭绝类和不同生态位的动植物发生死亡，甚至灭绝;接着又是新物种大量涌现，高级取代低级，强者淘汰弱者，如此多次反复地发生，阶段性跃进地发展。(2)地球生物进化这种阶段性节律的解释。1.罗普（Raup，1971）指出了生物大灭绝与生态条件是无关的。2.多学
23、者倾向于从宇宙环境的变化寻找生物突变的根本原因。1.罗普（Raup，1971）指出了生物大灭绝与生态条件是无关的。如有孔虫中蜓蜓?类、腕足动物的长身贝、菊石及恐龙都发展了可适应多种生态条件的类别。但是所有这些生物都按门类突然消失。这表明生物大灭绝的决定性因素可能是对遗传机理发生作用，而不是对生态的适应特性起作用。此外，气候剧烈变化的冰期与生物灭绝事件并不相对应。2.多学者倾向于从宇宙环境的变化寻找生物突变的根本原因 霍伊尔（Hoyle，1981）徐道一（1983）霍伊尔（Hoyle，1981）提出了地球上的基因物质有可能是由彗彗星等天体带到地球的星等天体带到地球的假说假说。按此假说，大量生物的新种属的发生，有可能与地球在银河系中的运动和宇宙空间的有机物质有关。当来到地球上的新基因物质增加时，对形成多种新的生物自然会起到重要的促进作用。徐道一（1983）生物变革时期与太阳系在银河系的运行轨道可能有一定联系。由于地球在星际空间所处位置不同、空间微粒密度不同、宇宙线强度不同，因此对太阳活动、地球大气的CO2和O2含量比例、生物变异等都会产生明显的影响，从而造成一个时期某些生物的大量繁殖。而对于全球性生物灭绝的成因假说很多，也没有定论，讨论最多的是超新星爆发假说、小行星撞击假说、彗星撞击假说、太阳耀斑爆发假说、高密度星云假说等。这些均属于属于“灾变说灾变说”结束结束
