1、1自然地理学(Physical Geography)课程简介1 课程说明：自然地理学是我院地理科学、土地资源管理、地图学与地理信息系统、环境科学等专业本科学生的必修课程。该课程在全面介绍岩石圈、大气圈、水圈等各个自然地理单元的成分、结构、形成演化机理、及发展变化规律等方面基础知识的基础上，探讨各自然地理单元之间在物质迁移、能量转换等方面的相互作用关系，阐述自然地理原理在土地资源管理、地理信息等实践中的应用。通过学习，要求学生掌握自然地理学的基本原理，了解自然地理学的一般研究方法，明确自然地理学的学科发展趋势及其与所学专业的关系。2 教材及参考书：教材：伍光和、田连恕、胡双熙、王乃昂编著：自然地
2、理学（第三版） ，高等教育出版社，2004 年主要参考书：杨达源等编：自然地理学，南京大学出版社，2001 年王建编：现代自然地理学，高等教育出版社，2002 年刘南威主编：自然地理学 ，科学出版社，2000 年马建华等编：现代自然地理学 ，北京师范大学出版社，2002 年3 教学重点：本课程以地壳（岩石圈） 、大气与气候（大气圈） 、及海洋与陆地水（水圈）为重点教学内容，在深入分析三者的组成、特征、运动机制的基础上，阐明三者的相互作用关系，探讨三者物质迁移、能量转换的作用关系，进而探究其地貌、土壤、生物等圈层之间的生因关系。4 本课程主要特色：（1）综合性。将地球概论、气象气候学、水文学、土
3、壤学、植物地理学、地貌学、综合自然地理学等综合统一起来，研究自然地理各要素的特征、形成机制和发展规律及相互之间关系和作用。在大纲制定、课时安排、教材处理、内容精选、教学方法等方面与培养的目标和学生的特点紧密结合，知识面广，内容丰富，重在培养学生广阔的思维能力。（2）理论与实践结合。除了授课外，还有野外实习，有固定野外实习基地和实习路线，实习内容丰富。主要考察南宁附近地貌、土壤、植被及综合自然地理特征，及沿线土地利用的变化规律。（3）采用多种教学形式。采用多媒体教学讲授，将实习、实验、讨论有机地结合起来，从而激发了学生学习自然地理学的兴趣，启发了学生的发散性思维和空间思维，有利于培养学生。课 型
4、：理论教学目的要求：1 要求学生掌握什么是自然地理学及其研究内容、研究方法、研究意义、发展趋向；22 要求学生明确自然地理学与所学专业的关系及其重要性；学习的重点：地球运动规律及其地理意义、构造运动、大地构造学说、地震、火山的概念和理论、大气运动、气候的形成、海洋、河流、湖泊、地下水及冰川等水域环境的特点及其变化规律、各类地貌单元的特点、形成过程及其演变规律、各类土壤形成与特点、生物与生态环境等。方法手段：课堂从讲解典型自然地理现象入手，切入什么是自然地理学这个主题；辅以多媒体展示典型自然地理现象。教学内容：第一章 绪论学习目的 要求掌握自然地理学的研究对象，正确理解其内涵；了解自然地理学的研
5、究领域、研究方法和研究意义；正确认识自然地理学与相邻学科的关系。主要内容 什么是自然地理学？ 自然地理学的特点 研究对象、内容、方法 自然地理学的发展趋势 自然地理学在社会中的作用一 、什么是自然地理学(Physical Geography)？自然地理学是地理学分支之一。研究自然环境或其组成部分的科学。按研究的特点，自然地理学可分为综合性和部门性的两组分支科学。综合性的分支科学有综合自然地理学、区域自然地理学、古地理学等。部门性的分支科学有地貌学、气候学、水文地理学、生物地理学、冰川学等。狭义的自然地理学仅指综合自然地理学，部门自然地理学已逐步发展成为一门独立的学科。狭义的自然地理学仅指综合自
6、然地理学。二、自然地理学的特点（一）全球性由于地球系统过程具有明显的全球性特征，因此许多自然现象和过程都不受国界的限制。20 世纪 60 年代板块构造学说的出现，首先在固体地球研究中建立了全球观概念。80年代以来大气科学和海洋科学的发展，也已经走向全球化，著名的厄尔尼诺-拉尼娜现象引起的气候灾害影响遍及全球 3/4 范围，就是一个实例。自然地理学的全球性特点决定了人们必须采用全球范围调查研究和观察测试方法。随着科学技术的进步，人们对地球的研究范围，已经能从隧道扫描显微镜和离子探针的原子尺度到全球地震台网的和轨道卫星所提供的数据得出的全球图像。从地表的地学实地调查和标本采集，飞机和卫星对地面的遥
7、感监测，大陆和海洋的超深钻探，天然和人工地震对地球内部圈层结构的探测等，为自然地理学的全球观研究提供了基础资料。与此相适应，80 年代起一系列大型国际地球科学合作研究计划的推出，如国际岩石圈计划（ILP） 、深海钻探计划（DSDP）/大洋钻探计划（ODP） 、世界气候计划（WCP） 、国际地圈生物圈计划3（IGBP）等，已形成了对地球的全球立体研究网络。（二）多尺度性另一个特点是地球系统内各种地学过程发生的时间尺度和空间尺度具有极大的差别。以往对不少地学问题争论不休，特别是环境预测问题上出现互相矛盾、脱离实际的情况，症结之一就是不在一个时空尺度下讨论问题所致。举气候变迁的例子。地球系统过程的主
8、要时间尺度大体可以划分以下 5 个层次：几十亿年至几百万年尺度 地球和生命的起源、生物灭绝、板块构造、造山作用、等重大事件，是传统地学的研究领域。几十万年至几千年尺度 冰期、间冰期的交替，土壤的发育，生物种类的分布，地球公转的周期变化。几百年至几十年尺度 该尺度的全球变化有气候、大气化学成分的变化，地表干燥度或酸度的变化，陆地和海洋生态系统的变化，土壤侵蚀、水系变迁，以及人类对大气圈、水圈、生物圈的干扰，则是地球系统科学的主要研究对象。人口问题、资源问题、能源问题、可持续发展问题等全球性社会问题也都要在这个层次上解决。这一层次上的全球研究是对人类智慧的挑战，既是科学发展的热点，也是 21 世纪
9、解决人类重大问题的认识基础。几个季度至几天尺度 天气现象、洋流中的旋涡、极地海冰的季节消长，地面径流、风化、植物生长的年循环，地球自转的地理效应，生物地球化学过程，火山、地震活动等。几小时至几秒尺度 湍流热交换、大气对流等。几年至几小时时间尺度的变化，属于大气、海洋和生物科学的研究范畴。地球科学的这种特殊时空尺度使得人们无法直接测量地球中心的温度，也无法在实验室再造地球系统的真实过程。因此，通过长期地学研究实践总结的类比方法具有重要意义。19 世纪英国地质学家莱伊尔（C.Lell）提出的“现在是过去的钥匙”名言，后来被称为“将今论古”的现实主义原则和方法，启示人们可以根据现今地表发生的各种地学
10、过程及其物质记录，研究地质历史时期的古环境变化。由此类推，人们也可以运用“将古论今”的方法，根据地质和人类历史中发生过的地球环境和岩石圈演变过程来预测地球的未来趋势。类比方法普遍应用到天气预报、灾害预测等研究领域。例如，根据自然灾害与天文现象周期的对应关系开展预报，日益引起人们重视。（三）综合性（四）区域性三 自然地理学的研究对象、内容、和方法1 研究对象自然地理学的研究对象是自然地理环境，包括只受到人类间接或轻微影响，而原有自然面貌未发生明显变化的天然环境，和长期受到人类直接影响而使原有自然面貌发生重大变化的人为环境。岩石圈-大气圈-水圈，及土壤圈、生物圈、地貌42 研究内容自然地理学的研究
11、对象构成其研究内容，作为一门综合学科，要特别强调其研究内容应包括研究各个圈层的相互作用及其关系和作用效应。3 研究方法：现象记录（描述） 统计过去（分析） 预测未来（判断）现象记录：自然地理研究提供基本素材；统计过去：如对渤海赤潮事件的统计分析，预测渤海可能成为世界上第一个“死海” ；如日本地震学家对东京 1885 年以来发生的大地震进行统计分析，预言，东京地区未来 50 年内发生大地震的概率为 90%。三 自然地理学的发展趋势1 综合化趋势地学、气候学、水文学、土壤学、生物学、地貌学相互综合渗透，人类生存发展的环境。2 新技术手段的运用计算机技术、遥感技术、激光技术、同位素技术、信息系统技术
12、、数字化技术等玻璃地球(the glass earth)数字地球(the digital earth)3 由定性向定量发展：高精度定位监测、动态摸拟、3S 技术；4 广泛应用：国土整治、环境工程、城市规划、防灾减灾、生态优化、优质农业、食品安全；5 加强人类活动对自然环境影响的研究：沙尘暴、沙漠化、石漠化、土地退化、水土流失等；6 全球性合作研究四 自然地理学在社会发展中的作用三峡工程青藏铁路五 研究各自然地理要思考题1 谈谈你所理解的自然地理学。2 论述自然地理学的研究意义及其与你所学专业的关系，请举例说明。3 简述全球气候变暖的环境效应及其与人类活动的关系？1、 简述板块构造学说的基本原理
13、.52、 简述地壳发展的基本规律.3、 简述世界气候的分布规律.4、 全球气候变化的基本特征及未来气候变化的趋势.5、 简述全球气候变暖的环境效应及其与人类活动的关系.6、 什么是自然灾害（概念、属性、分类、危害）.7、 何为厄尔尼诺现象（概念、特征、成因、危害）.8、 简述自然地理环境的整体性.9、 简述地理环境的地域分异规律.10、 谈谈你对土地荒漠化、土地沙漠化的认识.11、 简述全球人地关系发展的简史.12、 什么是可持续发展.13、 简述季风的概念、指标、成因、范围.14、 试论亚洲季风气候的成因.15、 简述亚洲自然地理环境的整体性.16、 简述撒哈拉大沙漠的成因.17、 简述非洲
14、自然地理环境的整体性.18、 简述南美洲热带雨林气候的成因.19、 简述南美洲温带沙漠气候的成因.第 2 讲： （第二章第一、二节）地球的宇宙环境：地球形状大小课时：2 课时课型：理论教学目的要求：1 要求学生了解宇宙、地球形状及其基本知识；2 要求学生明确地球形状的地理意义；重点、难点：地球自转、公转及其相互关系。方法手段：课堂讲解教学内容：为什么必须了解行星地球的宇宙环境及其自身的特性？自然地理环境位于地球的特定范围内，是地球的一部分，而地球又是宇宙中的一颗普通的行星。它不断地和周围环境进行能量、物质和信息的交换和传输，从而对自然地理环境产生多方面的影响，推动着各种自然地理过程的演进，是自
15、然地理环境形成和发展的必要条件。因此，为了加深对自然地理环境的认识，就必须了解行星地球的宇宙环境及其自身的特征。基本概念：1、 地球是一颗普通的行星。2、 宇宙间物质存在的形式是多种多样的，有的聚集在一起形成凝集态，如日月星辰；有的在广阔的星际空间形成弥漫态，称为星际物质。3、 天体宇宙中各种星体和星际物质的总称。肉眼可见天体有恒星、星云、行星、卫星、彗星、流星等。4、 我们认识宇宙，主要是认识宇宙中各种天体的运动及其变化。5、 地球也是一个自然天体。在宇宙飞船和在其它天体上看地球，地球也使在“天上”上。6、 从“天地一家”观点出发，研究地球宇宙环境，就是为了加深对整体地球的认识。6按由近至远
16、顺序，剖析不同层次的天体系统，探讨地球宇宙环境，以便更好地了解地球本身。7、 天体由近至远的顺序：恒星银河系总星系无限的宇宙。一、宇宙：（Universe/Cosmos/Space）宇宙是无比巨大的物质世界，其中包含着无数的天体和广阔的空间。宇宙中包括如下一些天体：恒星：质量大，并且发光，不停地运动；但肉眼看到的天体，99%以上都是恒星。行星：不发光，质量小，绕恒星运动的星体。地球仅是太阳的行星之一。卫星：绕行星运行，质量比行星小的星体。流星：质量更小，也不发光，当接近地球受到引力作用，可改变其轨道而陨落。当进入大气层流，因与大气摩擦，迅速增温而白炽化，发生燃烧。彗星：是一种很小的，有特殊外表
17、和轨道的天体。星云：云雾状的天体。银河系：恒星的集合体，包括一千多亿个恒星的星系。星系群：到目前为止，已发现了十亿多个类似银河系这样的星系。星系聚集组成星系群。上述九大行星的有关参数见表 2-1。表 2-1 关于九大行星的一些基本参数Planet 距太阳的平均距离 相对于地球的赤道半径 密度（millions of km） (行星/地球) （g/ 3.cmu）Mercury 58 0.38 5.4Venus 108 0.95 5.2Earth 150 1.00(6378km) 5.5Mars 228 0.53 3.9Jupiter 778 11.19 1.3Saturn 1427 9.41 0
18、.7Uranus 2870 4.06 1.2Neptune 4479 3.88 1.7Pluto 5900 0.23 1.1After Montgomery CW(1995)二、 太阳 （A nuclear-powered star ）为什么说太阳是一颗既普通又特殊的恒星？说它普通，是因为太阳的质量、体积在恒星中是属于中等大小，是处于壮年期的一刻恒星。说它特殊，指太阳是太阳系的中心天体，吸引周围天体，构成太阳系。太阳是离地球最近的一刻恒星，是地球光热河生命之源，是研究其他恒星的标本。太阳是银河系中的一颗恒星。是一个炽热的发光球。在介绍太阳及太阳系之前，我们还介绍几个著名的天文学家。哥白尼（14
19、731543）波兰天文学家。日心说的确创立者，近代天文学的奠基人。布鲁诺（15481600）意大利哲学家和思想家。日心说传播者。开普勒（15711630）德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。天上7的立法者。伽利略（15641642）德国著名的天文学家、物理学家和哲学家。近代实验科学的先驱。牛 顿（16431727）经典物理学理论体系的建立者。太阳系包括 9 个大行星：它们是（依远离太阳的次序）：水星(Mercury) 、金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)、木星 (Jupiter)、土星(Saturn) 、天王星(Uranus)、海王星(Neptune)、冥王
20、星(Pluto)太阳对地球的贡献：（1）产生太阳辐射能；（2）形成太阳粒子流；（3）太阳引力；（4）迫使地球绕太阳公转。三、 宇宙的成因宇宙的起源大爆炸宇宙学简介关于宇宙的起源有许多假说，其中最有影响的是 1948 年由美国天体物理学家伽莫夫提出的大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学认为，宇宙早期是一个超高密、超高温的“宇宙蛋” 。宇宙蛋在某种物理条件下，发生迅猛的大爆炸，于是便开始不断膨胀起来，结果物质也随着时空膨胀而从密到稀、从热到冷地演化着，在演化过程中逐渐形成各种恒星体系。四、 地球（The earth ）1 地球是一个椭球体： 是一个两极扁平，赤道相对突出的椭球体。 地球形状的地理意义：视太阳
21、光为平行光，投射到地球表面 由于形状特征，使正午太阳高度角不同 地球赤道面与黄道面的交角，决定正午太阳高度角有规律地从南北纬度 2327之间向两极减少 太阳辐射使地表增温的程度也按同样的方式降低 导致地球热量的带状分布。概念：(1) 太阳高度角(2) 赤道面(3) 黄道面：地球绕太阳转动的轨道面2 地球质量巨大有关地球的一些参数见表 2-2。地球质量巨大具有重要的地理意义，地理意义：质量巨大，吸着周围气体，保持一个具有质量和厚度的大气圈。若没有大气圈，地表温度将变低，温差变大，紫外线辐射加强。表 2-2 地球特征参数赤道半径（m）极半径(m)总面积(km2)总体积(km3)总质量(g)经线周长
22、线(m)赤道周长线(m)1082108 5.981027 40008548 400766046378140(5)6356755(5)5.11081083.3108 6.58810273 地球运动的认识过程：1、 地心说的产生生活在地球上的人们，无法直接感受地球的运动。然而，人们却能直接观察到日月星辰绕地球旋转的现象。因此，就很容易误认为地球居于宇宙的中心静止不动，于是地心说8云云而生由柏拉图（公元前 427公元前 347 年）提出， 他的门生欧多克斯和亚里士多德极力倡导 托勒斯（90-168 ）在 2 世纪中叶加以系统化 以便形成一个完整的地心体系。在政教合一的欧洲，这一理论将近统治了 150
23、0。2、日心说的提出波兰天文学家哥白尼（14731543 年） ，总结分析了前人学说及其观测资料，在 1505年提出日心说的理论，并用了大半生时间去验证修改和补充日心说的理论。 在他的弟子类题卡斯的协助下，于其临终前（1543 年）公开发表了日心说巨著天体运动论 。哥白尼在他的著作中明确提出：地球是运动的，它只是一颗既有自转运动而又环绕太阳做公转运动的普通行星。4 地球的自转是自西南东绕轴旋转。-自转地球自转一周的时间为一日。地球自转的速度在变慢，日子在变长。 地球自转的地理意义意义：1) 决定了昼夜更替的地表过程节奏规律；2) 使地球上运动的物体发生偏转；3) 造成时差，即同一时刻不同经线上
24、具有不同的地方时间；4) 形成潮汐波，阻碍因太阳、太阳的引力而产生的潮汐；5) 地球日转与地球的局部运动密切相关。5 地球按照一定的轨道绕太阳旋转。-公转地球绕太阳转一周的时间为一年。 地球公转的地理意义：1) 形成一年的四季更替。公转使太阳光直射范围在 2327N 和 2327S 之间非周期性变动，形成四季更替；2) 形成南、北极圈昼夜时间长短的差别。冬至北半球的夜晚比白昼长，而南半球的白昼比夜晚长；夏至，南半球夜晚比白昼长，而北半球的白昼比夜晚长；3) 形成南、北球冬、夏季节的判别。北半球是寒冷的冬天时，南半球则是炎热的夏天；反之亦然；6地理坐标 地球的纬度和经度（自学）1) 地轴：南北极
25、点的连线，自转轴2) 赤道3) 纬线4) 纬度：某地的铅垂线对赤道面的夹角5) 经线6) 经度：1884 年确定穿过伦敦当时格林威治天文台的经线为本初经线， （本初子午线，经度零度线） 。向东、向西各 180。某点的经度就是该地经线与本初经线之间的角距。第 3 讲： （第二章第五节）地球圈层构造课时：2 课时课型：理论教学目的要求：1 要求学生了解宇宙、地球形状及其基本知识；2 要求学生明确地球形状的地理意义；重点、难点：地球的运动9方法手段：课堂讲解教学内容：一、 地球圈层分异现象 (Differentation)根据宇宙大爆炸，星云分化说，地球在 47 亿年前形成之初，原始地球是一个均质的
26、物体。其化学成分与陨石相类似。由于地球的自转和公转，地球的运动使地球不断演化，在地球漫长的演化过程中，地球内部物质发生分异，导致了地球圈层结构的形成。地球演化过程中，物质的分异主要有：重力分异（物理） 、化学分异、相的分异等各种分异作用。重力分异使比重/密度高的物质向地心聚集，而密度低的物质向地表方向迁移；化学分异使化学性质稳定的元素趋向于向氧化物转化 ，在表层聚集，而化学性质活动的元素向深部还原状态积聚。相的分异导致气相物质逸散释出，固相、液态相向地球内部积聚。各种分异相互作用于，最终导致地球的圈层构造（岩石圈、大气圈、水圈、生物圈） 。二、 研究地球内部层圈构造的方法。1（地球）化学法主要
27、通过大量的岩石样品分析和对比研究来判断地球不同圈层构造的物质分异特点、差异。如研究火山岩、月岩样品、陨石样品等。化学分析 法以对研究地球层圈构造是十分有限的，因为目前的技术水平，无法直接取到地球深部物质的样品，而且伴随火山作用，岩浆侵蚀而自地球深部上繁荣昌盛到地表的深部物质，常常在上升的过程中发生了一定的化学变化，使得直接测定深部物质的化学组成变得困难。2 地震波法（地球物理法）纵波（P 波）：在液、固、气态物质中均能传播，而且速度较快，最先被地震仪测得。横波（S 波）：只在固体物质中传播，且速度较慢。P 波传播比 S 波快约 1.7 倍。面波（L 波）：是固-气、液气介面传播的波。质点有 P
28、 波和 S 波传播的特点，近乎做圆圈运动。根据地震波的研究，对地球内部结构的研究，将地球划分为：地壳：地表至莫霍面之间厚度不均一的岩石圈部分，分上地壳、下地壳、陆壳和洋壳；地幔：地表 35 公里以下的莫霍面至 2900 公里的古登堡面之间的地球圈层部分；地核：古登堡面以下至地球核心部分，有铁、镍等致密物质组成。3 钻探法（几乎不可能）三、地球内部构造（Inner structure of the earth）地球层圈结构的一些参数见表 2-310表 2-3 地球不同圈层的密度参数Structure Average density(g/cm3)Upper crust 2.8Lower crust
29、 2.9Mantle 4.5Core 10.7Entire Earth 5.5四、地球的外部构造（Outside structure of the Earth）1 大气圈（atmosphere ）-结构见第四章主要成分：N 2、O 2、CO 2、Ar、H 2O（g）微量成分：He 、Xe 、Br、 Rn、 NH3 、H 2、 、Ar2 水圈（hydrosphere）水圈的主体是大洋，但湖泊、河流、沼泽、冰川、地下水、岩石矿物中的结构水都属于水圈之范畴。水圈占全球面积的 91%主要成分是：H 2O 和矿物质，有机质等。3 生物圈（biosphere）地球生物及其分布范围所构成的一个极特殊的圈层。
30、注意：生物圈不如水圈、岩石圈那样界线清楚。第 4 讲： （第二章第四、六节）地表形态特征课时：2 课时课型：理论教学目的要求：1 要求学生掌握地表形态的基本特征；2 要求学生了解地球表层系统的特征。重点、难点：地表形态的地理意义方法手段：课堂讲解教学内容：一 地表形态特征1. 海陆分布不均匀，海洋面积大于陆地面积2. 大陆海拔高度与海沟深度差别悬殊最高的山喜马拉雅山 8889m，最深的海沟太平洋马利来纳海沟，探测深度 11034m。3. 岛屿与海沟近乎对应分布如太平洋西侧有阿流群岛、千岛群岛、日本岛群、台湾岛、菲律宾岛、小笠原群岛、马里来群岛等，这些岛群自北向南呈弧状排列，人们称之为“岛弧” （大地构造学术语，有构造含义）与岛弧排列相对应的是，在岛弧的大洋一侧，几乎都有海沟伴生。诸如阿琉海沟、千岛海沟、日本海沟、琉球海沟、菲律宾海沟、马里亚纳海沟等。与岛弧一一对应，如同孪生姊妹，形影相随。海沟的剖面呈“V”型，但两边不对称，靠大洋一侧平缓，靠大陆一侧较陡峭。靠大洋
