自然地理学教案
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：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；
2 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（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（）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
2 研究内容
自然地理学的研究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、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
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.
2、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。
按由近至远顺序，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/）
Mercury58
Venus108
Earth150(6378km)
Mars228
Jupiter778
Saturn1427
Uranus2870
Neptune4479
Pluto5900
After 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（1473~1543）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（1548~1600）意大利哲学家和思想家。日心说传播者。
开普勒（1571~1630）德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。天上的立法者。
伽利略（1564~1642）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（1643~1727）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23°27′
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)
经线周长线
(m)
赤道周长线
(m)
6378140 (±5)6356755
(±5)
×1081082×108×1027
×108×1027
3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1500。
2、日心说的提出
波兰天文学家哥白尼（1473—1543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23°27′N和23°27′S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
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波快约倍。
面波（L波）：是固-气、液气介面传播的波。质点有P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2-3
表2-3 地球不同圈层的密度参数
Structure Average density(g/cm3)
Upper crust
Lower crust
Mantle
Core
Entire Earth
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：N2、O2、CO2、Ar、H2O（g）
微量成分：He 、Xe 、Br、 Rn、 NH3、H2、、Ar
2 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：H2O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。
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。靠大洋一侧是玄武岩，即玄武质的大洋壳；靠大陆一侧是玄武岩+花岗岩组成的大陆地壳。
表明海沟沟底是大陆与大洋两种地壳的结合部位。二者在这里并不和睦相处，而是相互
碰撞。
4.太阳能集中分布于地表，太阳能转化亦在地表进行。
5.固、气、液态物质共存于地表，并相互转换
6.地球各圈层之间进行物质和能量交换
7.地球表面存在复杂的物质分异
8.地表是人类活动的场所。人类活动正在深刻地作用和改变地表物质作用过程。人为作
用对地表过程的改造正在遭到来自大自然的惩罚。
如2004年12月26日的南亚海啸，泰国海滨度假胜地因为对抵挡涛浪的天然屏障—珊瑚礁和红树林的破坏，遭到海啸的猛烈袭击。
又如2005年8月24日“卡特里拉”飓风，导致新奥尔良市成为一片汪洋。
新奥尔良市的建设始于地势较高的法国区，这是建一个城市的合理选址。但由于城市的发展，住宅区不断扩大，人们不希望定期被洪水淹湍城区向低洼地带不断扩展的同时，复杂的大坝系统也建成了。但与此同时，三角洲越来越少，城市地势越来越低，周围的水位慢慢升高。这是新奥尔良市在飓风袭击下惨遭不测的主要原因。
因为三角洲湿地是城市抵御海浪袭击的“天然缓冲”屏障，另外，在全球变暖的情况下，温度升高，导致海水体积膨胀，海平面因此而提高警惕，从而增加了飓风的能量来源，使飓风变得更具破坏性。
可是，美国政府仍然怀疑全球变暖和气候变化的科学。这种立场是绝无仅有的。
在我国，城市化热正在热潮之中，前车之鉴，是否应该引起重视是。
二地球表层系统
1 地球表层
最初确定地球表层是仅将岩石圈的外壳称为地球表层。后来扩大到地壳的上层和下层，并认为是地理学研究的核心。但有关地球表层的界线仍没有明确的规定。上世纪80年代，有人将其界定其上界为大气同温层的底部或对流层的上限；下界为陆地表面往下5~6公里的岩石圈中，海洋往下平均4公里左右。这个层圈范围即是地球表层的环境。
2 地球表层系统
●地球表层系统是一个开放系统：
（1）地球不断地接受来自太阳的能量（辐射能）；
（2）地球接受来自太阳的带电粒子流，引起磁暴；
（3）地球表层不断获得来自地球深部物质和能量的补充；
（4）南北半球冬半年与夏半年太阳高度角的变化，造成太阳辐射能收支不平衡，影响中高纬地带之间能量输送及其平衡关系。
●地球表层的基本特征：
（1）受地心引力作用，地球表层物质分层；
（2）继续获得来自地球内部的物质和能量；
（3）接受太阳辐射能和少量宇宙物质的输入；
（4）地球表层有物质和能量输出。
思考题：
1.名词：日食与月食，恒星日与太阳日，科里奥利力，太阳高度角，地壳，海沟与
岛屿，慧星，莫霍面
2.地球自转的速度越来越慢，从地球形状特征、地球自转和公转的地理意义的角度
出发，设想地球若停止自转将是一幅什么样的景象
3.简述地球的内部和外部构造特征。
4.简述地球形状的地理意义。
5.简述地球自转和公转的特征及其地理意义。
6.谈谈你所理解的地球表层系统。
7.地球表面的形态有哪些
第5讲：（第三章第一节）地壳：地壳的物质组成及其运动 ( The crust)
课时：2课时
课型：理论教学
目的要求：
1 要求学生掌握地球/地壳物质组成特征；
2 要求学生认识矿物的光学性质和物理性质及其应用。
重点、难点：常见矿物的识别
方法手段：课堂讲解、实验观察
教学内容：
地壳是地球表面以下到莫霍面之间由各种岩石构成的一个地球圈层/壳层。大陆地壳厚35公里，大样地壳厚5公里。由康拉德面将地壳分成上地壳和下地壳。上地壳主要为沉积岩、花岗岩、和变质岩组成，下地壳则主要为玄武质岩石。
一、地壳及其运动的作用
（1）地壳上部的沉积岩石圈是组成自然地理环境的四个基本地圈之一。
（2）地壳是地球内部圈层结构的最外层，它与大气圈、水圈、生物圈等地球外部圈层的联系最为密切。
(3)地壳运动使地球地球内部物质和能量参与地壳外部形态的塑造，从而奠定自然地理环境的基本骨架。
（4）具有刚性特点的地壳，可抑制岩浆不致大量无规则地涌出地表，对自然地理环境起着调节和保护作用，从而使人类获得一个较为安宁的自然环境。
二、地壳的物质组成( The composition of the crust)
地壳是由岩石组成的。组成地壳的岩石有沉积岩、火成岩、变质岩三大类，属于岩石学的研究范畴。岩石是由矿物组成的，矿物一般有造岩矿物、矿石矿物之分。矿物是由化学元素组成的，元素有主量元素、微量元素之分，另外还有造岩元素、生物元素、放射性元素、重金属元素、轻元素等不同类别。属于地球化学的研究范畴。
1 地壳中的元素
地壳的化学组成和结构
（一）地壳的化学组成
地壳中已发现90多种化学元素，以O、SI、AL、FE、CA、MA、H、TI、P、C、MN为主，其总量占地壳总重量的99%以上。
克拉克值（元素丰度）——元素在地壳中的平均重量百分比称克拉克值，亦称元素丰度。1、不同元素在地壳中的含量极不平均：
（1）地壳中含量最多的是氧（近1/2），其次是硅（1/4强），在此时铝（1/13），仅这三者总合就占地壳总重量的82%以上。
（2）许多重要的有用元素在地壳中含量甚微，如铜只占%，金5*107
A 组成地壳的主量元素 (Major elements)
存在于地壳中的元素有92种和300余种同位素。不同学者对地壳中的化学元素有不同的分类。地壳常量元素组成特征及其与地球的对比见表3-1。可见，地壳元素含量特征与地球有明显的区别，地壳中含量大于5%的元素包括O、Si、Al、Fe等元素，而整个地球含量大于5%的元素则是Fe、O、Si、Mg等。
在研究元素含量时，克拉克值这个概念常常被使用，它是指元素在地壳中的平均含量。
Table 3-1 Most common elements in the crust and earth
Crust Whole earth
Element Wt%Element Wt%
O Fe
Si O
Al Si
Fe Mg
Ca S
Na Na
K Ca
Mg Al
All others in total All others in total
B 微量元素 (Trace elements)
微量元素是地壳中含量低于%的元素。微量元素的含义是相对的，在某一地质体是微量元素，而在另一地质体中则可能是常量元素。
微量元素具有重要的地球化学指示意义，被广泛用于天体演化、矿床成因、地壳演化、环境变迁等方面的研究，并取得了很好的效果和成果。如全球近50个地方，在白垩系/第三系地层界线中发现了铱(In)异常，而对陨石的分析发现，陨石中铱(In)的含量是地球的1000倍。故目前很多学者认为，白垩纪/第三纪之间大约65百万年的时期，发生的恐龙灭绝和大量生物灭绝事件，可能与陨石撞击地球有关。因为可能是由于陨石撞击了地球，才导致出现白垩系/第三系地层界线中的铱(In)异常。
人体中的元素有60多种，其丰度曲线与地壳丰度曲线惊人地相似，说明人的生活与地质环境之间的密切关系。
2 矿物(Minerals)
由化学元素组成的具有特定的物理化学性质的化合物。矿物是构成岩石的基本单元。
杨达源（2001）定义矿物为由元素组成的固态颗粒。这种定义有局限性。因为矿物应包括固态、液态、气态三种状态的化合物。除常见的造岩矿物、矿石矿物外，单质汞、石油、天然气等都为非固态矿物。
1）矿物的种类：
依据矿物的化学组成，矿物的种类见表3-2。
表3-2 矿物的种类
矿物种类亚类特征实例
单质矿物自然元素Au、Cu、Ag、S、C、Hg等
化合物矿物硫化物类含及类似阴离子黄铁矿(FeS2)
氧化物及氢氧化物类含O2-、H-赤铁矿(Fe2O3)
卤化物类含ClFBr食盐(NaCl)
碳酸盐类含CO32-及类似离子方解石(CaCO3)
硫酸盐类含SO42-重晶石(CaSO4)
磷酸盐类含(PO4) 3-磷灰石(CaF(PO4) 3)
硅酸盐类含(SiO4) 4-长石(Na,K)2(Si3O8)、橄榄石
(Mg,Fe) 2(SiO4)
2）矿物的性质特征
A）化学性质
矿物化学性质指矿物的化学活性，如锂、钠、钾、硫、氟、氯、溴等是活动性很强的化学元素，由这些元素形成的矿物具有很强的化学活性，溶解度大，已被风化分解，稳定性差。
矿物常有如下一些基本化学性质/特点：
（1）矿物的化学成分基本固定，可用分子式来表示，如表3-2；
（2）矿物中常含有一定量的杂质元素。矿物形成过程中，由于地质作用，使矿物存在晶格缺陷，产生粒间裂隙和裂纹，一些杂质元素通过内质同象等方式进入到矿物晶格内部；如石英可含K、Na、Mg、 Au等多种化学组分；
（3）矿物在地表条件下具有自身化学稳定性。由活泼元素以金属键、离子键缔合的矿物常常容易被风化分解，稳定性差；
常见矿物的稳定性（由不稳定到稳定）顺序为：
暗色矿物系列：橄榄石-辉石-角闪石-黑云母-白云母-石英
浅色矿物系列：斜长石-钠长石-钾长石-白云母-石英
值得指出的是，地质条件变化，矿物的稳定性也发生变化。
B）光学性质 (Optical characteristics)
矿物有颜色、光泽、透明度、条痕等光学特性。
颜色（Colour）：
矿物吸收可见光后是矿物呈现颜色的原因。矿物的颜色是矿物的化学性质和结构构造决定的。如黄铁矿呈黄色、孔雀石呈翠绿色，辉钼矿呈铅灰色等。
光泽（Luster）：
矿物光泽是矿物表面对光的反射能力。反射率越高，矿物的光泽越强。矿物的光泽也是由其化学成分和结构构造而决定的。
常分：金属光泽、
半金属光泽
非金属光泽金刚光泽
玻璃光泽
油脂光泽
枯脂光泽
丝绢光泽
珍珠光泽
土状光泽
透明度（Transparency）：
也是由矿物的成分和结构构造决定的。
常分：透明矿物
半透明矿物
不透明矿物
条痕（Strip）：
是矿物粉末的颜色，代表矿物的真实颜色。
C）矿物的力学性质
包括矿物的硬度解理断口弹性等
硬度（Hardness）：
常用硬度计来衡量：摩氏硬度计是选用标准矿物来确定矿物的相对硬度，这些标准矿物硬度由小到大的顺序为：
滑石（1）石膏（2）方解石（3）萤石（4）磷灰石（5）正长石（6）石英（7）黄玉（8）刚玉（9）金刚石（10）
解理（Cleavage）：
矿物沿结晶方向可分裂的面，叫解理。
可划分：极完全解理：如云母
完全解理：如方铅矿
中等解理：如长石
不完全解理：如橄榄石
极不完全解理：如石英
断口（Broken section）：
矿物受外力作用断裂后的断面形状。
有贝壳状（石英）参差状（方解石）锯齿状平坦状（方铅矿）
D）其它性质
导热性导电性磁性放射性溶解度等
第6讲：第一节：地壳中的常见矿物
课时：2课时
课型：实验教学
目的要求：
1 要求学生了解常见矿物的性质；
2 要求学生了解常见矿物的一般鉴别方法。
重点、难点：常见矿物的鉴别
方法手段：课堂讲解、实验观察
教学内容：
矿物
矿物是岩石的基本单位，广泛分布于地壳中。
1、谈谈对矿物的感性认识
在日常生活中，我们对开矿物或多或少都有一定的感性认识。例如：
（1）盐是白色透明的四方颗粒，有咸味；
（2）石墨是黑的，常呈鳞片状，有滑感，污手等等。
2、谈谈对矿物的科学认识
经过无数次考察、实验与研究，人们对矿物的概念逐步形成了科学的认识。
（1）矿物是地壳及其水圈、生物圈和大气圈所进行的各种地址作用的自然产物，且成分和构造比较均一，是岩石和矿石的基本单位。
（2）从上述概念出发，可知矿物是地壳各种元素的存在形式，可以是化合物业可以使单质。不过绝大多数是化合物。
（3）自然界绝大多数矿物呈固态出现，如各种金属矿物以及石英、长石等。但也有些矿物如石油、自然汞等呈液态产出，而天然气呈现为液态。
（4）矿物成分和构造比较均一，说明每一种矿物都具有特有的化学、物理性质，这种性质的具体体现是矿物的成分和构造。
矿物成分——指化学元素的种类和构造。
矿物构造——是元素的原子、离子或离子团的空间排列形式。
(5)自然界已发现的矿物达3000种之多，其中构造岩石的常见矿物仅三四十种。
（6）各种矿物的表面形态、物理和化学性质可作为鉴定矿物的依据。
3 常见的造岩矿物（Rock-forming minerals）
石英 SiO2(quartz)
常呈单晶或晶簇或集合体产出。纯净的石英为无色透明，称之为水晶。石英因含杂质而
呈显色，如含Fe3+者为紫色，含气泡者为乳白色，石英晶石为玻璃光泽，断口为油脂光泽，无解理，硬度中（7），断口为贝壳状。
玉髓：隐晶质石英，呈肾状，钟乳状，葡萄状等集合体。
玛瑙：多色环状条带发育的玉髓为玛瑙。
长石M[AlSi3O8] M=K Na Ca (feldspar)
有三个基本类型：
K [AlSi3O8]——Na [AlSi3O8]——Ca [AlSi3O8]
钾长石（Or）钠长石(Ab) 钙长石(An)
碱性长石（钾钠长石）斜长石（Plagioclase）
Na-Ca长石常按不同比例混溶在一起，形成过渡性矿物，如更长石，中长石，拉长石，培长石。
K—Na长石在高温条件下形成完全类质同象。即碱性长石。
K—Ca长石几乎在任何温度下都是不混溶的。
长石有许多共性：单晶呈板状或条板状，白色或灰白色，玻璃光泽，硬度少于石英，发育解理。
钾长石包括正长石，钾斜长石，透长石，冰长石等变种。这些变种之间无成分变化，整结构略有差别。常呈肉红色，玻璃光泽，硬度为6，有两组相互垂直的完全解理。
云母（Mica）
黑云母K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2 （Biotite）
单晶为短柱状，板状，横切石为六边形。集合体为磷片状。棕褐色或黑色，颜色随含Fe量的升高而变暗。
白云母KAl 2(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2（Muscovite）
形态同黑云母，薄片为无色透明，珍珠光泽，具弹性，易被撕成薄片。硬度为~3.
普通角闪石（Hornblende）
单晶为长柱状，常以针状产出，绿黑色或黑色，玻璃光泽，硬度为5~6，发育平行柱状方向的两组解理，解理交角56°。
普通辉石（Augite）
单晶为短柱状，切面呈六边形。集合体为粒状，绿黑色或黑色，玻璃光泽，硬度为~6，发育平行柱状方向的两组解理，解理交角87°。
橄榄石（Mg,Fe）2[SiO4] ( Olivine)
常为粒状集合体产出，浅黄绿色或橄榄绿色。玻璃光泽，硬度为6~7，解理不完全。密度和颜色随含Fe量增加而增加。
4 常见的矿石矿物
黄铁矿（Fe2S） (Pyrite)
呈块状集合体，浸染状集合体产出。单晶以立方晶形者较多，晶面上常有平行条纹，颜色为浅黄铜色，条痕为绿黑色，金属光泽，硬度6~。性脆，断口参差状。
方铅矿(PbS) (Galena)
为立方晶形，致密块状集合体，颜色为铅灰色，条痕为灰黑色，金属光泽，硬度为2~3，有两组完全解理。
闪锌矿(ZnS) (Sphalerite)
块状集合体，颜色自浅黄至棕黑色不等。条痕为白至褐色。松脂光泽至半金属光泽，透明至半透明，有完全解理，硬度~4。
方解石(CaCO3) (Calite)
常发育单晶，或晶簇。纯净的方解石无色透明，但常因渗入杂质元素而呈白，灰，黄，浅红（Co,Mn）绿（Cu）等颜色。玻璃光泽，硬度为3。完全解理，裂开为菱面体，遇稀Hcl 起泡。
5 矿物的用途（五句话）
①矿物资源是国民经济建设的基础材料。现代工业，国防、交通、运输、水电工程、电信产业、建筑工程等离不开矿产资源的利用。
②矿物可以用作装饰，具有收藏保存价值。
③特殊矿物具有特殊的作用。
④日常生活离不开矿物资源的利用。
⑤合理开发利用矿物资源，促进可持续发展是我们面临的任务。
第7讲：（第三章第一节）地壳中的岩石：岩浆岩及其特征
课时：2课时
课型：理论教学
目的要求：
1 要求学生掌握地壳的岩石组成类型及其特征；
2 要求学生了解岩浆岩的基本特征。
重点、难点：沉积岩的特征及其鉴别方法
方法手段：课堂讲解、实验观察
教学内容：
岩石
基本概念
1、岩石——是矿物的集合体，是在地质作用下形成的地壳物质。岩石的化学、矿物成分、结构、构造及产状都与地质作用有密切的因果关系。
2、分类——按成因，岩石可以分岩浆岩(火成岩)、沉积岩（水成岩）和变质岩三大类。
3、三大类岩石在地壳中的分布情况各不相同：
（1）沉积岩分布在地壳表层，成厚薄不均的不连续分布；
（2）岩浆岩分布在地表与地下深处；
（3）变质岩则分布在地壳强烈变动区域或者岩浆岩周围。
（4）就地表分布面积而言，沉积岩占陆地面积的75%，岩浆岩和变质岩合占25%；
（5）就重量而言，沉积岩仅占地壳重量的5%，变质岩占6%，岩浆岩占89%。
二地壳中的岩石
岩石是矿物颗粒及其填充物（通常也是矿物质）组成的集合体。
地壳是由岩石组成的，在地球内部构造中，由岩石组成的一个圈层叫岩石圈。通常包括地壳和上地幔。岩石圈的厚度在0~ 2900Km的范围内变化。一般由陆壳和上地幔组成的岩石圈较厚，而由洋壳和上地幔组成的岩石圈较薄。
地壳上发育的岩石有三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。
岩石学的研究任务是通过岩石化学、造岩矿物、结构构造、成岩动力学机制等的研究探讨岩石的形成机制及其与矿资源的分布关系，进而在理论上研究地壳乃至地球的形成机理和演化历史；在实践上为找矿勘探、预防地质灾害等服务。
岩石的研究方法；也是从野外至室内，从观察测量到实验室观察、分析、测试。
通常野外借助对岩石矿物组成结构构造特征的观察，分析，确定岩石的类型，名称等。
室内借助光学显微镜扫描电镜、化学分析、同位素分析等技术手段研究岩石的化学组成、
矿物组成以及岩石的形成条件，形成的动力学机制和形成时代、演化历程等。
A 岩浆岩（Magmatic rock, Magmatites）
一般岩浆岩有侵入岩和喷出岩之分。
侵入岩：是岩浆（熔融态）在断裂断裂通道上侵过程中冷凝结晶，并定位于地壳某个部位未露出地表的岩石。侵入岩是被原有岩石所封闭的三维空间的实体，包围侵入体的原有岩石称为围岩（Host rock）.
喷出岩：深部岩浆沿断裂裂隙通道喷出地表形成的岩石。又称火山岩。
（1）岩浆岩的产状
岩浆岩的产状特征总结如表3-3。
（2）岩浆岩的类型
根据岩石中SiO2的含量将岩浆岩分为：超基性、基性、中性、酸性等岩石类型。各类岩石的分类依据、岩石矿物组成、产状特征及物理性质等总结如表3-4
（3）地理意义：
提供矿产资源（火山作用另讲）
提供建筑材料是形成地壳的主要成分
表3-3 岩浆岩的产状特征
侵入岩岩基面积达100以上的大规模侵入体。
岩盆床与围岩层理平行，延伸上数千米或数百米的板状或层状侵入体。岩盆中部下凹，周边凸起呈盆状的侵入体。
岩盖底部平而顶部凸起，与围岩成层方向平行的侵入体。
岩鞍定位于褶皱鞍部的侵入体。
岩株树干状不整合侵入的岩体。
岩脉狭长形的侵入体，切割围岩的层理。
岩瘤呈瘤状的侵入体。
捕体岩浆上侵过程中获的围岩碎块，大小不一，多见于岩体边缘。
火山岩火山锥火山岩在火山口堆积成锥状的堆积体火山口深部岩浆喷出地表时的出口
火山颈火山喷发时岩浆喷出的通道
比重/密度高———————————————————————→低
Fe—Mg高———————————————————————→低
SiO2%低———————————————————————→高
颜色深———————————————————————→浅石英+长石低———————————————————————→高
第8讲：（第三章第一节）沉积岩、变质岩及其特征
课时：2课时
课型：理论教学
目的要求：
1 要求学生了解沉积岩、变质岩的性质特征；
2 要求学生掌握沉积岩、岩浆岩、变质岩的基本特征及区分方法。
重点、难点：沉积岩、岩浆岩、变质岩的特征及其鉴别方法
方法手段：课堂讲解、实验观察
教学内容：
B）沉积岩 (Sedomentary rock)
沉积岩是在常温常压下，经风化作用，生物作用和某种火山作用形成的物质经过搬运沉积和石化作用而形成的（地质体）岩石。常分布在地表或地表以下不太深的地方。
石化作用或称固结作用主要有如下几种机理：
压固作用：由沉积物及其上覆沉积物的重量，使沉积物中的水分被挤出，沉积物空隙减少，变小，沉积物变硬。如红薯粉的沉淀。可能是等体积不等质量也可能是既不等体积又不等质量。
胶结作用：其他物质充填到碎屑沉积物的颗粒空隙中，把不同的碎屑颗粒胶结到一起，胶结物通常是SiC2、Fe2O3、nH2O 、CaCO3等胶体物质。
重结晶作用：由于沉积环境变化，如沉积后脱离大气，进入或有含矿物质的水进入到沉积物覆盖下的环境中未结晶或结晶微细的碎屑物质颗粒重新结晶或晶粒长大变粗，从而使碎屑矿物紧密嵌合。主要发生于化学沉积（如CaCO3）和生物化学沉积环境中。
新生矿物形成：沉积物中不稳定矿物溶解或发生化学变化。导致化学成分重新组合，发生反应生成新矿物。新矿物的形成，更加固结沉积碎屑。
(1) 沉积岩的特征。
(a) 矿物组成特殊：
—常见有石英，白云母、粘土矿物、长石、方解石、白云石、石膏、赤铁矿、玉髓等。
—橄榄石辉石角闪石黑云母等火成岩中常见矿物，在沉积岩中少见。
—粘土矿物、方解石、白云石、石膏、硬石膏等岩浆岩中少见的矿物在沉积岩总相当普遍。
(b) 碎屑沉积发育碎屑结构，碎屑颗粒有磨圆，分选等特征。
(c) 化学沉积发育晶质结构。
(d) 发育有层理波痕泥裂印模化石等原生沉积构造。
层理：岩石的颜色粒度矿物成分结构所表现的差异呈层变化，形成层理。
粒序层理：由矿物或碎屑颗粒的粒度有规律变化所引起的层状构造。
(2) 主要类型：
(a) 碎屑岩：母岩经风化搬运再沉积胶结而形成的岩石
常有：角砾岩砾岩：搬运距离短成分混杂分选差（>2 mm）
砂岩：具有砂状结构：
粗砂岩：粒径（2-5mm）
中砂岩：粒径（ mm）
细砂岩：粒径（ mm）
粉砂岩：具有粉砂状结构，胶结物为钙质硅质Fe质等。
(b) 粘土岩类：由高岭土等一些粘土矿物组成的，具有泥状结构的沉积岩。
固结/胶结好者为页岩如碳质页岩变质板岩
固/胶结差者为粘土油页岩（黄绿色）
固/胶结好但无层理者为泥岩
(c) 生物化学岩类
在沉积环境中，由化学作用和生物化学作用而形成的岩石，常为单矿岩，如硅质岩白云岩等种类多，常见有：
硅质岩：SiC2 硅质生物骨髓深海相海底火山热泉沉积
石灰岩：海水中的CaCO3凝聚沉积形成。主要成分为方解石与稀盐酸反应冒泡。在地表作用过程中形成喀斯特地貌。
白云岩：MgCO3主要是化学沉积的灰岩方解石CaCO3被Mg交代所形成白云岩而致。遇HCL不起跑，表面有刀砍状溶蚀沟纹。
一般白云岩是在气候炎热，干旱条件下，海水中咸度增高而发生化学沉积。
C 变质岩 (Metamorphic rock)
（1）变质作用：
固态原岩（沉积岩/岩浆岩）其所处的环境与其形成时的环境发生了变化，导致矿物化学成分。结构构造等也随之发生变化，使岩石与环境达到新的平衡的作用，叫变质作用。岩石经变质作用后转变为变质岩。
如：灰岩→大理岩
页岩/泥岩→板岩
砂岩/砾岩→变质砂岩/砾岩
花岗岩→花岗片麻岩
（2）影响因素：
a) 温度：温度升高，引起岩石发生重结晶作用，生成新矿物。
如：CaCO3+SiO2→ CaSiO3+CO2↑
b) 压力：静压力（固压），流体压力，走向压力（应力）。压力作用使矿物发生变形，形成新矿物。
c)化学流体：含H2O CO2的流体，具有很强的活性，促进元素的扩散迁移溶滤和岩石变形变质。
来源：空隙水结构水岩浆分异水，地壳深部热液。
(3) 常见变质岩：
●依原岩类型：正变质岩：由沉积岩变质形成的变质岩。如板岩等。
副变质岩：由岩浆岩变质形成的变质岩。如花岗片麻岩等。
●依变质作用分：