地球表层的物流自然地理系统的功能是靠其中连续的物流、能流、信息流来继持的。它们将自然地理系统的生存与发展、要素与整休、时间与空间结构与功能串连起来。了解这些流的动力学机制和调控方法就能基本掌握自然地理系统中复杂的流的关系。其中物质流对自然地理系统的质与量的确定、自然地理系统的演化与发展、自然地理系统结构与功能的稳定与变化有着十分重要的作用。自然地理系统中物质流可分为宏观的物质迁移和微观和物质迁移两大类型。一、宏观的物质迁移宏观的物质迁移表现为海底扩张、造山达动、大陆漂移、板块运动、三大类岩石的转化和水分循环。这些宏观的物质运动，既是造成地表海陆差异和大地构造地貌单元不同的主要因素，也是地表形态千姿百态不断变化的动力来源。仅以三大类岩石的转化为例，说明其对地表形态及地表组成物质的深刻影响。在一个地质时期三大类岩石的转化可以用一个三角图表述出来。从三个角中的任何一个角都可能发生向其他角转化的可能。绝大部分岩浆岩是由七种硅酸盐矿物组成的。其中最常见的是石英，它的成分是二氧化硅，其次是长石，包括正长石（含钾甲量多)和斜长石(富含钠或钙，或含两者均多)；石英与长石与其他硅酸盐矿物相比，颜色较浅，比重也较小，常称其为长英矿物。还有云母类、角闪石和辉石类，三者都是硅、铝、镁、铁及钾或钙的化合物;第七种就是橄榄石(仅含有铁与镁)后四种矿物统称铁镁矿物。在硅酸盐矿物处于高温熔融状态时即为岩浆。岩浆从地表以下至少几公里深处穿过比较老的坚硬岩石向上移动，最后凝固成为岩浆岩。没有一种岩浆岩是由前述七种硅酸盐矿物构成的，而是仅以三种或四种岩浆岩矿物作为其主要成分。陆地表面环境不大适宜于保存在高温高压条件下形成的岩浆岩，当其暴露在大气圈的低温低压条件下，特别是大气中富有丰富的自由氧、二氧化碳和水时，矿物就会随变化了的环境而发生化学变化。岩石表面也受物理崩解力的作用，它把岩石破碎成细小的碎屑，并把其组成矿 物分离成为颗粒。破碎使其暴露在化学性质活泼的水溶液中的矿物表面积大大增加，从而加速了岩浆岩的化学蚀变。岩浆岩的化学蚀变是产生沉积岩无机矿一物的最主要米源，在矿物蚀变过程中，固体岩石被变软和被破碎，产生各种不同大小的颗粒。当这些颗粒在流体介质—空气、水或冰的作用下被搬运时，它们统称为沉积物。河流把沉积物搬运到较低位置和可能沉积的地方。风和冰川也搬运沉积物，但不一定搬运到较低的高度或搬运到适宜于堆积的地方。最适宜的地点是大陆边缘的浅海，但也可以是内陆海或湖泊。堆积得很厚的沉积物可能被深深地埋藏在比较新的沉积物下面。在很长的时期内，这些沉积物受到物理的和化学的变化，变得紧实、而且坚硬，形成了沉积岩。沉积物有三大类:碎屑沉积岩、化学沉积岩和有机沉积岩。碎屑沉积岩主要有砾岩(砾岩层代表岩化的海滩或河床沉积物)、砂岩(砂粒一般是石英)、粉砂岩和页岩(页岩是沉积岩中最多的一种，大部分由粘土矿物高岭石、伊利石和蒙脱石组成);化学沉积岩是在有利的条件下，矿质化合物从海洋和荒漠气候区的内陆咸水湖里的盐溶液中沉淀出来的，其最常见的岩类是石灰岩(其主要组成矿物为方解石)，与石灰岩密切相关的是白云岩，它是由钙、镁碳酸盐矿物所组成，二者统称为碳酸盐岩;有机沉积岩中最重要的一类是碳氢化合物，如煤、泥炭、呈液态的石油和天然气等。地球内部的碳氢化合物总称为化石燃料。从人类能源的观点来看，这些燃料是不可更新的资源。一旦它们被消耗完，就不可能复得，因为地质过程在一千年之内产生的量与整个地质时期所形成的量相比，是微乎其微的。随着地壳造山运动产生的巨大压力和高温，可以使任何一种岩浆岩或沉积岩发生变质。由此而成的变质岩，在形态和组成上都发生了巨大的变化。页岩在造山运动的作用下，遭受挤压和剪切时变为板岩;当继续遭受压力和内剪力时，板岩就变成为片岩;砾岩、砂岩和粉砂岩的相应变质产物为石英岩;石灰岩受到变质作用后成为大理岩;片麻岩是一种主要的变质岩，它或者由侵人的岩浆变成，或者是由与侵人的岩浆紧密接触的碎屑沉积岩变成总的看来，反映环境营力的岩石变化的整个系统构成了岩石转变的循环。矿物质通过三种主要岩石类型不断地进行着再循环。岩浆岩决不是地壳的原始“岩石”。实际上，没有已知的最先构成地壳的岩石的记录，它们在很早以前就已被毁损和再循环了。二、微观的物质迁移微观的物质迁移也称为化学元素的迁移。因介质不同，动力不同(太阳能在地球表层分布不 均、生物群落不同、人类影响程度不同、水化学环境不同)，地表元素的集散过程及集散程度各地有很大的差异，这对景观生态质量及景观生态特征有着极为深刻的影响。地表环境是在太阳能流的直接支配下，与周围各种无机物质和生命有机体不断进行能量交换的开放系统。不同纬度带由于不同季节太阳高度角的不同，所获得的太阳辐射能量不一样。太阳辐射使地表的水热状况重新分配，影响生物生长量的变化，同时还改变地表的物质结构和地貌特征，因而也就改变了地表环境中元素迁移、分散富集的基本条件，使地表化学元素的迁移、集散过程复杂、多样。地表元素迁移与集散受人类活动的影响也十分强烈。人类的整个生产活动过程，从矿业开采、冶炼加工、机械制造，从造纸、化工、印染纺织、电子技术到农牧业生产使用的化学物品，以及人民生活等造成的大量污染化学元素进人环境，均参与地表元素的迁移、集散过程，使地表环境的化学成分与化学性质发生了重大的变化。通过大气活动.进行迁移的元素称为空气迁移元素，如碳、氢、氧、氮。空气迁移元素是有机体的重要组成成分，碳、氢、氧、氮占活质组成的 98%。空气迁移元素最重要的作用是通过活质改变大气的成分。氧氧是地壳内分布最多的元素。氧在岩石圈的克拉克值是 47.2。在 200 多种矿物中都能找到氧。游离氧是地壳内一切化学物质中最强大的氧化剂。另水中游离氧的含量多少对水的性质影响很大，如许多元素的水迁移能力随氧的含量而发生变化。大气圈是游离氧的主要“仓库”，而绿色植物是生产游离氧的主要“工厂”。氧气不仅维持着生命，也是由生命有机体产生的。原始的大气是从岩浆喷发过程中分离出来的，在高温高压的岩浆中，氧一定与其它元素化合而不可能是游离氧。绿色植物通过光合作用改变了原始的大气的成分。氧气占空气的 21％，它起源于在光合作用中靠光能进行的水分子的分解。这个过程每 200万年左右就可使全球约 15 亿立方米的水全都分解一次。光合作用所产生的氧暂时回到大气中，在大气中氧需要 2000 年再循环一次。在地质历史上，20 亿年前就有了光合作用。光合作用在地球上的出现，剧烈地改变着整个生命的环境，改变着整个生物圈。地球的原始大气圈含有丰富的碳酸气，由于绿色植物的光合 作用，实际上消除了大气圈的 CO2，目前大气圈的 CO2 含量只占大气总浓度的 0.03％。光合作用放出的氧气强烈地吸收太阳紫外线辐射，导致氧分子离解。大气中游离的氧原子层的出现能防止紫外线进人地表，从而对生物起了保护作用。不论是气体形成的游离氧或水溶液中的溶解氧，它们在地表都起着十分重大的作用。而在深层的水中是不含游离氧的。地表的游离氧，经常处于运动状态，随时都进行着化合作用。在发生这种化学反应时，游离氧就与其它元素组成化合物而被固定下来。正是这种作用与光合作用放氧过程相对立，使光合作用放出的游离氧处于动态平衡之中。可见，自然界氧的循环是以绿色植物的光合作用放氧开始，经过含氧化合物对氧的固定，再经过光合作用对水的分解释放出氧气，完成氧的全球循环。自然地理环境的发展，经历了从无机到有机的过程。地球自开始有了有机界起，原始的无机界便受到深刻的改变，大气、海洋及岩石圈的组成也发生了变化。因此，碳的循环，实质上是生物有机体与无机环境间的全球范围的相互作用，也是死物变活质、活质变死物以及它们之间相互联系的过程。改造无机世界的有机过程的“发动机”是光合作用。这一过程之所以称为光合作用，一方面是因为这里有合成作用，即发生了较简单的矿物质合成为复杂的有机质;另一方面一也因为这一过程的实现必须在太阳光的参与下才有可能。太阳能在这一过程中之所以是必不可少的，是因为在合成过程中必须把水分解成氧和氢，而这一过程需要大量的能量。这一能量全部来自太阳能。植物吸收这一能量后，将它们储藏在有机质中。这一过程的重要意义在于:① 它把太阳能转化成潜能储藏起来;② 它把无机物 CO2 和水造成有机物;③ 光合作用是由植物和微生物进行的，在这一过程中，二氧化碳和水反应生成碳水化合物，同时释放氧气。一部分碳水化合物通过呼吸直接被消耗，以供应植物生长所需要的能量;产生的二氧化碳通过植物的叶子或通过根系最终释放到大气中去。植物固定的碳的一部分被动植物消耗，同时放出潜能;动物也进行呼吸放出二氧化碳。动植物死亡后，最终被土壤中的微生物分解，一方面放出潜能，一方面分解成 CO2 和水。可见活质在分解过程中释放出被固定的太阳能，供微生物活动，把有机质分解成 CO:和水，消耗氧气。这就完成了非活质与活质的循环和转化。 在地质历史上，20 亿年前就有了光合作用。光合作用在地球上的出现，剧烈地改变着整个生命的环境，改变着整个生物圈。地球的原始大气圈含有丰富的碳酸气，由于绿色植物的光合作用，实际上消除了大气圈的 CO2，目前大气圈的 CO2 含量只占大气总浓度的 0.03％。光合作用放出的氧气强烈地吸收太阳紫外线辐射，导致氧分子离解。大气中游离的氧原子层的出现能防止紫外线进人地表，从而对生物起了保护作用。 不论是气体形成的游离氧或水溶液中的溶解氧，它们在地表都起着十分重大的作用。而在深层的水中是不含游离氧的。地表的游离氧，经常处于运动状态，随时都进行着化合作用。在发生这种化学反应时，游离氧就与其它元素组成化合物而被固定下来。正是这种作用与光合作用放氧过程相对立，使光合作用放出的游离氧处于动态平衡之中。可见，自然界氧的循环是以绿色植物的光合作用放氧开始，经过含氧化合物对氧的固定，再经过光合作用对水的分解释放出氧气，完成氧的全球循环。 自然地理环境的发展，经历了从无机到有机的过程。地球自开始有了有机界起，原始的无机界便受到深刻的改变，大气、海洋及岩石圈的组成也发生了变化。因此，碳的循环，实质上是生物有机体与无机环境间的全球范围的相互作用，也是死物变活质、活质变死物以及它们之间相互联系的过程。 改造无机世界的有机过程的“发动机”是光合作用。这一过程之所以称为光合作用，一方面是因为这里有合成作用，即发生了较简单的矿物质合成为复杂的有机质;另一方面一也因为这一过程的实现必须在太阳光的参与下才有可能。 太阳能在这一过程中之所以是必不可少的，是因为在合成过程中必须把水分解成氧和氢，而这一过程需要大量的能量。这一能量全部来自太阳能。植物吸收这一能量后，将它们储藏在有机质中。这一过程的重要意义在于:① 它把太阳能转化成潜能储藏起来;② 它把无机物 CO2 和水造成有机物;③ 光合作用是由植物和微生物进行的，在这一过程中，二氧化碳和水反应生成碳水化合物，同时释放氧气。 一部分碳水化合物通过呼吸直接被消耗，以供应植物生长所需要的能量;产生的二氧化碳通过植物的叶子或通过根系最终释放到大气中去。植物固定的碳的一部分被动植物消耗，同时放出潜能;动物也进行呼吸放出二氧化碳。动植物死亡后，最终被土壤中的微生物分解，一方面放出潜能，一方面分解成 CO2 和水。可见活质在分解过程中释放出被固定的太阳能，供微生物活动，把有机质分解成 CO:和水，消耗氧气。这就完成了非活质与活质的循环和转化。碳在活质内的平均含量是 18%,在土壤中是 2%，都大大超过岩石圈内碳的克拉克值 (0.1%），这主要是由于碳在土壤层、大气圈和水圈的生物循环所引起的。在地质历史上，大气圈、岩石圈和水圈的碳，无数次地参加了碳的生物循环。但这种循环不是封闭的，碳经常以泥炭、腐殖质、煤、石油、油页岩、石灰岩等有机化合物和无机化合物的形式保存在沉积物中。因此可以说，碳的主要循环是从二氧化碳到活质，然后又回到二氧化碳。但是其中一部分却被隔离开来而以泥炭、煤、石油等形式储藏在沉积物中。氮岩石圈中氮的克拉克值是 0.0l%。但它在地表含量显著增高。氮在大气圈的含量以重量计是 75.3%。氮是有机体生活的必需元素，它是蛋白质、叶绿素、核蛋白等有机化合物的组成成分，是生命和肥力元素。大气圈的游离氮是植物和动物不能直接吸收的。某些蓝绿藻在海洋、湖泊中能固定大量的氮。与豆科植物共生的固氮菌能固定大气中的氮。人类工业固氮在数量上超过其它形式的固氮反硝化细菌能把有机化合物的氮转变成为游离氮，这是与固氮作用相反的过程，这个过程极为重要，如无此作用，那么几百万年后所有的氮会被消耗殆尽。有机体的蛋白质和其它氮的化合物，在有机体死亡后腐烂分解，氨化作用形成氨，硝化作用形成硝酸盐，这都是植物容易吸收的成分。这些过程促进氮的循环。