地球表层的概念

地球表层系统是相对于地球内圈而言的组成部分,它主要由岩石圈、大气圈、水圈、人类圈和生物圈构成的地表自然社会综合体。

地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；而地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150公里处。

（1）地球表层突变的一般机制

耗散运动中的地球表层处于一种动态的平衡状态下，在这种状态下，由于地球表层内、外环境作用，使得地球表层内部负熵流的流通转化量不断变化，形成地球表层这个远离平衡态系统的随机小涨落，这些小涨落多被自组织系统自身抵抗，只有一个或少数几个涨落能够被放大，而这一个或少数几个随机的小涨落通过相干效应形成宏观的“巨涨落”，使系统由不稳定发生突变跃迁到一个新的稳定的有序状态。

地球表层全球性突变事件，因为发生在地质历史时代，只能根据地球表面留下的记忆痕迹及其排列组合提出各种假说。例如，超新星爆发、地球运动轨道的变化、巨大陨石撞击地球和天文奇点假说等。

（2）涨落、突变与地球表层进化的偶然性与必然性

地球表层巨系统由无数个系统组成。我们经常观测的宏观量如温度、压强、能量、熵等，都反映着微观系统的统计平均值。由于人们无法完全控制微观系统的运动过程，这一巨系统在每一时刻的实际物理量等并不精确地处于平均值，而是或多或少有些偏离，这些偏差就叫涨落。在一般情况下，由于地球表层系统非常大，这些涨落相对于平均值是很小的，即使偶尔有大的涨落也不会对宏观量的实际测量产生影响，因而经常被忽略掉。然而，在临界点附近，情况就大不相同了。这时，很可能出现大的涨落，而这种涨落可能不被耗散；相反，它甚至可能被放大形成巨涨落，而导致系统发生宏观的变化，即发生系统状态的突变。由于涨落的随机性导致突变的偶然性，涨落是突变的媒介。

目前人们对地球表层耗散运动的研究，发现凭借极快的反应速度和高度的稳定性，自催化和交叉催化的反馈环路在处于远离平衡的地球表层的开放动态系统中占据着支配地位。可是，因为没有一个自组织反应循环能永远保持恒定，所以环境中经常性的变化迟早会造成某些循环中断的条件。地球表层系统就会碰到动态系统理论中称谓突变分支的那样一个点，则造成地球表层动态系统的发展本质上是非决定性的。这种突变分支导致系统通过放大某些原有的涨落，从有可能的稳定状态集中作出一种基本上是随机的选择，并导致巨系统结构复杂性的增长，系统跃迁到平衡的新状态，出现组织层次的提高。这样我们认为对历史的发展作出基于牛顿力学基础上的拉普拉斯那样的预言是不可能的。世界发展到今天经历了无数次各种层次的突变分支，而每次都曾在各种可能性中由极为偶然的涨落作选择，然后发生突变。今天的世界是整个分支过程的必然性在分支树上同具体选择的偶然性结合的产物。偶然性是必然性的补充和表现形式。如果在远古时代，在某个支道口上，遇到一个稍有不同的涨落，那么现今整个地球表层的情况将会是另一种局面了。

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