地球内组织水平的分级

第三节　地球内组织水平的分级

在地球内建立一个坐标系后（如质心坐标系），对应于一确定点R（x，y，z）来说，它所处的位置和自身的物理特性决定了它所相应的各特征参数的特有组合。这个由位置影响或控制的性态参数组合使该点“物质元”从本质上与其他各“物质元”区别开来。

对于某“物质元”的众多性态参数中的一种来说，可以认为它是其位置坐标x，y，z的函数。比如对压力p、温度T、受力F、速度v、摩尔质量M等性态因子来说，则有：

这样，若要把某一“物质元”的各种性态特征全面地描叙出来，就要用许多函数式。为了降低这个困难，在理论上概括地表示出地球内某一“物质元”的所有物化特性，特取定一个函数Y，我们假设它总括了一切决定该点性态特征的因子，并称这个能表征地球内一个物质实体的各种性态特征的函数Y，为该特定物质元的“性态函数”，即

性态函数的取值称为该点的“性态值”。这样，在抽象出了这个Y函数后，对于地球内某(点x0，y0，z0)处，物质的各种性态来说，就可以借助函数Y简洁地描叙出来：

这时的Y(x0，y0，z0)就是该点物质所有特性的综合指标，也即该“物质元”的性态值。通过性态值的唯一确定，可以认为由性态函数为地球确定了一个“性态场”。

假设对于地球内某一空间的Y函数而言，具有一阶连续偏导数，则对该空间内的任一点R（x，y，z）来说，就可以确定出一个梯度向量：

它的方向与取得Y函数最大方向导数的方向一致，而它的模为该方向导数的最大值。因为该向量表征了性态函数的梯度，故简称其为“性态梯度”，记作grad Y，则对某点R（x，y，z）来说，有：

从数学意义上，可以很容易地知道，某处性态梯度的方向也就是该处性态函数Y变化率最大的方向，它和该处性态陡变面的法线方向一致。相对应地，地球的性态梯度就是地球性态函数变化最快的方向。

地球内部是不均匀的，这种不均匀性表征了地球内的系统自组织性。正因为地球内有这样的不均匀性，所以若给性态函数Y任取几个适当数值的等量面的话，即：

则通过这些等量面在地球体内的交接错杂分割，就可以在理论上把整个地球从性态的变化程度上划分成许多大小不一、形状各异、性态特具、等级有别，但又彼此之间空间共轭、相互作用的小组织单位。

图1．3　地球的等量面截痕图

为了显示地球体的这种结构特点，如果通过质心O任作一等量面C的截痕图，则它会有如图1．3所示的形式。而这些被等量面网状分割出的小“地块”，它们内部的物质性态在一定程度上有同类性，性态值相近，性态梯度相当。由于这一个个小地块内的物质元，它们连结在一起，并有相似的性态值和性态梯度值，所以它们从各自相似的“气质”和“环境”出发，自发组成了地球内一个个相对独立的结构单位，并具有各自特有的边界和功能。这些成群小单元的出现，既是地球内物质组成不均匀的显现，同时又是地球自“出世”以来体内物质不断分异演化而走向有序的必然结果。

就如人体是由最基本的生理单位——细胞组成一样，笔者想把地球内实际存在的，由具有最相似的性态值和性态梯度的物质实体所组成的、在结构和功能上具有一定独立性的小地块称作“地胞”。并同样假定其为地球内“生理”结构的最小单元和最基本单位。那么，到此就可以这样说：“庞大的地球体是由千千万万个地胞所组成的”。

有了地胞的概念之后，我们就可以在较为有具体意义的单位上来分析地球内的系统结构。但由于地胞所占的空间很小，用它来分析庞大的地球时使用起来还不够方便，笔者想再类似性地提出“地组”和“地系”两个单位的概念。

所谓“地组”，指在空间上紧密结合起来的、具有一定结构和功能形式的，性态函数能彼此耦合的地胞群。所谓“地系”，是指在时空上相互作用，行径上多为一体的地组组合体。这样，从性态函数的等位面取值上来说，则从地胞、地组到地系，C值逐级增大。等级单位内的性态梯度值相近，而边界上，性态梯度值发生突变，因此可以用定义性态梯度的方法来求取边界处的性态梯度的导数，如果性态梯度的导数值不为零，则该处为等值面的边界。因为在同一等级面内，或说地胞内，性态梯度的变化率不大，近似为零，由此可以得到等级单位的边界条件为：

现在回到当今已通用的几个概念上来考察它们内涵间的联系，则可以说：板块即为地球表层（岩石）内的“地系”；地球圈层即为与地心径向距离相当、速度相近的“地系”结合起来形成的。地表的地台和地槽为与“地组”相当的等级单位；而“地胞”则有如地表的一块岩体、一个山丘或一个湖泊，它可大可小，形态各异，但组成均一。

这些等级不同的概念构成如图1．4所示的地球内组织水平的分级系列。

图1．4　地球组织水平分级

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4．人体的组成

人体是由细胞组成的，细胞是生物体中结构和功能的最基本单位。就像是一栋建筑物由许许多多的砖块组成一样，人体大约包含100万亿个细胞。这些细胞相当微小，大多数要借助显微镜才能看到。细胞的繁殖是通过细胞的分裂、分化来实现的，单细胞生物中的细胞分裂就是个体的繁殖。在多细胞生物中，细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。分裂后的细胞，在形态、结构和功能上向着不同的方向变化，细胞分化的结果是形成不同的组织。细胞死亡是细胞衰老的结果，是细胞生命现象的终止。由形态的相似，结构相同，执行相同功能的细胞所组成的细胞群叫做组织。人体基本的组织分为四类：肌肉组织、神经组织、结缔组织和上皮组织。不同的组织，按一定的次序结合在一起构成器官，每个器官都具有一定的形态和功能，器官在人体内的工作比组织内的工作要复杂得多。每一个器官都是人体内器官系统的一部分。能够共同完成一种或几种生理功能的多个器官，按照一定的次序组合在一起就构成了系统。人体共有8大系统，各种器官和系统共同组成生命体。由此可以看出，人体各个部分的协调作用，充分体现出人体是一个统一的有机体。人体是由细胞、组织、器官和系统组成的。最小的单位是细胞，最大的单位是系统。而我们美丽的地球具有与人体生理结构相类似的结构特征。由地胞、地组、地系、圈层共同构成了今天生机勃勃的地球。