7.地球系统科学

1、中国海洋大学本科生课程大纲课程名称地球系统科学Earth System Science课程代码课程属性专业知识课时/学分32/2课程性质选修实践学时0责任教师李巍然，李三忠，姜兆霞课外学时12课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修课程介绍1课程描述（中英文）:本课程主要讲授地球系统的相关概念、地球的起源、地球各圈层（大气圈、水圈、 生物圈、岩石圈以及地球深部各圈层（如地幔、地核）的形成、演化、运动规律、各 圈层之间的相互作用、协同演化、不同时间尺度上地球深部构造演化和气候变化规律、 当前人类面临的气候变化问题及人类活动对地球环境的影响，并进而探讨地球以

2、及太 阳系其他星球的宜居性。本课程将引导学生从跨圈层、跨时空角度整体系统地认识地球系统的行为，建立 学生认识地球系统的全局观和系统观，从地球系统的角度认识地球上的各种自然现象 并思考各种自然现象背后的内部驱动力。促进学生了解并关注人类面临的全球变化问 题，引导学生从地球系统科学的角度理解和评估人类行为对地球环境变化的影响，并 激发学生认识和保护地球的意识。This course includes the following topics: the concepts of the Earths system, the origin of the Earth, the formation, evo

3、lution and dynamics of atnios phere, hydros phew, bios phere.lithosphere and the internal layers (e.g., mantle and core) of the earth, the interaction and co-evolution between the various spheres, the laws of the Earths climate change and tectonicevolution on different time scales, the current clima

4、te change and the impact of humanactivities on the Earths environment, and further discuss the habitability of the Earth and other planets in the solar system.This course will guide students to understand the behavior of the Earth system on different spatial and temporal scales from the perspective

5、of the holistic and systematic perspectives, help students understand the various natural phenomena on Earth and ponder over the internal driving force behind from the perspective of the system, promote students to understand and pay attention to the global changes facing human, and guide students t

6、o understand and evaluate the imp act of human behavior on the changes in the earths environment from the perspective of earth system science.2设计思路:本课程面向地质学专业高年级学生开设，教学内容分为四大模块：地球系统科学 基本知识、地球系统的组成和运行规律、不同时间尺度的地球多圈层协同演化、气候 变化、人地关系。地球系统科学基本知识部分主要介绍地球系统科学的基本概念、研 究方法及手段、地球系统的深浅部组成和起源，引导学生初步建立起地球系统的概念。地球

7、系统的组成和运行规律部分介绍系统理论的相关概念、全球能量平衡、全球物质 循环、地球圈层的相互作用、协同演化、不同时间尺度地球的深浅部动力演化、气候 变化及当前人类面临的气候变化问题，帮助学生运用系统的观点和普遍联系的观点认 识地球上的各种自然现象、了解并关注人类面临的全球变化问题。人地关系部分以臭 氧损耗与人类对生物多样性的威胁为例，介绍人类活动对地球环境的影响，引导学生 从地球系统科学的角度理解和评估人类行为对地球环境变化的影响。3.课程与其他课程的关系:本课程是针对地质学专业高年级学生开设的专业选修课，选课学生应已修完相关专业课，先修课程包括：普通地质学、岩石学、构造地质学、古生物地史学、

8、第四纪 地质学。二课程目标(一)专业教育目标本课程的教学内容是在地质学专业基础上的扩展和延申，通过课程学习，学生将 具备以下能力:(1) 掌握地球系统科学的基本概念和基础理论，了解地球系统科学的研究方法。(2) 系统掌握地球作为行星的起源及地球系统各圈层的起源、组成、结构、运动、演化方面的相关知识、理论和规律，能够利用相关知识科学地解释常见自然现象的机理。(3) 系统掌握地球系统的能量平衡、物质循环组成和运行规律、各圈层之间相互作用、协同演化的机制、不同时间尺度的深部动力学循环、地球气候变化规律及当前面临的 气候变化问题。(4) 了解人类行为对地球环境的影响，并能从地球系统科学的角度科学评佔人

9、类行为 对地球环境的影响。(5) 形成全球性、统一性的整体观和系统观，建立宏观的、系统的地球系统科学思维方法。(二)思政教育U标地球系统科学课程突破传统的孤立地研究地球某一组成部分，转变为从全局 角度统一认识和理解地球这一复朵系统及其组成部分之间的相互作用与联系。希望学 生在获取地球系统自然规律的基本专业知识的同时，能够形成地球科学研究体系与方 法，建立正确的科学研究态度。在此基础上，能意识到人类作为地球上唯一具有高等 智慧的生命体，对于维护地球自然环境、实现人类社会可持续发展负有車要责任，并 最终树立正确的科学观、世界观、人生观和价值观。工业革命以来，人类生产和社会活动逐渐扩展到整个地球，对

10、地球自然生态环境 系统和生态扰动、破坏的规模日益扩大。如今我们正面临着全球气候变化、生物多样 性减少、地球资源枯竭等一系列问题，而且地球环境的变化正在加速，使得地球系统 正在进入一种新的、人类从未经历过的状态。为此，课程设置了专门章节，讲述人类 与地球系统的相互作用，包括人类行为对地球环境的影响、全球变暖对人类的影响、 如何保护我们的宜居地球等。我们希望学生深刻认识到：地球复杂而美丽，对地球系 统的科学认知是我们评佔所面临的全球变化风险的基础，也是我们保护地球家园的基 础，这既是地学工作者在科学上前进的目标，也是我们为满足国家和社会可持续发展 需求义不容辞的责任和义务。三、学习要求要完成所有的

11、课程任务，学生必须:（1）按时上课、认真听讲，积极参与课堂讨论，认真完成随堂测试。本课程的平时成绩包含随堂测试、讨论、课后作业等部分，课堂表现和出勤率也是平时成绩考核的 组成部分。（2）按时完成课后作业。课后作业要按书面形式提交，延期提交作业需要提前得到任课教师的许可。四、教学进度序号专题 或主题计 划 课 时主要内容概述思政要点1绪论21.地球系统科学的定义和特 点地球系统科学发展历史3.地球系统科学的研究方法 与技术手段3.1地球物理学方法（重磁 电震）通过介绍地球系统科学的定 义、特点和发展历史，希望学 生在获取地球系统自然规律的 基本专业知识的同时，能够形 成地球科学研究体系思维与方

12、法,建立正确的科学研究态度。3. 2地球化学方法3. 3古生物方法3.4岩石学方法3. 5微观分析方法2地球系统 的组成和 起源41. 宇宙和太阳系起源；2. 太阳系结构和演化；3. 地球系统的起源和演化3. 1地球的起源3. 2地球固体圈层的分异3. 3水圈与大气圈的形成3. 4生物圈：生命和光合作用 的起源通过系统介绍宇宙、太阳系以 及地球的起源，让学生感受天 里的壮阔与时间的无垠，建立 学生的宇宙观和时空观，正确 认识世界、认识自己。3地球的岩 石圈21. 岩石圈结构组成和地球化 学特征2. 大陆岩石圈和大洋岩石圈 的形成构造演化过程3. 岩石圈的地球物理学特征4. 岩石圈主要的物质循环

13、过 程4地球的地 幔和地核21地幔和地核的物质组成和 结构2. 地幔对流和能量循环3. 地核的形成演化5地球的大 气圈和水 圈：大气 与海洋环 流系统21. 大气环流系统2. 海洋环流系统3. 地表水和地下水系统4. 大气-水循环6地球的生 物圈：碳 和营养元 素循环41. 生物圈的概念和组成2. 生物圈演化过程3短期、长期有机碳循环4. 无机碳循环5. 碳酸盐、硅酸盐地球化学 循环6. 磷循环与氮循环7地球圈层 相互作 用：（一）生物圈与 大气圈21. 生命对早期地球大气的影 响2. 生物圈演化与地史时期大 气氧含量的变化3. 现代过程中控制大气氧含 量的因素8地球圈层 相互作 用：（二）地

14、幔与岩 石圈21威尔逊循环：洋中脊扩张 和俯冲带2. 地幔流与板块运动3. 地幔柱与海山链和大火成 岩省形成4. 大型低速剪切带与地幔柱9地球圈层 相互作 用：（三） 多圈层耦 合21. 岩石圈构造演化对地表河 流特征控制2. 海陆分布格局对气候系统 的影响3. 冰川消融引起的地壳均 衡调整4地核、地幔演化对生命、 气候演化影响：以地磁场变 化为例10长时间尺 度的地球 气候演化21.古气候的地质学记录2显生宙大气co：、a含量变 化及气候演化3.古温度浪化3. 第四纪冰期的地质学证据4. 米兰科维奇旋回5. 冰期气候反馈11当前的地 球气候： 全球变暖（-）近 期和未来 气候21. 全新世气

15、候变化2. 地球碳储库与通量3. COj青除过程和时间尺度4. 对未来CO：浓度和气候的 预测12当前的地 球气候： 全球变暖（二）：影 响、适应 与减缓21. 海平面变化2. 对生态系统的影响3. 全球变暖对人类的影响4. 如何减缓全球变暖13人类行为 对地球环 境的影 响：臭氧 损耗和温 室效应等21. 紫外线的辐射及生物效应2. 臭氧层的形成和分布3. 南极臭氧空洞4. 臭氧的生成和破坏机制5. 制止臭氧损耗的机制通过讲述人类发展对地球环境 的改造和破坏。我们希望学生 深刻认识到:地球复杂而美丽， 对地球系统的科学认知是我们 评估所面临的全球变化风险的 基础，也是我们保护地球家园 的基础

16、，这既是地学工作者在 科学上前进的U标，也是我们 为满足国家和社会可持续发展需求义不容辞的责任和义务。 激发学生保护家园的信念。14地球及太 阳系其他 星球的宜 居性21.地球系统的宜居性特征： 从深部-浅部-大气圈2太阳系其他行星的环境、 构造特征3.地球宜居环境保护通过介绍太阳系中的各大行星 环境特构造征，让学生深刻意 识到，地球是U前唯一的宜居 性星球，而我们人类作为地球 上唯一具有高等智慧的生命 体，对于维护地球自然环境、 实现人类社会可持续发展负有 重要责任，并最终树立正确的 科学观、世界观、人生观和价 值观。五、参考教材与主要参考书 参考教材1地球系统与演变九汪品先等，科学出版社，

17、2018年出版。地球系统第3版，张晶、戴永久译，高等教育出版社，2011年4月出版。主要参考书地球系统科学，毕思文编著，中国地质大学出版社，2009年9月出版。The Blue Planet ： An Introduction to Earth System Science(3rd edition).BrianJ. Skinner and Barbara W. Murck, Wiley (2011).六. 成绩评定(-)考核方式D : A.闭卷考试B.开卷考试C.论文D.考查E.其他(二)成绩综合评分体系:成绩综合评分体系比例1.课下作业、课堂讨论及平时表现502.期末论文50总计100作业和

18、平时表现评分标准:1）作业的评分标准作业的评分标准得分（1）严格按照作业要求并及时完成，基本概念淸晰；叙述精当完整，图件精美。90100分（2）基本按照作业要求并及时完成，基本概念基本淸晰：叙述较为精当完整， 图件美观。6189分（3）不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不淸晰：叙述不精当，图件错 误。3160 分（4）不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不淸晰或没有报告。030分2）课堂讨论及平时表现评分标准课堂讨论、平常表现评分标准得分（1）按时出勤，认貞听讲，对课堂提问能积极思考、回答。认宾完成课后文献 阅读并加以理解、消化，能够积极参与课堂讨论、活晰阐明个人观点、具有独90100分（2）按时出勤，听讲较认真，对课堂提问能思考、回答。能够完成课后文献阅 读，能够参打课堂讨论、阐明个人观点、