导论作为一门学科的地球科学

导论地球人在地球上生存、繁衍了许多万年，但地球人只是最近才看到作为行星的地球。自1961“太空麦哲伦”加加林（Gagarin）的首次环球飞行之后，在1969年人类才得以在电视屏幕上目睹从月球上拍摄的地球。人类用行动证实大地为球形的是1519年葡萄牙探险家麦哲伦（Megellan）首次环球旅行。第一个地球仪于1492年在德国的纽伦堡出现，1526年麦哲伦航线被划在地球仪上。麦哲伦本人死于那次旅行中。

在同一时期哥白尼（Copernic）提出了包括地球在内的行星绕太阳自转和公转的日心说。哥白尼将人类从太阳系中心搬到边缘，从此，地球不再是宇宙的中心，并开始象陀螺一样旋转起来。从人类征服世界的旅行到哥白尼的革命，人们以往所接受的世界观被彻底推翻，由此便开始了人们所称的现代，即全球纪元。全球纪元的开始以人们发现大地是圆球和地球各部分开始沟通为标志。与麦哲伦同时期的哥白尼，提出了包括地球在内的行星绕太阳自转和公转的日心说。

18-19世纪人们认识的宇宙始终遵循完美无缺的秩序。牛顿（Newton）提出的运动定律保证了天体芭蕾的机械和谐。拉普拉斯（Laplace）把造物主从自力更生的宇宙中请了出去，宇宙成了一架永远十全十美的机器。这段时间，赫顿（Hutton）奠定了地质学作为一门学科的基础、史密斯（Smith）发现了化石的地层学价值、莱伊尔（Lyell）揭去了圣经“创世纪”的神秘外衣，提出均变论的思想、达尔文（Darllwin）创立了生物进化论，人们发现地球有自己漫长的历史。

19世纪是给地球写编年史的时期，研究地壳物质构成的知识也得到长足进步，矿物学、岩石学、矿床学取得了进一步的发展。地球科学的考察还深入到地下，并开始研究地球的物理性质，地球的化学构成。于是地球不仅具有表层，还存在深度，它不再是静止的，而且是不断运动的。到了20世纪天文学发现了其他星系的存在，1929年哈勃（Hubble）发现了遥远星系红移，为宇宙的扩张首次提供了经验性的指示。星系之间的相互远离打破了宇宙永恒的秩序。这时，德国的魏格纳（Wegener）提出了大陆漂移理论。这个不断膨胀和分散的宇宙历经了半个世纪的动荡，被彭齐亚斯（Penzias）、威尔逊（Wilson）接收到的“背景辐射”解释成150亿年前的一次动荡，被批驳和遭遇近半个世纪的大陆漂移论却为磁、电、声和地震探测技术所作的海底系统勘探所证实。地球是这样的伟大，它几乎是茫茫宇宙中唯一孕育高级生命的星体；地球是这样的复杂，对她的研究要用到集中人类最高智慧的新科技手段，所以有“入地比上天还难”之说。对地球研究的意义是深远的，形而上者是人类的终极价值追求，形而下者是人类自我价值的关怀。在这里，我们将以百科全书式的全景、史诗般的气势、科学态度的严谨，向同学们展现地球科学的本质，她的过去、现在、未来......。

地球科学是一个大题目，纵横几万里，上下数亿年，几乎辐射到自然科学的其他各个领域。对地球的认识同世界各民族的起源、历史、文化乃至这个世界文明的进展，都是紧密联系在一起的。本课程将领你进入地球科学，欣赏这一门研究地球本质的艺术。

地球是人类在宇宙中生存、发展的唯一家园，地球科学是研究地球系统并预测其未来行为的唯一科学。作为当代大学生，你应当了解你生活的家园——地球，应当关注人类社会可持续发展的环境和资源基础，应当懂得欣赏大自然雄伟壮阔而又古老的美丽，自然科学素质教育课程《地球科学概论》就是根据上述需要而面向全校大学生精心开设的。

地球科学是典型的自然科学，它动用了几乎所有的科学手段来研究地球系统的物理、化学过程；地球科学还是历史学，它探究地球以及地球生命的起源和演变，也告诉你观察人类历史的另一个视角；地球科学还是哲学，它注重人和自然、历史和未来、现实和演变之间的和谐与承接，关注人类发展的终极去向；地球科学更是实用之学，是工程建设与资源勘探、灾害预报和环境保护等实践活动的理论指导；另外地球科学还是你认识自然之美的一个理想窗口，它将向你全面介绍地球万年造化的自然风光。作为大学生素质教育课，本课程充分利用大量的文字、图片和视频资料，在兼顾课程体系完整的同时，突出当今地球面临的主要问题和人们普遍关心的自然与环境问题，注重趣味性和科学性，强调科学人文精神的培养，本课程将在阐明地球科学基本原理的同时，还要叙述地球科学发展史上重要的发现和创新历程，这些科学思想的诞生经过体现了自然科学演进的基本方式和科学家的人文意识，有助于培养学生的创新能力和科学人文修养。本课程内容共分17讲，每课（三学时）一讲，全面讲解宇宙与地球的起源、地球基本知识、地球物质组成、地下水、湖泊与湿地、地面流水、海洋、冰川、风、土壤、风化作用、变质作用、构造运动、地球资源与人类文明、环境灾害与可持续发展、数字地球等地球科学知识。作为一门学科的地球科学

地球科学研究对象和任务

地球科学特点、研究方法

地球科学的现状、发展和未来第一节地球科学研究对象和任务

1988年，美国《时代》周刊将地球推选为该年度的“风云人物”，把人类赖以生存的地球提高到前所未有的位置。正如联合国环发会议所指出的那样，人类在二十一世纪所面临的三大问题是：人口、资源、环境，而这些问题都与地球科学息息相关，因此二十一世纪将是地球科学大发展的世纪。在你深深地了解脚下的这片土地之后，你才会更深地理解保护地球的意义，现在让我们一起来轻轻地撩开地球神秘的面纱吧。

现代地质学的奠基人：CharlesLyell（莱伊尔）1830—1833年出版了三卷版的《地质学原理》，成为地质学研究的经典著作。CharlesLyell最基本的观点是：现在是了解过去的钥匙。也就是在地质历史中进行的各种地质作用与现代地球正在进行的地质作用具有同样的原理。这一思想通常被称为——将今论古。

查理士·莱伊尔是19世纪英国著名的地质学家、英国皇家学会会员、地质学渐进论和“将今论古”的现实主义方法的奠基人，在地质学发展史上，曾做出过卓越的贡献。恩格斯高度评价他“把理性带进了地质学”。

地球科学的研究对象是整个地球，包括地球从地心到外层空间的广阔范围，由地球的内圈和外圈构成，是一个非常复杂的开放系统，称为地球系统。地球大规模的作用过程通常涉及了整个内外圈，各圈层之间还存在相互作用的过程，把地球作为整体进行研究的是地球系统理论的主要研究任务。

理论意义

地质学首先是自然科学的组成部分，其研究结果对自然辩证法体系的完整性也有重要的意义，恩格斯在《自然辩证法》中就高度评价了赖尔和达尔文的工作。从地球科学发展的观点看，地质学的研究意义在于可以揭示地球的形成、发展、演化过程及其规律和各种地学过程的成因机制及演化规律，这些规律将在社会经济发展发挥巨大的作用。

实际意义

地质学研究更重要的意义在于服务社会经济发展。上个世纪末，人类即将跨进21世纪之际，国际社会对地球科学寄予了厚望，纷纷制定了21世纪的发展战略。1、1991年国家自然科学基金委员会组织专家编写了《地质科学》发展战略研究报告，提出了21世纪中国地质科学的主要任务和发展目标。2、1992年联合国在里约热内卢召开的环发会议，指出了人类在21所面临的主要问题是人口、环境和资源，并提出了可持续发展的战略。3、1993年美国国家研究委员会也编写了《固体地球科学与社会》一书，为二十一世纪的地球科学提出了四个目标：①了解所有研究领域的各种作用过程；②满足自然资源的需求；③减轻地质灾害；④调节和缩小全球变化的影响。

所有这些都明确地表明，二十一世纪地球科学在发展学科自己的同时，必须适应于社会发展的需要，服务于经济建设和人类本身。由此可见，地质学家不再只关心地球上已经发生过的各种地质作用，也不再只是向地球索取，而更加关心正在发生和将来可能发生的各种事件和过程。

第二节地球科学特点、研究方法

地球科学的特点

大空间尺度：地球科学全球性的特点使得各国地球科学家的研究工作受到局限，往往需要大范围的合作才能够全面地了解地球；另一方面是地球内部实际观测的难度，目前只能通过地球物理手段进行间接的了解。

长时间尺度：地球形成自今大约经历46亿年的演化，而这些历史很难通过实验加以证实，通常采用的是将今论古的方法。地球科学的研究方法

1、野外实际调查，各分支学科的野外调查方式有所不同。2、采集各种地质、地球物理、地球化学资料和样品。3、确定地学过程的时空关系。

地球科学的分析手段和内容分析手段：X荧光光谱、ICP光量计、电子探针、中子活化、核磁共振

分析内容：常量元素、微量元素、稀土元素、同位素。辅助工具偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜、计算机综合分析

线索：利用野外调查获得的资料信息和室内实验所获得的数据进行综合分析，研究地学过程留下的线索

推理：把各种线索和资料有机地结合在一起，并结合已有的各种模式和已知的地学过程进行合理的推理，并给出合理的解释

模拟：建立与推理结果相适应的物理模型或数学模型进行模拟，印证推理过程的正确性

结论：最终得出合理的结论第三节、地球科学的现状、发展和未来基本目标

随着高新技术在地学领域的广泛应用，对地球深部结构及其地学过程的研究已经成为可能。一些发达国家的学者在探讨地球科学的未来时，不失时机地提出了包括深、浅、表在内的“地球系统”的概念和提出“了解整个地球系统的过去、现在和未来的行为及其演变过程”的基本目标。研究目标

随着地球科学在矛盾日益尖锐化的环境、资源、减灾等领域所面临的新挑战，地球科学家们在90年代实施了“全球变化”大型国际合作研究计划。这些计划更多的是考虑了地球的表层系统，如世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈生物圈计划（IGBP）、全球变化的人类因素计划（HDP）等把岩石圈、水圈、气圈和生物圈等影响人类生存环境的“表层系统”作为一个整体，研究这些地球上部圈层演变过程中的相互关系。

地球科学的发展和未来二十世纪八十年代以来，地球科学及其相关领域在如下几个方面取得了实质性进展：1.电子技术和数字化信息的飞速发展；2.航天技术及遥感的广泛应用；3.层析成象技术在地球内部探测方面的成功应用；4.地球内部物质各向异性的研究；5.高温高压下矿物物理学的理论和实验研究；6.测试手段的发展和精度的提高使微区、微量成分的测定成为可能；7.非线性科学的飞速发展。