人类圈与地球系统

作为最新地球圈层的人类圈和地球系统是现代地球科学中两个重要的基本概念。正确而深刻地认识这两个概念对全球环境变化和持续发展等问题的研究具有重要的意义。目前对它们及其相互关系尚缺乏统一的认识。本文主要讨论：（１）对地球系统的三种理解；（２）人类圈与人类活动、生物圈和智慧圈等的基本区别；（３）人类圈与地球系统的关系，并主张人类圈是现代地球系统中五个地球圈层之一。     

深入探索全球变化机制——国家自然科学基金委重大研究计划的战略研究

全球变化作为历史上第一个由科学界提出的全球性政治问题,强有力地推动着学科发展.同时,国际主流意识在全球变暖问题上几十年来的巨大变化和当前面对的剧烈争论,反映出全球变化理论认识上的不成熟性.当前,我国全球变化研究已获得国家重大科学研究计划的支持,国家自然科学基金委可以集中力量支持变化机制基础理论的深入探索,从地球系统科学的高度、在更大的时空范围内研究变化机理,力争在基础理论上有所突破.全球变化的机制,主要涉及温室气体的气候效应、CO2与生源要素循环和气候系统中的水循环三大基础科学问题.建议我国针对基础问题,结合本身特色,聚集力量采取以下举措:(1)开展长期观测—科学和技术的结合;(2)穿越时空尺度—不同过程的辨识;(3)促进学科交叉—发展比较行星学等学科;(4)设置大型计划—发挥我国自然条件的优势.藉以揭示地球系统的运行机制,促使我国的相应学科尽早实现从跟踪到创新、从"原料输出型"到"深加工型"的转变.     

地球系统科学综述

首先从人类面临全球性的重大问题、地球系统的全球化和地球系统科学的关系与传统地球科学三个方面介绍了地球系统科学提出的背景,阐述了地球系统科学国内外研究现状．然后,详细介绍了地球系统科学的概念与研究方法,主要包括研究思路、基本概念、地球系统过程、全球——区域信息获取、海量信息处理和分析及地球系统模型等．第三,构建了地球系统科学理论基础．主要包括：地球系统的连续动态系统、离散动态系统、地球系统的随机性、地球系统的自组织和地球系统的简单巨系统与复杂巨系统,重点介绍了地球系统科学子系统与各圈层相互作用的动力学模型与效应．第四,概述了地球系统的数字表达一数字地球和地球系统科学是可持续发展战略科学基础．最后,简述了中国开展地球系统科学研究的方向和面临的主要科学问题。     

编者按

正全球变化,包括气候变化以及在地球内外多圈层交互作用下发生的其他环境变化.全球变化给人类和其他地球生命带来了机遇,有其积极的一面,但同时也带来了更多的挑战和负面影响.目前这种影响已经涉及地球系统的主要过程和人类活动的各个方面.例如森林的过度砍伐导致生物多样性下降,全球变暖已经导致海平面上升,同时也增加了极端气候事件和自然灾害发生的频率.全球变化在改变自然环境的同时对经济社会发展也产生了深刻影响,妥善应对全球变化的挑战是人类实现可持续发展的重要保障.为了应对以上挑战、加强国际合作、提高研究水平,20世纪80年代以来国际上先后发起了世界气候研究     

专题：遥感与全球变化研究——编者按

全球变化,包括气候变化以及在地球内外多圈层交互作用下发生的其他环境变化.全球变化给人类和其他地球生命带来了机遇,有其积极的一面,但同时也带来了更多的挑战和负面影响.目前这种影响已经涉及地球系统的主要过程和人类活动的各个方面.例如森林的过度砍伐导致生物多样性下降,全球变暖已经导致海平面上升,同时也增加了极端气候事件和自然灾害发生的频率.全球变化在改变自然环境的同时对经济社会发展也产生了深刻影响,妥善应对全球变化的挑战是人类实现可持续发展的重要保障.     

全球变化水文学:陆地水循环与全球变化

正1引言全球变化水文学是全球变化研究与水文学交叉的一门新兴前沿学科.全球变化水文学综合水文学、气候学和地理学,研究不同时间和空间尺度上陆地水循环与全球变化相互作用,其核心目标是理解陆地水循环演变的自然和人为因素及其影响与反馈.随着地球演化进入人类主导的新地质时代——"人类世",在气候变化、土地利用/覆盖变化、人类用水活动等因素影响下,陆地水循环系统正在发生快速变化,水文过程呈现非稳态特征,对水文学的更新与发展提出了新需求(Abbott等, 2019).在此背景下,全球变化水文学(Global Change Hydrology)应运而生,试图厘清水循环变化的自然波动和人类"印记",以更好地理解水循环变化,为水资源可持续管理服务.     

中国地球物理学家积极参与地球科学方面的国际合作--第23届IUGG大会在札幌举行

国际大地测量与地球物理学联合会 (I UGG)第 2 3届IUGG大会于 6月 2 9日至 7月 1 1日在日本札幌举行。大会以“行星地球的现状”为主题 ,强调对地球系统过程的多学科综合研究和新技术在地球物理科学中的应用。全球变化与地球系统过程、人类活动对大气层的影响、地球发电机模型和地球磁场、卫星观测在地球重力场测量中的应用、地球过程的可预测性、地球物理灾害和可持续发展、地球内部的结构和动力学等重要的科学问题成为大会关注的焦点。IUGG所属的国际大地测量学协会(IAG)、国际地磁学与高空物理学协会 (I AGA)、国际水文科学协会 …     

刘嘉麒院士谈地球

正地球是人类的家园,人类生存所需要的大部分物质都取之于地球,关乎人类生存的资源、能源、气候、环境、生态、灾害等重大问题都需要地球科学去研究、去解决,从本质上说,地球科学就是养活人类的科学,其宗旨是探索自然奥秘。地球是怎么形成的?生物是怎么诞生的?气候如何变化?人类向何处发展?……这一系列问题,都蕴含着丰富的自然奥秘和科学内涵,需要人们不断地探索和研究。     

氧循环与宜居地球

氧是影响地球宜居性的重要因素,其与复杂生命体的形成和演化有着千丝万缕的联系.研究全球氧循环有助于我们了解地球系统的演化过程,剖析地质历史时期地球宜居性的形成,从而帮助我们预估地球系统的未来变化.近几十年来,氧循环的研究在地质学、地球化学、地球生物学、海洋科学和大气科学等领域取得了重大进展,这丰富了我们对地球系统的认识....     

生物圈·生命圈

地球环境的演变决定了生命的起源与演化过程,而生命过程又影响看地球表层环境以及大气圈、水圈及岩石圈的物质循环生物多样性是地球演化的独特产物,对地球生命维持系统起着极为重要的作用,是人类赖以生存和发展的基础。因此,研究地球与生命的互动,研究生物多样性的起源和发展对人类可持续发展具有重要意义。     

系统地球科学--地震学的发展方向

1多学科交叉研究是历史发展的必然 20世纪后半叶起,现代科学技术的发展正在不断推倒各门学科之间的壁垒,逐步综合为一个有机的整体.20世纪60～80年代,国际上在天地生领域开展综合研究,1986年国际科联推出了"国际地圈-生物圈计划(IGBP)",该计划以描述和研究控制整个地球系统的物理、化学和生物过程及其相互关系为中心目标.从天体行星和全球尺度认识和研究地球的结构、演化过程和动力学,并把区域性和全球性统一起来,把区域系统置于全球框架中进行研究,从区域解剖--全球对比--建立模型.与此同时,现代科学认识也正向着微观和宏观两个方面延伸,从信息、层次、结构和功能的诸多方面揭示自然界的规律,而任何成熟的科学理论知识本身就能转化为进一步科学研究的方法论.因此,系统科学的综合研究是自然科学发展的必然趋势,也是自然科学向更高层次成熟发展的标志.地球系统科学的多学科交叉研究是传统地球科学发展的必然.     

序

时间是地球科学研究中永恒的主题之一 ,宇宙中没有什么事物不受时间的支配。人类发展中对时间的不断认识是社会文明程度提高的一个重要标志。时间是研究地质问题的基本。时间、空间、物质和能量是研究地质过程、环境演化的基本要素 ,要认识和掌握自然中的规律 ,都要搞清上述要素在时间过程中表现的相互关系。在没有年龄测定之前 ,人们对地球年龄的多种推测都与实际情况相差甚远 ,只有当科学工作者把放射性衰变定律的原理应用到地质年龄的测定后 ,才使地球有了科学的、公认的年龄 45 .5亿年。地球年龄的测定使人们有了新的地球观 ,地球科学的研究也有了质的变化 ,从地质过程的定性研究走上定量研究。如今科学更加注重时间概念的重要性 ,在许多问题上提出高解析度定年、高解析度建立时间尺规 ,以便更准确地确定周期和相位 ,更好地进行全球对比 ,进而更加精确地进行自然演变的地史再造和趋势的精细估计 ,为科学地探索过去、认识现在、预测未来找到依据。年轻地质体的年代学 (新年代学 ) ,主要是研究新生代以来 ,尤其是新第三纪以来的年代学问题。近十余年来 ,它已逐渐成为同位素地质年代学的重要组成部分。年轻地质体年代学与同位素地质年代学一样 ,是一门试验.     

走向21世纪的地震科学技术

近年来，地球科学研究有了迅速的发展。继板块构造学说问恨之后，对全球的系统研究，从宏观上大大推动了对地球的认识，大量高新的技术的应用也使地球科学研究的手段和方法日新月异。资源，环境，灾害等诸多方面的问题，又从社会和经济发展的角度给地球科学提出了新的要求和挑战。     

“年”后话地球——地质科学为社会

人类在走过了几千年的文明历程后,再一次反省与自己的终极家园——地球的关系。当联合国教科文组织和国际地科联共同发起了国际地球年的纪念活动时,其初衷十分明朗：就是要向地球人宣传地学,提高地球科学在全球的认知度。那么,我们从前的、原有的认知度不够吗？这是地球年形成的又一个共识：尽管人类的可持续发展与地球科学关系越来越密切,地球科学却并没有得到足够的重视。对比如水的缺乏、气候环境的变化、自然灾害的预防、     

关于气候系统与地球系统的若干思考

分析了地球系统的基本特征和地球系统的能源和运转方式,指出地热涡和地冷涡是地面气候系统的重要成员. 利用全球地磁场资料,研究了地球内部焦耳热的分布和演变规律,结果表明:全球地磁场的变化与全球气温的变化有密切联系,而且焦耳热场的分布与地热带、火山分布、全球最大降水量带有很好的对应. 因此,要对气候变化有一个全面的认识,必须研究整个地球系统.     

略论重力在建立全球垂直基准中的作用

全球垂直基准与地球科学一全球变化的关系甚为密切,至于重力在其中的作用似乎应该到到进一步重视。为此,介绍了重力在确定高程,精化大地水准面中的作用和现状,研究和讨论了重力大地水准面的误差及可能达到的精度,阐明了精确确定Ｗ０,Ｕ０以及研究了重力场随时间变化在ＧＶＤ中的作用。     

全球变化科学卫星概念研究

全球变化正在对人类生存与发展形成严峻挑战,空间对地观测技术的宏观、快速、准确特点使其成为全球变化现象观测的一种关键技术手段.我国是影响全球变化及受其影响最大的国家之一,目前尚无专门针对全球变化研究的科学卫星.发展全球变化科学卫星是我国的重要需求,也是对国际的贡献.在全球变化敏感因子的空间观测机理分析基础上,研究了全球变化科学卫星概念,继而提出发展由7类卫星组成的全球变化系列科学卫星的构想,以便从空间高度对全球环境变化现象实施科学观测.     

地球“小卫士”“小记者”评选活动征文启事

《地球》杂志2012年全新改版,重点推出"青少年版",国土资源部原副部长蒋承菘先生亲自写了开篇语。他不仅希望杂志能将地球科学知识传播到青少年中,更希望青少年能够了解并热爱地球科学。"地球"和"科学"两个词结合在一起,看上去十分深奥,其实,这个基础学科里包含了很多生动的感人的甚至催人泪下的故事,也有很多需要青少年了解的生动的知识。     

地球的两次“诞生”

人类生活在地球上,生存发展等一切活动都离不开地球。然而地球究竟是怎样诞生的,又何以成为人类独一无二的家园?始终是人类面临的终极科学问题之一,也是人类关于自身发展与地球命运的哲学命题。     

地球生物学前沿:进展与问题

地球生物学是地球科学与生命科学的交叉学科,其核心任务是探讨生物与环境的相互作用和协同演化.在分析国际地球生物学的研究进展、中国科学院学部地球生物学前沿论坛成果以及本专辑代表性论文的基础上,本文简要评述了重大地质突变期的地球生物学、地质微生物与全球环境变化以及极端环境地球生物学这三大主题的主要研究进展和存在的科学问题.在重大地质突变期的地球生物学方面,人们已经认识到生命的起源、辐射、灭绝和复苏等重大生命事件的发生与地球深部过程以及受其影响的海-陆-气环境过程密切相关;但对于地质历史时期生物与环境是如何协同演化的,其具体的机制和动力学过程是什么,还知之甚少.在地质微生物与全球环境变化方面,各类地质微生物功能群不仅灵敏地响应地质环境的变化,而且通过元素循环和矿物转变对地质环境产生重要影响;但人们对不同地质微生物功能群是如何通过协同作用而改变地质环境的,还了解得很少.在极端环境地球生物学方面,人们从深海、冰川冻土、地下水、洞穴和热泉等极端环境中发现和分离出一些重要的微生物,并开展了许多生物学的研究;但真正能上升到极端环境地球生物学的研究很少,极端环境微生物的地球化学功能还远未查明.地球生物学将大大拓展生物过程研究的时空范畴,在资源领域和全球变化领域有广阔的应用前景.地球生物学需要多学科的协同研究,包括加强地质微生物的研究,加强生物地球化学循环的数据库建设和定量化模型研究,加强各类典型地质环境条件的研究,加强生物过程与物理化学过程的耦合研究.