试论地球内部流体与地质作用——现代地质科学研究思考

把以地球固体部分作为主要研究对象所建立起来的地质科学称为传统地质科学,它只在该学科研究的起点——沉积地质学和学科研究的最终目的——成矿地质学两个领域不自觉地将地球内部流体放到了重要地位,而在其间的绝大多数研究则忽略了对地球内部流体的讨论,在其原有的知识体系范围内已找不到关于地球内部物质和能量转移、转换等方面所存在的大量问题的解决途径和完整答案。现代地质科学的发展已经开始将地球内部流体作为主要研究对象,并将其贯穿到了所有地质学研究的领域当中。其基本出发点应是：地球内部流体广泛存在,并永不停息地运动着,它与固体地球部分同样重要,是现代地质科学研究的主要对象。它不仅在各种地质作用中起着极其重要的作用, 而且, 它基本上可以认为是一切地质作用的最初根源, 也就是说, 流体作用贯穿于一切地质作用( 包括构造活动、岩浆作用、变质作用、沉积作用、成矿作用、地质自然灾害等) 过程的始终。地球内部一切地质作用又通过地球内部流体有机地统一在一起。可将地球内部流体按其与特定地质作用的关系划分为具包含循环性质的初始流体、过程流体和终结流体三类。针对目前的研究大量地集中在过程流体和终结流体方面的现状, 在体现现代地质科学和传统地质科学本质区别的地质作用初始流体方面进行了系统整理和论述, 并提出了可能成为现代地质科学基础性学科的(地球内部) 流体统一地质学。     

地球系统多圈层构造观

地球系统多圈层构造观的基本理论框架是:①把大地构造学从研究地球表层的地壳构造、岩石圈构造推进到研究地球整体多圈层构造的新阶段.②地球系统和宇宙天体系统共同作用下形成的全球动力学,太阳能、地球系统多圈层相互作用以及宇宙天体运行的联合作用是各种地质作用的动力来源.③洋陆转化论:陆与洋是对立统一、相互转化的.陆与洋都不会永存...     

国际地球科学发展态势

从学科发展的角度综述了20世纪80年代以来地球科学研究在思维方式、研究对象的时空尺度、研究内容、研究形式、组织形式、信息交流、方法手段等方面所发生的深刻变化，指出地球科学已经进入地球系统科学时代和为人类社会经济可持续发展服务的时代。进入21世纪，地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：①突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究；②突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设；③突出地球信息科学，关注数字地球、3S（GIS、DIS和GPS）一体化和地球科学定量化的研究趋势；④突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题；⑤突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。     

对地质节律与地球动力系统的思考

文章对地质历史过程中出现的各种节律现象进行了分析，并就其可能的形成原因进行了初步讨论，认为地球的内部动力作用是地质节律形成的主要的动力学背景。地球内部动力系统的能量主要来源于原始增生热、短寿命放射性核素和长寿命放射性核素衰变产生的辐射能等；能量主要以热传导、热对流的方式由地球内部通过岩石圈向外耗散，并导致岩石圈的板块运动；内部能量的释放是呈指数衰减的，在此背景上叠加着非线性的、脉冲式的变化。在分析地球动力系统的主要特征基础上，笔者将地球视为一个自组织临界状态的自然系统，提出一个简单地球热动力系统模型，对地质节律现象进行模拟，并对未来地球动力系统模型要考虑的主要问题进行了简要讨论。     

地球系统动力学纲要

与地球系统科学和全球变化密切相关的地球系统动力学研究地球系统多层块耦合作用的结构、过程、机理和效应,是地球动力学、岩石圈动力学、大陆动力学、海洋动力学、大气动力学的高度综合。本文采用分尺度、分层块、分阶段的思路研究复杂的地球系统,将地球系统动力学按空间、时间和物质分为地球内部系统动力学、地球表层系统动力学、地球外部系统动力学,历史地球系统动力学、现代地球系统动力学、未来地球系统动力学,气体地球系统动力学、液体地球系统动力学、固体地球系统动力学,分析了地球系统的耦合特征、耦合类型和耦合方式,初步探讨地球内部系统与地球外部系统耦合作用的耦合边界、物质运动、动力来源和耦合机制。最终将地球系统相互作用的各层块作为一个有机的整体进行综合,认为地球内部放射性衰变生热和地球外部太阳辐射生热是驱动地球复杂开放系统层块耦合的主要动力源。     

矿床陨落成因浅谈

地质学应是对宇宙和人类进行总体研究的一门科学,它不仅要解释地球的结构与演化,而且要研究星体的形成。但地质学长期以来,只以地球自身作为研究对象,从而将发生在各地质时代中的重大事件和矿产的形成等,都只认为是在地球中通过各种内外动力地质作用而造成的。因此对某些生物群的突然灭绝、某些矿产的局部集中以及一些矿     

化学地球动力学

化学地球动力学是地球化学的分支学科,它在研究地球内部化学组成和演化时,把地球视为一个完整的动力学系统而不是彼此孤立的地质集合体。它通过研究地球各层圈内部的化学结构和过程以及不同层圈之间的化学相互作用,从而从本质上研究和认识发生在地球内部的各种地质作用。简述了化学地球动力学研究在固体地球科学中的重要性,概括了化学地球动力学的特点和突出成果,分析了化学地球动力学研究的科学意义,并对在中国开展壳幔相互作用的化学地球动力学研究提出了建议。     

对地质节律与地球动力系统的思考

文章对地质历史过程中出现的各种节律现象进行了分析，并就其可能的形成原因进行了初步讨论，认为地球的内部动力作用是地质节律形成的主要学背景。地球内部动力系统的能源主要来源于原始增生热，短寿命放射性核素和长寿命放射性核素衰变产生的辐射能等；能量主要以热传导，热对流的方式由地球内部通过岩石圈向外耗散，并导致岩石圈的板块运动；内部能量的释放是呈指数衰减的，在此背景上叠加着非线性的，脉冲式的变化。     

地球系统科学——全球性多学科创新的前沿

    当前,人类面临着全球性的一系列重大问题,要有效地解决这些问题,必须把地球作为统一的有机整体,研究组成地球系统的各部分之间的动态相互作用,即研究相互关联的流体子系统、生物地球化学循环子系统和固体地球子系统之间的动态相互作用。同时,把地球系统作为一个开放系统,从而把太阳输入作为控制地球演变的外源。
    运用系统思维的方式,把地球作为一个系统来进行研究,从而聚结成为一门崭新的地球系统科学——全球性多学科创新的前沿科学。这种研究方式是一种观念上的基本转变,即运用系统科学认识论和方法论,研究地球系统的整体行为、全球变化的性质和原因,因而地球系统科学就最有利于科学地理解和解决人类共同面临的全球性的重大问题。     

全球构造研究的若干重要进展

全球构造是百余年来国际地学界普遍关注的最重要研究领域之一，近十多年来研究不断取得新的重大进展；揭示出全球现今大洋中脊系统良好的定向性与等距性分布规律、地球各圈层不等速的西向运动规律及其他全球构造运动与地球自转的种种相关性；证明大陆板块内部存在不同类型的强烈陆内造山作用；发现了古今不同时期巨厚的大陆山根与岩石圈的去根作用等重要现象。当今全球构造研究出现若干新的趋势。在全球构造驱动力源与驱动机制研究方面，开始由单一动力驱动机制研究转入多种动力因子所构成地球动力系统的综合研究。大陆动力学中的山脉隆升过程与隆升机制、陆内造山机理、大陆岩石圈去根作用等已成为新的研究热点，中国颇具特色的大陆地质构造正吸引着越来越多国家众多地球科学家们的重视。     

全球变化过程的数学模拟和定量预测

本文首先介绍了全球变化过程数学模拟问题的由来、主要研究内容和重要意义,进一步讨论了全球变化过程综合模拟的数学模型及其已经取得的进展和系统分析的可能应用,然后介绍了过去全球变化过程的数学模拟以及已有的部分区域性工作基础和几种数学方法的可能应用。作者综述了GCM模型的应用现状和存在问题,并讨论了全球变化过程的定最预测,分析了若干新技术的可能应用,提出了对开展此项工作的看法和建议。     

“四深”微生物的地质作用——从气候环境变化到生态灾难

“四深”微生物是指深海、深地、深空和深时环境的微生物,特别是细菌、古菌、真菌、病毒等。人们对“四深”微生物的了解非常有限,是亟待突破的地球生物学前沿领域。“四深”微生物的研究对理解地球生命起源、界定生物圈的边界条件、促进地球科学与生命科学以及行星科学之间的交叉融合具有不可替代性的贡献。随着我国深海、深空、深地等重大工程计划的推进,一系列与“四深”微生物有关的前沿科学问题不断提出,包括地质微生物与气候环境的相互作用、地质微生物的生物安全与生态安全、地质微生物参与的隐匿地质过程等。特别是,“四深”环境活性氧自由基对微生物的影响、地质病毒对生物演化和地质过程的影响等前沿领域都亟待突破。活性氧自由基能对生物分子、细胞、组织和器官,乃至整个生物圈的演化以及微生物地质作用都产生重要影响。病毒引发了现代和近代诸多全球性疫情爆发,地质病毒则可能对生物的背景灭绝和大灭绝以及一些地质过程产生影响。     

“四深”微生物的地质作用：从气候环境变化到生态灾难

“四深”微生物是指深海、深地、深空和深时环境的微生物,特别是细菌、古菌、真菌、病毒等。人们对“四深”微生物的了解非常有限,是亟待突破的地球生物学前沿领域。“四深”微生物的研究对理解地球生命起源、界定生物圈的边界条件、促进地球科学与生命科学以及行星科学之间的交叉融合具有不可替代性的贡献。随着我国深海、深空、深地等重大工程计划的推进,一系列与“四深”微生物有关的前沿科学问题不断提出,包括地质微生物与气候环境的相互作用、地质微生物的生物安全与生态安全、地质微生物参与的隐匿地质过程等。特别是,“四深”环境活性氧自由基对微生物的影响、地质病毒对生物演化和地质过程的影响等前沿领域都亟待突破。活性氧自由基能对生物分子、细胞、组织和器官,乃至整个生物圈的演化以及微生物地质作用都产生重要影响。病毒引发了现代和近代诸多全球性疫情爆发,地质病毒则可能对生物的背景灭绝和大灭绝以及一些地质过程产生影响。     

浅谈固体地球科学与地球系统科学

地球科学在20世纪的诸多进展中,对后来科学发展具有深远影响的基本认识之一是地球演化的行为具有整体性,其不同的圈层确实通过多种途径相互作用,且人类活动已成为地球演化的重要营力之一。这些认识导致地球系统科学思想的产生和发展,并使不同圈层相互作用的过程和机理、人与环境的相互作用研究成为21世纪基础科学研究的前沿。地球系统科学强调地球不同圈层、不同单元相互作用的整体性和关联性,因而科学研究必须从"整体地球系统"的视野出发,但研究过程又必须从关键区域入手。我国是地球系统科学研究的关键地区之一,未来研究应立足地域优势和特色,攻克全球性重大科学问题,解决社会对地球科学的知识需求。     

国际全球变化研究发展态势文献计量评价

全球变化研究是国际上地球系统综合研究的重大跨学科研究领域.随着全球环境问题的日益突出,国际上先后组织发起了全球环境变化研究的四大科学计划WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及其组成的地球系统科学联盟ESSP,开展对全球变化和地球系统科学的研究.当前,全球变化问题不仅是科学界关注和研究的问题,也是政治界、经济界都关注的重大问题.科技文献能够反映科学前沿的发展动态.对SCIE和SSCI数据库收录的全球变化研究文献进行统计,从文献计量学的角度,分析国际全球变化研究领域的发展态势,了解中国全球变化研究的国际影响力.可以看出:国际上全球变化研究的论文数量一直呈增长趋势,以地球科学多学科、生态学、环境科学、自然地理学、植物学等学科领域为主.中国自2000年以来在该领域的发文数量增长较快,特别是中国科学院的发文量已进入国际前列,但中国在该研究领域尚缺少高影响力的论文.     

Complexity and Self-Organized Criticality of Solid Earth System(Ⅰ)

ＰＯＳＩＮＧＴＨＥＰＲＯＢＬＥＭ“ＣｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄＳｅｌｆ－ＯｒｇａｎｉｚｅｄＣｒｉｔｉｃａｌｉｔｙｏｆＳｏｌｉｄＥａｒｔｈＳｙｓｔｅｍ”ｉｓａｎｅｗｐｒｏｂｌｅｍａｓｗｅｌａｓａｎｅｗｐｒｏｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｐｕｔｓｆｏ...     

Complexity and Self-Organized Criticality of Solid Earth System(Ⅱ)

ＱＵＡＮＴＩＴＡＴＩＶＥＤＹＮＡＭＩＣＳＴＲＡＴＩＧＲＡＰＨＹ（ＱＤＳ）Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐａｓｔｆｅｗｄｅｃａｄｅｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｓｔｕｄｉｅｓｏｆｓｅｄｉ－ｍｅｎｔａｒｙｂａｓｉｎｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｌｏｎｇｄｉｆｅｒｅｎｔａ...     

现代地球化学的理论思维结构

地球科学和地球化学的进展,不但加深和扩大了对地球的认识和理论成果,同时也总结提炼出了全新的科学思维方法。复杂性理论和系统思维是科学认识论的一次飞跃。现代地球化学建立了较完整的理论和方法体系,给地质科学认知地球提供了依据和支撑。作者论证了系统思维和逻辑演绎法相结合的思维方式,是研究和认识地球复杂巨系统以及推动地球科学理论创新的指导思想,并提出了运用现代地球化学理论构架和方法体系,综合地球科学系统思维与逻辑思维相结合方向的地球化学认知模型,为深入研究地球物质能量系统的行为和解决人类面临的资源、环境和灾害问题提供新的思路。     

碳酸盐岩在全球碳循环过程中的作用

碳酸盐岩是地球上最主要的碳库，开展全球变化研究应重视碳酸盐岩在岩溶作用过程中的地球化学动力学研究。这方面的科学问题有二个。第一是关于全球碳酸盐岩的碳库容量问题，尚须利用全球沉积岩和碳酸盐岩数据库，根据全球地质历史时期碳酸盐岩的分布面积、厚度和岩石成分等进行重新计算。其次是关于碳酸盐岩在岩溶作用过程中对全球碳循环的动力学贡献问题。一方面碳酸盐岩的溶蚀作用不仅关系到海洋ＣａＣＯ＿３的供给量而影响海洋中碳通量的平衡，而且还可直接回收大气圈中的ＣＯ＿２；另一方面由于钙华的沉积又可向大气圈释放ＣＯ＿２，而影响温空气体的变化。它们构成了大气温室气体源汇关系中不可忽视的一项。     

微生物地球化学及其研究进展

本文阐述了微生物地球化学的发展历程及微生物地球化学近期的研究进展。微生物可以促进许多地质地球化学过程,微生物地球化学作用主要表现在对岩石和矿物风化、元素迁移和聚集、有机质降解以及矿床形成等方面;还表现在部分控制大气成分,参与有机物和无机物循环并影响其全球分布,从而对地球形成以来物质在上部岩石圈、水圈和大气圈中的分布起到了重要的控制作用。微生物地球化学的成果已经从根本上修正了地球科学的核心观点,它的发展必将对地球科学和生命科学的发展起到重要的促进作用。