地球镜:大陆内部探究

近1000年带来了地震学、卫星技术、微电子学、计算技术、油田技术以及通讯和信息技术的飞速发展,这为地球科学家更加精确有效地探测地球提供了新的机遇。为了利用这些技术,地球科学家正在与美国国家科学基金会(NSF)、美国地质调查局(USGS)和美国航空和宇宙航天局(NASA)一道鼓励美国总统和国会资助一个称为地球镜(EarthScope)的计划。地球镜被认为是一套分布式的、多功能的、最新的相关仪器和观测台,它将拓展地球科学的观测能力,并将实时数据带到我们的桌面上。从这些设备得到数据流结合现有的和新的地质数据将会提供史无前例的机遇去…     

张衡(Chang Heng)

地球科学是以地球为究研对象的基础学科,它涉及海、陆、空三界,是介于天文、物理,化学、地质等许多学科之间的边缘科学,发展十分迅速。地球科学研究历史悠久,影响深远。近代,自然科学许多学科的发展,都是从研究地球开始的。由于研究地球和月球的运动,十七世纪的英国物理学家牛顿才发现万有引力定律。十八世纪的法国天文学家、大地测量学家、数学家克雷若,首先是研究地球形状的。十九世纪初的法国天文学家、数学家、物理学家拉普拉斯,曾研究地球的起源。与拉普拉斯同时代的德国高斯,是一位数学家、物理学家、天文学家,也是著名的地磁学家。十九世纪末的英国物理学家开耳芬,研究地球的弹性、热传导等都有出色贡献。当代诺贝尔奖获得者,有好几位都是致力于地球科学研究。因发现重氢而获得1934年诺贝尔化学奖的美国化学家、物理学家尤里,因研究太空物理而获得1970年诺贝尔物理学奖的瑞典物理学家阿尔芬,研究地球起源都有特殊贡献。因致力于超大气层性质的研究而获得1974年诺贝尔物理学奖的英国物理学家阿普尔顿,研究高空电离层有卓越成就。二十世纪以来,地球科学在物理学的许多新发现推动下飞快地发展起来,人们对地球的认识逐步深入。地球内部的分层结构、物质组成、物理性质及运动状态,地下资源的分布规律,以及地磁、重力、地热和地震活动等问题,都是全球性的,各国科学家进行了多次大规模的联合观测研究。特别是本世纪六十年代的“上地幔计划”,七十年代的“地球动力学计划”和八十年代的“国际岩石圈计划”,各有五十多个国家参加观测研究,取得了丰硕的成果,创立了板块大地构造学说,把地球科学推进到新的境界。地球科学不仅是一门基础科学,也是一门重要的应用科学。寻找地下资源,探讨预报灾害性天气、大地震发生和火山爆发等自然灾害,发射人造卫星、航天飞机、宇宙飞船和发展远程导弹、远洋潜艇、空间通讯、遥感遥测等尖端科技,都需要地球料学家们做艰苦的努力,为尖端科技的发展奠定基础和创造条件。任何一门科学的发展都与科学家的辛勤劳动分不开。从地球科学家们的生平事迹可以看到地球科学发展的历史、概貌和成就。从地球科学家们走过的曲折道路和对未来的展望中,可以得到启迪,深受教益。地球科学家们优秀的品质、高尚的情操、严谨的学风和奋发的进取精神,是我们对待工作、学习和生活的榜样。为此我们将陆续介绍部分地球科学家生平事迹的村料,对于从事地球科学工作的朋友们将有所助益。     

构造微生物学:地球生物学研究的新理念

地球微生物学是地球生物学的核心分支,主要研究微生物与环境之间的相互作用.其中,一个非常重要的科学问题是在现代板块运动的理论框架下,微生物在驱动生物地球化学循环过程中如何与地球构造活动紧密相关.构造微生物学概念的提出就是要聚焦微生物活动与构造活动过程的协同研究.这样的视角能进一步加强固体地球科学家与微生物科学家之间的交流,使得双方可以更加有效地探索和理解构造和微观尺度上的地球系统的演化与发展.     

地球自转速率变化及其与地球物理现象关系研究的进展

作为地球的基本运动形式之一的地球自转变化表征着地球的整体运动状态和地球系统各圈层之间的相互作用过程,其变化形式非常复杂．研究表明,地球自转速率的变化与众多地球物理现象有密切联系,与地震活动、EN-SO事件等重大自然灾害存在一定的相关性．因此,对地球自转速率变化及其与地球物理现象之间关系的研究长期以来就受到天文学家、地球科学家和从事灾害研究领域专家的重视．本文主要介绍了该研究领域近年来的研究进展,并认为在此基础上开展更深入的研究对天文学和地球科学的发展都是有意义的．     

美国国家科学基金会（NSF）地球科学部（GEO）2010财年经费按学科资助模式分析及固体地球科学优先研究领域和资助重点

美国国家科学基金会（NSF）主要支持基础研究活动及其产生的跨学科的新知识和新技术,并培养世界一流的科学家和技术专家队伍。NSF地球科学部（Directorate for Geosciences,GEO）主要支持海洋科学、大气与地球空间科学、固体地球科学领域的研究以及基础设施与教育,深化对整个地球系统的理解。GEO不仅在理解、预测和帮助美国响应环境事件和环境变化中发挥着关键作用,而且在帮助决定更好地利用地球资源中也起到了重要作用。     

认识地球及其环境造福社会——IUGG的过去、现在和未来

本文概述了国际大地测量学和地球物理学联合会(IUGG)的发展历史、宗旨及其组织机构和运作体制,介绍了近些年来IUGG在推动地球科学各相关学科的交叉融合、广泛开展国际合作、帮助发展中国家地球科学的发展,以及探讨地球科学未来的趋向,关注青年科学家的培养和成长等方面所开展的卓有成效的活动.这些活动对于人类认识地球、合理利用资...     

追索为什么?地球系统科学中的因果推理

地球大数据使人们以前所未有的维度和规模认识赖以生存的地球,而挖掘隐藏在数据背后的因果关联是深入理解地球系统的关键.长期以来,以相关为内核的统计方法都是地球系统科学研究的主流方法,但相关并不等于因果,特别是大数据导致“伪相关”的泛滥,传统的相关和回归方法难以解释地球系统因果相关问题.随着因果理论和推理方法的完善,特别是近年来因果发现和因果图模型的成熟,因果推理在地球系统规律揭示、过程理解、假设检验和模型改进等多个研究方向展现出蓬勃的生命力.文章从因果关系的起源、内涵和发展入手,概述了因果推理的主要研究框架和地球系统科学领域常用的因果推理方法,回顾了因果推理在地球系统主要分支领域的应用,探讨了地球系统科学领域因果推理实践面临的挑战和发展方向.在地球大数据背景下,作为重要的大数据分析方法,因果推理与物理模型和机器学习的互惠能够助力地球系统科学实现从模型驱动到机理与数据融合驱动研究范式的转换.展望未来,结构化、规范化的因果理论能够为地球系统科学的因果认知筑基,推动地球系统科学从单一领域的分散研究到地球系统综合理解的认识跃迁.     

重力卫星GRACE Mascon产品的应用研究进展与展望

2002年重力卫星GRACE的成功发射极大地促进了地球科学多个领域,包括全球海平面变化、极地冰盖与高山冰川消融、水文以及固体地球等多个领域的发展.然而,GRACE观测数据主要是以球谐系数的形式给出,需要应用者进行一系列预处理才可以得到对应的物理量.为了克服此困难,也为了提高GRACE恢复重力场地空间分辨率,相关机构在近些年推出了新一代GRACE观测数据产品,即Mascon产品.该产品的初衷是便于非大地测量和地球物理专业的人使用,比如水文学家、海洋学家,它无需进行任何后处理过程,使用上更加方便.然而,尽管Mascon产品以较高的空间分辨率(如1°)给出,但是,该产品的应用范围以及其实际的分辨率等都是科学家们非常关注的问题.目前科学家们已经对该产品在不同流域尺度以及不同应用领域上的适用性问题进行了系统性地评估.本文综合介绍了Mascon产品的基本原理和方法、三家Mascon产品的差异,并梳理了该产品和球谐系数产品之间在一些具体物理问题的应用中的适用性以及应该注意的问题,为广大科研工作者提供科学依据和使用参考.     

新春致读者

亲爱的读者朋友,《地球》杂志自1981年诞生以来,在主管部门的重视和专家学者的支持下,承载着广大读者和作者的关心、信任与期待,承载着《地球》人的使命与担当,倾情致力于地球科学的最新研究成果报道、地球科学的科普化和公众化传播,在推进自然资源保护利用和地球科学文化建设中,发挥了不可替代的作用。一切过往,皆为序章。站在新的历史起点上,回望过去,我们满怀感激;展望未来,我们信心百倍。     

致谢——为《地球物理学报》创刊40周年

值《地球物理学报》创刊40周年之际,我们谨向热心支持本刊发展的广大地球物理工作者和其他有关学科的科学工作者表示衷心的感谢。 为贯彻百家争鸣的方针,提高学报质量,面向世界,几百名科学工作者为本刊评议稿件。他们之中有老一辈科学家,也有优秀的中青年学者,主编傅承义教授对每篇稿件都严