当代中国地球物理学的发展势态与在地球系统科学研究进程中的使命

地球物理学是20世纪迅速发展起来的、涉及面极为广泛的一门边缘学科,百余年来它为科学与技术的进步,社会与经济的发展做出了卓越贡献。本世纪对地球物理学来说是机遇,也更是挑战。然而正当全球迅猛发展的新形势下,我国地球物理学却呈现了“危机”,为此必须较为完整地认识地球物理学的内涵、强化地球物理学学科的整体建设,并从地球系统科学发展的高度来厘定其中坚与先导作用已迫在眉捷。 为此,全文论述了以下几个方面的问题：(1)地球物理学的发展进程与战略意义;(2)20世纪百年来地球物理学主要的重大成就概述;(3)地球物理学研究的主体科学内涵;(4)现代中国地球物理学的导向与使命;(5)中国地球物理学面临的挑战与机遇;(6)当今中国地球物理学的发展势态;(7)诚挚的建议。     

地球物理学的回顾与展望

简要回顾了 2 0世纪地球物理学的发展。指出 2 0世纪是地球物理学发展的重要历史阶段 ,在此期间实施的一系列大型的全球性的研究计划深化了人类对地球本体的认识 ,提供了有关资源、能源、灾害和环境的形成、分布与发展的深层过程和空间信息 ,扩大了人类对地球整体研究的视野 ,激励了对空间和地球 (包括大陆和海洋 )以及生态环境之间耦合的研究 ,并在造福人类的过程中取得了辉煌的成就。展望了 2 1世纪地球物理学的发展 ,认为 2 1世纪的地球物理学必将担负起地球科学中一系列重大科学问题的先导角色。在深化对地球本体和日地空间及其相互作用的认识 ,量化地球内部各圈的耦合和深部物质状态及物质组成的错综组构 ,解决水、资源、环境 (包括空间资源环境 )等问题中做出贡献。     

地理物理学的回顾与展望

简要回顾了20世纪地球物理学的发展。指出20世纪是地球物理学发展的重要历史阶段，在此期间实施的一系列大型的全球性的研究计划深化了人类对地球本体的认识，提供了有关资源、能源、灾害和环境的形成、分布与发展的深层过程和空间信息，扩大了人类对地球整体研究的视野，激励了对空间和地球（包括大陆和海洋）以及生态环境之间耦合的研究，并在造福人类的过程中取得了辉煌的成就。展望了21世纪地球物理学的发展，认为21世纪的地球物理学必将担负起地球科学中一系列重大科学问题的先导角色。在深化对地球本体和日地空间及其相互作用的认识，量化地球内部各圈的耦合和深部物质状态及物质组成的错综组构，解决水、资源、环境（包括空间资源环境）等问题中做出贡献。     

21世纪的石林旅游业

21世纪石林旅游会遇到良好的机遇和面临严峻的挑战。石林要在21世纪能做到可持续性发展旅游业,就必须严格保护资源和生态环境。还必须尽早做好如下工作:(1)建立新型的石林国家公园;(2)建立石林游客中心和石林博物馆,做好科普工作;(3)建立石林图书馆和信息中心;(4)加强石林研究中心和石林研究基金建设,不断为游客提供新知识;(5)加强新型、先进的服务设施建设,为游客进行知识创新、交流和商务活动提供良好条件;(6)不断对石林管理人员、职工和导游进行培训,不断更新他们的知识。      

吉林大学地球探测科学与技术学院

地球探测科学与技术学院现设地球物理系(1958)、地球化学系(1995)、遥感与地理信息系统系(1998)和测绘工程系(1996)4个系；一个国土资源部重点实验室一应用地球物理解释理论开放研究实验室,一个共建教育部重点实验室一地球信息探测仪器重点实验室；五个实验中心；三个院管研究所。学院现有勘查技术与工程(含应用地球物理及应用地球化学两个方向)、地球物理学、地理信息系统和测绘工程4个本科专业；已建成地球探测与信息技术、固体地球物理学、地图学与地理信息系统、空间物理学、大地测量学与测量工程、地图制图学与地理信息工程、核技术及其应用7个硕士点；拥有地球探测与信息技术、固体地球物理学和地学信息工程3个博士点以及地质资源与地质工程博士后流动站一部分。上述学科中地球探测与信息技术是教育部(2002)重新确认的国家重点学科,该学科(1997)由应用地球物理学、应用地球化学、数学地质和遥感地质四个原二级学科组成,其中应用地球物理学科(1988)被原国家教委审定为首批国家重点学科。固体地球物理学为吉林省重点学科。学院教职员工总数113人,其中教授28人(含双聘院士1人,“长江学者”1人,中科院“百人计划”1人,吉林省优秀省管专家1人,博士生导师16人)。教师中具有博士学位的占47％。学院现已培养本科生10000余人,硕士、博士研究生1000余人。其中有中科院院士和中国工程院院士3人,“长江学者”2人。一批著名专家学者在国内外大学及研究院单位任职。学院年平均在校本科生人数约为760人,年平均在校硕士及博士研究生人数约为260人。依托教育部“211工程”和“985科技创新平台”,十五期间学院各项工作得到了快速发展。近年来承担和参加了国家自然科学基金重大项目、国家发改委、国家科技攻关、国家863项目、国家973项目国家自然料学基金以及多项省部级研究项目,获得了国家科技进步二等奖1项,省部级科技进步一等奖4项。经多年的交叉融合,目前学院整体形成了以下主要研究方向：(1)能源探测理论与方法(2)地球圈层结构探测理论(3)中深层固体矿产资源探测理论与方法技术(4)环境与工程探测评价技术(5)高新探测技术与地学信息综合应用研究     

当今中国地球物理学发展的机遇、空间和挑战

在二十一世纪的今天,中国正处在快速工业化和经济腾飞的重要时刻,在这世界经济和科学技术突飞猛进的大潮中,对地球物理学来说确是机遇,并展现出多维的发展空间,同时也面临着严峻的挑战。为此,国家战略需求和自主创新已成为中华民族能否独立于世界民族之林的最强音!在这一前提下,地球物理学家就必须超越已有的框架,穿过地平线,全方位的去研究、探索、揭示、发现地球内部的奥秘。研究结果表明,人们必须清晰地认识到:在新的世纪里地球物理学的发展导向,即地球物理学的前沿领域和深化研究与现代科学技术进步的制约;地球物理学必须牢牢地把握住向高层次的综合研究脉络方能有所发现与突破;地球物理学所面临的机遇、发展空间和挑战;地球内部圈层结构与大陆动力学研究的主体内涵和导向。     

环境地球物理学及其现状与进展

简述了环境地球物理学的发展过程及其研究内容和方法。归纳总结出目前环境地球物理学研究的5大趋势:①勘探技术的进步和数据处理方法的不断提高;②非水相流体的研究是环境地球物理学研究的重要领域;③地质灾害预报和环境污染监测、治理仍是环境地球物理学研究的主要内容;④特殊环境下的地球物理技术有待发展;⑤生态环境研究是环境地球物理学今后研究的新热点。在分析我国环境地球物理学研究现状的基础上,提出了发展我国环境地球物理学的若干对策与建议。     

"构造研究进展与趋势"专辑特邀主编寄语

构造研究是地球系统科学研究中最具有交叉学科性质的领域,是长期经久不衰的学科,尤其涉及到解决对人类社会至关重要的问题时凸显它的重要性,如青藏高原形成演化过程对资源能源、地表作用及其环境气候与灾害的影响,以及地震活动对人类社会的冲击等等。地质学家们经过长期的持续研究,在地质学、地球物理学方面,包括岩石圈流变学、实验岩石学和青藏高原构造变形等方面取得了一系列重大成果与重要认识。《地球学报》集中在2019年第1期刊发16篇文章作为"构造研究进展与趋势"专辑,专辑涵盖了四个方向的研究成果:(1)大陆岩石圈流变学;(2)青藏高原形成与构造过程;(3)断裂作用与地震活动;(4)地区构造样式与效应等。这些工作主要涉及目前大陆岩石圈流变学的发展现状与前景、青藏高原形成演化和帕米尔及喀喇昆仑断裂带等重要构造带的研究进展,以及目前人们关注的与地震活动相关的断裂活动、岩石记录和物理化学性质变化等方面的研究,包括8篇综述性文章和8篇研究性成果。本文将从这4个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现构造研究成果与趋势,为深入研究和认识地球系统科学提供重要的基础。     

矿产勘查地球化学:过去的成就与未来的挑战

勘查地球化学经过 70年的发展 ,已从矿产勘查从属地位的一种战术手段上升到能左右整个矿产勘查全局的战略地位 ,并且从一门经验或技术 ,发展成为一门地学分支科学。这主要表现在 (1)系统地建立了各种类型的地球化学分散模式 ,并根据这些分散模式所形成的地球化学异常去追踪和发现矿床的理论 ;(2 )发展了各种尺度和各种不同介质的地球化学采样方法 ,多元素高灵敏分析方法和数据处理与图件表达方法 ;(3)发展了不同尺度 (局部、区域、国家和全球 )地球化学填图理论 ,一些国家开始陆续完成和出版了区域性或国家性地球化学图 ;(4 )在全世界发现了一大批新的矿产地 ,包括从 2 0世纪 30年代一直延续到 70年代在前苏联、北美和南美发现的许多斑岩铜矿 ,70年代在北美发现许多铀矿 ,80年代开始在中国发现数百个金矿。勘查地球化学尽管取得了从理论到实践的很大成功 ,但它也面临如下的挑战 :(1)全球各种介质中的地球化学基准与全球地球化学填图 ,(2 )隐伏区三维地球化学分散模式、深穿透地球化学与隐伏区矿产勘查 ,(3)巨量金属的聚集机理、地球化学块体与大型矿集区或巨型矿床的定量评价 ,(4 )难识别矿种或难识别类型的地球化学勘查与评价方法。     

地球系统科学与成矿学研究

在简述地球系统科学的基础上 ,文中提出了由地球系统科学引发的成矿学研究 3个观点 :(1 )成矿系统是一个特色的地质系统 ;(2 )成矿系统与其它系统的关联 ;(3)地质突发事件具有灾害和资源的两重性。针对地球系统科学要求和矿床学学科发展进程 ,提出了 5个亟待加强的研究领域或课题 :(1 )深部过程、浅表环境与成矿系统 ;(2 )重大事件与成矿 ;(3)生命活动与成矿 ;(4 )物理成矿作用和(5 )海洋成矿作用。在结语中 ,作者强调要从地球系统的大背景来研究成矿环境、成矿过程和成矿动力学 ,也即将传统的矿床成因研究提高到地球系统科学的层次 ,为矿床学的发展提供新的广阔的理论基础。     

二十一世纪的矿物学

根据20世纪矿物学已取得的主要成果和已经意识到尚未解决的问题，预测21世纪矿物学基础理论研究将在分子轨道理论和分子模拟、三维矿物物质、矿物表面和界面等方面取得突破性进展。这些研究将借助更为快速、准确、精细的测试手段和仪器。应用于地球科学领域，21世纪矿物学将对诸如造山带（高压变质、蛇绿岩等）；深部地质（组成、物理性质）；古生物和现代生物，特别是微生物在地质过程中的作用；全球变化（风化、沉积、纪年）等方面的研究作出特殊贡献。同时21世纪矿物学在矿物材料研究方面将为人类的生活带来广泛、深刻的变化。     

我国21世纪初海洋科学研究中的若干重要问题

海洋科学在20世纪后半叶得到迅速发展，海洋在人类可持续发展中的重要地位也日益为人们所认识。在21世纪初，我国所关注的海洋科学问题中有两方面特别重要，一是海洋在季节、年际、年代尺度的气候变变异中的作用；二是近海系统对自然变异、人类活动及全球变化的响应。在回顾20世纪对大洋环流和海洋生产力两者所取得进展的基础上，对我国在上述两方面应关注的科学问题作了简短的讨论。     

中国地球深部结构和深层动力过程与主体发展方向

地球深部结构、构造与大陆动力学研究在地球科学领域中占有重要地位。地球深既是资源、能源形成和演化的场所,又是地震灾害的策源地。它涉及了当今众多相邻学科的发展与成就,故对地球本体的认识在不断深化,特别是地球深部物质与能量的交换的深层动力过程。本文在阐述我国20世纪,主要是20世纪下半叶以来地球深部结构与构造研究主体成就的基础上,依据当今该领域在全球范围内的发展趋势,探讨了21世纪初、中吉的发展导向,并提出了某些战略重点。基于这样的前提,文中着重讨论了以下6个问题：①地球深部结构与大型动力学研究的意义、主题与目标;②地球物理深部地震探测揭示的地壳和上地幔的复杂性;③岩石圈内的大型滑脱构造和地震“孕育”的深部环境;④地球内部地震波传播速度分布与各向异性;⑤地球深部结构、构造与大陆动力学;⑥21世纪初,中叶地球深部与大陆动力学研究的发展战略重点。     

21世纪土壤科学展望

土壤学是解决人口－资源－环境－粮食矛盾的重要学科之一。在21世纪，从圈层角度研究土壤圈物质的组成、性质及能量循环及其对人类生存和环境的影响是土壤学发展的总趋势，其中全球土壤变化是土壤学研究的战略重点，数字化与信息化是土壤学发展的驱动力，土壤质量与环境是土壤学的重要内容，保护土壤资源、提高土壤肥力是土壤学的重要任务，研究资源节约型高效持续农业是土壤学的历史使命，加强土壤学基础理论研究是土壤学发展的基石。     

京-津-唐地区自然灾害系统的特点和发展趋势预测

本文在对大量实际资料分析研究的基础上,总结出京—津—唐地区自然灾害系统的特点。文中指出该区自然灾害分布受控于自然环境系统,而构造体系的存在及其发展又是自然环境系统形成与变异的主导因素,该区存在3种主要构造体系。根据自然灾害分布和特点,本文将京—津—唐地区划分为3个灾害区,并简述了各灾害区的特点。文中分析了地球各圈层韵律变化的特点及在本区的表现,论述了发生于本区各种自然灾害的周期性。本文还论述了自然灾害系统的形成与地球运动及太阳系活动的关系。最后,作者对该区自然灾害发展趋势提出了预测意见。     

20世纪全球变暖的冰冻圈证据

20世纪80年代以来，地面气象观测结果表明全球气温在明显升高，而探空资料和卫星遥感资却表明低层大气在降温，这使得人们对于全球变暖问题提出了质疑。通过对近100多年来冰冻圈各组成要素（冰川、积雪、冻土、海冰等）变化的综合分析，并结合全球不同地区的冰芯记录，证明了20世纪全球气候是在变暖，指出开展冰冻圈（尤其是冰盖、积雪、冻土和海冰）与大气／海洋之间相互作用（影响和响应）过程研究的必要性和迫切性。     

20世纪气候学理论研究的十项成就

回顾了20世纪气候学理论研究的主要成就,包括世界三大涛动、高低指数、月平均环流、瓦克环流、温室效应、月平均环流预测、ENSO预测、时滞振子理论、温盐环流及季平均环流预测。另外,对可能成为21世纪初气候学理论研究的几个热点问题作了分析,即气候预测、东亚季风、ENSO、年代际气候变率以及温室效应的检测。