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。     

地球内部物理

地球内部为人类提供了丰富的资源，因此深入研究地球内部各圈层的结构，物质组成和物理化学特征是当前地球科学发展的趋势和面临的艰巨任务，本文从地幔对流，地幔矿物物理学和地球磁场等不同学科，对地球内部物理过程的研究成果作了评述。     

圆的椭球状的梨形的非对称的地球

人对地球形状的认识至今经历了三大发展阶段：第一阶段是感觉阶段,受活动范围和生产力发展水平的限制,人类的认识主要以直观感觉为准,认为大地是平的,这种认识以“天圆地方”为代表;第二阶段是球形和椭球形观测研究阶段,16世纪完成的首次环球航行证实了地球是球形,后来又通过天文、大地等多种测算,人类逐渐认定地球是旋转椭球形,并且这一认识已成为一种常识,     

地球内核快速旋转的发现及其动力学意义

地球内核快速自转的发现,证实了地球圈层差异旋转理论,其动力学意义在于：（１）旋转系统有不同于非旋转系统的物质运动方式和能量转换方式;（２）圈层有序差异旋转与无序差异放置的交替是地磁反向的原因。     

地球主磁场电磁转矩导致的地球差异旋转

为探索驱动地球系统差异旋转的力源,选择整个地球作为研究对象,应用经典电磁学理论,分析地球固体介质中的电荷在地球主磁场中的运动特点,发现存在一个与地球自转方向相反的切向洛伦兹力.通过电荷与介质间的相互作用,切向洛伦兹力传递至介质迫使介质西漂.为探索地球差异旋转的规律,建立了地球薄圆筒圈层模型.应用经典物理学理论和方法推导出了地球主磁场电磁转矩及其产生的角加速度公式.研究得到四点主要结论:1)作用于半径不同的地球薄圆筒圈层的地球主磁场电磁转矩及其产生的角加速度绝对值不同:地轴及赤道附近圈层的小,其自转相对较快;半径等于3～(1/2)倍地球半径的薄圆筒圈层及其相邻圈层的大,其自转相对较慢.2)同一薄圆筒圈层中的差异旋转缘于介质的介电常数、阻力系数及质量密度的差异.3)地球差异旋转缘于地球的自转、正负电荷的非对等分布及介质的介电常数、阻力系数、质量密度的差异.4)地球差异旋转导致地壳运动,孕育地震,地球主磁场是地球差异旋转和地震孕育的敏感因子.     

地球系统中的天然气水合物-天然气体系研究展望

虽然目前国外已有很多学者研究了天然气水合物及其分解产生的气体在地球系统各圈层中的循环转化过程,但国内基本上还没有开展相关方面的研究,况且其中的很多问题尚不清楚.本文的目的是通过分析国内外相关的研究进展,提出天然气水合物-天然气体系这个概念,并归纳总结天然气水合物-天然气体系在地球系统各圈层中的循环转化问题,希望能为研究天然气水合物在全球碳循环和气候变化中的作用提供一定的参考.通过分析发现,天然气水合物-天然气体系在地球系统各圈层中的循环转化过程是非常复杂的,而各个圈层对于天然气水合物-天然气体系在地球系统中的循环转化过程都十分重要,这个体系可能是影响全球碳循环和气候变化的一个重要组成部分.     

1998年夏季地震、地温场演变与洪涝过程分析

基于地震、土壤温度和降水资料,从地球系统各圈层相互作用的观点分析了1998年夏季长江和嫩江流域特大洪涝灾害的成因,探讨了地球固体圈层热力活动对大气圈异常事件的激发作用. 分析表明深层(3.2m)土壤温度场与同期降水场的分布有很好的一致性,同时降水过程对下垫面脉冲性热扰动有较为敏感的响应. 文中还讨论了土壤热力异常影响大气降水的物理机制.     

地球自转速度变化规律的研究和计算模型

本文通过资料分析和模型计算,得到地球自转速率长期减慢趋势和周期波动规律的形成原因.潮汐摩擦是地球自转减慢的主要因素,重力分异和圈层角动量交换是地球自转周期变化的主要因素,重力分异造成的地球各圈层差异旋转是地壳自转变化先慢后快的特殊因素.重力分异将一个均匀的自转地球变为分层的差异旋转地球,在质量向地心集中的同时,自转动能也向地核集中,使地壳和地幔自转变慢,使地核自转变快.圈层角动量交换将地球自转动能变为热能,积累在核幔边界,使地壳和地幔自转变快,地核自转变慢.核幔边界积累的热能周期性使外核热膨胀,为热幔柱和火山活动提供了能源和动力,火山活动高峰对应地球自转加快是证据.计算模型表明,地球自转速度变化的规律和历史记录证明重力分异和圈层差异旋转是地壳运动的主要动力,受地球自转速度变化的约束,地球体积不会有较大的胀缩,国内外测量结果证实了这一结论.     

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.     

湖泊流域生态系统演化对人类世研究的重要意义

人类世可能成为一个全新的地质时期,以描述人类活动对地球环境造成极为深远的影响,目前已被广泛讨论。湖泊及流域生态系统作为与人类社会最密切的地球单元之一,受到人类活动显著影响,相关研究成果能为理解人类世做出贡献。本文从湖泊流域生态系统和人类世本身特征为切入点,讨论了湖泊及流域生态系统演化对人类世研究的重要意义。我们认为,湖泊具有相对独立的整体,清晰的内部作用关系、完备的理论支持和时空数据支撑,能够为人类世地球各圈层交互作用提供研究框架。湖泊流域生态系统演化的稳态转换与地球环境进入新的地质时期具有诸多相似之处,相关研究成果能够更好地界定人类世开始时间、总体特征以及演变过程和机制。本文指出人类世湖泊及流域生态系统演化研究依然面临诸多挑战,并提出了对未来相关研究的展望。     

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     

地震成因的外核对流顶托说

准确的地震预测是减轻地震灾害损失最有效和最经济的途径,但目前地震预测依然是世界性的科学难题之一。对地震成因的认识水平决定了地震预测能力。地球系统科学思想的提出使得我们应该从地球圈层相互作用的角度来思考地震现象。本文在长期研究地温与气候变化关系的基础上,结合地震资料进行统计分析,发现中国大陆强震发生前,在降水异常场和地温距平上有典型的演变规律,并总结出中国大陆强震月季预测的三步法。该方法在预测实践中至少对地震三要素的两个有较好的把握。在进一步分析地球系统各子系统的特征基础上,提出了地震成因的外核对流顶托假说。     

创立新的地球观──日本“超级地幔柱”(Super-plume)研究计划

日本科学技术厅打算调整基础研究，消减一般项目的研究经费，集中资助一些基础研究前沿的关键研究课题．因此，日本从1997年起在地球科学领域投以巨额研究经费，起动一个旨在创立新的地球观一“超级地幔柱（Super—plume）”这样一个跨学科的重大基础地学研究计划．这个计划旨在认识从地球内部的地核直到地球外部空间电磁圈之间的各圈层的相互作用，解译引起地球由内至外变化的根本原因．这个雄心勃勃的研究计划集中了一批日本当今最活跃、最优秀的中青年地质学家、地球物理学家和地球化学家，以东京工业大学丸山茂德教授为代表该计划不仅…     

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。     

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。     

玉树地区上地幔各向异性初步研究

上地幔各向异性的研究对了解地球各个圈层介质特性以及地球动力学的研究具有深刻意义,同时也有利于了解地壳和上地幔变形的一些特征,而剪切波分裂是研究地震各向异性的一种有效的手段和方法.     

灾害不可怕 规避有办法 北京地区地质灾害的防治

正地球最大的特点是圈层结构。外部圈层有水圈、生物圈和大气圈,产生外力地质作用。内部圈层有地壳、地幔和地核,产生内力地质作用。外力地质作用造成崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降地质灾害,由自然资源部负责防治和灾害评估;内力地质作用造成地震地质灾害,由中国地震局负责安全性评价。中国的地理特征是三大台阶。北京地处第二大台阶与第三大台阶的过渡地带,地貌单元分为西山、北山、盆地和平原,地质环境复杂。北京市总面积     

古代赤道极光揭示西太平洋磁异常演化

地球是一个多圈层耦合系统,从内部到表面、大气和空间的相互作用,共同塑造了地球的宜居环境. 偶极磁场的产生使地球环境逐渐演变为宜居,正如金星和火星偶极磁场的消失使这两颗行星的环境走向了另一个极端. 地球磁场起源于地核发电机过程,而地核热动力学和化学结构的变化则会导致地磁场的显著改变,导致地磁场的减弱甚至极性倒转,削弱对地...     

不仅仅获得和使用海洋资源

海洋的科学探索始于200年前,它是研究地球如何运动的关键。尽管对海洋的研究大大提高了我们对地球整体的认识,但是还有很多内容等待我们去发现——不仅是人类获得和使用海洋资源,也是防范人类由于在沿海生活的过度集中而对海陆边界产生的破坏。     

俯冲带流体反向交代作用

<正>1俯冲带流体交代作用俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带(Zheng和Chen,2016).俯冲带中发生的流体活动与很多关键地质过程密切相关,如火山与地震活动、元素迁移富集成矿、物质迁移与壳幔物质循环,以及地球的表层环境变化.因此,对俯冲带流体来源、性质和地球化学效应的研究具有重要意义(Zheng,2019).