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。     

全球地球化学数据管理系统:“化学地球”软件研制

"数字地球"已经提出多年,是20世纪末期问世的定量化研究地球的一个新的战略方向。通过借鉴Google Earth,地质学界提出了建设One Geology和OGS-Earth多层次多学科应用平台的概念。进一步提出构建基于化学元素在地壳的分布可视化,建立"化学地球"或者叫做"元素地球"(命名为Chemical Earth),能直观地揭示地壳中元素的分布,反映出不同大地构造单元元素时空分布、演化历史和矿床的物质背景。本项研究主要完成两个方面的内容:(1)研发一个基于ArcGIS Server二维和三维统一的"化学地球"软件平台,类似于谷歌地球(Google Earth)的数字地球软件平台,实现对地球化学数据和图形适时进行二维(平面)和三维(球面)联动;(2)建立地球化学数据库和提供图形化工具,实现对数据库进行多种方式的查询统计,如对不同尺度地球化学图的显示、图形与数据交互查询和采样信息查询等。     

地球环境与生命过程

生物圈是地球系统中唯一具有生命活动的圈层,生物圈及其与各圈层之间的相互作用对地球环境变化起着巨大的推动作用。因此,有关生命过程与地球环境相互关系的知识对于人类理解地球系统以及利用地圈、水圈和大气圈资源至关重要。地球环境与生命过程研究的内涵就是研究地球环境与生命过程相互作用中的各种化学、物理、生物过程,以及其在地圈、水圈、大气圈、生物圈各子系统之间发生的相互作用,增进对地球系统的理解和认识,区分人类活动与自然过程在全球变化中的作用,评估气候与环境变化对生命过程的影响及其反馈作用,揭示生命过程对于地球环境的适应性及其调控机理,为科学地管理地球,确保地球系统的可持续发展提供依据。其核心目标就是通过理解生命过程与地球环境相互作用的过程,评估人类对自然平衡和自然循环造成的影响,进而实施地球管理,确保地球生命支持系统的可持续发展。基于当前地球系统科学研究前沿,提出了未来关于地球环境与生命过程研究需 要重视的方面,尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。     

流体地球科学与地球系统科学

近年来,地球系统科学逐渐成为地球科学的新趋势,但固体地球科学尚难于融入其中。其根本原因在于地球系统科学属于系统科学或复杂科学的组成部分,而固体地球科学其本质上属于理想科学的范畴,以研究线性地球过程为主,或者以理想科学的手法研究非线性地球过程。流体地球科学不仅研究地球的流体系统,也研究流体系统与固体系统的强和弱相互作用,是固体地球科学融入地球系统科学的唯一途径。     

新世纪地球科学视野中的新技术和新方法(代序)

从科学发展战略的角度 ,讨论了新技术、新方法在地球科学中的应用。新世纪的地球科学在新技术、新方法的应用方面呈现出鲜明的时代特色 ,即观测范围的扩大与观测能力的增强 ,多学科观测的海量数据的积累与地球观测系统的整合 ,不断增强的挑战非线性复杂地球系统中的预测问题的能力。特别是 ,作为地球观测系统的整合的“数字地球”和作为地球过程的模拟工具的高效并行计算 ,将在地球系统科学的发展中发挥重要作用。从方法论的角度 ,文中特别指出 ,只有掌握新技术、新方法的人对新技术、新方法有正确的理解 ,并具有创新性的思维 ,新技术、新方法才能发挥其应有的效能。     

技术方法的进步与地球科学的发展

地球科学作为自然科学的一大门类,其发展速度十分惊人。地球科学的迅速发展一方面反映了人类生产的发展对资源和环境方面愈来愈高的要求,一方面得益于科学技术的普遍发展为地球科学研究提供的越来越有利的条件。关于技术方法对地球科学研究的推动作用,人们早有认识,而现在更为深刻。当今对地球科学研究影响最大的关键技术,包括空间技术,深部探测技术,高新分析测试技术和数据综合分析技术,均来源于现代科学技术的最新发展。为了推动地球科学研究,不但要注意引进各种高新技术,还要注意将这些技术与地学研究相结合,发展和创造适合于地学研究的高新技术,并善于综合应用它们,使它们在地学研究中发挥最有效的作用。     

NASA地球科学事业（ESE）计划中的科学问题

作为NASA地球科学事业（ESE）分计划之一的ESE研究战略，在未来10年中，将主要关注以下 5个科学问题：①全球地球系统是怎样变化的？②地球系统的主要驱动力是什么？③地球系统如何响应自然和人为引起的变化？④地球系统的变化对人类文明造成的后果是什么？⑤如何更好地预测地球系统未来的变化？这 5个问题都是大范围的跨学科问题，涉及到地球系统科学的各个方面。在这 5个大的科学问题之下，又具体细化为23个二级问题，并对这些问题 进行了极其详尽的讨论。     

地球内部流体系统科学统一理论

从当前人类面临的重大而紧迫的全球性资源、环境、减灾问题的挑战出发，论述了地球内部流体研究在三大领域中的地位和作用。地球内部流体系统科学统一理论从科学系统观出发，在研究思路上坚持多门学科间大跨度交叉，立足于层次性、全球性和统一性的整体观，并以地球系统科学为理论基础，从而具有在更高层次上进行综合学科研究的特点和时空有序多层结构的研究领域。最后，阐述了从定性到定量的系统学、非线性科学的方法学和方法论。同时，地球内部流体与成矿作用，与环境、灾害及全球变化，地球内部流体的实验研究和动力学研究以及地球内部流体的探测，是统一理论研究的主题。     

浅议学科交叉与地球系统科学

以整体系统的观念认识地球 ,强化学科间的交叉与渗透 ,是 2 1世纪初地球科学发展的主题。各国都十分重视推动学科交叉研究 ,并将学科交叉分为Modidisciplinary、Interdisciplinary、Transdiscipli nary三个层次。地球系统科学的两大前沿为“地球系统的联系”和“地球系统的演化” ,2 1世纪地球科学的突破在于地球系统变化理论的形成。笔者指出 :目前 ,我们的观念还跟不上地球科学的发展 ,尤其是“学科交叉”的理念不强 ,缺乏地球系统科学的思维 ,但我们有开展地球系统科学研究的有利条件     

“地球系统探测新原理与新技术”优先领域与地球系统科学

地球系统科学是研究组成地球系统的子系统之间相互联系、相互作用的机制，研究地球整体结构、特征、功能和行为，研究地球系统变化的规律和控制这些变化机理的科学。对地观测、探测与分析技术的发展是地球科学创新思维来源的技术保障，同时对地球科学基础理论研究水平的提高起着重要的作用。21世纪地球科学的发展将更加重视发展地球系统科学的理论、方法与技术体系。“地球系统观测、探测新原理与新技术”被列入国家自然科学基金委员会地球科学部“十五”优先资助领域。回顾“十五”期间的资助情况，探讨该领域和地球系统科学的关系，将有利于“十一五”对该领域资助工作的调整与完善。     

地球的原始不均一性起源及其对超大型矿床分布的制约

本文从太阳星云演变模式入手,着重介绍地球的非均一堆积起源模式.指出地球的化学成分具有原始的不均一性;这种不均一性起源于前地球阶段堆积星子的不均一性.地球的星子吸积过程具有明显的两阶段性,即原地球吸积阶段和晚期吸积阶段,而后期的吸积过程对上地幔及地壳的化学成分不均一性的影响尤为显著.最后指出地球化学不均一性对超大型矿床分布的制约.     

地表过程研究进展与趋势

地表过程复杂多样、涉及广泛。针对当前地表过程研究现状,从地球系统科学和全球变化的视角讨论了与地表过程相关的一些概念及研究内涵。在分析单要素地表过程和多要素地表过程的基础上,从研究内容的综合性、多国合作的国际性、针对区域突出问题的区域性、以过程变化为核心的动态性及研究方法的多样性等方面论述了地表过程研究的特点,总结性地给出了国内外研究的总体趋势。在上述分析基础上,进一步从国际科学发展趋势、国家需要和信息、技术等方面分析了中国地表过程研究所面临的机遇;从多学科交叉、自然与人文过程的定量与有机耦合等方面讨论了地表过程研究所面临的挑战。     

A new method of testing of the Earth’s free oscillations on the basis of geomagnetic variation analysis

The Earth’s free oscillations are recorded for the first time in variations of the geomagnetic field measured at the Earth’s surface. The Earth’s free oscillations in the frequency range from 0.3 to 4 mHz manifest in the spectra of geomagnetic variations in the form of clearly expressed quasi-harmonic peaks. It is shown that the spectral amplitudes of the main modes of the Earth’s free oscillations are not constant and change with a periodicity corresponding to a lunar (sideral) month. The data obtained indicate the influence of oscillations in the internal geospheres on variations in the terrestrial magnetic field. The results provide new opportunities to study the Earth’s free oscillations and to specify their multiplet components. In addition, they also have certain implications for further research into the internal structure of the Earth and geodynamic processes in internal geospheres, on the basis of magnetometric data.     

引力作用下的平衡质量运动

根据广义相对论,在天体引力作用下,天体周边的空间是曲折的。空间因天体的引力而发生曲折,地球在引力的作用下也与人类之前所认识的有所不同。本文提出一种新的假设一引力作用下的平衡质量运动理论,试图从思维的角度重新思考和探索地球的运动规律。主要讨论三个问题：地球上质量的分布;地球的运动;地球自转的速度。由地球上海陆质量的分布引出假设一引力作用下的平衡质量运动理论,其次,利用该假设对地球火山、地震和自转进行分析与推导。     

基于浏览器的Google Earth交互式系统开发技术

介绍了基于浏览器的Google Earth交互式系统、开发技术、Struts框架和Ajax技术,描述了系统架构及开发途径。基于浏览器的Google Earth交互式系统具有广泛的商业应用前景。     

地球系统演化原因研究的回顾与展望

简略回顾了地球系统的研究历史,指出人类数千年来关于地球系统的研究可分为古代、大分化和大融合 3个阶段,提出"地球系统学"在今后相当一段时间内将是地学研究的主流。第二部分探索地球系统演化的原因,指出："热"是影响地球系统的途径,但地表面受热的准周期性变化不应是整个地球系统演化的主要原因;对于各种引力的准周期性变化对气候变化的影响,归纳出这样一条可能的途径：天体引力→地核环流变化→通过地幔热柱影响软流圈波动变化→通过地热影响气候变化;宇宙磁场通过"变压器效应"调制地核中的Lorenz力,使地核环流变化,进而影响地球系统演化。第三部分提出"外核环流是主导地表系统演化的总枢纽"假说。最后指出：一定要从宇地相互作用中寻求地球系统演化的原因;宇地之间相互联系的热、力和电磁三种物理过程中,"磁"是最值得予以关注的;核幔边界层很可能是推动地核环流和地幔对流的能源区。     

黄土与地球系统--李希霍芬对黄土研究的贡献及对地球系统科学研究的现实意义

李希霍芬是19世纪德国著名的地质学家,对欧洲和中国黄土的研究工作,以及后来的黄土研究有着深刻影响,其学术思想在地球系统科学研究的时代依然有重要的现实意义。文章简要回顾了李希霍芬对黄土研究的贡献,并探讨这些贡献与黄土研究在地球系统科学研究中的现实意义。从李希霍芬时代到今天,黄土作为全球宝贵的地球系统演化的历史记录,在揭示地球岩石圈、水圈、大气圈、冰冻圈、生物圈及宇宙事件对地球系统的影响发挥了重要作用,并在未来地球系统科学研究时代有旺盛的生命力。     

The oceans and the physics of the Earth

The Earth is the only terrestrial planet to have seas, by which it is covered to the extent of seventy percent. The oceans determine the climate of the Earth and it is through them that life and civilization have evolved, but they also have major influence on physical processes in the solid Earth. Tidal friction leads to the Earth's spin slowing down with a consequent recession of the Moon from the Earth, while the presence of the oceans controls the tectonic evolution of the Earth through the formation of oceanic crust, the erosion of land and the accumulation of sediment, the formation of mountains and the establishment of isostatic balance.     

Volatile element chemistry during accretion of the earth

We review some issues relevant to volatile element chemistry during accretion of the Earth with an emphasis on historical development of ideas during the past century and on issues we think are important. These ideas and issues include the following: (1) whether or not the Earth accreted hot and the geochemical evidence for high temperatures during its formation, (2) some chemical consequences of the Earth’s formation before dissipation of solar nebular gas, (3) the building blocks of the Earth, (4) the composition of the Earth and its lithophile volatility trend, (5) chemistry of silicate vapor and steam atmospheres during Earth’s formation, (6) vapor - melt partitioning and possible loss of volatile elements, (7) insights from hot rocky extrasolar planets. We include tabulated chemical kinetic data for high-temperature elementary reactions in silicate vapor and steam atmospheres. We finish with a summary of the known and unknown issues along with suggestions for future work.     

美国国家大气研究中心优先研究领域新特点

美国国家大气研究中心于2005年11月提出了新的战略计划。该计划突出的新特点在于无论科学研究活动还是教育、观测设施等方面的战略目标和优先领域,都是以地球系统研究为中心。如在科学研究方面的战略目标确定为：认识地球系统的作用、准确预报地球系统的演变。相应的优先研究领域则为：研究和了解地球和太阳的自然变率;地球系统各分量的相互作用;地球系统预报;人类活动与地球系统的演变等。鉴于NCAR在国际大气科学界的地位,这种以地球系统为中心的优先研究领域对我国大气科学及地球科学研究有一定的借鉴意义,同时也将促使大气科学工作者摆脱传统天气、气候概念的束缚,站在更高的高度来科学审视学科的发展。