固体地球系统的复杂性与自组织临界性

（上接第３期第１８２页）３４壳幔核边界的深部过程———固体地球动力学问题之二属于本主题研究的主要课题有：①行星和地球上的岩浆洋;②地幔对流与壳幔相互关系;③洋脊下岩浆的成生与运移;④俯冲带岩浆作用;⑤地壳岩浆房中岩浆的分异与演化;⑥地球电动机（ｇｅ...     

固体地球系统的复杂性与自组织临界性

根据“复杂性科学研究复杂性的涌现机制、是２１世纪的科学”和“地球系统的复杂性研究将是２１世纪地学发展中居于战略地位的生长点之一”的认识,提出了“固体地球系统的复杂性与自组织临界性”这一命题,从新的视角对古老而又常新的固体地球系统进行再认识。笔者从广义地质学系统和过程的本质归纳出固体地球系统的基本问题是“固体地球系统总体上是远离平衡、时空延展的复杂耗散系统。地球物质多组成耦合的相干与协同及多种广义地质学（地质学、地球物理学、地球化学）过程的耦合及其非线性相互作用二者之多重叠加引发自组织过程所涌现的系统整体性状、结构与动力学行为的复杂性与自组织临界性”,并从这一认识出发,提出了固体地球系统复杂性与自组织临界性的八个研究主题,并分别进行了论述。最后笔者提出了地球系统复杂性与自组织临界性研究的方法论。     

浅议地球系统的复杂性及非线性

结合复杂性科学的产生及发展历程，认为复杂性科学对研究地球系统复杂性及非线性具有重要的理论指导和方法论意义。同时，在论述地球系统基本属性的基础上总结了地球系统复杂性及非线性的具体表现，即地球系统的层次性，无特征尺度性，开放性，相干性，临界性，自组织性和其动力学行为的自相似性及分形性。认为地球系统是总体上远离平衡，时空延展的多层圈综合集成，连续开放的复杂耗散动力巨系统。随着复杂性科学和地球系统的复杂性及非线性研究的不断深入，在21世纪，地球科学研究将会取得理论上的重大突破和飞跃。     

固体地球系统复杂性与地质过程动力学学术讨论会纪要

20 0 4年3月6～7日,由中国矿物岩石地球化学学会和中国地质大学(武汉)联合主办的“全国固体地球系统复杂性与地质过程动力学”研讨会在武汉召开,来自美国加州大学SanDiego分校、瑞典Upsala大学、中山大学、中南大学、西北矿业公司、中石化、中石油、地质科学院、中国地质大学(北京、武汉)的5 0余位代表及中国地质大学的众多研究生参加了讨论会。中国地质大学张锦高校长到会并致开幕词。会上31位代表作了学术报告。於崇文院士作了“地质系统复杂性”的主题报告。於院士归纳总结了自然科学研究程度由浅入深的4个层次,从地质科学发展的现状出…     

谈固体地球动力学系统的自组织

地球在3.8 Ga前不断有小星体撞击,属于不稳定的开放系统,积累了大量物质和能量。太古宙以后开始形成了准圈层结构,转变为封闭的能量消散系统,并开始建立了系统整体凝聚力和活力之间高度平衡的自组织机制。固体地球系统的重力和化学亲和力产生地球系统物质向内运动的凝聚力。地球存储在地核中的热能和放射性物质的核能,是驱动和维持着固体地球内部物质向外运动的活力来源。地球的自组织指的就是自我调控系统凝聚力和活力之间平衡的调节能力。固体地球系统局部时空尺度的物质运动是各态遍历的,大尺度全局的物质运动规律是确定性的,是自组织机制发挥作用的结果。固体地球系统的自组织能力现在还保持在很高的水平。     

谈固体地球动力学系统的自组织

地球在3.8 Ga前不断有小星体撞击,属于不稳定的开放系统,积累了大量物质和能量。太古宙以后开始形成了准圈层结构,转变为封闭的能量消散系统,并开始建立了系统整体凝聚力和活力之间高度平衡的自组织机制。固体地球系统的重力和化学亲和力产生地球系统物质向内运动的凝聚力。地球存储在地核中的热能和放射性物质的核能,是驱动和维持着固体地球内部物质向外运动的活力来源。地球的自组织指的就是自我调控系统凝聚力和活力之间平衡的调节能力。固体地球系统局部时空尺度的物质运动是各态遍历的,大尺度全局的物质运动规律是确定性的,是自组织机制发挥作用的结果。固体地球系统的自组织能力现在还保持在很高的水平。     

地球化学系统的自组织、自相似与自相关

从系统论出发，概述了地球化学系统内普遍存在自组织、自相关和自相似，并初步讨论了三者之间的关系：（１）自组织是自相似之源；（２）自相关可以标度自相似。自组织、自相似与自相关的有机结合势必对地球化学系统研究产生深远的影响。     

地球系统科学中的复杂性思维与可持续发展

地球系统科学是可持续发展的理论基础。地球系统8个方面的复杂性和非线性决定和构成了地球系统科学中复杂性思维的基本特征。可持续发展作为新的发展模式需要考虑具有非线性相互作用的不同层次、不同方面的多种因素．必然要求运用复杂性思维来综合分析解决人口-资源-环境-发展的互相协调。因此．地球系统科学中的复杂性思维是处理可持续发展问题的科学武器．有助于人们深刘认识地球演化的内在机理和人-地关系的变化。     

地球化学系统的复杂性探索

地球化学系统是一种复杂系统，非平衡和非线性是导致复杂性的根源，探索复杂性就是要研究事物在非平衡条件下的非线性动力学行为，地球化学动力学是揭示地球化学系统的复杂性的有力理论工具，本文列举出锡示岩石圈系统，岩浆系统，表生系统，变质系统，断流体系统及生物有机系统的复杂性的动力学研究内容。     

成矿系统嵌套分形结构和自有序效应

成矿系统具有嵌套分形结构 ,岩石孔隙结构的传输性质制约着聚矿功能的实现。矿床(脉 )群聚分形分布特征明显 ,数量随时代先后呈幂律增长 ,成矿裂隙系统分维值大 ,高含量矿脉分维值低 ,这为隐伏矿床 (体 )预测提供了依据。裂隙生长是一种自组织临界现象 ,矿脉起源于微裂隙发展而成的张性裂隙 ,并最终形成脉系。超大型矿床的裂隙系统表现为临界分维状态 (5～ 12 5km ,D≈ 1 5;0 5～ 2 0km ,D≈ 1 3;1～ 10 0cm ,D≈ 1 5;0 0 0 36～ 0 18cm ,D =1 2 8～1 39)。成矿元素运移通过扩散和渗流实现 ,扩散速率的差异性导致运移路径的有序性 ,流体流动导致金及金属硫化物在界面处发生反应而沉淀成矿 ,矿床密度分布随矿化中心距离增大而减小的自有序效应保证了成矿系统的组织层次性。输运反应耦合成矿动力学计算机模拟验证了分形脉体演化模式和自有序效应。     

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。     

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。     

人地系统动力学研究的现状与展望

文章系统地综述了当前国内外对表层地球系统研究的现状、发展趋势，提出从人地系统动力学入手，深入开展可持续发展理论与方法研究的基本内容，以期表述人类活动对地球系统的影响——地球系统演变之“人类驱动力”的机制     

关于固体地球系统与地质作用的三点认识

文中讨论了作为极复杂巨系统的固体地球内部运动规律的 3条推论 :(1)地球系统在偏离平衡态时 ,有选择能量耗散最小方式的“惯性” ,在系统内禀熵急增时或者回到一种准稳定的定态 ,或者通过自组织迅速减少内禀熵增加率。换言之 ,地球系统可能有种尽量保存自身内能不受大量耗散的惯性 ,使其总体内禀熵产生率对时空的积分取极小值。我们把这一认识称为总体熵产生率取极小准则 ,对于孤立与渐变的地质过程 ,它等同于热力学第二定律与普里高津最小熵产生原理 ,对于极复杂地球巨系统及远离平衡态情况加了“总体”两字 ,意思是在局部或短期突变时熵产生率可能是大的 ,但它对全球与长时间的积分而言仍然取极小。换句话说 ,作为一个巨系统 ,固体地球在其局部远离平衡状态时 ,仍然能保持总体上内能消耗取极小的惯性 ,维持对全部固体地球时空系统总体熵产生率取极小准则。 (2 )关于地质作用过程演化的定态遍历准则。地球系统的复杂性不仅表现在其非线性 ,即同时存在着多种可能的定态作为其演化的趋势 ,而且表现在其时空发展过程中将经历尽可能多的定态。非线性非平衡态动力学的一般规律符合大多数包含激变事件的地质作用过程。将来在地球系统偏离平衡态足够远时 ,它可能会具有无穷多个耗散结构 ,因而使系统进入完全?     

地球系统科学研究与网络技术

地球系统科学研究是项十分复杂的系统工程，它涉及到地质学，地理学，海洋学，土壤学，大气科学，生命科学，化学，物理学以及信息科学和社会学等多门学科，网络的迅速发展给地球系统科学研究提供了机遇，作者在文中分析了当今网络的先进技术与地球系统科学研究的关系，提出了网络将对其研究产生深远的影响。     

地球系统科学发展方向与趋势

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;在此基础上,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,主要内容有研究思路、基本概念、地球系统过程、全球一区域信息获取、海量信息处理和分析及系统模型等;第三构建了地球系统科学理论基础,主要内容包括: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;然后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——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。     

初论构造应力-应变系统的复杂性

地球内部构造应力主要集中于岩石圈上层。通过岩石变形的微观机制与宏观表现的研究 ,可以看出 :构造应力应变作用绝不仅仅是一种简单的、线性的力学过程 ,而是多圈层相互作用、受多种物理和化学因素控制的、非线性作用过程。地球构造应力场在不可逆演化过程中是一种具有某种阵发式变化的复杂系统。     

固体地球科学与全球变化研究

固体地球科学要积极参与全球变化的研究。全球增暖的温室气体ＣＯ２增率与大气升温呈正相关性。第四纪的最末１．５Ｍａ间有１７次冰期，其成因可能与米兰科维奇周期律有关。除现今估算的人类每年燃料排放的ＣＯ２量外，地球内部由火山和地震等的大地构造原因释放的ＣＯ２量需定量估算，甚至可能是大气ＣＯ２增率的主要来源。我国文化历史悠久，对历史中的盛世与气候变迁关系应深入研究。我国的自然条件复杂而独特，应研究其变化特色