人类圈与全球变化

全球变化是国际科学界和各国政府密切关注的重大课题。由于它异常复杂,其中许多重大理论问题还有待探索。本文把全球变化与人类圈的研究联系起来,用人类圈与其它地球圈层关系的演变来解释当今的全球变化,主要讨论(1)全球系统与地球系统的联系与区别;(2)地球的最新圈层:人类圈;(3)当代全球变化的性质、原因和前景。     

冰冻圈微生物学：回顾与展望

冰冻圈是地球上的负温圈层。冰冻圈各个要素中生存的微生物是地球上生命多样性的重要组分,对这些生命体及其生长繁殖和起源演化规律的揭示,不仅极大地丰富着生命科学和冰冻圈科学,还为深入了解全球变化和地外生命提供重要线索。冰冻圈微生物学的发展也将造福于人类。在回顾冰冻圈微生物研究的基础上,提出冰冻圈微生物学的概念,为冰冻圈科学和微生物学发展提供新视角。     

试论地貌圈概念、属性及其与其它地表圈层关系

地貌圈作为地表圈层中的一个与人类生存、发展直接发生关系的圈层。它具有三维形态、物质结构及其运动与演化的四大属性,并在全球充分连续的基本圈层。主要以亚洲与邻区海陆地貌为例,通过地貌圈大中地貌以内动力为主而微地貌以外动力为主的成因概念及其形态、物质、运动与演化四大属性的基本事实,论证地貌圈存在的客观性及其在全球的连续性。论文在探讨地貌圈运动特征时,首次用岩石圈构造分层的现代概念,解析了现代板块边缘及其毗邻广大地区GPS所测试的地壳运动速度,普遍慢于以热点为参考架而确定的板块运动速度。最后,论文以地貌圈与其它地表圈层互相关系的简表,及其与内外环境圈的物质流与能量流等示意图,来呼吁加强地貌圈的基础与应用研究,这对推动地球科学及其与人类生存和可持续发展具有重要意义。     

开展“人类世”环境研究,做新时代地学的开拓者——纪念黄汲清先生的地学创新精神

第四纪环境这门科学,是地质学的一个横截面,是地质历史时期的最新一章,它是一门探索时间的科学。环境问题是关系人类社会的全面问题和应当涉及的人类未来的现实问题,它要求第四纪环境工作者思考自己的科学问题时具有强烈的社会意识。所以它又是一门属于人的科学。从国际上看,“Science”和“Nature”两杂志都在2003年度的科学进展中把环境中古气候变化研究列为年度的进展。而在国内,从1999～2003年5年来地质大调查取得了一系列重大的阶段性成果,其中有10个方面成果具有划时代的意义。其中4项是直接与第四纪环境有关。地质学目前正在进行学术上的转型,从单一的地质问题研究向综合的地球系统科学研究转变,从主要提供资源保障向资源和环境保障并重转变。这种转变把第四纪环境研究从学术水平上被提升到社会需求水平。这要求它积极考虑最近诺贝尔奖获得者P.J.Crutzen等科学家所提出的“人类世(Anthropocene)”这一新的研究方向。作者提出,“人类世(Anthropocene)”是研究大约10000年以来人类活动和自然环境构成的地球系统的变化及适应的可持续发展性。这一研究在中国已有了很好的基础和开端,但还不能满足当前国家发展的需求,所以第四纪环境工作者还应像开拓者一样,不断努力     

关于人类世问题研究的讨论

"人类世"(Anthropocene)一词是由大气化学家诺贝尔奖得主Crutzen与生态学家Stoermer在2000年首次正式提出的,一经提出即在学术界引发广泛讨论。当前,相关国际会议上有关人类世的议题逐渐增多,国际上一些相关的研究计划和新期刊也陆续推出,人类世问题已成为环境科学、地球科学、考古学、生物学及其他相关学科领域的一个研究热点。目前国际人类世研究前沿热点集中在人类活动驱动的地球系统变化、人类世下限的确定等方面;研究焦点是找到一个确定人类世的边界或标志物——地质学界公认的"金钉子"(GSSP)。人类世是在人类活动引起的全球性环境问题这一背景下提出的,强调人类活动也是一种重要的地质营力,其对地球改造的程度与后果足以与传统意义上的地质营力(地震、造山运动等)产生的影响相匹敌。由于中国巨大的人口规模和有限的生存空间,在过去几十年中对国土地理环境改造的幅度是空前的,因此从未来既要提升人民生活质量和促进经济社会发展,又要保护好国土环境与自然资源,实现人与自然和谐发展的角度而言,在中国开展人类世问题研究不但具有极其重要的科学意义,而且具有更大的现实意义。针对我国人类世问题的研究现状,提出了设立人类世专业委员会、组织召开人类世研究学术会议、参与人类世研究国际有关的组织与相关协会、资助人类世研究计划与项目等以推动人类世研究工作深入发展的建议。     

新的地质时期——人类世

继全新世之后一个新的地质时期--人类世(Anthmpocene),对科学和社会都提出了挑战. "人类改变了世界"并不是一个新观点.早在一个世纪以前,就有学者提出灵生长、人类圈等概念用来表示"人类是地球变化的新控制力"这一观点.     

自然科学基金资助下的我国冰冻圈科学发展

冰冻圈是指地球表层水以固态形式存在的圈层,包括冰川、冻土、积雪、海冰、河冰、湖冰等.作为一门新兴学科,冰冻圈科学研究其各组成部分的形成机理、演化规律、与其他圈层之间的相互作用,以及对经济社会的影响.在全球变暖背景下,冰冻圈研究受到前所未有的重视,成为气候系统研究中最活跃的领域之一,也是当前全球变化和可持续发展最关注的热点之一.中国是中低纬度地区冰冻圈最发育的国家,中国冰冻圈变化的气候效应、环境效应、水资源效应和生态效应非常显著,因此,对国家西部发展战略有重大意义.我国冰冻圈科学的发展与国家自然科学基金项目的支持息息相关,许多前瞻性、先导性、基础性的项目源自于基金项目的支持.国家自然科学基金在引领冰冻圈研究新领域和人才培养两方面起到了奠基和推动作用.着重回顾了在自然科学基金资助下我国冰冻圈科学的发展历程.     

面向可持续发展的冰冻圈科学

21世纪以来, 在全球气候变暖的大背景下, 冰冻圈科学发展快速。在梳理国际冰冻圈相关研究态势、 分析中国相关研究动向的基础上, 总结了“冰冻圈科学”发展的历程并简要介绍了冰冻圈科学的基本框架。研究指出, 自20世纪70年代冰冻圈概念正式提出以来, 国际社会以推出气候与冰冻圈（WCRP-CliC）计划和成立国际冰冻圈科学协会（IACS）为标志, 并在深化冰冻圈自身机理、 过程认识的同时, 更加关注与其他圈层之间相互作用中的冰冻圈效应, 表明冰冻圈研究趋向变化 - 影响 - 适应这一主线发展, 在一定程度显现出了“冰冻圈科学”的核心特征。中国冰冻圈研究近20年、 尤其是近10年发展迅猛, 沿着冰冻圈科学的主体思路, 在冰冻圈变化, 冰冻圈变化对生态、 水文、 气候、 地表环境以及社会经济的影响等方面取得了系统性成果, 对冰冻圈科学的内涵和外延有了系统的认识。在分析国际冰冻圈科学孕育和发展背景并简要总结中国冰冻圈研究近况基础上, 对冰冻圈科学学科框架体系从科学内涵和外延、 研究构架和学科组成等方面进行了论述, 冰冻圈科学已经成为一门涉及广泛、 过程机理研究与可持续发展密切关联的全新学科。     

人类世生态地质学研究方法及应用研究

地质学家和社会学家广泛关注“人类世”这一新概念,但是,对于“人类世”的时间跨度仍然存在很大争议。在结合前人研究结果的基础上,对人类世提出了新的划分方法:认为人类世是一个以人类活动为主导因素的地质时期,要探讨人类世的生态与环境演化过程,就需要寻找一种有时间序列、分辨率高、分布范围广并且与生物活动紧密相关的沉积层。选取粪土层作为过去生态环境信息记录的新载体,运用多学科交叉的方法探索南极生态、气候和环境变化的问题,是南极无冰区生态地质学的理论基础。南极无冰区生态地质学是人类世生态地质学的组成部分,是沉积学与地球化学、考古学、生态学多学科交叉的结果,它的理论和方法已被成功地运用到北极和中国的南海地区,它应该放在全球的沉积学大平台上,开拓新的领域。并详细讨论了人类世生态地质学的研究方法及应用实例,对于了解人类世以来气候、环境和生态的变化及其与人类活动的关系具有重要意义。     

地理科学研究的理论和实践———以长江三角洲为例

地理科学系统研究人类与自然（环境）间的相互关系和相互作用，从全球变化的高度进行研究，自全新世以来，把人类作为与各自然圈层的总和相对等的一个圈层。因此，在研究框架图式中，在IGBPⅡ图式之外，增加了一个人类圈，并以人类圈作为中心，表示人类圈与各自然圈层间的相互关系和相互作用。把中国地理科学系统研究与国际全球变化研究联接起来，使中国地理科学走向世界，这些就是地理科学系统理论的创新之处。在实践中，我们先对长江三角洲地区进行详细研究，拟出许多具体研究课题，提出研究时应遵循的一些原则。如图 2所示，根据地理科学系统理论研究长江三角洲，其最终目的就是对该地区可持续发展提供科学依据。但长江三角洲可持续发展已是一个独立的重大科研项目，已由中国科学院进行研究，故在此仅做简略评述。     

“人类世”论评——环境领域的“舶来品”,地球科学的新纪元?

整理分析了自2000年以来的相关论著,力图对"人类世"名称的来历、"人类世"提出的背景及数年来学术界的争议内容等进行介绍和评论,希望引起国人对这个可能具有划时代意义的地层学"事件"产生更广泛的关注和更深刻的理解和思考。"人类世"(Anthropocene)这个词,由"人类"和"新(时代)"组合而成,由环境领域学者Paul J.Crutzen和Eugene F.Stoermer于2000年创建,用于代表自人类工业革命以来的地质时代。人类世自提出后,数年间即在学术界,包括我国第四纪研究领域的学者间,就其是否成立、如成立其下限如何确定等引发了广泛的讨论。2008年2月Zalasiewicz等21位伦敦地质学会地层委员会的成员联名在"GSAToday"上发表论文,从地层学概念上,尤其针对持反对意见或修改意见者提出的质疑点,就人类世这个地质时代的建立进行了全面论证,并对可作为人类世下限的标识提出了建议,正式把人类世概念推广到地球科学领域。     

现代地球系统科学——可持续发展战略的科学基础

人类的发展战略正在发生根本性地转变,用可持续发展战略代替以传统工业为基础的发展战略已成为国际社会的共识。讨论了现代地球系统科学及其与可持续发展的关系等问题,认为在现代地球系统演变过程中,全球环境是基础,人类圈为主导;现代地球系统科学是可持续发展战略的科学基础;实施可持续发展战略必须协调人类圈和全球环境的关系等。     

中国人类世科学研究新进展

国际地层委员会人类世工作组决议人类世应由全球界线层型剖面和点位(“金钉子”)定义为一个正式的地质年代单位。20世纪中叶以来人类活动突变式增强,改变了原有的地球演化速率和方向,对地球环境造成极为显著的影响,并在地质记录中留下清晰的具有全球同步特性的物理、化学和生物印记,为识别这一年代地层单位的底界提供了最佳选择。当前,全球共有12个人类世“金钉子”候选剖面和点位参评。与此同时,中国学者在人类活动代用指标体系构建、人类世候选“金钉子”研究与国际对比方面取得了突出进展,发现人工放射性核素、微塑料、δ¹³C、δ¹⁵N和硅藻等均可作为人类活动理想的标志物,且远离城市和人类活动影响的中国四海龙湾玛珥湖沉积物剖面对全球信号敏感,^239,240Pu浓度于1953年快速增加,多环芳烃、¹²⁹I、烟炱¹⁴C、碳球粒、DNA、δ¹³C和重金属等指标在1953年前后均存在系统性变化,因此提出1953年作为人类世底界。中国四海龙湾湖沉积物剖面与日本别府海湾沉积物剖面被人类世工作组提...     

冰冻圈生态系统若干问题评述

冰冻圈是气候系统中的五大圈层之一,冰冻圈变化对其内部及关联生态系统的影响已成为全球变化关注的热点领域,冰冻圈生态系统的概念也得到了越来越多的应用。本文基于国内外对冰冻圈要素与生物之间相互作用的已有研究成果,对冰冻圈生态系统的组成、各冰冻圈要素与生物之间的关系进行了系统梳理。目前,冰冻圈生态系统的研究热点主要是冰冻圈生境特征和生境变化对生物群落带来的影响。从生物群落是否直接生活在冰冻圈要素内来看,可将生态系统分为以微生物为主的冰冻圈内生生态系统（endophytic ecosystem of cryosphere）和冰冻圈关联生态系统（cryosphere-related ecosystems）。总体来看,目前冰冻圈生态系统的研究主要关注不同物种（例如陆地动植物、陆地淡水生物、海洋生物、海岸动物和鸟类动物等）对冰冻圈变化的响应,未来应重点开展冰冻圈变化对生物群落影响的定量化研究,特别要考虑冰冻圈各要素变化对生物群落影响的时间尺度和空间范围。     

地球中的流体和穿越层圈构造

地球中的流体是当前科学研究的重点。从地球科学的角度来说,流体应包括气体、液体（水和石油）、熔体和地球中受应力作用而移动的物体。在半经为6378 km的固体地球中可分为7个层圈。目前对地球内部流体的了解很少,为探索流体在各层圈中的成分,物理化学性质和分布,以现阶段对地球层圈和流体研究程度来看,其重点应放在地球中穿越层圈的构造部分和地壳。地球中穿越层圈的构造主要有三个:板块构造的俯冲带是由上到下的穿越层圈构造,向下俯冲的大洋岩石圈可以抵达地幔过渡带;大洋中脊的扩张引起的由下而上的穿越层圈构造,使岩石圈和地幔的熔流体从下向上运移;地幔柱引起的由下而上的穿越层圈构造,使地幔的熔流体从下向上迁移。通过对三个穿越层圈构造和地壳中流体的研究,可以得出地壳、岩石圈、上地幔、过渡带、下地幔和核幔边界层流体的种类和成分、流动和演化。这是至今为至能鉴定到地球中深部流体的方法。这四个方面的研究是当前地球中流体科学研究的重点,并对开展深部找矿有实际意义。      

冰冻圈服务评估方法探讨

冰冻圈服务指人类能够从冰冻圈中直接或间接获得的各种惠益,由冰冻圈的过程和功能产生,可为人类生存和发展提供重要的物质和文化基础。随着冰冻圈科学的发展,人们对冰冻圈过程和功能的认识不断深化,同时冰冻圈科学研究如何为区域可持续发展服务也成为重要的关注点,受到冰冻圈科学界的重视。然而,作为冰冻圈服务研究的重要内容之一,人们对冰冻圈服务评估方法仍缺乏系统性探讨。鉴于此,本研究从物质量法、价值量法和能值分析法三个维度对各类冰冻圈服务的评估方法进行了探讨。通过对这三种方法的原理、基本使用准则、适用范围和优缺点进行分析,以期探寻评估各类冰冻圈服务的最适方法,从而为后期开展具体评估提供方法借鉴。     

对地球系统科学的几点认识

地球系统科学将是２１世纪地球科学的主旋律,它被定义为：“将地球作为一个整体来伯全部知识;对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石中的各种作用及各层圈间相互作用时间进行的研究”。此种学术思想可追溯到１００多年前,见於文字也有近二十年。它对当代地学的发展起了重要的推动作用,有四个特点：地球现象的远距离相互联系、影响;内动力和外动力研究一体化;地质作用和生物作用研究一体化;一类活动作为地球系统的一部分。当前地球系统科学的发展也提出了一些新问题,主要的是：在学术思路上对与岩石圈有关的地质作用有所忽视;观察研究系统不全面;还未深人到资源形成和小环境的研究中。近年来的观测试验表明,发生在岩石圈的各种地质作用正积极参与垒球各圈层间的物质能量交换。对它们的忽视,可能正是目前一些生物地球化学循环模型无法平衡的原因。     

当代地球系统的突变性质与确立“人法地”文明观

现代地球系统即为包括人类圈在内的五元地球表层系统。自本世纪５０年代以来,它已进入了一个具有突变性质的新时期,本文从变化速度,逆向巨变,较低水平人类圈的迅猛膨胀和确立“人法地”文明观等方面分别讨论了这一重要时期的表象,实质,根源和前景。     

人类活动、自然灾害和活动构造研究

人类活动是生物圈中最重要的活动之一.半个世纪以来,人类活动的重要特征就是人口的城市化.地球的岩石圈、水圈、气圈不断变化,其中许多剧烈的变化,表现为自然灾害,严重影响生态环境,对人类形成威胁.随着经济发展和人口的城市化,这种人类活动和生态环境的相互作用越来越紧密,自然灾害越来越严重.本文利用GDP作为人类活动的度量,定量地分析了人类活动和自然灾害的关系.另外强调,活动构造作为第四纪地质学研究的一部分,是了解环境演变和灾害发生机理的地学基础,将成为十分活跃的新研究领域.     

冰冻圈变化对经济社会系统的综合影响及其适应性管理策略

冰冻圈是气候系统影响最直接和最敏感的圈层。在全球变化背景下,冰冻圈变化与生物圈、岩石圈、水圈、大气圈、人类圈之间的相互作用日趋加剧。特别地,冰冻圈快速变化对其影响区经济社会系统产生了广泛而深刻的负面影响,甚至危及人类福祉、经济社会系统的健康、和谐、持续发展。鉴于冰冻圈区位劣势及其较为落后的经济水平,其应对冰冻圈变化的能力极为有限。目前,适应仍然是冰冻圈应对气候变化的主要途径。冰冻圈变化对经济社会系统的综合影响分析是适应冰冻圈快速变化的基础,其适应性管理战略则是减轻冰冻圈快速变化不利影响、降低自然和经济社会系统防御其不利影响脆弱性的最终目标。