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。     

21世纪固体地球科学的发展趋势

20世纪地球科学以及相关领域的飞速发展，不仅使人类成功地解决了人类社会进步和经济发展所需的资源问题，同时也给整个人类提出了环境与可持续发展的问题。进入21世纪，作为解决上述问题的主要科学——地球科学正面临着前所未有的发展机遇和严峻挑战。围绕人类社会面临韵全球性危机和可持续发展地球观，地球科学领域将出现一系列崭新的前沿问题。这些前沿问题是本世纪固体地球科学有待研究的重大问题。     

实验地球科学的前沿与发展战略

实验地球科学是利用实验装置和技术模拟地球内部的高温高压条件,开展地球内部物质的物理和化学属性与地球内部过程研究.我国的实验地球科学在过去10年得到了快速发展,已成为国际高温高压实验领域的一支重要研究力量.主要介绍了实验地球科学的定义与战略价值,简述了我国实验地球科学的发展现状与薄弱环节,提出了未来学科发展的思路和重要举措,并展望了学科未来的优先发展方向.     

地球科学与社会：全球综述

如果人类要长期继续生存和繁荣，必需了解支持人类需求的地球和它的能力。地球科学的任务是认识地球，进行推断，从而达到规划人类社会的目的。推动地球活动的内因是其内部的对流作用，外因是太阳能，固体地球、水圈、大气圈与生物圈形成了全球循环系统。固体地球科学委员会注重的主要研究课题包括：１．地球内部动力学；２．岩石圈的形成和演化；３．大陆动力学；４．生物的多样性和灭绝；５．活动的行星：地质灾害；６．地质历史中的全球环境与变化；７．持续的能源与矿产资源；８．了解人类与地球的相互作用与运用这些知识于社会。人类社会是地球循环的一部分，它从地球中提取资源，把废料又送回地球内，它破坏地球的自然保护圈。对于全球的认识将可指导人类社会减少对地球的流体层与土壤这个保护圈的野蛮性破坏。因此，地球科学是社会的一个好的测试器。     

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。     

21世纪地球科学研究的重大科学问题

凝炼地球科学研究的重大科学问题,对推动地球科学基础研究的发展具有重要意义。美国国家研究理事会（National Research Council）2008年3月发布的研究报告《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》提出了21世纪固体地球科学研究的10个重大科学问题：①地球和其他行星的起源;②地球早期的演化历史;③生命的起源;④地球内部的运动及其对地表的影响;⑤地球的板块构造与大陆;⑥地球的物质特性对地球过程的控制;⑦气候变化的原因与幅度;⑧地球—生命的相互作用;⑨地震、火山喷发等灾害及其后果的预测;⑩地球内外流体运动对人类环境的影响。这些重大科学问题对我国的地学发展战略研究及地球科学基础研究均将具有重要的借鉴和指导意义。主要依据NRC的《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》报告,对这些重大科学问题进行了解读和分析。     

地球科学发展的现状与趋势

地球科学发展的现状与趋势地球科学的根本任务在于认识自然，合理地利用和改造自然、协调人与自然的关系，解决经济建设和社会发展将面临的资源、环境、灾害等问题，并为社会经济发展提供科学积累。当代地球科学既面临着极富挑战的复杂局面，又展现出前所未有的研究机会。...     

迎接地球科学的春天

在2001年3月九届全国人大四次会议上,朱镕基总理的报告和大会通过的“十五”国民经济建设规划纲要中将地球科学与基因、信息、纳米、生物学科一起,作为我国着重加强的重点科学领域。作为一个地学工作者,我深受教育和鼓舞,深感责任的重大,也意识到地学这门古老而又常青的学科又迎来了欣欣向荣的春天。 　　1　地球科学是解决资源、环境、灾害等问题的科学支柱 　　在刚刚进入21世纪之际,中国共产党和全国人民高瞻远瞩,突出地强调了地学的重要地位,这是有深刻时代背景的。20世纪70年代以来,能源、水资源、矿产资源、环境、灾害等问题日益突出,成为关系人类社会安全和能否持续发展的重大问题。而它们又都是地球各层圈相互作用以及人地相互作用的结果,都是地球科学研究的基本内容。面对全球性的资源和环境状况的日益紧张,人们已清醒地认识到,经济、社会要想实现可持续发展,就必须认真记取人类社会历史中的经验教训,尊重自然规律,爱护大自然,善待地球,保持良好生态环境,合理开发利用资源,实现人类与地球的谐合永续发展。地球科学是人类认识、利用、改造、保护我们目前惟一生存环境——地球的基础科学。地学无论在环境与资源的关系中,还是在资源、环境与社会、经济可持续发展的关系中,都起到重要的纽带作用。地学将架起人类通向可持续发展的“桥梁”。     

美国科学基金会地球科学远景报告介绍

21世纪地球科学已经发展成为结合与联系了生物科学、社会科学、计算机科学、物质科学和工程科学等许多学科在内的真正跨学科科学。地球科学面临新的挑战和发展机遇,为了更深入地理解地球及其内部的相互作用,要求地球科学必须应用整体系统性分析方法,探索应用来自所有科学与工程学科的最新知识和技术。美国科学基金会(NSF)地球科学咨询委员会(AC-GEO)针对地球科学面临的新挑战,指导"地球科学远景工作组"(GEO Vision Working Group)制订了地球科学未来发展的新的规划:《地球科学远景(GEOVISION)——通过地球科学揭示未被拆散的地球的复杂性》,强调从整体系统角度来迎接地球科学未来面临的挑战。主要介绍《地球科学远景报告》的主要观点,AC-GEO提出的地球科学面临的3大挑战、5个重大科学问题,以及迎接挑战的3个措施与10个建议。     

全球环境变化和地球科学面临的新任务

阐述了地球科学与可持续发展的关系；讨论了当今地球面临的三大环境问题，并介绍了美国１９９７年全球变化研究计划概况，全球变化研究对于认识、评价和预测全球环境变化、人类健康、生态系统和经济持续发展是十分重要的，为了满足社会的需要，地球科学正面临着４方面的重大挑战。     

跨世纪的中国地球科学

１发展之中的地球科学地球科学是历史最为悠久的科学分支之一,也是最早引入中国的现代科学之一。作为一门已有数百年历史的科学分支,地球科学在今天的发展状况,是每一个关注地球科学进展的人都十分感兴趣的问题。从某种意义上说,对这个问题的认识,决定着我们如何把握...     

当今前沿领域——地球科学与社会——介绍P.J.Wyllie教授的一次学术报告

本文介绍的是P.J.Wyllie教授在中国地质大学(北京)所作的一次学术报告“地球科学与社会”的部分内容.利用资源、监测和减少自然灾害,以及人类如何适应环境的变化是地球科学面临的主要任务.为解决这三大任务必须进行纯科学的研究,亦即基础科学的研究.地球科学是社会的一个好的测试器.     

地球科学发展的生命之翼——地球科学文化建设初探

从人类社会发展的历史来看,文化产业在人类社会作为一个重要产业出现,是社会文明进步的标志。据报道,20世纪90年代末某些发达国家的文化产业产值已超过了制造业产值,有些国家还明确提出“将科技作为文化,作为人们的社会活动”[1]。地球科学文化产业很可能作为一个分支产业而活跃在社会发展的舞台上,因为拯救地球将成为21世纪世界的主旋律。拯救地球是人类面临的一项庞大的综合的系统性的社会工程。地球上人的生存、发展需要地球科学文化,需要以地球科学思想、科学方法和科学精神为内涵的文化推进人类社会向前迈进。江泽民同志在党的十六大报…     

地球系统科学的发展与展望

简要回顾了地球系统科学从20世纪80年代作为人类迎接全球环境问题的挑战而提出的集成研究方法、到逐步成长为一门新兴学科的发展历程，系统阐述了地球系统科学的研究目标、研究对象、研究方法及所关注的科学问题。地球系统科学是一门连接地球科学、生命科学、计算机和对地观测技术以及其它相关科学的一门新兴的交叉学科。由于它所针对的特定的全球性环境问题，关系到社会的可持续发展和人类的切身利益，因此，它也是一门有极强生命力的科学。     

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。     

国家自然科学基金委员会地球科学部1991年度重点项目指南

进入90年代以后,地球科学将处于一个更加活跃的时期。在大量实践的基础上,地球科学的理论研究有待于进一步探索;而全球的人口、资源、环境、发展问题所面临的严峻现实,要求地球科学和其他学科更好地解决经济和社会发展的实际问题。地球科学研究不仅要“上天”“下海”“入地”,而且还要致力研究与人类社会密切相关的地球表层。     

文化视角下的地球科学

从文化视角来审视地球科学, 或将地球科学作为一种文化现象来研究, 地球科学至少包含三方面的内容: 一是地学研究方法或思维逻辑, 即“真”的问题; 二是人地关系或地学的价值理念, 即“善”的问题; 三是地球演化的平衡或人与地球的和谐, 即“美”的问题.文化视角下的地球科学是由“真”、“善”、“美”三者构成的统一体系.      

地球排气作用——建立整体地球科学的一条统纲

通过研究发现 ,现在可以用地球排气作用作为一条统纲 ,把原来分散的地球科学各个分支学科和谐地串联成为一个整体地球科学巨系统。地球排气的实质是幔汁 (HACONS超临界态流体 )从深部自发向上、向外的辐射排放 ,结果形成了地球内外的 5个气圈和气体地球动力学 ,幔汁上涌后通过碱交代作用产生蚀变和岩浆并促使原来为固体的上地幔、地壳发生溃变 ,在地球的 3个基本动力 ,即重力、地球自转变速、圈层旋转差速和天体 (主要是月球 )潮汐力联合作用的大前提下诱发出大地构造运动、地球演化和自然灾害。没有幔汁活动就没有壳幔运动。笔者初步认为 ,对现有流行的众多理论和结论都需要重新加以怀疑和再审鉴。否则 ,地球科学难以向前发展。我们今后不仅需要单科的或局域的岩石学家、地球化学家、大地构造学家、气象学家、海洋学家等 ,另外还需要有一大批整体地球科学家。     

固体地球科学前沿研究的新挑战

在地球早期至今的几十亿年历史长河中，行星地球从过去的早期阶段到现今阶段是受整个地球系统发展的结果。借鉴地质历史演化，地球系统的过去状态特性对预测将来是非常有助的。温室效应尚不确知，因为这样一个问题难以解释，即近期１５０万年甚至整个第四纪２４０万年内冰期与间冰期相间出现，与人类释放ＣＯ＿２或消耗燃料无关。ＣＯ＿２或ＣＨ＿４叠加大气温度的变化趋势到底是什么？平流层的臭氧是否也有自身修复的功能，它自身是否也在变化？固体地球科学作为地球科学前沿，需要持续发展，应当参与全球变化研究。     

固体地球科学研究的重大科学问题

应美国能源部、美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国宇航局的要求,美国国家科学委员会组织专家,研讨驱动固体地球科学研究的重大科学问题。这些问题的研究将深刻影响我们对地球的理解。