李希霍芬和“中亚人与环境”

德国地质、地理学家李希霍芬(Ferdinandvon Richthofen,1833年5月5日～1905年10月6日)是外国地质学家中,对早期中国地质学有重要贡献的一位学者。他对中国黄土成因的风成学说,不仅广为人知,而且影响深远,直至今天。1933年5月5日在他诞辰100周年的时候,德国举行了“李希霍芬日”;中国地质学会举行了纪念活动,在会上,翁文灏和斯文·赫定^[1,2]根据当时的科学进展,对李希霍芬在中国的地质、地理工作做了总结性的论述。2005年10月6日在他逝世100周年之际,德国将举行以“中亚人与环境”为主题的国际科学讨论会。这是从当代的科学进展出发重新认识李希霍芬的一次具有时代意义的     

李希霍芬与黄土的风成学说

第四纪古气候重建在最近半个世纪的时间里取得了前所未有的进展,这在很大程度上与对陆相黄土地层,特别是中国黄土-古土壤序列的研究,以及对深海沉积氧同位素的研究密不可分。现在我们已经可以在黄土-古土壤序列的基础上,建立起260万年来地球轨道尺度的古气候变化。一个不容否认的事实是,这些进展都是在黄土风成成因的基础上,结合土壤地层学、年代学、磁性地层学、古生物学等方面的进展逐渐发展起来的。只有解决了黄土的风成成因,才可能将堆积于各地的黄土,通过搬运粉尘的风力系统与区域、甚至全球的古气候变化联系起来。文章回忆了黄土的早期研究历史,回顾了黄土风成成因的奠基人李希霍芬教授在黄土成因方面的杰出贡献以及其后黄土成因的完善与发展。     

李希霍芬地貌学思想在德国的继承与发展

文章介绍李希霍芬(1833～1905,F.vonRichthofen)对地貌学建立的重要贡献及这门学科自此以后在德国的理论进展;论证了在过去的100年中,在不同时期都有德国杰出的科学工作者叙述对李希霍芬著作的认同和赞赏。总体上来讲,很多人都同意称李希霍芬为关于地形和景观科学的“地貌学之父”。在A.洪堡(A.Humboldt)和C.李特尔(C.Ritter)早期概念的基础上,李希霍芬使地理学变成一门研究人类生存空间的自然科学。尽管在李希霍芬之后所发展起来的气候地貌学和地生态学的重要性是不可低估的,但直到今天李希霍芬所开展的与地质学有紧密联系的地貌学的分支仍具有活力。     

斐迪南·冯·李希霍芬男爵

文章是斯文·赫定在1933年为纪念德国著名的地理学家和地质学家李希霍芬百年诞辰而作,介绍了李希霍芬在中国有关地层、黄土、构造、地貌等方面所做的开创性的研究工作。原文为英文,发表于《中国地质学会会志》(BulletinoftheGeologicalSocietyofChina)1933年第12期,315～321页。值李希霍芬逝世100周年之际,承刘东生院士推荐,请潘云唐译成中文,刘东生亲自校对,在本刊重新刊登此文,以纪念这位对中国地质做出了巨大贡献的学者和中国地质的奠基人。     

黄土沉积与地球圈层相互作用

黄土是地球上分布最为广泛的沉积物之一,黄土的分布区也是旱作农业起源地和古文明的发祥地,养育了地球上数以亿计的人口。作为一种风力搬运的沉积物,黄土也是古气候变化的重要信息载体。长期以来,中外科学家已经对黄土的物理学、地球化学、沉积学、古气候学等开展了多学科的综合研究,取得了瞩目的成就。本文旨在从地球系统科学角度出发,将黄土物质的产生、搬运、堆积及沉积后的成土过程与地球岩石圈、水圈(包括冰冻圈)、大气圈、生物圈的演化联系起来,将黄土作为一个窗口,揭示出看似单一的地质事件(黄土沉积)与地球圈层相互作用之间的内在关联。     

中国地球系统科学研究述要

中国地球系统科学研究萌发于５０年代，产生于８０年代初，是伴随着人类关于地球的现状与前途的密切关注与思考而发展起来的，经过近些年来的研究和发展，中国地球系统科学研究已经逐渐形成了其独特的研究内容、研究对象和研究方法，其重要的理论和现实意义也逐渐显现出来。     

李希霍芬对中国地质和地球科学的贡献

斐迪南·冯·李希霍芬出生于1833年。少年时的教育和生活环境使他对地质学产生了兴趣。当他还是小孩子的时候,就随父母游历了家乡的许多地方,并且利用暑假到阿尔卑斯去旅行。在柏林学习地质学的时候,就显示出他宽厚的知识基础,他很快就意识到对他而言,未来工作的目标就是成为一个科学家。1859年,为了获得财政支持进行欧洲以外地区的研究,李希霍芬申请参加了普鲁士政府向东亚派遣的一支探险队,开始了他最初对中国地质的研究。1862年当探险队的成员开始返回柏林,他独自到了上海开始他自己在中国的研究工作。只是由于太平天国起义,他的计划没能立即实现。1868年新年前夕,他和他的朋友对全球地质勘探的状况做了一个回顾,认为中国无论在科学上,还是在应用上都是最有研究价值的国家之一。于是他选择了中国作为他进行地质研究的对象。在参考大量文献的基础上,他制定了详细的研究方向和工作方法。李希霍芬希望建立一个系统的中国地质学的基础。他认为野外工作是第一位的。除了对可开采的矿床进行了估计,他还特别注意了中国煤炭沉积的储量和产量。在1868到1872年期间,他在中国先后进行了7次旅行。他是第一位对中国地质从基础上进行研究的外国地质学家。旅行的资金有一部分是来自加利福尼亚银行和上海商业会馆。他提交了一份地区经济信息的报告,这个报告包括了中国的交通、贸易路线,煤矿的形成、品位和储量、可采性以及在世界市场上的竞争力等。他重要的科学文献是关于经济、运输和人口地理学。从他的著作《中国》我们可以看出,他对于“丝绸之路”的命名是在汉学家、古典文献学家以及地图学家共同合作研究之前。在综合大量的文献后,他在地图上详细地标注了“丝绸之路”,并且讨论了汉朝及其以后历史时期内中国境内主要的贸易路线。由于丝绸一直都是重要的贸易商品,因此他把这条贸易路线称之为“丝绸之路”。对于社会、经济问题与地质问题的综合认识,使他同时又成为一个地理学家。李希霍芬和德国的地图工作者一起开创了一种新的地形的描绘方法,并且修正了当时的中国地图,使中国地图有了更为详尽的内容。对比当时在中国出版的地图,他们绘制的地图在很多方面是全新的,如他们采用图解法(graphicpresentationsofmontains)来代表山脉和其他的地形形态特征。在地质学领域,他绘制了中国地质图,及《中国地图集》中的地形图,连同后来出版的4卷《中国》书稿中大量的横断面和地层剖面,奠定了中国乃至东亚的地质学基础。但是他从来没有把制图作为他旅行的一个主要目的。对他来说,制图只是作为来证实他的野外观察的一个方法,以尽可能正确地体现出地貌的基本特征。李希霍芬到中国旅行的最主要的目的是研究中国地质。他是第一个把中国地质按着现代组成物的分布、序列,发展成为一个系统。可以认为,他是把中国地质学发展成为一门科学的创始人。古生物学和地层学的知识使他很快就认识到了中国地质结构的原理。他的综合知识使他可以在地图上系统地标绘出他所观察到的现象。他的主要成果集中体现在《中国地图集》中的27张地质图,《中国》书稿中另外14张地质图以及大量的剖面图。另外矿产资源也是他研究的主要的内容。他不仅研究了煤炭资源,同时也经常记录贵金属矿产资源。他是最早注意到中国黄土具有风成特征的地质学家。他在研究黄土剖面时,注意到大部分没有层理的沉积物都保存有大量的陆生软体动物的壳。由此,他得出与前人相反的结论,认为黄土不是湖相沉积物,而是风成沉积物。并以北美大草原所见到的草将粉尘固定的过程作为他风成假设的证据。他认为黄土沉积是草原环境下形成的,当时的植被是草原。并且认识到粉尘来源于西部和北部的中亚的沙漠地区。他只是没能将冰期、间冰期的粉尘沉积加以区分。他研究的另一个科学领域是地貌学。在地貌学中他是最先描述一些地表变化过程的先驱者之一。正如他一直意识到的自然与人类活动的相互关系一样,他同样将地球生态系统看作是地质结构、地貌过程、与气候有关的生态环境和人类活动所组成的一个复合体。他是最早萌生地球系统的科学思想的科学家。李希霍芬对中国的研究起初并没有得到人们的重视。直到他的《中国》出版以后,他对中国地质学和地理学的影响才明显起来:他的著作和地图很快就传入中国,在学术界被广泛地阅读和讨论;他的书是地质学和地理学专业的基础教材。不仅在中国,在世界范围内,他的发现也得到了认可,并获得了很高的评价。19世纪末,世界上没有哪个科学家像他那样了解中国和东亚。他也从一个地质学家成为一个跨越多个学科的大科学家,他的影响在他的那个时代体现在科学领域的很多学科之中。李希霍芬在中国现在仍然有很高的赞誉。他的方法学的研究以及他的《探险家指南》,对于年轻的地质科学工作者,仍然具有指导意义。他的地球系统科学的思想对当前土地退化、生态不平衡等环境问题的解决仍然起着指导性作用。     

陕西洛川黄土中碳酸盐的某些地球化学特征

本文对陕西洛川黄土中的碳酸盐从矿物成分、化学成分和同位素组成进行了系统研究，建立了确定黄土中原生方解石和次生方解石含量的方法，并提出了黄土气候地层研究的两个地球化学指标。研究表明，洛川黄土中的碳酸盐主要是次生方解石，是由原生方解石在成土过程中溶解转变而成的。     

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。     

李希霍芬与中国之地质工作

文章原稿系用英文写成,曾载《中国地质学会会志》1933年第3期,以纪念李希霍芬百年诞辰。原文由李海晨汉译刊登于《方志月刊》1933年第6卷第12期,37～38页。今年为李希霍芬逝世100周年,本刊重新刊发李海晨翻译的文章,介绍李希霍芬对中国地质所做出的贡献以及他的科学精神,以激励有志的年轻学者。     

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。     

关于我国开展地球系统研究战略概念模型的讨论

自20世纪末以来,地球科学开始进入一个新的发展时期,地球系统科学理念逐渐成为引领新世纪地球科学的发展方向。世界各国在制定其地球科学战略时,均基于各自掌握的科学资源和实际需求,形成了各自的特色。我国地球科学发展的优势在于区域自然条件,以及社会经济快速发展产生的需求和机遇。基于我国的实际情况的分析,提出了一个地球系统科学研究的概念模型。在这一框架内,我国可以在两方面选择研究范例,并为地球系统科学的发展做出贡献：一是在地球系统物质、能量循环中关注我国具自然条件优势的关键环节;二是强化区域集成研究。同时,还需要加强地球系统观测和模拟的平台建设。     

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。     

新星云假说下地球扁率变化上限及影响因素

地球的形状变化是地球演化研究的基本问题之一。为了确定地球形状的变化需要了解各个地质历史时期地球扁率的变化。根据位场球函数理论导出地球的扁率公式,研究扁率与地球的半径、质量和角速度的关系。基于新星云假说推测地球的半径、质量和角速度的变化量,计算出地球在各个时期的扁率并作为上限并画出曲线,各地质历史时期中地球扁率的真实值应该小于计算的扁率值。地球的扁率自地球形成以来脉动变化的情况下总体趋势在减小。影响地球扁率的因素有平均半径、质量和角速度,分析发现地球形成后5亿年为时间起点计算,到现在(共41亿年)为止平均半径变化对扁率的总影响约为3%,质量变化的总影响没有超过百万分之三。而角速度的减小对扁率变化的贡献超过97%。地球扁率共减少了74.3%。     

On the role of Geography in Earth System Science

Geography is fundamentally a non-reductionist and holistic discipline. While we tend to focus on particular areas (Physical, Human, etc.), or we focus on specific successes (Quaternary studies for example) this paper argues that selling Geography though emphasizing these specific areas or strengths misses a major potential contribution our discipline can make. While most sciences have become reductionist over the last two centuries, they have recently discovered that the Earth is a “complex system” with “emergent” properties that cannot be explained through understanding the components parts individually. Many of these sciences are now contributing to a major effort called Earth System Science, an integrative super-discipline that accepts that biophysical sciences and social sciences are equally important in any attempts to understand the state, and future of the Earth System. This paper argues that the development of Earth System Sciences is a risk for Geography since it is, in effect, Geography with few Geographers. While representing a threat, the development of Earth System Science is also an opportunity. I argue that Geography could be a lead discipline among the other biophysical and social sciences that are now building Earth System Science to address key problems within the Earth System. While I am optimistic about the potential of Geography to take this leadership role, I am pessimistic about the likelihood that we will. I provide suggestions on how we might take on the leadership of Earth System Science including individual engagement and a refinement of tertiary training of some Geography students.     

地球系统科学的先驱——李四光

地球系统科学从20世纪80年代蓬勃兴起。国内外学者普遍认为地球系统科学（Earth System Science）概念是由美国国家航空航天局（NASA）1983年首次正式提出。然而如果我们重温李四光先生遗著,则不难发现早在20世纪20-30年代他就已将系统论引入地质学,提出了诸如构造系统（tectonic system）、大陆车阀说、海水进退规程等等新概念;1970年在他临终前出版的《天文·地质·古生物》,还将地球系统科学研究内容进一步扩大。可以说,系统科学思想贯彻在他的一生论著中,说明我国杰出地质学家李四光才是真正地球系统科学的先驱。李四光先生有诸多超前思维值得传承,他创建的“地质力学”的内容就是现代“系统构造地质学”加“地球系统科学”。      

面向e-GeoScience的地学数据共享研究进展

在总结比较国内外e-GeoScience研究进展的基础上,介绍了中国科学院地理科学与资源研究所自20世纪80年代以来开展的相关工作。提出了按“圈层—学科—数据类别”三级模式的地球系统科学数据分类体系,以主体数据库为核心,初步构建了“主体数据库—数据资源点”为支撑的地球系统科学数据资源体系。在J2EE环境下,采用Web Services、地理信息等技术开发了地球系统科学数据共享平台。最后,探讨了e-GeoScience未来的研究方向。     

面向数据共享的地球系统科学数据分类探讨

地球系统科学数据共享在国际、国内都有迫切的需求。由于地球系统科学固有的学科交叉性和综合性,如何建立科学、通用的数据分类体系是困扰该领域数据共享和服务的难题。首先综合分析了国际上地球系统科学领域主要的数据分类体系,重点对美国全球变化主目录(GCMD)分类系统及其2005—2013年的演变趋势进行分析,指出当前该数据分类呈现扁平化、两极化的显著特征。在此基础上,重点梳理了国家科技基础条件平台———地球系统科学数据共享平台的用户服务记录,揭示了用户访问频次最高的数据集和检索关键词。结合GCMD系统化、结构化的分类思想和国家地球系统科学数据共享平台用户化的数据服务需求,提出扁平化的地球系统科学数据目录分类和规范化的关键词表体系2种分类模式。