引领世纪的地球系统科学研究现状

随着人类社会谋求可持续发展意愿的加强,突出系统科学的服务和规范已成为我国公益性地质工作的战略要求,并且成为引领新世纪地球科学的发展方向。建立在地球探针等技术基础之上的系统科学,必将促进多学科交叉融合,从地球系统整体行为研究寻求解决办法。由此提出了地球系统和地球系统科学的概念。通过自由性、统计性、组合性的研究,研究自然界中的秩序与和谐,通过体系的完全性、参数性、层次性的研究,揭示不同空间的物质组成,解释不同结构的物性参数,通过地质学、地球物理、地球化学信息的研究,探索开发矿物原料、资源估算、水文生态、污染治理、矿山监测。     

试用地球系统科学观解读2004年印度洋地震海啸

2004年印度洋地震海啸是本世纪初全球发生的最为惨重的自然灾害.这次地震海啸涉及地球的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈,甚至还有地外星球和月球的作用,造成能量与物质之间的相互转化与传递,说明地球是一个完整的统一整体.因此,对地震海啸等自然灾害必须采用地球系统科学观进行分析和研究,找出彼此之间的相互关系、形成机制和演化规律,并用信息化、全球化和可持续发展的地球科学观来研究和防御地震海啸.     

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。     

我国的地球系统科学研究向何处去

近15年来,全球变化与地球系统科学研究在中国广泛开展,我国科学家越来越积极地参加各项国际计划。当前,一些重大的国际计划正在进入其新阶段（如IGBP-II,IODP）,恰好我国也正在制定科技发展中长期规划,迫切需要回顾我国地球系统科学的现状并探讨其今后方向。尽管中国作者的国际论文数量在增长,我国地球系统科学落后于国际的差距仍有拉大的趋势：国际前沿的许多热点问题,在中国尚未提上日程;中国学者在国际计划中早期多有贡献,但在项目总结中却很少有份。为此,提出 3点建议：（1）中国地球科学家应当扩大视野、立足本国、面向全球;（2）应当注意国际前沿动向,促进地学与生命科学在分子水平上的结合;（3）中国的地球科学,应当从以描述为主向探索理的方向发展。我们不应当满足于向国际学术界输出"原料",而要积极参加地球系统科学中关键问题的理论探讨。     

对我国全球变化与地球系统科学研究的若干思考

国际全球环境变化人文因素计划中国国家委员会(CNC—IHDP)今天正式成立(2004-08—30),这是我国全球变化研究在学术组织层面上的一个重要举措,这是值得庆贺的事。会议的领导人要我在这个会议上做一个发言,恭敬不如从命,我就拟定了现在这么一个较为宽泛的题目。从2003年8月初国家自然科学基金委员会地球科学部关于地球系统科学的讨论会开始,我曾在若干次有关会议上就不同的侧面对这些问题发表过一些看法,这次的发言就是把过去的看法做了进一步的综合,而在形成此篇文稿时又作了一些补充。     

美国地球系统科学教育概况及对我国地球科学教育的启示

近年来，地球系统科学的概念在地球科学界越来越成为最受关注的话题。许多国家的地球科学战略及与地球科学领域的国际研究计划中，都引入了地球系统科学的观念。地球系统科学的出现源自于人类活动对全球变化影响的显著增强和地球监测能力的迅速提高。在地球科学各分支学科研究的基础上，地球系统科学可以使人们更深入地理解控制地球过去、现在和未来状态的物理、化学和生物相互作用。     

东昆仑、玉树、汶川地震的发生规律和形成机理:兼论大陆地震成因与预测

青藏高原东北部东昆仑、汶川、玉树等强震的同震地表破裂不对称发育,伴随余震有规律地分别向东、南东和北北东方向迁移,很可能是源于恒河盆地流经亚东、当雄、安多、库赛湖、治多、玉树、甘孜、汶川的弧形下地壳“热河”的流速和流向变化形成的,下地壳热流物质正在向云南及邻区汇聚形成下地壳“热海”,导致长时间跨季度构造热干旱,其影响超过大气环流的作用。地表破裂不一定受断层控制,震源也不在断层面上,下地壳流动导致中地壳发震并进一步影响上地壳形成同震脆性破裂系统。大陆板内盆山过渡带地震密集,大陆板内地震是在下地壳层流的热动力作用下导致活动地壳分层变形的产物。在大陆盆山耦合、圈层耦合的非线性开放系统中,从大洋底部的软流圈层流进入大陆底部使得地幔软流圈加厚,底辟上升为大陆下地壳流动,为地震活动提供了巨量热能;热软化的下地壳缓慢的韧性流动孕育了大陆板内地震;中地壳韧 脆性剪切带易于积累能量,发生热能与应变能的转化,产生地震,形成震源层;上地壳脆性断层活动和地表破裂是地震释放深部能量的载体和方式之一。地壳稳定性评价的依据应当是地壳的活动性而不是断层的活动性。大陆活动构造区地震活跃期与平静期交替实际上是下地壳地震能量的聚散过程,体现在下地壳热主导的韧性流动构造与上地壳应力主导的脆性破裂构造之间的相互作用。下地壳热软化物质流动过程中流速、流向等突然改变触发地震,并产生共振波。大陆下地壳流层在厚度、温度、粘度、流速、流向上的变化产生一定程度的温度异常、流体异常及与其相关的大气层、电场、磁场、重力场、地球化学场、应力场、应变场、生物场等异常。合理布置天空网、地面网、地下网,综合立体监测有效的地震前兆,系统地开展长期、中期和短临地震预测,能够不断地提高地震预测水平。     

地球三级层流隆陷构造系统的关联机理

本文针对板块构造学说不能合理解释的一些重大科学问题,采用系统科学和系统哲学的分析方法,研究开放复杂地球系统及其子系统的时空、物质和能量规律。作者高度综合了超洋陆、洋陆和大陆盆山系统几何学、运动学、流变学和演化史的基本特征,初步阐明了地球内部三个软流层四维非均匀层流及其多级垂平转换形成超洋陆、洋陆和盆山的统一动力学机制,强调热动力引起岩浆活动、固态流变是地球构造活动的主因,揭示了地球各子系统不同热状态下的物质运动规律,提出了南半球现代特提斯、未来超大洋-超大陆格局、西太平洋存在中、新特提斯及其相关古陆、北美西部裂陷成洋、地球三级非均匀层流导致地球磁场动态叠加和磁极移动、地热能取代碳能带动新产业革命等十大科学猜想。上述研究成果为创立全新地学理论奠定了基础,并为人类改善地球生态环境提供了一个新的思路。     

鲁甸、景谷、康定地震预测的原理、方法及其意义

继中长期预测了芦山地震之后,笔者中期预测了鲁甸、景谷和康定地震。例如,鲁甸地震的预测震级为7级左右或6.5级以上(实为里氏6.5级),地点为北纬26°~29°、东经101.5°~105°(实际震中北纬27.1°,东经103.3°),发震时间可能是2014年5月至2015年5月(实际为2014年8月3日)。本文总结了鲁甸、景谷、康定地震和陆内地震热流体物理综合预测的原理、方法和步骤;阐明了在开放复杂地球系统多级物质循环热构造背景下,大陆地壳非均匀流动("热河")过程中热能的源、汇、释过程与热灾害链及其地震之间的关系;提出了根据热灾害链时空结构和活动"热河"地震空区相结合进行长期和中期地震预测,与根据热流体直接和间接前兆异常开展立体监测和短临地震预测有机结合的新思路。根据当前热灾害链的演变规律和异动"热河"地震空区分布,进一步分析了西南和华北地震的发展形势,强调华北(特别是东北)的震情极为严峻,短临地震监测和预测已刻不容缓。     

从青海共和—贵德盆地与山地地温场特征探讨热源机制和地热系统

青海共和—贵德盆地及其相间山地具有盆地传导型地热资源,地温梯度大,地热勘探钻孔在基底均见花岗岩,盆缘山地隆起断裂对流型温泉呈带分布,水温高,也出露在花岗岩中.对其热源机制的认识目前存在分歧.本文对地幔型热源提出质疑,认为花岗岩放射性生热为壳内热源并提出地化依据;同时,用地热钻孔测温曲线和地球化学地热温标对热储温度和深度进行了探讨.研究结果表明,周边山地属中温地热系统,新生代断陷盆地内具高温地热系统,其钻孔井底测温已达175~180℃,是干热岩开发的优选地段.