高等構(gòu)造地質(zhì)學-1地質(zhì)學現(xiàn)狀與展望課件

主要材料來自：中國科學院地學部“中國地球科學發(fā)展戰(zhàn)略”研究組地質(zhì)學:世紀之交的回顧與展望主要材料來自：地質(zhì)學:世紀之交的1孫樞(組長)蘇紀蘭(副組長)陳運泰(副組長)馬宗晉安芷生汪品先周秀驥章申參加“地球科學:世紀之交的回顧與展望”工作的院士:吳國雄鄭度張彌曼滕吉文參加“地球科學:世紀之交的回顧與展望”工作的專家：馬福臣王啟王會軍劉勇衛(wèi)張中杰肖文交李曉波李炎陳旭侯泉林楊勤業(yè)羅云峰孟輝黃鼎成符綜斌工作人員:王志洪申依敏陳紹海曹京在完成“地球科學:世紀之交的回顧與展望”工作中，多位院士和專家提供了寶貴意見和書面材料，并給予很多幫助，特向他們表示深切謝意！中國科學院地學部“中國地球科學發(fā)展戰(zhàn)略”研究組孫樞(組長)蘇紀蘭(副組長)陳運泰(副組長)2提綱前言二十世紀的重大成就二十一世紀初葉發(fā)展趨勢二十一世紀初葉戰(zhàn)略重點建議采取的措施提綱前言3地球科學是人類認識、利用和改造我們目前唯一生存環(huán)境－－地球的科學基礎(chǔ)地球是太陽系中一顆獨特的行星。在固體地球的外層有水圈和大氣圈，因而生命得以產(chǎn)生和演化，人類得以誕生和繁衍。地球科學是人類認識、利用和改造我們目前唯一生存環(huán)境－－地球的4二十世紀地球科學發(fā)展歷程二次世界大戰(zhàn)之前的前半葉，一些在十九世紀已形成的分支學科（如地質(zhì)學、地理學、氣象學、海洋學和測量學等）進一步深化，同時出現(xiàn)了地球物理學、地球化學等新興學科；二戰(zhàn)之后的三十年間，新技術(shù)廣泛應(yīng)用，促進了海洋科學、空間科學、對地觀測的大發(fā)展和地球科學各分支學科全球化研究的趨勢；八十年代以來，由于地球科學各分支學科的日益成熟和全球環(huán)境問題的日益突出，人們意識到地球各層圈相互作用以及人類活動的重要性，地球科學發(fā)展開始進入地球系統(tǒng)科學的新時代。二十世紀地球科學發(fā)展歷程二次世界大戰(zhàn)之前的前半葉，一些在十九5二十世紀地質(zhì)學的重大成就二十世紀地質(zhì)學的重大成就61.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于地震學等的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)部一系列的物理界面。有了這個基礎(chǔ)才能了解固體地球的各種過程。二十世紀重大成就軟流圈核幔邊界巖石圈1.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于地震學等的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)部一系列的7二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地幔S波速度異常三維圖象在太平洋中部下面的核幔邊界處,高溫低速的地幔焰上升,環(huán)太平洋區(qū)域則是低溫高速區(qū)。二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地幔S波速度異常三維圖象8二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度比地球的其余部分要快，大約每年1度（美籍華人宋曉東成果）二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度比地球的其余9青藏高原的下地殼和上地幔速度相當?shù)?，西伯利亞臺地是低溫高速區(qū)。二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)亞洲的面波層析成象青藏高原的下地殼和上地幔速度相當?shù)?，西伯利亞臺地是低溫高速10為了解地球深部的物質(zhì)狀態(tài)，已實現(xiàn)了100－550萬大氣壓和5000oC的高溫高壓實驗研究技術(shù)。二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了解地球深部的物質(zhì)狀態(tài)，已實現(xiàn)了100－550萬大氣壓和511板塊構(gòu)造理論是固體地球科學的一次革命2.板塊構(gòu)造二十世紀重大成就板塊構(gòu)造理論是固體地球科學的一次革命2.板塊構(gòu)造二十世紀重12二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造1915年大陸漂移學說認為，大陸在洋底地殼之上移動。50－60年代，由于古地磁資料的支持，大陸漂移學說得到了廣泛的承認。大陸漂移二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造1915年大陸漂移學說認為，大陸在13二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造全球規(guī)模的洋中脊二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造全球規(guī)模的洋中脊14二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造海底擴張的進一步證明洋底年齡(根據(jù)磁異常)洋中脊兩側(cè)磁異常條帶對稱分布，離中脊越遠年齡越老。二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造海底擴張的進一步證明洋底年齡(根據(jù)15深海鉆探計劃（DSDP）第三航次在大西洋取得的結(jié)果證明，沉積物的年齡同磁異常所代表的洋殼年齡完全一致。二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造海底擴張的又一證據(jù)深海鉆探計劃（DSDP）第三航次在大西洋取得的結(jié)果證明，沉積16板塊構(gòu)造理論否定了海洋永恒、地殼以垂直運動為主的固定論，建立了巖石圈以水平運動為主的活動論板塊構(gòu)造理論是研究地球演化史、研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機制和研究礦產(chǎn)及能源分布規(guī)律的新的理論基礎(chǔ)大陸漂移海底擴張板塊構(gòu)造二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊構(gòu)造理論否定了海洋永恒、地殼以垂直運動為主的固定論，建立17二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造洋中脊下熱地幔物質(zhì)上涌，擴張軸處形成新地殼，老洋殼向兩側(cè)推移。二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造洋中脊下熱地幔物質(zhì)上涌，擴張軸處形18板塊碰撞形成造山帶二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊構(gòu)造理論用于解釋大陸演化，揭示了山脈復(fù)雜的構(gòu)造特征和板塊構(gòu)造的運動歷史，產(chǎn)生了大陸演化的全新概念。板塊碰撞形成造山帶二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊構(gòu)造理論用于19珠穆朗瑪峰8848m二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造青藏高原由歐亞板塊同印度板塊碰撞形成的，是世界研究的熱點歐亞板塊印度板塊珠穆朗瑪峰8848m二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造青藏高原由歐亞20歐亞板塊羌塘地塊拉薩地塊印度青藏高原造山過程演化模型二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造歐亞板塊羌塘地塊拉薩地塊印度青藏高原造山過程演化模型二十世紀21古特提斯海岡瓦納古陸華北華南晚石炭世泛古洋二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊古地理復(fù)原古特提斯海岡瓦納古陸華北華南晚石炭世泛古洋二十世紀重大成就：22東印度洋南極洲亞洲晚白堊世太平洋北大西洋南大西洋二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊古地理復(fù)原東印度洋南極洲亞洲晚白堊世太平洋北大西洋南大西洋二十世紀重大23二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造地中海山脈南極洲歐亞未來250Ma太平洋非洲南美洲北美洲澳大利亞未來板塊地理位置？二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造地中海山脈南極洲歐亞未來250Ma24二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造大陸演化與板塊登陸板塊構(gòu)造理論登陸后遇到了一定挑戰(zhàn)，有待發(fā)展和完善二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造大陸演化與板塊登陸板塊構(gòu)造理論登陸25大陸和海洋研究，對發(fā)現(xiàn)和勘查礦產(chǎn)與化石能源的科學知識作出了巨大貢獻，保障了世界范圍的能源和原材料供應(yīng)。發(fā)展了強有力的地球物理、地球化學、遙感、鉆探等方法手段，使資源勘查成為國民經(jīng)濟的一個重要行業(yè)。3.化石能源與礦產(chǎn)資源勘查理論方法二十世紀重大成就大陸和海洋研究，對發(fā)現(xiàn)和勘查礦產(chǎn)與化石能源的科學知識作出了巨26中國主要含油氣盆地及油氣田大慶油田1959噴油陸相生油理論保證了中國石油工業(yè)的發(fā)展二十世紀重大成就：化石能源與礦產(chǎn)資源勘查理論方法二戰(zhàn)日本侵華，在松遼盆地勘察石油故事中國主要含油氣盆地及油氣田大慶油田1959噴油陸相生油理論保27中國黑色、有色金屬礦產(chǎn)圖世界最大稀土元素礦床大量礦床的發(fā)現(xiàn)和成礦理論的發(fā)展二十世紀重大成就：化石能源與礦產(chǎn)資源勘查理論方法中國黑色、有色金屬礦產(chǎn)圖世界最大稀土元素礦床大量礦床的發(fā)現(xiàn)和28二十世紀古生物學研究有一系列重要發(fā)現(xiàn)，如我國的澄江動物群。在距今5.3億年時，從海綿動物到脊椎動物，幾乎所有的現(xiàn)生動物門都已有各自的代表，同時還有許多難于歸入任何一個已知動物門的或早已滅絕的奇異生物類型。二十世紀重大成就4.生物演化突變事件寒武紀早期水下生物景觀二十世紀古生物學研究有一系列重要發(fā)現(xiàn)，如我國29二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)歷史上還有奧陶紀末的大滅絕及其后的復(fù)蘇，二疊紀末大滅絕和中生代的大輻射，以及白惡紀末的大滅絕和新生代的大輻射。生物大絕滅和大復(fù)蘇大復(fù)蘇二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)歷史上30二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)時期的重大絕滅事件使我們看到，演化并非穩(wěn)定的逐漸趨向完善，而間斷則是生命史上多次發(fā)生的事實，這就促使古生物學家重新考慮地質(zhì)時期生物演化的基本規(guī)律，對達爾文的漸變論提出了質(zhì)疑，并在新的層次上重新探討災(zāi)變論。二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)時期的重31二十世紀重大成就5.古人類學的重大發(fā)現(xiàn)北京猿人復(fù)原頭像1929年發(fā)現(xiàn)北京猿人的第一個頭蓋骨。距今約50萬年二十世紀重大成就5.古人類學的重大發(fā)現(xiàn)北京猿人復(fù)原頭像132萬年二十世紀重大成就：古人類學的重大發(fā)現(xiàn)1994年用鉀氬法測定爪哇直立人的年代為181萬年，使人們相信人類走出非洲的時間比以前的看法提前了。90年代中期在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)地猿，在肯尼亞發(fā)現(xiàn)南方古猿湖畔種(400萬年以上)70年代在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)南方古猿阿法種(300萬年以上)1959－1960年在坦桑尼亞發(fā)現(xiàn)190萬年前的能人1965年在元謀發(fā)現(xiàn)直立人牙齒(約170萬年)萬年二十世紀重大成就：古人類學的重大發(fā)現(xiàn)1994年用鉀氬法測33總之，20世紀的地球科學發(fā)展：“上天、入地、下?！保纬闪素S富的學科知識體系，大大提高了對地球的認識。從礦物微區(qū)到行星地球，從瞬間地震過程到幾十億年地球演化。地球科學及其各分支學科為人類社會的進步創(chuàng)造了輝煌的業(yè)績。維持足夠的資源供給及其持續(xù)利用，減輕自然災(zāi)害所造成的損失，保護與改善地球環(huán)境，促進生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。近二十年來深刻地揭示了人類活動對自然環(huán)境的影響越來越顯著以至于威脅人類自身生存的事實。二十世紀重大成就總之，20世紀的地球科學發(fā)展：二十世紀重大成就34二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢35二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢展望21世紀初葉的地球科學：地球系統(tǒng)科學新思維與地球觀測新技術(shù)，將對地球科學的發(fā)展、對提高人類管理地球的能力產(chǎn)生革命性的影響對地球系統(tǒng)的整體性研究將成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的科學支柱二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢展望21世紀初葉的地球科361、地球各圈層的深入研究將推動傳統(tǒng)學科的繼續(xù)發(fā)展地球各圈層及其特定部分仍存在許多未解之迷。因而將繼續(xù)成為地球科學各分支學科研究的主要對象。研究內(nèi)容涉及圈層的結(jié)構(gòu)、成分及其在時空上的變化，圈層內(nèi)物質(zhì)的運動和圈層的動力學。1、地球各圈層的深入研究將推動傳統(tǒng)學科的繼續(xù)發(fā)展37海洋和大氣圈地殼2.地球各圈層相互作用的研究將大大推進地球系統(tǒng)科學知識體系的建立圈層相互作用研究是地球科學90年代以來的全新發(fā)展方向，方興未艾。圈層相互作用十分復(fù)雜。首先要側(cè)重研究海－陸－氣相互作用；殼－幔及幔－核相互作用；日地關(guān)系。這些研究將導致交叉學科、綜合學科的興起與發(fā)展，形成整體性的地球系統(tǒng)科學。地幔地核海洋和大氣圈地殼2.地球各圈層相互作用的研究383.人類活動對地球的作用過程將進一步得到深入研究地球不僅在自然力作用下發(fā)生變化，而且人類活動對地球表層直到臭氧層都有重要影響。21世紀將從人－地關(guān)系的角度審視環(huán)境的變化，為人類社會與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學理論基礎(chǔ)，使人類生活得更好，同時又保持地球的“健康”演化。人類社會活動影響地球系統(tǒng)工業(yè)化土地使用的變化施肥化石燃料的燃燒森林濫伐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率沙漠化酸雨臭氧消耗衛(wèi)生溫室效應(yīng)污染物3.人類活動對地球的作用過程將進一步得到深入研究地球不僅在394.地球科學將加強復(fù)雜性、非線性研究地球系統(tǒng)過程在時空尺度上跨度極大，地球各圈層物質(zhì)運動和相互作用都存在非常復(fù)雜的非線性問題。以往大都在某種假定下把非線性的數(shù)學模式線性化，然后求解。大型高速計算機的廣泛應(yīng)用，將首先推動大氣科學、海洋科學和地球物理學的復(fù)雜性與非線性研究。4.地球科學將加強復(fù)雜性、非線性研究地球系統(tǒng)過程在時空尺度405.地球科學與現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)系更加密切20世紀地球科學的發(fā)展曾得益于新技術(shù)的應(yīng)用，同時也促進了新儀器的研制。21世紀將廣泛采用高分辨率的觀測系統(tǒng)（地面、海洋和空間對地觀測）、高靈敏度和高準確度的分析測試系統(tǒng)（包括微粒、微量、納米級和超微量）、不同條件下的實驗?zāi)M系統(tǒng)、建立在動力學及高性能計算基礎(chǔ)上的數(shù)值模擬以及數(shù)字化的地球信息系統(tǒng)。5.地球科學與現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)系更加密切20世紀地球科416.解決資源、環(huán)境、災(zāi)害和地球信息問題的能力進一步加強進一步查明化石能源和新型能源資源，發(fā)現(xiàn)大型礦床和現(xiàn)代洋底金屬堆積；合理利用水資源和土地資源，保護陸地和海洋生態(tài)環(huán)境，治理荒漠化；預(yù)測重大自然災(zāi)害，減輕災(zāi)害損失；防止和治理環(huán)境污染，科學處置固體廢棄物和核廢料；實現(xiàn)地球科學信息的共享，促進空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將繼續(xù)拓寬為社會服務(wù)的功能，大幅度提高預(yù)測能力，為國家的決策者和國際論壇提供事關(guān)人類生活質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展以及國家安全的科學基礎(chǔ)與咨詢。6.解決資源、環(huán)境、災(zāi)害和地球信息問題的能力進一步加強進一427.研究工作朝著“宏觀更宏，微觀更微，宏觀微觀相結(jié)合”的方向發(fā)展地球科學將繼續(xù)保持全球化研究的特點。全球性信息和各國、各地區(qū)信息的快速傳播與交流，將大大促進地球科學的全球整體性研究。強調(diào)區(qū)域性與全球性研究的結(jié)合。重大國際計劃世界氣候研究計劃國際地圈－生物圈計劃全球環(huán)境變化中的人類因素計劃國際減災(zāi)十年計劃國際巖石圈計劃國際水文計劃空間天氣計劃地球深部內(nèi)層聯(lián)合研究計劃大洋鉆探計劃國際大陸鉆探計劃環(huán)境問題科學委員會計劃全球海洋生態(tài)動力學計劃7.研究工作朝著“宏觀更宏，微觀更微，宏觀微觀相結(jié)合”的方438.研究工作將繼續(xù)向海洋、地球深部和日地空間擴展我國地球科學將面臨更為艱巨的“上天、入地、下海”任務(wù)，應(yīng)當加強深海－大洋研究、地球物質(zhì)的高溫高壓實驗研究和空間研究。水下測聲儀推進器聲納定位儀鉆管沉積物基巖鉆頭再進位錐面電視攝像機最大水深8,200米(27,000英尺)8.研究工作將繼續(xù)向海洋、地球深部和日地空間擴展我44二十一世紀初葉地球科學戰(zhàn)略重點以下著重從地球系統(tǒng)各組成部分相互作用的角度提出若干戰(zhàn)略重點二十一世紀初葉地球科學戰(zhàn)略重點以下著重從地球系統(tǒng)各組成部分相451.地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學加強地球深層過程和演化的動力學研究加強大陸板塊和大洋板塊動力學機制的研究。我國國土遼闊，是研究的最佳場所。1.地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學加強地球深層過程和演化的動46地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學主要研究方向地球內(nèi)部圈層的三維精細結(jié)構(gòu)特異地域和界帶的全球?qū)Ρ鹊蒯Ｖc大火成巖省巖漿作用與變質(zhì)作用深部流體與巖石圈熱歷史大陸地殼演化與現(xiàn)代活動性洋殼和陸內(nèi)俯沖的深部過程沉積盆地與盆山系統(tǒng)物理模擬、數(shù)值模擬和地球動力學模型地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學主要研究方向47主要研究方向：地史時期重大生物事件與地球環(huán)境（生物多樣性的起源、危機與復(fù)蘇）人類起源生物演化的多學科研究極端環(huán)境下生命特征和適應(yīng)機制(含深部生物圈)生物與地球的協(xié)同演化主要研究方向：生物與地球的協(xié)同演化488.自然資源的需求保障保證陸地和海洋自然資源的可持續(xù)供給發(fā)展新的理論和新的技術(shù)，獲取新的科學信息研究與重大資源環(huán)境問題有關(guān)的地球系統(tǒng)基本過程及人類因素的影響8.自然資源的需求保障保證陸地和海洋自然資源的可持續(xù)供給49主要研究方向：礦產(chǎn)（含非常規(guī)）化石能源（煤、石油、天然氣、煤層氣）天然氣水合物的利用潛力水資源與可再生維持土地質(zhì)量與環(huán)境安全下的土地利用格局陸地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性近海生態(tài)系統(tǒng)與海洋生物資源相關(guān)的地球物理和地球化學方法自然資源的需求保障主要研究方向：自然資源的需求保障509.減災(zāi)與環(huán)保的地學基礎(chǔ)重大自然災(zāi)害的預(yù)測預(yù)防理論（地質(zhì)災(zāi)害、煤礦等安全生產(chǎn)）災(zāi)害風險形成機制與有效減災(zāi)途徑認識地表人類環(huán)境質(zhì)量的形成和演變改善和提高環(huán)境質(zhì)量9.減災(zāi)與環(huán)保的地學基礎(chǔ)重大自然災(zāi)害的預(yù)測預(yù)防理論（地質(zhì)災(zāi)害51主要研究方向：環(huán)境污染的機制和控制原理固體廢棄物的無害化、資源化與核廢料安全處置水污染控制和污染水體修復(fù)土地退化與污染土壤的修復(fù)大氣質(zhì)量、大氣環(huán)境預(yù)測與污染控制重大氣候災(zāi)害預(yù)測和強烈天氣預(yù)報地震的發(fā)生機理與預(yù)測荒漠化、石漠化和沙塵暴的防治機理重大自然災(zāi)害區(qū)域成災(zāi)機理與風險評估減災(zāi)與環(huán)保的地學基礎(chǔ)主要研究方向：減災(zāi)與環(huán)保的地學基礎(chǔ)5210.技術(shù)支撐系統(tǒng)基于現(xiàn)代技術(shù)的觀測、探測、調(diào)查技術(shù)與設(shè)施實驗與分析技術(shù)與設(shè)備地球信息技術(shù)10.技術(shù)支撐系統(tǒng)基于現(xiàn)代技術(shù)的觀測、探測、調(diào)查技術(shù)與設(shè)施53主要研究方向：航天、航空對地觀測技術(shù)全球和國家尺度的環(huán)境變化觀測技術(shù)地球內(nèi)部探測技術(shù)高溫高壓實驗微量元素分析技術(shù)與同位素示蹤地球空間信息技術(shù)、信息系統(tǒng)與數(shù)字地球技術(shù)支撐系統(tǒng)主要研究方向：技術(shù)支撐系統(tǒng)54措施措施551、加強基地建設(shè)，提高創(chuàng)新能力在加強重點研究機構(gòu)和大學建設(shè)的同時，還應(yīng)重視野外試驗研究基地的建設(shè)1、加強基地建設(shè)，提高創(chuàng)新能力在加強重點研究機構(gòu)和大學建設(shè)的562、切實抓好制度建設(shè)，推進重大設(shè)備共用與數(shù)據(jù)共享切實抓好跨部門、跨單位“共建專管共用”大型設(shè)備的制度建設(shè)盡快解決海洋科學基礎(chǔ)研究全國共用的海洋調(diào)查船的建設(shè)加速建立科學資料和數(shù)據(jù)的共享機制2、切實抓好制度建設(shè)，推進重大設(shè)備共用與數(shù)據(jù)共享切實抓好跨部573、組織大型研究計劃，強化學科交叉以國家重大科學需求為導向，組織學科交叉，解決迫切的資源環(huán)境問題以科學領(lǐng)域或重大科學問題為單元，制定中長期科學研究計劃，分期分批開展研究，大力促進原始性創(chuàng)新3、組織大型研究計劃，強化學科交叉以國家重大科學需求為導向，584、進一步加強地球科學教育，提高人才素質(zhì)大幅度拓寬學科范圍，加強跨學科性質(zhì)，增強信息科學等高科技的分量，適應(yīng)學科發(fā)展和社會需求的變化采取切實措施將教學和科研隊伍結(jié)合起來；將教學與生產(chǎn)實踐結(jié)合起來4、進一步加強地球科學教育，提高人才素質(zhì)大幅度拓寬學科范圍，59謝謝!謝謝!60松潘-甘孜思茅臨滄昌寧-孟連瀾滄江揚子下?lián)P子華夏華北金沙江巴顏喀拉海南南海中咱昌都南秦嶺滇緬泰馬二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造早二疊世茅口期松潘-甘孜思茅臨滄昌寧-孟連瀾滄江揚子下?lián)P子華夏華北金沙江巴61主要材料來自：中國科學院地學部“中國地球科學發(fā)展戰(zhàn)略”研究組地質(zhì)學:世紀之交的回顧與展望主要材料來自：地質(zhì)學:世紀之交的62孫樞(組長)蘇紀蘭(副組長)陳運泰(副組長)馬宗晉安芷生汪品先周秀驥章申參加“地球科學:世紀之交的回顧與展望”工作的院士:吳國雄鄭度張彌曼滕吉文參加“地球科學:世紀之交的回顧與展望”工作的專家：馬福臣王啟王會軍劉勇衛(wèi)張中杰肖文交李曉波李炎陳旭侯泉林楊勤業(yè)羅云峰孟輝黃鼎成符綜斌工作人員:王志洪申依敏陳紹海曹京在完成“地球科學:世紀之交的回顧與展望”工作中，多位院士和專家提供了寶貴意見和書面材料，并給予很多幫助，特向他們表示深切謝意！中國科學院地學部“中國地球科學發(fā)展戰(zhàn)略”研究組孫樞(組長)蘇紀蘭(副組長)陳運泰(副組長)63提綱前言二十世紀的重大成就二十一世紀初葉發(fā)展趨勢二十一世紀初葉戰(zhàn)略重點建議采取的措施提綱前言64地球科學是人類認識、利用和改造我們目前唯一生存環(huán)境－－地球的科學基礎(chǔ)地球是太陽系中一顆獨特的行星。在固體地球的外層有水圈和大氣圈，因而生命得以產(chǎn)生和演化，人類得以誕生和繁衍。地球科學是人類認識、利用和改造我們目前唯一生存環(huán)境－－地球的65二十世紀地球科學發(fā)展歷程二次世界大戰(zhàn)之前的前半葉，一些在十九世紀已形成的分支學科（如地質(zhì)學、地理學、氣象學、海洋學和測量學等）進一步深化，同時出現(xiàn)了地球物理學、地球化學等新興學科；二戰(zhàn)之后的三十年間，新技術(shù)廣泛應(yīng)用，促進了海洋科學、空間科學、對地觀測的大發(fā)展和地球科學各分支學科全球化研究的趨勢；八十年代以來，由于地球科學各分支學科的日益成熟和全球環(huán)境問題的日益突出，人們意識到地球各層圈相互作用以及人類活動的重要性，地球科學發(fā)展開始進入地球系統(tǒng)科學的新時代。二十世紀地球科學發(fā)展歷程二次世界大戰(zhàn)之前的前半葉，一些在十九66二十世紀地質(zhì)學的重大成就二十世紀地質(zhì)學的重大成就671.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于地震學等的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)部一系列的物理界面。有了這個基礎(chǔ)才能了解固體地球的各種過程。二十世紀重大成就軟流圈核幔邊界巖石圈1.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于地震學等的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)部一系列的68二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地幔S波速度異常三維圖象在太平洋中部下面的核幔邊界處,高溫低速的地幔焰上升,環(huán)太平洋區(qū)域則是低溫高速區(qū)。二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地幔S波速度異常三維圖象69二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度比地球的其余部分要快，大約每年1度（美籍華人宋曉東成果）二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度比地球的其余70青藏高原的下地殼和上地幔速度相當?shù)停鞑麃喤_地是低溫高速區(qū)。二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)亞洲的面波層析成象青藏高原的下地殼和上地幔速度相當?shù)?，西伯利亞臺地是低溫高速71為了解地球深部的物質(zhì)狀態(tài)，已實現(xiàn)了100－550萬大氣壓和5000oC的高溫高壓實驗研究技術(shù)。二十世紀重大成就：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了解地球深部的物質(zhì)狀態(tài)，已實現(xiàn)了100－550萬大氣壓和572板塊構(gòu)造理論是固體地球科學的一次革命2.板塊構(gòu)造二十世紀重大成就板塊構(gòu)造理論是固體地球科學的一次革命2.板塊構(gòu)造二十世紀重73二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造1915年大陸漂移學說認為，大陸在洋底地殼之上移動。50－60年代，由于古地磁資料的支持，大陸漂移學說得到了廣泛的承認。大陸漂移二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造1915年大陸漂移學說認為，大陸在74二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造全球規(guī)模的洋中脊二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造全球規(guī)模的洋中脊75二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造海底擴張的進一步證明洋底年齡(根據(jù)磁異常)洋中脊兩側(cè)磁異常條帶對稱分布，離中脊越遠年齡越老。二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造海底擴張的進一步證明洋底年齡(根據(jù)76深海鉆探計劃（DSDP）第三航次在大西洋取得的結(jié)果證明，沉積物的年齡同磁異常所代表的洋殼年齡完全一致。二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造海底擴張的又一證據(jù)深海鉆探計劃（DSDP）第三航次在大西洋取得的結(jié)果證明，沉積77板塊構(gòu)造理論否定了海洋永恒、地殼以垂直運動為主的固定論，建立了巖石圈以水平運動為主的活動論板塊構(gòu)造理論是研究地球演化史、研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機制和研究礦產(chǎn)及能源分布規(guī)律的新的理論基礎(chǔ)大陸漂移海底擴張板塊構(gòu)造二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊構(gòu)造理論否定了海洋永恒、地殼以垂直運動為主的固定論，建立78二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造洋中脊下熱地幔物質(zhì)上涌，擴張軸處形成新地殼，老洋殼向兩側(cè)推移。二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造洋中脊下熱地幔物質(zhì)上涌，擴張軸處形79板塊碰撞形成造山帶二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊構(gòu)造理論用于解釋大陸演化，揭示了山脈復(fù)雜的構(gòu)造特征和板塊構(gòu)造的運動歷史，產(chǎn)生了大陸演化的全新概念。板塊碰撞形成造山帶二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊構(gòu)造理論用于80珠穆朗瑪峰8848m二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造青藏高原由歐亞板塊同印度板塊碰撞形成的，是世界研究的熱點歐亞板塊印度板塊珠穆朗瑪峰8848m二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造青藏高原由歐亞81歐亞板塊羌塘地塊拉薩地塊印度青藏高原造山過程演化模型二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造歐亞板塊羌塘地塊拉薩地塊印度青藏高原造山過程演化模型二十世紀82古特提斯海岡瓦納古陸華北華南晚石炭世泛古洋二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊古地理復(fù)原古特提斯海岡瓦納古陸華北華南晚石炭世泛古洋二十世紀重大成就：83東印度洋南極洲亞洲晚白堊世太平洋北大西洋南大西洋二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造板塊古地理復(fù)原東印度洋南極洲亞洲晚白堊世太平洋北大西洋南大西洋二十世紀重大84二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造地中海山脈南極洲歐亞未來250Ma太平洋非洲南美洲北美洲澳大利亞未來板塊地理位置？二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造地中海山脈南極洲歐亞未來250Ma85二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造大陸演化與板塊登陸板塊構(gòu)造理論登陸后遇到了一定挑戰(zhàn)，有待發(fā)展和完善二十世紀重大成就：板塊構(gòu)造大陸演化與板塊登陸板塊構(gòu)造理論登陸86大陸和海洋研究，對發(fā)現(xiàn)和勘查礦產(chǎn)與化石能源的科學知識作出了巨大貢獻，保障了世界范圍的能源和原材料供應(yīng)。發(fā)展了強有力的地球物理、地球化學、遙感、鉆探等方法手段，使資源勘查成為國民經(jīng)濟的一個重要行業(yè)。3.化石能源與礦產(chǎn)資源勘查理論方法二十世紀重大成就大陸和海洋研究，對發(fā)現(xiàn)和勘查礦產(chǎn)與化石能源的科學知識作出了巨87中國主要含油氣盆地及油氣田大慶油田1959噴油陸相生油理論保證了中國石油工業(yè)的發(fā)展二十世紀重大成就：化石能源與礦產(chǎn)資源勘查理論方法二戰(zhàn)日本侵華，在松遼盆地勘察石油故事中國主要含油氣盆地及油氣田大慶油田1959噴油陸相生油理論保88中國黑色、有色金屬礦產(chǎn)圖世界最大稀土元素礦床大量礦床的發(fā)現(xiàn)和成礦理論的發(fā)展二十世紀重大成就：化石能源與礦產(chǎn)資源勘查理論方法中國黑色、有色金屬礦產(chǎn)圖世界最大稀土元素礦床大量礦床的發(fā)現(xiàn)和89二十世紀古生物學研究有一系列重要發(fā)現(xiàn)，如我國的澄江動物群。在距今5.3億年時，從海綿動物到脊椎動物，幾乎所有的現(xiàn)生動物門都已有各自的代表，同時還有許多難于歸入任何一個已知動物門的或早已滅絕的奇異生物類型。二十世紀重大成就4.生物演化突變事件寒武紀早期水下生物景觀二十世紀古生物學研究有一系列重要發(fā)現(xiàn)，如我國90二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)歷史上還有奧陶紀末的大滅絕及其后的復(fù)蘇，二疊紀末大滅絕和中生代的大輻射，以及白惡紀末的大滅絕和新生代的大輻射。生物大絕滅和大復(fù)蘇大復(fù)蘇二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)歷史上91二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)時期的重大絕滅事件使我們看到，演化并非穩(wěn)定的逐漸趨向完善，而間斷則是生命史上多次發(fā)生的事實，這就促使古生物學家重新考慮地質(zhì)時期生物演化的基本規(guī)律，對達爾文的漸變論提出了質(zhì)疑，并在新的層次上重新探討災(zāi)變論。二十世紀重大成就：生物演化突變事件地質(zhì)時期的重92二十世紀重大成就5.古人類學的重大發(fā)現(xiàn)北京猿人復(fù)原頭像1929年發(fā)現(xiàn)北京猿人的第一個頭蓋骨。距今約50萬年二十世紀重大成就5.古人類學的重大發(fā)現(xiàn)北京猿人復(fù)原頭像193萬年二十世紀重大成就：古人類學的重大發(fā)現(xiàn)1994年用鉀氬法測定爪哇直立人的年代為181萬年，使人們相信人類走出非洲的時間比以前的看法提前了。90年代中期在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)地猿，在肯尼亞發(fā)現(xiàn)南方古猿湖畔種(400萬年以上)70年代在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)南方古猿阿法種(300萬年以上)1959－1960年在坦桑尼亞發(fā)現(xiàn)190萬年前的能人1965年在元謀發(fā)現(xiàn)直立人牙齒(約170萬年)萬年二十世紀重大成就：古人類學的重大發(fā)現(xiàn)1994年用鉀氬法測94總之，20世紀的地球科學發(fā)展：“上天、入地、下?！保纬闪素S富的學科知識體系，大大提高了對地球的認識。從礦物微區(qū)到行星地球，從瞬間地震過程到幾十億年地球演化。地球科學及其各分支學科為人類社會的進步創(chuàng)造了輝煌的業(yè)績。維持足夠的資源供給及其持續(xù)利用，減輕自然災(zāi)害所造成的損失，保護與改善地球環(huán)境，促進生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。近二十年來深刻地揭示了人類活動對自然環(huán)境的影響越來越顯著以至于威脅人類自身生存的事實。二十世紀重大成就總之，20世紀的地球科學發(fā)展：二十世紀重大成就95二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢96二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢展望21世紀初葉的地球科學：地球系統(tǒng)科學新思維與地球觀測新技術(shù)，將對地球科學的發(fā)展、對提高人類管理地球的能力產(chǎn)生革命性的影響對地球系統(tǒng)的整體性研究將成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的科學支柱二十一世紀初葉地球科學發(fā)展趨勢展望21世紀初葉的地球科971、地球各圈層的深入研究將推動傳統(tǒng)學科的繼續(xù)發(fā)展地球各圈層及其特定部分仍存在許多未解之迷。因而將繼續(xù)成為地球科學各分支學科研究的主要對象。研究內(nèi)容涉及圈層的結(jié)構(gòu)、成分及其在時空上的變化，圈層內(nèi)物質(zhì)的運動和圈層的動力學。1、地球各圈層的深入研究將推動傳統(tǒng)學科的繼續(xù)發(fā)展98海洋和大氣圈地殼2.地球各圈層相互作用的研究將大大推進地球系統(tǒng)科學知識體系的建立圈層相互作用研究是地球科學90年代以來的全新發(fā)展方向，方興未艾。圈層相互作用十分復(fù)雜。首先要側(cè)重研究海－陸－氣相互作用；殼－幔及幔－核相互作用；日地關(guān)系。這些研究將導致交叉學科、綜合學科的興起與發(fā)展，形成整體性的地球系統(tǒng)科學。地幔地核海洋和大氣圈地殼2.地球各圈層相互作用的研究993.人類活動對地球的作用過程將進一步得到深入研究地球不僅在自然力作用下發(fā)生變化，而且人類活動對地球表層直到臭氧層都有重要影響。21世紀將從人－地關(guān)系的角度審視環(huán)境的變化，為人類社會與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學理論基礎(chǔ)，使人類生活得更好，同時又保持地球的“健康”演化。人類社會活動影響地球系統(tǒng)工業(yè)化土地使用的變化施肥化石燃料的燃燒森林濫伐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率沙漠化酸雨臭氧消耗衛(wèi)生溫室效應(yīng)污染物3.人類活動對地球的作用過程將進一步得到深入研究地球不僅在1004.地球科學將加強復(fù)雜性、非線性研究地球系統(tǒng)過程在時空尺度上跨度極大，地球各圈層物質(zhì)運動和相互作用都存在非常復(fù)雜的非線性問題。以往大都在某種假定下把非線性的數(shù)學模式線性化，然后求解。大型高速計算機的廣泛應(yīng)用，將首先推動大氣科學、海洋科學和地球物理學的復(fù)雜性與非線性研究。4.地球科學將加強復(fù)雜性、非線性研究地球系統(tǒng)過程在時空尺度1015.地球科學與現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)系更加密切20世紀地球科學的發(fā)展曾得益于新技術(shù)的應(yīng)用，同時也促進了新儀器的研制。21世紀將廣泛采用高分辨率的觀測系統(tǒng)（地面、海洋和空間對地觀測）、高靈敏度和高準確度的分析測試系統(tǒng)（包括微粒、微量、納米級和超微量）、不同條件下的實驗?zāi)M系統(tǒng)、建立在動力學及高性能計算基礎(chǔ)上的數(shù)值模擬以及數(shù)字化的地球信息系統(tǒng)。5.地球科學與現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)系更加密切20世紀地球科1026.解決資源、環(huán)境、災(zāi)害和地球信息問題的能力進一步加強進一步查明化石能源和新型能源資源，發(fā)現(xiàn)大型礦床和現(xiàn)代洋底金屬堆積；合理利用水資源和土地資源，保護陸地和海洋生態(tài)環(huán)境，治理荒漠化；預(yù)測重大自然災(zāi)害，減輕災(zāi)害損失；防止和治理環(huán)境污染，科學處置固體廢棄物和核廢料；實現(xiàn)地球科學信息的共享，促進空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將繼續(xù)拓寬為社會服務(wù)的功能，大幅度提高預(yù)測能力，為國家的決策者和國際論壇提供事關(guān)人類生活質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展以及國家安全的科學基礎(chǔ)與咨詢。6.解決資源、環(huán)境、災(zāi)害和地球信息問題的能力進一步加強進一1037.研究工作朝著“宏觀更宏，微觀更微，宏觀微觀相結(jié)合”的方向發(fā)展地球科學將繼續(xù)保持全球化研究的特點。全球性信息和各國、各地區(qū)信息的快速傳播與交流，將大大促進地球科學的全球整體性研究。強調(diào)區(qū)域性與全球性研究的結(jié)合。重大國際計劃世界氣候研究計劃國際地圈－生物圈計劃全球環(huán)境變化中的人類因素計劃國際減災(zāi)十年計劃國際巖石圈計劃國際水文計劃空間天氣計劃地球深部內(nèi)層聯(lián)合研究計劃大洋鉆探計劃國際大陸鉆探計劃環(huán)境問題科學委員會計劃全球海洋生態(tài)動力學計劃7.研究工作朝著“宏觀更宏，微觀更微，宏觀微觀相結(jié)合”的方1048.研究工作將繼續(xù)向海洋、地球深部和日地空間擴展我國地球科學將面臨更為艱巨的“上天、入地、下?！比蝿?wù)，應(yīng)當加強深海－大洋研究、地球物質(zhì)的高溫高壓實驗研究和空間研究。水下測聲儀推進器聲納定位儀鉆管沉積物基巖鉆頭再進位錐面電視攝像機最大水深8,200米(27,000英尺)8.研究工作將繼續(xù)向海洋、地球深部和日地空間擴展我105二十一世紀初葉地球科學戰(zhàn)略重點以下著重從地球系統(tǒng)各組成部分相互作用的角度提出若干戰(zhàn)略重點二十一世紀初葉地球科學戰(zhàn)略重點以下著重從地球系統(tǒng)各組成部分相1061.地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學加強地球深層過程和演化的動力學研究加強大陸板塊和大洋板塊動力學機制的研究。我國國土遼闊，是研究的最佳場所。1.地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學加強地球深層過程和演化的動107地球內(nèi)部深層過程與巖石圈動力學主要研究方向地球內(nèi)部圈層的三維精細結(jié)構(gòu)特異地域和界帶的全球?qū)Ρ鹊蒯Ｖc大火成巖省巖漿作用與變質(zhì)作用深部流體與巖石圈熱歷史大陸地殼演化與現(xiàn)代活動性洋殼