地球科學(xué)概論緒論

地球科學(xué)概論緒論第1頁/共109頁地球科學(xué)簡稱地學(xué)

六大基礎(chǔ)自然科學(xué)--

數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、

天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)。2第2頁/共109頁一、地球科學(xué)的研究對象和研究內(nèi)容3第3頁/共109頁

4第4頁/共109頁生物的起源與演化、生物體與地球環(huán)境之間的關(guān)系以地球為研究對象

地球表面形態(tài)和固體地球本身氣體-大氣圈水體-水圈5第5頁/共109頁地球科學(xué)：是系統(tǒng)研究地球物質(zhì)的組成、運(yùn)動、時空演化及其形成機(jī)制的科學(xué)。6第6頁/共109頁

地球科學(xué)--理論性與應(yīng)用性并重的科學(xué)。理論性--揭示自然界奧秘與規(guī)律。為人類利用、適應(yīng)和改造自然提供科學(xué)的方法論。應(yīng)用性--隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地球科學(xué)的研究領(lǐng)域也不斷地深入和擴(kuò)展逐漸形成日臻完善，多學(xué)科的綜合性學(xué)科體系。科學(xué)分支--地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)、海洋學(xué)、土壤學(xué)、環(huán)境地學(xué)等學(xué)科。7第7頁/共109頁

地質(zhì)學(xué)（geology）:研究的對象是固體地球。主要是研究固體地球的表層——地殼或巖石圈。地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容主要包括固體地球（重點是地殼或巖石圈）的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造和形成演化歷史。8第8頁/共109頁理論研究

(1)研究地球的物質(zhì)組成方面的學(xué)科：結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)等。

(2)研究地球內(nèi)部構(gòu)造方面的學(xué)科：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造物理學(xué)、區(qū)域構(gòu)造學(xué)、地球動力學(xué)等。

(3)研究地球的形成演化方面的學(xué)科：古生物學(xué)、地層學(xué)、地史學(xué)、古地理學(xué)、地貌及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)等。9第9頁/共109頁應(yīng)用研究研究地下資源:礦床學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等；研究地質(zhì)與人類生活環(huán)境及災(zāi)害防護(hù):工程地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)等。此外還有一系列的邊緣學(xué)科。10第10頁/共109頁二、地球科學(xué)的研究方法11第11頁/共109頁研究方法取決于研究對象的特點。地球作為其研究對象主要有以下特點

(1)空間的廣泛性與微觀性

(2)整體性與分異性(或差異性)(3)時間的漫長性與瞬間性

(4)自然過程的復(fù)雜性與有序性（5）地球的封閉性與開放性12第12頁/共109頁13第13頁/共109頁14第14頁/共109頁15第15頁/共109頁16第16頁/共109頁17第17頁/共109頁18第18頁/共109頁地球科學(xué)的研究方法取決于研究對象的特點。地球作為其研究對象主要有以下特點

(1)空間的廣泛性與微觀性

(2)整體性與分異性(或差異性)(3)時間的漫長性與瞬間性

(4)自然過程的復(fù)雜性與有序性（5）地球的封閉性與開放性19第19頁/共109頁

地球科學(xué)特點：

(1)全球性和地域性

(2)時空尺度的差異性

(3)理論與實踐的密切結(jié)合性

(4)研究方法和研究內(nèi)容的多學(xué)科性20第20頁/共109頁資料收集

(1)野外調(diào)查

(2)儀器觀測、大地測量

(3)航空、航天和遙感技術(shù)

(4)實驗室分析、測試與科學(xué)實驗21第21頁/共109頁野外調(diào)查獲取野外第一手資料是地球科學(xué)研究的起點和基礎(chǔ)。22第22頁/共109頁23第23頁/共109頁24第24頁/共109頁25第25頁/共109頁26第26頁/共109頁27第27頁/共109頁28第28頁/共109頁儀器觀測儀器觀測可獲得有關(guān)地球的定量參數(shù)及地球的深部信息

29第29頁/共109頁30第30頁/共109頁31第31頁/共109頁32第32頁/共109頁33第33頁/共109頁34第34頁/共109頁35第35頁/共109頁36第36頁/共109頁航空航天技術(shù)的應(yīng)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)航空航天遙感技術(shù)37第37頁/共109頁美國：GPS俄羅斯：格洛納斯歐洲：伽利略中國：北斗38第38頁/共109頁39第39頁/共109頁第40頁/共109頁41第41頁/共109頁42第42頁/共109頁43第43頁/共109頁44第44頁/共109頁未來對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系45第45頁/共109頁實驗室分析分析巖石礦物的化學(xué)成分探測巖石礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)測定年齡46第46頁/共109頁流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r

312.9±1.7Ma第47頁/共109頁計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫迅速編繪反映動態(tài)變化的圖件模擬演化過程數(shù)字地球(DigitalEarth)48第48頁/共109頁第49頁/共109頁50第50頁/共109頁51第51頁/共109頁傳統(tǒng)的野外記錄本大量描述性信息與素描圖傳統(tǒng)野外25萬區(qū)調(diào)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀第52頁/共109頁數(shù)字填圖發(fā)展現(xiàn)狀第53頁/共109頁RGMAP圖6-16民和三唯可視化地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理地質(zhì)人員可以自覺的利用平臺進(jìn)行不同目標(biāo)的地質(zhì)內(nèi)容研究第54頁/共109頁123地球系統(tǒng)的三個觀測平臺55第55頁/共109頁地球科學(xué)研究的工作方法

(1)資料收集

根據(jù)所要研究和解決的問題，盡可能客觀、詳盡和系統(tǒng)地收集各種有關(guān)的數(shù)據(jù)、樣品和其它資料。資料的來源包括詳細(xì)的野外調(diào)查、儀器觀測和收集已有的各種資料等。

(2)歸納、綜合和推論

對收集的資料進(jìn)行加工整理、歸納、綜合，利用地球科學(xué)的研究方法和原理，作出符合客觀實際的推論。

(3)推論的驗證

通過生產(chǎn)實踐或科學(xué)實驗來證實或檢驗推論，并在實踐的過程中不斷地修正錯誤，總結(jié)規(guī)律。56第56頁/共109頁現(xiàn)實主義原理（將今論古或歷史比較法）

現(xiàn)在是了解過去的鑰匙－英國地質(zhì)學(xué)家萊伊爾

(C.Lyell,1791～1875)資料的綜合分析、歸納、推理57第57頁/共109頁三、地球科學(xué)的研究意義58第58頁/共109頁（一）理論意義：

地球科學(xué)承擔(dān)著揭示整個地球的形成、演變規(guī)律的科學(xué)使命。當(dāng)代自然科學(xué)的一些重大基本理論問題：天體的起源、生命的起源等問題的解決也與地球科學(xué)密切相關(guān)。地球科學(xué)的研究對人類正確地認(rèn)識自然界、建立辯證唯物主義世界觀起著重要作用。對整個自然科學(xué)的發(fā)展也具有促進(jìn)和推動作用。59第59頁/共109頁超越自然科學(xué)本身現(xiàn)代地球科學(xué)已經(jīng)超越其自然科學(xué)范疇，與人類文化、文明的形成相結(jié)合，形成“大科學(xué)體系”

青藏高原的形成-人類文明的蘊(yùn)育-人類文化的形成有著某種內(nèi)在的聯(lián)系。60第60頁/共109頁61探索月球探索宇宙第61頁/共109頁62第62頁/共109頁

(二）實際與應(yīng)用的意義:

尋找、開發(fā)和利用自然資源保護(hù)和改善自然環(huán)境預(yù)報和減輕自然災(zāi)害

63第63頁/共109頁64第64頁/共109頁65第65頁/共109頁66第66頁/共109頁67第67頁/共109頁南津關(guān)三斗坪三峽壩址選擇68第68頁/共109頁69第69頁/共109頁70第70頁/共109頁71第71頁/共109頁72第72頁/共109頁73第73頁/共109頁地球科學(xué)歷史與未來

(一)古代地球科學(xué)知識的萌芽與積累

(1７世紀(jì)以前）1、中國

《禹貢》、《山海經(jīng)》、《管子》成書于春秋戰(zhàn)國時代（公元前770-221年)《水經(jīng)注》（512-518）?！秹粝P談》——百科全書式的著作（沈括，1031-1095）。74第74頁/共109頁《徐霞客游記》——考察紀(jì)實型著作《天工開物》——礦床及其開采方法的專著

我國古代地球科學(xué)思想、理論、實踐、成就當(dāng)局世界前列。

為什么近代地球科學(xué)的一些主要學(xué)科沒能在中國這片沃土上誕生？75第75頁/共109頁(一)古代地球科學(xué)知識的萌芽與積累

(1７世紀(jì)以前）2、國外古代地質(zhì)知識的萌芽與積累主要集中在歐洲(1)古希臘學(xué)者:畢達(dá)哥拉斯(約公元前571-497年)亞里士多德(公元前384-342年)狄奧弗拉斯特(公元前370-287年)76第76頁/共109頁(2)古羅馬:斯特拉波(Strabo,公元前63-公元20年)——《地理學(xué)》論及化石、海陸升降、火山、地震、河流的搬運(yùn)與沉積作用等。老普里尼（PlinytheElder）——《自然史》（77年）對礦物進(jìn)行專門論述，包括當(dāng)時使用的各種礦物、建筑用石材、礦石及礦床、采礦及冶金方法等。西尼卡（Seneca）——《自然問題》論述了地震、地下水和地面水問題，認(rèn)識到河流對山谷的侵蝕作用。77第77頁/共109頁（3）14-16世紀(jì)的“文藝復(fù)興”時期：哥倫布、麥哲倫等（14-16世紀(jì)）相繼環(huán)球航海成功——地球是球形、對大陸和大洋的輪廓有了初步的了解。哥白尼——《天體運(yùn)動》（1530-1540年）——達(dá)·芬奇（1452-1519年）—由化石觀察研究海陸變遷。阿格里柯拉（Agricola,1494-1555年）——七部地質(zhì)專著——“礦物學(xué)之父”78第78頁/共109頁(二)地球科學(xué)的主要學(xué)科的創(chuàng)立與初步發(fā)展

(1７-19世紀(jì)）——地質(zhì)學(xué)的誕生德國礦物學(xué)教授魏爾納（A.G.Werner,1750-1817)

——水成論英國學(xué)者郝屯（J.Hutton,1726-1797)

——《地球理論》——火成論法國學(xué)者居維業(yè)（D.G.Cuvier,1769-1832)

——災(zāi)變論法國學(xué)者拉馬克（Lamark，1744-1829）

——均變論79第79頁/共109頁英國地質(zhì)學(xué)家萊伊爾（C.Lyell，1791-1875）——《地質(zhì)學(xué)原理》（共三卷）（1880）——劃時代的著作80第80頁/共109頁(三)地球科學(xué)的革命與全面發(fā)展

（20世紀(jì)至今）（1）“固定論”與“活定論”之爭（2）大陸漂移-海底擴(kuò)張-板塊構(gòu)造（3）“地幔對流”（4）地幔柱－“根”-“柱”構(gòu)造（5）“系統(tǒng)地球科學(xué)”（6）全球構(gòu)造新概念（7）各種高新技術(shù)的應(yīng)用及地學(xué)交叉學(xué)科的興起81第81頁/共109頁地球系統(tǒng)科學(xué)觀82第82頁/共109頁地球是一個復(fù)雜的系統(tǒng)

requiringanintegratedapproach83第83頁/共109頁地球科學(xué)以整體的地球作為研究對象,

包括自地心至地球外層空間十分廣闊的范圍,是由固體地球(巖石圈）、流體地球（大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈）、社會地球（人類活動）和行星地球（太陽系、銀河系）組成的一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，稱為地球系統(tǒng)(Earth’sSystem)。84第84頁/共109頁

85第85頁/共109頁

86第86頁/共109頁我國地球系統(tǒng)科學(xué)研究：地球系統(tǒng)科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展畢思文著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷八——地球系統(tǒng)數(shù)字學(xué)畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷七數(shù)字地球?qū)Φ赜^測系統(tǒng)畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷六地球系統(tǒng)行星學(xué)畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷五地球系統(tǒng)物質(zhì)學(xué)畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷四地球系統(tǒng)力學(xué)畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷三地球系統(tǒng)構(gòu)造學(xué)畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷二地球系統(tǒng)復(fù)雜性畢思文編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學(xué)卷一87第87頁/共109頁(四)地球科學(xué)的發(fā)展展望應(yīng)用各種高新技術(shù)向縱深、交叉、系統(tǒng)型發(fā)展。由“資源型”轉(zhuǎn)向“社會性”保證人類社會的可持續(xù)發(fā)展88第88頁/共109頁氣候系統(tǒng)的物理方面水循環(huán)國際地圈—生物圈計劃(IGBP)世界氣候研究計劃(WCRP)全球變化地球系統(tǒng)的生物方面碳循環(huán)(生物地球化學(xué)循環(huán))陸地海洋大氣89第89頁/共109頁GEOTECHNOLOGIE－

Das“SystemErde”:VomProzessverstaendniszumErdmanagement地球工程科學(xué)－地球系統(tǒng)：從過程認(rèn)識到地球管理2000-201590第90頁/共109頁

一旦進(jìn)入到探索機(jī)理、追溯過程的新層次，地球科學(xué)就成為引人入勝、動人心弦的事情，內(nèi)中情趣決不下于偵探案件。地球系統(tǒng)充滿了豐富多彩的待破案件和未解之謎，它們不僅是科幻作品的絕妙素材，更足以吸引科學(xué)界的有志之士去貢獻(xiàn)自己的聰明才智。－－－汪品先

91第91頁/共109頁第92頁/共109頁93第93頁/共109頁94第94頁/共109頁95第95頁/共109頁96第96頁/共109頁97第