導(dǎo)論作為一門學(xué)科的地球科學(xué)

導(dǎo)論地球人在地球上生存、繁衍了許多萬年，但地球人只是最近才看到作為行星的地球。自1961“太空麥哲倫”加加林（Gagarin）的首次環(huán)球飛行之后，在1969年人類才得以在電視屏幕上目睹從月球上拍攝的地球。人類用行動證實大地為球形的是1519年葡萄牙探險家麥哲倫（Megellan）首次環(huán)球旅行。第一個地球儀于1492年在德國的紐倫堡出現(xiàn)，1526年麥哲倫航線被劃在地球儀上。麥哲倫本人死于那次旅行中。

在同一時期哥白尼（Copernic）提出了包括地球在內(nèi)的行星繞太陽自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的日心說。哥白尼將人類從太陽系中心搬到邊緣，從此，地球不再是宇宙的中心，并開始象陀螺一樣旋轉(zhuǎn)起來。從人類征服世界的旅行到哥白尼的革命，人們以往所接受的世界觀被徹底推翻，由此便開始了人們所稱的現(xiàn)代，即全球紀元。全球紀元的開始以人們發(fā)現(xiàn)大地是圓球和地球各部分開始溝通為標志。與麥哲倫同時期的哥白尼，提出了包括地球在內(nèi)的行星繞太陽自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的日心說。

18-19世紀人們認識的宇宙始終遵循完美無缺的秩序。牛頓（Newton）提出的運動定律保證了天體芭蕾的機械和諧。拉普拉斯（Laplace）把造物主從自力更生的宇宙中請了出去，宇宙成了一架永遠十全十美的機器。這段時間，赫頓（Hutton）奠定了地質(zhì)學(xué)作為一門學(xué)科的基礎(chǔ)、史密斯（Smith）發(fā)現(xiàn)了化石的地層學(xué)價值、萊伊爾（Lyell）揭去了圣經(jīng)“創(chuàng)世紀”的神秘外衣，提出均變論的思想、達爾文（Darllwin）創(chuàng)立了生物進化論，人們發(fā)現(xiàn)地球有自己漫長的歷史。

19世紀是給地球?qū)懢幠晔返臅r期，研究地殼物質(zhì)構(gòu)成的知識也得到長足進步，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)取得了進一步的發(fā)展。地球科學(xué)的考察還深入到地下，并開始研究地球的物理性質(zhì)，地球的化學(xué)構(gòu)成。于是地球不僅具有表層，還存在深度，它不再是靜止的，而且是不斷運動的。到了20世紀天文學(xué)發(fā)現(xiàn)了其他星系的存在，1929年哈勃（Hubble）發(fā)現(xiàn)了遙遠星系紅移，為宇宙的擴張首次提供了經(jīng)驗性的指示。星系之間的相互遠離打破了宇宙永恒的秩序。這時，德國的魏格納（Wegener）提出了大陸漂移理論。這個不斷膨脹和分散的宇宙歷經(jīng)了半個世紀的動蕩，被彭齊亞斯（Penzias）、威爾遜（Wilson）接收到的“背景輻射”解釋成150億年前的一次動蕩，被批駁和遭遇近半個世紀的大陸漂移論卻為磁、電、聲和地震探測技術(shù)所作的海底系統(tǒng)勘探所證實。地球是這樣的偉大，它幾乎是茫茫宇宙中唯一孕育高級生命的星體；地球是這樣的復(fù)雜，對她的研究要用到集中人類最高智慧的新科技手段，所以有“入地比上天還難”之說。對地球研究的意義是深遠的，形而上者是人類的終極價值追求，形而下者是人類自我價值的關(guān)懷。在這里，我們將以百科全書式的全景、史詩般的氣勢、科學(xué)態(tài)度的嚴謹，向同學(xué)們展現(xiàn)地球科學(xué)的本質(zhì)，她的過去、現(xiàn)在、未來......。

地球科學(xué)是一個大題目，縱橫幾萬里，上下數(shù)億年，幾乎輻射到自然科學(xué)的其他各個領(lǐng)域。對地球的認識同世界各民族的起源、歷史、文化乃至這個世界文明的進展，都是緊密聯(lián)系在一起的。本課程將領(lǐng)你進入地球科學(xué)，欣賞這一門研究地球本質(zhì)的藝術(shù)。

地球是人類在宇宙中生存、發(fā)展的唯一家園，地球科學(xué)是研究地球系統(tǒng)并預(yù)測其未來行為的唯一科學(xué)。作為當代大學(xué)生，你應(yīng)當了解你生活的家園——地球，應(yīng)當關(guān)注人類社會可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境和資源基礎(chǔ)，應(yīng)當懂得欣賞大自然雄偉壯闊而又古老的美麗，自然科學(xué)素質(zhì)教育課程《地球科學(xué)概論》就是根據(jù)上述需要而面向全校大學(xué)生精心開設(shè)的。

地球科學(xué)是典型的自然科學(xué)，它動用了幾乎所有的科學(xué)手段來研究地球系統(tǒng)的物理、化學(xué)過程；地球科學(xué)還是歷史學(xué)，它探究地球以及地球生命的起源和演變，也告訴你觀察人類歷史的另一個視角；地球科學(xué)還是哲學(xué)，它注重人和自然、歷史和未來、現(xiàn)實和演變之間的和諧與承接，關(guān)注人類發(fā)展的終極去向；地球科學(xué)更是實用之學(xué)，是工程建設(shè)與資源勘探、災(zāi)害預(yù)報和環(huán)境保護等實踐活動的理論指導(dǎo)；另外地球科學(xué)還是你認識自然之美的一個理想窗口，它將向你全面介紹地球萬年造化的自然風(fēng)光。作為大學(xué)生素質(zhì)教育課，本課程充分利用大量的文字、圖片和視頻資料，在兼顧課程體系完整的同時，突出當今地球面臨的主要問題和人們普遍關(guān)心的自然與環(huán)境問題，注重趣味性和科學(xué)性，強調(diào)科學(xué)人文精神的培養(yǎng)，本課程將在闡明地球科學(xué)基本原理的同時，還要敘述地球科學(xué)發(fā)展史上重要的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新歷程，這些科學(xué)思想的誕生經(jīng)過體現(xiàn)了自然科學(xué)演進的基本方式和科學(xué)家的人文意識，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)人文修養(yǎng)。本課程內(nèi)容共分17講，每課（三學(xué)時）一講，全面講解宇宙與地球的起源、地球基本知識、地球物質(zhì)組成、地下水、湖泊與濕地、地面流水、海洋、冰川、風(fēng)、土壤、風(fēng)化作用、變質(zhì)作用、構(gòu)造運動、地球資源與人類文明、環(huán)境災(zāi)害與可持續(xù)發(fā)展、數(shù)字地球等地球科學(xué)知識。作為一門學(xué)科的地球科學(xué)

地球科學(xué)研究對象和任務(wù)

地球科學(xué)特點、研究方法

地球科學(xué)的現(xiàn)狀、發(fā)展和未來第一節(jié)地球科學(xué)研究對象和任務(wù)

1988年，美國《時代》周刊將地球推選為該年度的“風(fēng)云人物”，把人類賴以生存的地球提高到前所未有的位置。正如聯(lián)合國環(huán)發(fā)會議所指出的那樣，人類在二十一世紀所面臨的三大問題是：人口、資源、環(huán)境，而這些問題都與地球科學(xué)息息相關(guān)，因此二十一世紀將是地球科學(xué)大發(fā)展的世紀。在你深深地了解腳下的這片土地之后，你才會更深地理解保護地球的意義，現(xiàn)在讓我們一起來輕輕地撩開地球神秘的面紗吧。

現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)的奠基人：CharlesLyell（萊伊爾）1830—1833年出版了三卷版的《地質(zhì)學(xué)原理》，成為地質(zhì)學(xué)研究的經(jīng)典著作。CharlesLyell最基本的觀點是：現(xiàn)在是了解過去的鑰匙。也就是在地質(zhì)歷史中進行的各種地質(zhì)作用與現(xiàn)代地球正在進行的地質(zhì)作用具有同樣的原理。這一思想通常被稱為——將今論古。

查理士·萊伊爾是19世紀英國著名的地質(zhì)學(xué)家、英國皇家學(xué)會會員、地質(zhì)學(xué)漸進論和“將今論古”的現(xiàn)實主義方法的奠基人，在地質(zhì)學(xué)發(fā)展史上，曾做出過卓越的貢獻。恩格斯高度評價他“把理性帶進了地質(zhì)學(xué)”。

地球科學(xué)的研究對象是整個地球，包括地球從地心到外層空間的廣闊范圍，由地球的內(nèi)圈和外圈構(gòu)成，是一個非常復(fù)雜的開放系統(tǒng)，稱為地球系統(tǒng)。地球大規(guī)模的作用過程通常涉及了整個內(nèi)外圈，各圈層之間還存在相互作用的過程，把地球作為整體進行研究的是地球系統(tǒng)理論的主要研究任務(wù)。

理論意義

地質(zhì)學(xué)首先是自然科學(xué)的組成部分，其研究結(jié)果對自然辯證法體系的完整性也有重要的意義，恩格斯在《自然辯證法》中就高度評價了賴爾和達爾文的工作。從地球科學(xué)發(fā)展的觀點看，地質(zhì)學(xué)的研究意義在于可以揭示地球的形成、發(fā)展、演化過程及其規(guī)律和各種地學(xué)過程的成因機制及演化規(guī)律，這些規(guī)律將在社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮巨大的作用。

實際意義

地質(zhì)學(xué)研究更重要的意義在于服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展。上個世紀末，人類即將跨進21世紀之際，國際社會對地球科學(xué)寄予了厚望，紛紛制定了21世紀的發(fā)展戰(zhàn)略。1、1991年國家自然科學(xué)基金委員會組織專家編寫了《地質(zhì)科學(xué)》發(fā)展戰(zhàn)略研究報告，提出了21世紀中國地質(zhì)科學(xué)的主要任務(wù)和發(fā)展目標。2、1992年聯(lián)合國在里約熱內(nèi)盧召開的環(huán)發(fā)會議，指出了人類在21所面臨的主要問題是人口、環(huán)境和資源，并提出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。3、1993年美國國家研究委員會也編寫了《固體地球科學(xué)與社會》一書，為二十一世紀的地球科學(xué)提出了四個目標：①了解所有研究領(lǐng)域的各種作用過程；②滿足自然資源的需求；③減輕地質(zhì)災(zāi)害；④調(diào)節(jié)和縮小全球變化的影響。

所有這些都明確地表明，二十一世紀地球科學(xué)在發(fā)展學(xué)科自己的同時，必須適應(yīng)于社會發(fā)展的需要，服務(wù)于經(jīng)濟建設(shè)和人類本身。由此可見，地質(zhì)學(xué)家不再只關(guān)心地球上已經(jīng)發(fā)生過的各種地質(zhì)作用，也不再只是向地球索取，而更加關(guān)心正在發(fā)生和將來可能發(fā)生的各種事件和過程。

第二節(jié)地球科學(xué)特點、研究方法

地球科學(xué)的特點

大空間尺度：地球科學(xué)全球性的特點使得各國地球科學(xué)家的研究工作受到局限，往往需要大范圍的合作才能夠全面地了解地球；另一方面是地球內(nèi)部實際觀測的難度，目前只能通過地球物理手段進行間接的了解。

長時間尺度：地球形成自今大約經(jīng)歷46億年的演化，而這些歷史很難通過實驗加以證實，通常采用的是將今論古的方法。地球科學(xué)的研究方法

1、野外實際調(diào)查，各分支學(xué)科的野外調(diào)查方式有所不同。2、采集各種地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)資料和樣品。3、確定地學(xué)過程的時空關(guān)系。

地球科學(xué)的分析手段和內(nèi)容分析手段：X熒光光譜、ICP光量計、電子探針、中子活化、核磁共振

分析內(nèi)容：常量元素、微量元素、稀土元素、同位素。輔助工具偏光顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、計算機綜合分析

線索：利用野外調(diào)查獲得的資料信息和室內(nèi)實驗所獲得的數(shù)據(jù)進行綜合分析，研究地學(xué)過程留下的線索

推理：把各種線索和資料有機地結(jié)合在一起，并結(jié)合已有的各種模式和已知的地學(xué)過程進行合理的推理，并給出合理的解釋

模擬：建立與推理結(jié)果相適應(yīng)的物理模型或數(shù)學(xué)模型進行模擬，印證推理過程的正確性

結(jié)論：最終得出合理的結(jié)論第三節(jié)、地球科學(xué)的現(xiàn)狀、發(fā)展和未來基本目標

隨著高新技術(shù)在地學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對地球深部結(jié)構(gòu)及其地學(xué)過程的研究已經(jīng)成為可能。一些發(fā)達國家的學(xué)者在探討地球科學(xué)的未來時，不失時機地提出了包括深、淺、表在內(nèi)的“地球系統(tǒng)”的概念和提出“了解整個地球系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和未來的行為及其演變過程”的基本目標。研究目標

隨著地球科學(xué)在矛盾日益尖銳化的環(huán)境、資源、減災(zāi)等領(lǐng)域所面臨的新挑戰(zhàn)，地球科學(xué)家們在90年代實施了“全球變化”大型國際合作研究計劃。這些計劃更多的是考慮了地球的表層系統(tǒng)，如世界氣候研究計劃（WCRP）、國際地圈生物圈計劃（IGBP）、全球變化的人類因素計劃（HDP）等把巖石圈、水圈、氣圈和生物圈等影響人類生存環(huán)境的“表層系統(tǒng)”作為一個整體，研究這些地球上部圈層演變過程中的相互關(guān)系。

地球科學(xué)的發(fā)展和未來二十世紀八十年代以來，地球科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域在如下幾個方面取得了實質(zhì)性進展：1.電子技術(shù)和數(shù)字化信息的飛速發(fā)展；2.航天技術(shù)及遙感的廣泛應(yīng)用；3.層析成象技術(shù)在地球內(nèi)部探測方面的成功應(yīng)用；4.地球內(nèi)部物質(zhì)各向異性的研究；5.高溫高壓下礦物物理學(xué)的理論和實驗研究；6.測試手段的發(fā)展和精度的提高使微區(qū)、微量成分的測定成為可能；7.非線性科學(xué)的飛速發(fā)展。