1、地球科學概論張維杰(地球科學與資源學院)構(gòu)造地質(zhì)教研室 教二樓232TelE-mail: 1 緒 論一 、地球科學的研究對象和研究內(nèi)容二、地球科學的研究方法三、研究地球科學的意義四、地球科學的歷史與未來五、課程學習2地球科學簡稱地學六大基礎(chǔ)自然科學-數(shù)學、物理學、化學、天文學、地學、生物學。3一、地球科學的研究對象和研究內(nèi)容4 5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6地球科學：是系統(tǒng)研究地球物質(zhì)的組成、運動、時空演化及其形成機制的科學。7 地球科學-理論性與應用性并重的科

2、學。理論性-揭示自然界奧秘與規(guī)律。為人類利用、 適應和改造自然提供科學的方法論。應用性-隨著科學技術(shù)的發(fā)展，地球科學的研究 領(lǐng)域也不斷地深入和擴展逐漸形成日臻 完善，多學科的綜合性學科體系。科學分支-地質(zhì)學、地球物理學、地理學、 氣象學、水文學、海洋學、 土壤學、環(huán)境地學等學科。8地質(zhì)學（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。 9理論研究 (1)研究地球的物質(zhì)組成方面的學科：結(jié)晶學、礦物學、巖石學等。 (2)研究地球內(nèi)部構(gòu)造方面的學科：構(gòu)造地質(zhì)學、構(gòu)造物理學、區(qū)

3、域構(gòu)造學、 地球動力學等。 (3)研究地球的形成演化方面的學科：古生物學、地層學、地史學、古地理學、地貌及第四紀地質(zhì)學等。 10應用研究研究地下資源:礦床學、石油地質(zhì)學、煤田地質(zhì)學、水文地質(zhì)學等；研究地質(zhì)與人類生活環(huán)境及災害防護:工程地質(zhì)學、環(huán)境地質(zhì)學、地震地質(zhì)學等。 此外還有一系列的邊緣學科。11二、地球科學的研究方法12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)自然過程的復雜性與有序性（5）地球的封閉性與開放性13141516171819地球科學的研究方法取決于研究對象的特

4、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)自然過程的復雜性與有序性（5）地球的封閉性與開放性20 地球科學特點： (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 科性21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、測試與科學實驗22野外調(diào)查獲取野外第一手資料是地球科學研究的起點和基礎(chǔ)。23242526272829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 3031323334

5、353637航空航天技術(shù)的應用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)航空航天遙感技術(shù)38美國：GPS俄羅斯：格洛納斯歐洲：伽利略中國：北斗394042434445未來對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系 46實驗室分析分析巖石礦物的化學成分探測巖石礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)測定年齡47流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r312.9 1.7Ma計算機技術(shù)的應用數(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(Digital Earth)495152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)狀數(shù)字填圖發(fā)展現(xiàn)狀RGMAP圖6-16 民和三唯可視化地球化學數(shù)據(jù)處理地質(zhì)人員可以自覺的利用平臺進行不同目標的地質(zhì)內(nèi)容研究123地球系統(tǒng)的三個觀測

6、平臺56地球科學研究的工作方法 (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 對收集的資料進行加工整理、歸納、綜合，利用地球科學的研究方法和原理，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。57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)學家萊伊爾 (C. Lyell, 17911875)資料的綜合分析、歸納、推理58三、地球科學的研究意義59（

7、一）理論意義： 地球科學承擔著揭示整個地球的形成、演變規(guī)律的科學使命。 當代自然科學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密切相關(guān)。 地球科學的研究對人類正確地認識自然界、建立辯證唯物主義世界觀起著重要作用。對整個自然科學的發(fā)展也具有促進和推動作用。 60超越自然科學本身現(xiàn)代地球科學已經(jīng)超越其自然科學范疇，與人類文化、文明的形成相結(jié)合，形成“大科學體系” 青藏高原的形成-人類文明的蘊育-人類文化的形成有著某種內(nèi)在的聯(lián)系。6162探索月球探索宇宙63 (二）實際與應用的意義: 尋找、開發(fā)和利用自然資源保護和改善自然環(huán)境預報和減輕自然災害 6465666768南津關(guān)

8、三斗坪三峽壩址選擇697071727374地球科學歷史與未來 (一)古代地球科學知識的萌芽與積累 (1世紀以前）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）。夢溪筆談百科全書式的著作（沈括，1031-1095）。75徐霞客游記考察紀實型著作天工開物礦床及其開采方法的專著 我國古代地球科學思想、理論、實踐、成就當局世界前列。 為什么近代地球科學的一些主要學科沒能在中國這片沃土上誕生？76(一)古代地球科學知識的萌芽與積累 (1世紀以前）2、國外古代地質(zhì)知識的萌芽與積累主要集中在歐洲(1)古希臘學者:畢達哥拉斯(約公元前571-497年)亞里士

9、多德(公元前384-342年)狄奧弗拉斯特(公元前370-287年)77(2)古羅馬:斯特拉波(Strabo,公元前63-公元20年)地理學論及化石、海陸升降、火山、地震、河流的搬運與沉積作用等。老普里尼（Pliny the Elder）自然史（77年）對礦物進行專門論述，包括當時使用的各種礦物、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，認識到河流對山谷的侵蝕作用。78（3）14-16世紀的“文藝復興”時期：哥倫布、麥哲倫等（14-16世紀）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。哥白尼天體運動（1530-15

10、40年） 達芬奇（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“礦物學之父”79(二)地球科學的主要學科的創(chuàng)立與初步發(fā)展 (1-19世紀） 地質(zhì)學的誕生德國礦物學教授魏爾納（A.G.Werner,1750-1817) 水成論英國學者郝屯（J.Hutton,1726-1797) 地球理論火成論法國學者居維業(yè)（D.G.Cuvier,1769-1832) 災變論法國學者拉馬克（Lamark，1744-1829） 均變論80英國地質(zhì)學家萊伊爾（C.Lyell，1791-1875）地質(zhì)學原理（共三卷）（1880）劃時代的著作81(三)地球

11、科學的革命與全面發(fā)展（20世紀至今）（1）“固定論”與“活定論”之爭（2）大陸漂移-海底擴張-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”（6）全球構(gòu)造新概念（7）各種高新技術(shù)的應用 及地學交叉學科的興起82地球系統(tǒng)科學觀83地球是一個復雜的系統(tǒng) requiring an integrated approach84地球科學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雜巨系統(tǒng)， 稱為地球系統(tǒng)(Earths S

12、ystem)。85 86 87我國地球系統(tǒng)科學研究：地球系統(tǒng)科學與可持續(xù)發(fā)展畢思文 著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷八 地球系統(tǒng)數(shù)字學畢思文 編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷七數(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)科學卷六地球系統(tǒng)行星學畢思文 編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷五地球系統(tǒng)物質(zhì)學畢思文 編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷四地球系統(tǒng)力學畢思文 編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷三地球系統(tǒng)構(gòu)造學畢思文 編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷二地球系統(tǒng)復雜性畢思文 編著地質(zhì)出版社地球系統(tǒng)科學卷一88(四)地球科學的發(fā)展展望應用各種高新技術(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)

13、發(fā)展89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)(生物地球化學循環(huán))陸地海洋大氣90GEOTECHNOLOGIE Das “System Erde”: Vom Prozessverstaendnis zum Erdmanagement地球工程科學地球系統(tǒng)：從過程認識到地球管理2000-201991 一旦進入到探索機理、追溯過程的新層次，地球科學就成為引人入勝、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，更足以吸引科學界的有志之士去貢獻自己的聰明才智。 汪品先 92949596979899100101102五、本課程特點及要求（一）、課程特點1、地學基礎(chǔ)課2、課程體系四大部分 地球的一般知識介紹 地球表層地質(zhì)作用 地球內(nèi)部地質(zhì)作用 地球的形成、演化、資源與環(huán)境103課程特點 基礎(chǔ)性強、圖表多、敘述性強 概念多、前后交叉授課方式： 講課、實習、自學理解記憶基本概念，分析、發(fā)現(xiàn)、 綜合歸納所學知識建立思維方式1