導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)的行星繞太陽自轉和公轉的日心說。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)的行星繞太陽自轉和公轉的日心說。

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)學作為一門學科的基礎、史密斯（Smith）發(fā)現(xiàn)了化石的地層學價值、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世紀是給地球寫編年史的時期，研究地殼物質(zhì)構成的知識也得到長足進步，礦物學、巖石學、礦床學取得了進一步的發(fā)展。地球科學的考察還深入到地下，并開始研究地球的物理性質(zhì)，地球的化學構成。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懷。在這里，我們將以百科全書式的全景、史詩般的氣勢、科學態(tài)度的嚴謹，向同學們展現(xiàn)地球科學的本質(zhì)，她的過去、現(xiàn)在、未來......。

地球科學是一個大題目，縱橫幾萬里，上下數(shù)億年，幾乎輻射到自然科學的其他各個領域。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。本課程將領你進入地球科學，欣賞這一門研究地球本質(zhì)的藝術。

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

地球科學是典型的自然科學，它動用了幾乎所有的科學手段來研究地球系統(tǒng)的物理、化學過程；地球科學還是歷史學，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；地球科學還是哲學，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，關注人類發(fā)展的終極去向；地球科學更是實用之學，是工程建設與資源勘探、災害預報和環(huán)境保護等實踐活動的理論指導；另外地球科學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光。作為大學生素質(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心的自然與環(huán)境問題，注重趣味性和科學性，強調(diào)科學人文精神的培養(yǎng)，本課程將在闡明地球科學基本原理的同時，還要敘述地球科學發(fā)展史上重要的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新歷程，這些科學思想的誕生經(jīng)過體現(xiàn)了自然科學演進的基本方式和科學家的人文意識，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學人文修養(yǎng)。本課程內(nèi)容共分17講，每課（三學時）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、土壤、風化作用、變質(zhì)作用、構造運動、地球資源與人類文明、環(huán)境災害與可持續(xù)發(fā)展、數(shù)字地球等地球科學知識。作為一門學科的地球科學

地球科學研究對象和任務

地球科學特點、研究方法

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

1988年，美國《時代》周刊將地球推選為該年度的“風云人物”，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息息相關，因此二十一世紀將是地球科學大發(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)學的奠基人：CharlesLyell（萊伊爾）1830—1833年出版了三卷版的《地質(zhì)學原理》，成為地質(zhì)學研究的經(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)學家、英國皇家學會會員、地質(zhì)學漸進論和“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”。

地球科學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)圈和外圈構成，是一個非常復雜的開放系統(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。

理論意義

地質(zhì)學首先是自然科學的組成部分，其研究結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。從地球科學發(fā)展的觀點看，地質(zhì)學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)學研究更重要的意義在于服務社會經(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年國家自然科學基金委員會組織專家編寫了《地質(zhì)科學》發(fā)展戰(zhàn)略研究報告，提出了21世紀中國地質(zhì)科學的主要任務和發(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《固體地球科學與社會》一書，為二十一世紀的地球科學提出了四個目標：①了解所有研究領域的各種作用過程；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在發(fā)展學科自己的同時，必須適應于社會發(fā)展的需要，服務于經(jīng)濟建設和人類本身。由此可見，地質(zhì)學家不再只關心地球上已經(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)地球科學特點、研究方法

地球科學的特點

大空間尺度：地球科學全球性的特點使得各國地球科學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。地球科學的研究方法

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

地球科學的分析手段和內(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，研究地學過程留下的線索

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

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

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

隨著高新技術在地學領域的廣泛應用，對地球深部結構及其地學過程的研究已經(jīng)成為可能。一些發(fā)達國家的學者在探討地球科學的未來時，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

隨著地球科學在矛盾日益尖銳化的環(huán)境、資源、減災等領域所面臨的新挑戰(zhàn)，地球科學家們在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系。

地球科學的發(fā)展和未來二十世紀八十年代以來，地球科學及其相關領域在如下幾個方面取得了實質(zhì)性進展：1.電子技術和數(shù)字化信息的飛速發(fā)展；2.航天技術及遙感的廣泛應用；3.層析成象技術在地球內(nèi)部探測方面的成功應用；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.非線性科學的飛速發(fā)展。