地球系统观与地学系统观初探

本世纪四十年代末期相继诞生的系统论、信息论和控制论(简称“三论”),业已成为横跨所有科学技术领域的新兴横断科学和现代科学方法论。别开生面的“三论”思想和方法像三朵奇葩,在当代科学与哲学的百花园里竞相争艳,发挥着推动现代科学技术体系大综合、大统一的“元科学”作用。在当今和未来的地球科学研究中,引入“三论”科学思想与方法,势将触发地球科学的深刻变革。一、确立地球系统观与地学系统观是地学发展的必然从科学哲学意义而言,“三论”是同起一源、三位一体的。它们共同发源于“系统”的概念,现已结合为不可分离的整体。”三论”各从不同侧面揭示了客观物质世界的本质联系和运动规律,又一次彻底改变了世界的科学图景和当代科学家的思维方式,也为地学发展提供了新思路、新方法。     

地球科学教育及科学家的作用

地球科学是从自然科学中分化出来的一门基础学科.传统地球科学以学科分化研究为主,主要分为两大主干学科,即地理学与地质学.地理学研究的对象是地球表层空间系统,包括人类活动和地理环境两大部分,其核心是人地关系地域系统.     

从古生物学到地球生物学的跨越

以学科体系和科学问题为导向, 对当前国际上出现的地球生物学从学科分类体系、形成背景、主要研究方向、亟待突破的分支学科及其与之相关的研究领域进行了评述. 作为地球科学与生命科学相结合而形成的新兴交叉学科, 地球生物学在地球科学中应具有独立的一级学科地位, 类似于地球化学和地球物理学. 地球生物学主要研究地球系统的生命运动, 涉及地球环境与生命系统的相互作用. 它的形成与发展既是当今科学技术发展的结果, 也是当今世界对所面临重大人类-环境-资源问题的响应. 分子地球生物学、地球微生物学、地球生态学、地球生理学等地球生物学中的二级学科还有待尽快突破, 以形成地球生物学的成熟理论框架和方法体系.     

地球系统科学

地球系统科学是以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，来研究地球系统的整体行为，使得人类能更好地认识自身赖以生存的环境。更有效地防止和控制可能突发的灾害对人类所造成的损害。地球系统科学在现代技术．尤其是空间技术和大型计算机发展后出现，致力于对地球的整体探索。它以地球科学许多分支学科的大跨度交叉渗透，与生命科学、化学、物理学、数学、信息科学以及社会科学的紧密结合为特征。其研究发展的特点为时空尺度大，综合性强，实用空间大。支持有效监测和预测。研究中大量采用高新技术。采集、存储、处理的数据量都极其巨大。     

浅谈我国地球环境与生命过程研究中的一些科学问题

社会可持续发展的需求与人类环保意识的增强对地球地表环境与生命协同演变的研究提出了更高和更具体的要求. 地球表层环境生物地球化学过程及地生物学效应是认识与解决地表环境与生命演化的关键科学问题, 其核心研究内容概括为生源要素的环境生物界面动力学及生态效应; 毒害污染物的环境生物地球化学过程及机体影响; 地表环境变化的地生物学响应与生命适应机制; 污染地表环境的生态风险评估与生物修复等. 古生物学作为一门地质学和生物学的古老交叉学科, 在地球系统科学研究中能够发挥独特的作用. 古生物学家和地质学家应当更加关注地质历史时期环境的变化对生物演化的影响, 从而为研究现代环境和生物多样性的关系提供更多历史的借鉴. 基于我国地层古生物学研究的现状和资源的优势, 提出了我国在地史时期环境变迁与生命演化研究领域值得关注的几个热点的科学问题. 经济的快速发展推动了地球科学发展的同时也产生一些新的问题, 如荒漠化加重、环境污染的加重、化石资源的破坏等, 这些都对我国地球环境与生命过程的研究提出了严峻的挑战.     

地球中微子:来自地球深部的信使

中微子是构成物质世界最基本的单元之一,在自然界广泛存在.正在建设的江门中微子实验站(JUNO)是我国第二个大型国际领先的中微子实验站.地球中微子(geo-neutrino)是地球内部天然放射性元素(主要是~(238)U,~(232)Th和~(40)K三种同位素)衰变产生的反电子中微子.它们在衰变过程中也同时释放出大量热能,是驱动地球演化的主要地热能来源之一.地球中微子的通量和产生的热能成固定比例.因此,测量地球中微子的通量,可以获得放射性元素分布及其对地热能的贡献.江门中微子实验站的探测器质量为2万吨,运行一年所获取的地球中微子事例数达到400个以上,超过全球已有地球中微子探测器10年所探测事例的总和.江门中微子实验站周围500 km以内贡献50%以上的地球中微子事例数,利用地球科学手段可合理、有效估算实验站周围及邻区地壳的贡献,实验站测量总数减去地壳贡献,可得到地幔的贡献.因此,有效充分利用实验站可望帮助解决放射性元素衰变对地热能的贡献、测量Th/U比值和来自地幔的放射性地热等问题,并推动国内中微子地球科学研究的交叉领域发展.本文首先介绍了地球内部有关热量未解决的科学问题及地球中微子可能的贡献,其次介绍了地球中微子研究的国内外现状及精确地壳结构模型研究的重要意义,随后着重介绍了江门中微子实验的地球中微子探测潜力及其独特的地理位置和探测优势对地球科学研究的意义,最后给出总结和展望.     

碳构造:一个地球系统科学新范式

地球系统科学是一门复杂性科学,迄今没有一个简单理论完整解释地球系统行为.碳构造既是地球系统运行的一种新模式,也是一种研究新范式,其基本构成有碳泵、碳传送带及碳开关.碳泵是跨圈层物质能量垂向交换机制,碳传送带则是同一圈层内的水平输送机制,碳开关控制着地球系统运行状态和进化方向.碳构造是多学科研究地球系统的突破口和交叉点.     

21世纪地球科学发展展望

行星地球是人类赖以生存和发展的空间与场所。以行星地球为研究对象的地球科学,在20世纪与其他学科一样有了很大的发展。当前,不少地球科学家正在探索与研究21世纪地球科学发展趋势。对地球科学未来发展作出科学预测是极其困难的,但意义是巨大的,因为,探讨地球科学发展趋?..     

深入认识地球历史的全球沉积地质计划

人类生存在地球上,就要认识地球,认识有关地球的各类事物的发生、发展及演化的规律,以便利用这些规律为人类创造更好的生存环境。科学家从不同角度去研究、了解地球上的一些事物的变化规律,因而产生了物理学、生物学、地理学、地质学……等各种不同学科。尽管人类很早就想很好地了解地球,但是正如真正地形成科学的物理学、化学、生物学、地理学等学科都经历了漫长而曲折的道     

地球系统科学(ESS)与网格(Grid)技术

地球系统科学的提出,极大地改变了人们的研究和思维方式,同时也成为促生网格技术的重要因素之一.本文通过研究认为,地球系统科学和网格技术都是复杂的巨系统,二者的结合将是21世纪的重要事件.网格技术将为20世纪遗留下来的世界性地球科学难题(如全球变化、地震预报和宇宙起源等)提供最有力的技术支持.     

地球表层微生物地球化学作用

本文探讨了地球表层微生物地球化学作用及其在地学领域中的一些基本概念、难点所在及发展前景 ,为地球科学研究纳入了新的内容 ,拓宽了地球科学的研究范畴 ,对地球科学研究具有重要理论与实际意义 .     

激发创新活力,促进学科发展——记首届地球科学前沿学术沙龙

<正>由Science Bulletin编委会和编辑部主办、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心协办的首届地球科学前沿学术沙龙于2020年1月11日在北京召开.此项活动前身是由国家自然科学基金委员会地球科学部结合"国家杰出青年科学基金"实施10周年纪念活动和"十一五"地球科学发展战略规划的研讨发起的"地球科学家学术沙龙",此前分别于2003年(北京)、2005年(北京)、2008年(南京)、2010年(广州)和2012年(厦门)举办了5届.参会者一直以《科学通报》地球科学编委会成员为主.地球科学家学术沙龙一直与国家自然科学基金委员会地球科学部的学科发展战略研讨活动相结合,旨在促进地球科学各分支学科科研一线的中青年学者交流和合作.沙龙研讨的内容涉及地球深部和表层科学各个领域,有效地促进了不同领域和方向的学术交流.根据此次学术沙龙的决议,地球科学前沿学术沙龙将继承之前"地球科学家学术沙龙"的传统,作为系列学术活动继续举办下去,每两年一次,以促进地球科学各分支学科的交流和学科交叉.     

地球深陷特种大灭绝周期

地球在遥远的过去发生过多次物种大灭绝,这种灭绝一次次地将地球生物推向绝境.科学家发现,物种灭绝并不是源于什么突发事件,而是有规律可循的.而目前地球正处在物种大灭绝周期. 英国<自然>杂志发表文章,阐述了地球物种大灭绝的周期性.     

地球科学的研究

本期封底刊载了30年来地球科学研究领域的科学图片。图1是探索者号卫星展示的环绕地球的强辐射图;图2是苏联人造地球卫星Sputnik;图3是跟踪     

各向异性地球物理与矢量场

地球介质电阻率、极化率、速度和品质因子等物理性质的各向异性是广泛存在且被证明不可忽视的,因此,在地震学和固体地球电磁场研究中,各向异性问题的讨论由来已久,且是最近十多年来的前沿领域与热点.最近几年随着信息技术的快速发展,以及地球物理从一维到二维、三维和不同高度的矢量、立体张量观测技术的发展,使得研究更复杂的各向异性介质及地球物理响应矢量数据的发掘和应用成为可能,从而给现有的地球物理理论、方法和技术带来了严峻的挑战.尤其信息科学领域云计算技术和大数据研究与应用的蓬勃兴起,大量地球物理观测数据的利用和共享成为一种发展趋势.第567次香山科学会议"各向异性地球物理与矢量场技术"旨在通过对国内外各向异性地球物理和矢量场前沿研究的介绍、分析,会同后续云计算、地震学与矢量地球物理场观测仪器与技术3篇专业文章的详细展开,发掘、总结各向异性理论方法与矢量场研究中急需解决的关键科学和技术问题,以促进基础性、共性问题的攻关与探索.     

关于地球生命起源"同源说"

地球上的生命起源问题是一个千古之谜,也是现代科学亟待解决的难题.从20世纪80年代起,笔者就现有主要学说及其引证材料和相关事实进行多学科综合研究,以此提出了地球上的生命起源与地球形成同源的假说,即"生命地球同源说",并不断发展与完善.本文试以生命起源研究或争论中的一些关键和核心问题--如地球生命起源的环境问题、时间问题、有机演化问题以及相关的一些科学问题等为焦点,通过分析讨论阐明"同源说"的基本思想和主要观点,并以此来解释生命起源研究中的某些问题和现象,进而就"同源说"提出的不同于现有生命起源学说的一些观点和论点进行综合分析和阐述.     

地球科学发展的新走向

在科学技术进步和社会需求的推动下,当代地球科学的发展面临著许多新的机遇和挑战.本文从地球科学整体的高度出发,通过对近年来国内外地球科学发展特点的深入综合分析,提出了当代地球科学发展的引人瞩目的新走向、新趋势.这些新走向、新趋势,概括地反映出当代地球科学面对新的发展机遇和挑战所具有的全球发展态势．     

第三届地球系统科学大会在沪成功召开

<正>2014年7月2~4日,由中国综合大洋钻探计划专家委员会、国家自然科学基金委员会地球科学部、国际中国地球科学促进会、同济大学海洋地质国家重点实验室共同主办的第三届地球系统科学大会在上海召开,来自大气、海洋、地质、生物、行星科学等学科的专家学者齐聚,共话地球系统科学研究热点问题,展望地球系统科学未来发展前景."地球系统科学大会"是地球科学领域以华语作为主要交流语言的大幅度跨学科交叉的学术会议,其前身为2010和2012年已召开的"深海研究与地球系统科学学术研讨会".与前两届会议相比,本届地球系统科学大会规模更     

第一届深海研究与地球系统科学学术研讨会在沪召开

以推进大幅度学科交叉和扩大深海研究学术队伍为主要宗旨的“第一届深海研究与地球系统科学学术研讨会”, 于2010年6月28日~7月1日在上海顺利召开. 来自海内外86个单位的近500位华人学者参加了会议, 其中海外(含港台)单位18个. 会议由中国综合大洋钻探计划专家委员会、国家自然科学基金委员会地球科学部、国际中国地球科学促进会(IPACES)和同济大学海洋地质国家重点实验室共同主办. ......     

发展国际合作, 促进我国地球系统科学研究

自20世纪后半叶,地球科学相关理论和技术的进步使科学界逐步认识到,地球层圈演化的行为具有整体性.地球系统科学正在成为21世纪基础科学研究的前沿.我国是发展中国家,国际合作对促进我国未来地球系统科学研究具有十分重要的意义.本文结合中国地球科学领域研究和发展的实际,试图对我国改革开放以来国际合作在地球科学领域发挥的作用、经验和教训进行分析,并在此基础上就国际合作在未来我国地球系统科学研究中的重要作用和着眼点提出一些看法.