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。     

编制地球的“万年历”

几百年来,人类在时间的概念和计时的方法上都取得了极大的进步,成功地将天文计时和物理计时结合起来使用;然而,在地质的时间尺度上,至今缺乏统一的天文计时标准。为研究地球系统的历史变迁,迫切需要在日、月、年之上,在地球运行轨道的参数中,寻找更长时间的天文周期,为编制地质年代的“万年历”使用。研究的进展表明,近几百万年内可以用二万年的岁差周期,而整个地质历史可以用40万年的偏心率长周期作为地质计时的“钟摆”。本文回顾历史,展望未来,对地质尺度的时间问题进行综述。     

国家自然科学基金地质学学科布局及展望

地质学是地球科学的重要组成部分和学科分支,主要研究地球的物质组成、结构构造、地质作用、形成演化过程及其动力学1-3]．地质学研究聚焦地球自身的物质组成、从表层到内部结构构造以及它们的形成过程、动力学机制和所反映的地球形成与演化历史[1～3].现阶段地质学研究的视角已拓展至地球系统多圈层相互作用,特别是宜居地球成因以及地...     

“非物质宇宙”设想的逻辑矛盾

宇宙是物质宇宙,也只能是物质宇宙。迄今为止,人类对物质的认识,仅是无限宇宙中的有限的一小部分。未知的新的物质形态及物质运动形式是依然与无限时空相统一而存在着的。正如没有无物质的运动和无运动的物质一样,也没有无物质的时空和无时空的物质。所谓“非物质宇宙”,实质上,就是一种认为存在着无物质的时空的设想。这种设想在逻辑上有不可克服的矛盾,下面就做一下简要的分析。一、按照“非物质宇宙”的论点(以下简称《“非”论》),把整个宇宙分为两部分,一     

DNA——世界上最美丽的分子

一切生命都是靠“细胞”来维持的 地球上存在的物质,如果细分一下,就一定能追寻到“原子”这一基本单位。原子的数量和种类、连接方法是每种物质所特有的。原子能分成“质子”、“中子”、“电子”一类的微小粒子。这些粒子的数量和运动由各个原子的物理性质所决定。 同样,如果把生物体细分一下,     

岩溶作用对环境变化的敏感性及其记录

自70年代以来逐步发展起来的现代岩溶学具有以下两个特点:一是引入了地球系统科学;二是从全球的角度研究岩溶.国际地质对比计划299项目“地质、气候、水文和岩溶形成”(1990～1994年)被认为是这一趋势的里程碑.通过现场测试,已清楚地认识到了碳循环与岩溶形成之间的相关关系.作为地球上最大碳贮库的全球碳酸盐岩,其总含碳量为10~(16)t.它们曾被认为只在地质历史时期是活跃的,而在人类时间尺度上并不重要,但已有的发现清楚     

天体演化研究的进展

天体起源是著名的“四大起源”中的第一个,其它三个是地球的起源、生物的起源和人类的起源。某种天体的起源或形成,指宇宙物质从另一种形态转化为这种天体的形态的过程。某一天体在其存在时期内也是不断地变化着,不断地在进行机械运动、物理运动和化学运动,质     

到月球上取氧

人类要想在月球上建立基地,氧是必不可少的物质。宇航员为了维持生命需要氧,将人类送回地球的火箭发射时也需要氧。在月球上获得氧的方法有两种,其一是人类把氧从地球上送到月球,其二就是在月球上制造氧。美国在执行“阿波罗”登月计划时,从宇航员所需的空     

“亚洲构造:从大陆到边缘海到岛弧”学术研讨会在上海举办

中国地球科学促进会（IPACES）和同济大学海洋与地球科学学院于2002年6月26～28日联合举办了“亚洲构造:从大陆到边缘海到岛弧”学术研讨会.会议主题是将亚洲和西太平洋作为一个统一的地球动力学系统,探讨其中具有全球意义的重要地质作用和事件,尤其是构造作用与全球变化的关系.会议特邀15位国内和15位国外知名地质和地球物理学家做主题报告,会议代表针对主题进行分组发言和交流汪品先院士的报告“中国深海研究的未来趋势”详细介绍了中国南海大洋钻探的成果,从瞄准科学目标和国家目标的视角,展望21世纪中国的海洋科学,尤其是深海研究的战略走向.中国科学院地质与地球物理研究所丁仲礼研究员介绍了中国在过去全球变化研究领域的最新进展.加洲大学的尹安教授、Woods Hole海洋研究所的林间博士、Michigan大学的张有学教授、Ehime大学的赵大鹏教授等15位IPACES成员分别就亚洲构造、太平洋边缘海的地质     

从海底观察地球——地球系统的第三个观测平台

随着新世纪的到来,海洋科学界正着手建设海底观测系统的网络,以探测和理解大洋系统的物理、化学、生物和地质等过程。这是继地面/洋面和空间之后,观测地球系统的第三个平台。从海底进行连续的实时观测,将使得人类可以长期“呆”在海里,从而改变人类与海洋的关系。同时,这第三平台还将提供窗口,窥测地球的内部过程。     

大陆动力学的哲学探索

板块构造学说不能合理地解释大陆地质现象。本文从大陆地质事实出发，采用系统的哲学观，探讨大陆造山带与盆地的耦合关系，渐变与突变的内在联系，水平运动与垂直运动的转换过程，地球运动、岩石圈运动与大陆地壳运动的制约关系，指出大陆下地壳层流运动和大陆盆山耦合作用构成大陆动力学的基本结构体系     

翻开黄土万卷书

一本巨大的书地球上许多地质体都可“记录”地球演化的历史,但是能够长时间、连续、完整保存的并不多见。目前,科学家发现有三种地质纪录完整地保存着第四纪古气候环境的历史,这就是深海沉积物、南极和格陵兰的冰芯以及中国的的黄土,因此它们被称为地球环境历史的三本大书。世界各地的科学家们正在破解这三本用大自然密码写就的“秘笈”,人们想知道在地球的漫长历史中发生了什么,更想知道今后还将发生什么。黄土高原位于北纬34°￣41°,总面积有50多万平方公里,黄河贯穿其中。近来对黄土的研究表明,黄土高原的形成可能与青藏高原的形成有关…     

铈异常——一个寻迹古海洋氧化还原条件变化的化学示踪剂

稀土元素是一个具有特殊地球化学性能的元素家族,它们在地质作用过程中往往相互共生,并特征地反映了各原始来源物质的本性,为此,人们常常利用稀土元素组成模式来探寻各种不同地质体的物质来源。然而由于在这个元素族中存在着两个特殊成员:变价元素铈和铕,在沉积作用过程中,稀土组成的变化又或多或少地打上了沉积环境的烙印,因而有可能利用这两个元素的某些地球化学参数来探讨古沉积环境。本文所要讨论的正是利用海相沉积地     

地质科学发展的新机遇: 对地质学发展趋势的思考

地质学作为一门传统科学, 在经历了板块构造理论革命后, 正在面临新的发展机遇——社会可持续发展的需求, 在全球环境变化、人类与自然协调发展等方面提出了许多前所未有的科学命题; 随着地球科学各分支学科在各自领域的深化, 并在系统性和整体性的高度上相互结合, 形成了关于地球系统的新兴领域, 成为地球科学发展所面临的重大挑战. 面对地球科学发展的新趋势, 地质学家将在地球环境演变的历史记录、地球生命与环境的协同演化、固体地球内部与地球表层的联系及其相互作用以及现代地质过程与人类活动的互馈等领域作出独特的贡献. 在研究理念上, 从“将今论古”的认识过程, 发展到以地质记录为现代过程及未来预测提供启示. 我国地质学具有独特的地域优势和研究积累, 如能抓住发展的机遇, 可能出现新的繁荣时期, 并为社会做出重要贡献.     

阴阳论与系统科学

近来,随着自然科学中系统科学的崛起,在哲学上也兴起了“易学”研究。我们欣喜地看到,两者在思维方式上是并行的,皆属于对大自然的宏观思辨。本文把这一思想用于观察大自然的构成,揭示出大自然的一切系统在一切层次上都是阴阳构成的,从而发现了阴阳论这一《易传》中的重要思想与当今十分活跃而广泛深入的学科——系统科学,有着深刻的联系。并进一步用阴阳论来解释了若干客观现象。特别地,阴阳论还可用到更多的方面,比如它将有助于统一物质结构论中一场旷日持久的争辩,关于这点可在另文中见到。     

地球系统理论基础概述

本文探讨关于地球系统的理论核心，包括地球系统的非均衡理论，地球系统的耗散结构理论与地球系统的引力场理论。非均衡理论是基础，耗散结构和引力场理论是热力和动力的起因，构成地球系统的物质流、能量流和信息流的形成机制与地球系统的运动过程。其中信息流则是调控地球系统的物质流和能量流的流量、流速和流向的纽带。     

沁水盆地煤层气藏演化的关键时期分析

在地温梯度、埋藏史研究的基础上，探讨了沁水盆地煤层气藏的成藏过程和聚气历史．通过对沁水盆地南部阳城地区和西部霍州地区的煤层热演化史、煤层气地球化学特征和聚气历史的对比研究表明，现今沁水盆地煤层气藏的形成取决于决定煤层气地化特征的“关键地质时期”和决定现今煤层含气量的“关键地质时刻”．演化程度最高的地质时期决定了煤层气的组分和碳同位素特征，即是决定煤层气地球化学特征的关键地质时期；煤层气的含气量以吸附气为主，因此煤层气的聚气历史(地史上的含气量变化)与决定煤层温度、压力的埋藏史有着直接的关系，而现今煤层气的含气量则主要取决于关键地质时刻的煤层上覆“有效地层厚度”．     

系统工程及其研究途径

一、系统与系统工程的基本概念1.什么是系统与系统工程?对“系统”这一名词有种种解释,下面我们作两种主要归纳:(1)系统是人、设备与过程为完成一个统一目的而形成的组合.它根据某些规定而发生作用.它的功能是接受信息、能量和物质,并按时序将它们转换成其他型式或级别的信息、能量和物质(包括物质     

人类：“地球飞船”的乘客还是飞行员

20世纪后期 ,当人们第一次看到地球像一个悬在空中的球体 ,于是人们开始重新审视自己的家园。从空中看到的景象给人以整体的印象 :海洋、云、沙漠、森林 ,以及一些人类活动的迹象都是整个地球系统的组成。因此 ,当科学的“地球系统”的范例被推演出来时 ,“地球飞船”就无疑地被大众所接受。而“地球系统”的概念则成为“世界变化”项目中的基础概念。在整个人类历史中 ,尤其是最近的 1 0 0到2 0 0年里 ,很明显地 ,人类只是“地球飞船”唯一的“乘客”。但现在 ,人类已从自己的“乘客”座位上走了出来 ,要作为这架飞船的“飞行员”。当我们…     

探索生命的未知--访中科院地质与地球物理研究所研究员刘小汉

人类从久远的年代就曾幻想出“嫦娥奔月”的美丽传说。随着历史的更迭与变迁,特别是进入当代社会的人类,对地球以外星球的探索更是与时俱进,从未停止过探索的脚步,取得了相当丰硕的成果。地球以外的星球上究竟有没有生命的存在?从其他星球坠落在地球上的陨石是否记录了某些生命的印痕?带着这些问题,笔者采访了曾六次到南极进行科学考察的中国科学院地质与地球物理研究所研究员、博士生导师刘小汉教授。刘小汉对陨石的研究可谓情有独钟。南极陨石能否揭示宇宙奥秘陨石是人类惟一可以得到的外太空物质,也是惟一研究太阳系形成原因的载体。其重…