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1、地球科學概論 張維杰 (地球科學與資源學院 ) 構造地質教研室 教二樓 232 Tel:13651230456 E-mail: 1 緒 論 一 、地球科學的研究對象和研究內容 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 和研究內容 4 5 生物的起源與演化、 生物體與地球環(huán)境之間的關系 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 物質的組成、運動、時空演 化及其形成機制

2、的科學。 7 地球科學 -理論性與應用性并重的科學。 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 -隨著科學技術的發(fā)展，地球科學的研究 領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。 地質學的研究內容主要包括固體 地球（重點是地殼或巖石圈）的物質 組成、內部構造和形成演化歷史。 9 理論研究 (1)研究地球的 物質組成 方面的學科：

3、結晶學、礦 物學、巖石學等。 (2)研究地球 內部構造 方面的學科：構造地質 學、構造物理學、區(qū)域構造學、 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 質學等。 10 應用研究 研究地下資源 :礦床學、石油地質學、煤田地質學 、水文地質學等； 研究地質與人類生活環(huán)境及災害防護 :工程地質學 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

4、的復雜性與有序性 （ 5） 地球的封閉性與開放性 13 14 15 16 17 18 19 地球科學的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 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合性 (4)研究方法和研究內容的多學 科性 21 資料收集 (1) 野外調查 (2)儀器觀測、大地測量 (3)航空、航天和遙感技術 (4)實驗室分析、測試與科學實驗 22 野外調

5、查 獲取野外第一手資料是地球 科學研究的起點和基礎。 23 24 25 26 27 28 29 儀器觀測 儀器觀測可獲得有關地球的 定量參數(shù)及地球的深部信息 30 31 32 33 34 35 36 37 航空航天技術的應用 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 航空航天遙感技術 38 美國： GPS 俄羅斯： 格洛 納斯 歐洲： 伽利略 中國： 北斗 39 40 42 43 44 45 未來對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)結構體系 46 實驗室分析 分析巖石礦物的化學成分 探測巖石礦物的內部結構 測定年齡 47 流紋質熔結凝灰?guī)r 312.9 1.7Ma 計算機技術的應用 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

6、球 (Digital Earth) 49 51 52 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 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 地質人員可以自覺的利用平臺進行 不同目標的地質內容研究 1 2 3 地球系統(tǒng)的 三個觀測平臺 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

7、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 英國地質學家萊伊爾 (C. Lyell, 1791 1875) 資料的綜合分析、歸納、推理 58 三、地球科學的研究意義 59 （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 。 地球科學的研究 對人類正確地認識

8、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 在的聯(lián)系 。 61 62 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 64 65 66 67 68 南津關 三斗坪 三 峽 壩 址 選 擇 69 70 71 72 73 74 地球科學歷史與未來 (一 )古代地球科學知

9、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 ) 亞里士多德 (

10、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

11、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 （ 1530-1540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 （ Lamar

12、k， 1744-1829） 均變論 80 英國地質學家 萊伊爾 （ C.Lyell， 1791-1875） 地質學原理 （共三卷） （ 1880） 劃時代的著作 81 (三 )地球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 -板塊構造 （ 3）“地幔對流” （ 4）地幔柱“根” -“ 柱”構造 （ 5）“系統(tǒng)地球科學” （ 6）全球構造新概念 （ 7）各種高新技術的應用 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 approach 84 地球科學以整體的

13、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 System)。 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 地質出版社 地球系統(tǒng)科學卷七 數(shù)字地球 對地觀測系統(tǒng) 畢思文 編著 地質出版社 地球系統(tǒng)科學卷六 地球系統(tǒng)行星學 畢思文 編著 地質出版社 地球系統(tǒng)科學卷五 地球系統(tǒng)物質學 畢思文 編著

14、地質出版社 地球系統(tǒng)科學卷四 地球系統(tǒng)力學 畢思文 編著 地質出版社 地球系統(tǒng)科學卷三 地球系統(tǒng)構造學 畢思文 編著 地質出版社 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 應用各種高新技術向縱深、交叉、 系統(tǒng)型發(fā)展。 由“資源型”轉向“社會性” 保證人類社會的可持續(xù)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 90 GEOTECHNOLOGIE Das

15、“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 2000-2015 91 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 92 94 95 96 97 98 99 100 101 102 五、本課程特點及要求 （一）、課程特點 1、地學基礎課 2、課程體系 四大部分 地球的一般知識

16、介紹 地球表層地質作用 地球內部地質作用 地球的形成、演化、資源與環(huán)境 103 課程特點 基礎性強、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 104 學習方法及要求 發(fā)揮主觀能動性； 思考、找問題； 聽講和討論、問題、記錄、記筆記 實習認真觀察、自主填寫實習報告。 及時總結； 105 主 要 參 考 教 材 地球科學 概論 課堂 實習指導書 內部教材 106 參考書 1999版 2004版 2001版 107 參考書 2004版 2000版 108 復習題： 地球科學 1從總的方面看地球科學的研究對象具有哪 些特點 ?針對這些特點，在地質學研究中采取 了哪些研究方法 ? 2研究地球科學有哪些重要的理論意義和實 際意義？ 109