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1、地球科學(xué)概論 張維杰 (地球科學(xué)與資源學(xué)院 ) 構(gòu)造地質(zhì)教研室 教二樓 232 Tel:13651230456 E-mail: 1 緒 論 一 、地球科學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容 二、地球科學(xué)的研究方法 三、研究地球科學(xué)的意義 四、地球科學(xué)的歷史與未來 五、課程學(xué)習(xí) 2 地球科學(xué)簡(jiǎn)稱地學(xué) 六大基礎(chǔ)自然科學(xué) - 數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、 天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)。 3 一、地球科學(xué)的研究對(duì)象 和研究?jī)?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?yàn)檠芯繉?duì)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(xué)： 是系統(tǒng)研究地球 物質(zhì)的組成、運(yùn)動(dòng)、時(shí)空演 化及其形成機(jī)制

2、的科學(xué)。 7 地球科學(xué) -理論性與應(yīng)用性并重的科學(xué)。 理論性 -揭示自然界奧秘與規(guī)律。為人類利用、 適應(yīng)和改造自然提供科學(xué)的方法論。 應(yīng)用性 -隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地球科學(xué)的研究 領(lǐng)域也不斷地深入和擴(kuò)展逐漸形成日臻 完善，多學(xué)科的綜合性學(xué)科體系。 科學(xué)分支 -地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地理學(xué)、 氣象學(xué)、水文學(xué)、海洋學(xué)、 土壤學(xué)、環(huán)境地學(xué)等學(xué)科 。 8 地質(zhì)學(xué) （ geology） :研究的對(duì)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(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括固體 地球（重點(diǎn)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(xué)科：

3、結(jié)晶學(xué)、礦 物學(xué)、巖石學(xué)等。 (2)研究地球 內(nèi)部構(gòu)造 方面的學(xué)科：構(gòu)造地質(zhì) 學(xué)、構(gòu)造物理學(xué)、區(qū)域構(gòu)造學(xué)、 地球動(dòng)力學(xué)等。 (3)研究地球的 形成演化 方面的學(xué)科：古生物 學(xué)、地層學(xué)、地史學(xué)、古地理學(xué)、地貌及第四紀(jì)地 質(zhì)學(xué)等。 10 應(yīng)用研究 研究地下資源 :礦床學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué) 、水文地質(zhì)學(xué)等； 研究地質(zhì)與人類生活環(huán)境及災(zāi)害防護(hù) :工程地質(zhì)學(xué) 此外還有一系列的 邊緣學(xué)科 。 11 二、地球科學(xué)的研究方法 12 研究方法取決于研究對(duì)象的特點(diǎn)。 地球作為其研究對(duì)象主要有以下特點(diǎn) (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(shí)間的漫長(zhǎng)性與瞬間性 (4)自然過程

4、的復(fù)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(xué)的研究方法取決于研究對(duì)象的特點(diǎn)。 地球作為其研究對(duì)象主要有以下特點(diǎn) (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(shí)間的漫長(zhǎng)性與瞬間性 (4)自然過程的復(fù)雜性與有序性 （ 5） 地球的封閉性與開放性 20 地球科學(xué) 特點(diǎn) ： (1)全球性和地域性 (2)時(shí)空尺度的差異性 (3)理論與實(shí)踐的密切結(jié)合性 (4)研究方法和研究?jī)?nèi)容的多學(xué) 科性 21 資料收集 (1) 野外調(diào)查 (2)儀器觀測(cè)、大地測(cè)量 (3)航空、航天和遙感技術(shù) (4)實(shí)驗(yàn)室分析、測(cè)試與科學(xué)實(shí)驗(yàn) 22 野外調(diào)

5、查 獲取野外第一手資料是地球 科學(xué)研究的起點(diǎn)和基礎(chǔ)。 23 24 25 26 27 28 29 儀器觀測(cè) 儀器觀測(cè)可獲得有關(guān)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(shù)的應(yīng)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 39 40 42 43 44 45 未來對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系 46 實(shí)驗(yàn)室分析 分析巖石礦物的化學(xué)成分 探測(cè)巖石礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 測(cè)定年齡 47 流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r 312.9 1.7Ma 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 數(shù)據(jù)庫 迅速編繪反映動(dòng)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(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(xué)數(shù)據(jù)處理 地質(zhì)人員可以自覺的利用平臺(tái)進(jìn)行 不同目標(biāo)的地質(zhì)內(nèi)容研究 1 2 3 地球系統(tǒng)的 三個(gè)觀測(cè)平臺(tái) 56 地球科學(xué)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(xì)的野外調(diào)查、儀器觀 測(cè)和收集已有的各種資料等。 (2)歸納、綜合和推論 對(duì)收集的資料進(jìn)行加 工

7、整理、歸納、綜合，利用地球科學(xué)的研究方 法和原理，作出符合客觀實(shí)際的推論。 (3)推論的驗(yàn)證 通過生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)實(shí)驗(yàn) 來證實(shí)或檢驗(yàn)推論，并在實(shí)踐的過程中不斷地 修正錯(cuò)誤，總結(jié)規(guī)律。 57 現(xiàn)實(shí)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(xué)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(xué)的研究意義 59 （一）理論意義： 地球科學(xué) 承擔(dān)著揭示整個(gè)地球的形成 、 演變規(guī)律的科學(xué)使命 。 當(dāng)代自然科學(xué)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(xué)密切相關(guān) 。 地球科學(xué)的研究 對(duì)人類正確地認(rèn)識(shí)

8、自然 界 、 建立辯證唯物主義世界觀起著重要作 用 。 對(duì)整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展也具有促進(jìn)和 推動(dòng)作用 。 60 超越自然科學(xué)本身 現(xiàn)代地球科學(xué) 已經(jīng)超越其自然科 學(xué)范疇 ， 與人類文化 、 文明的形 成相結(jié)合 ， 形成 “ 大科學(xué)體系 ” 青藏高原的形成 -人類文明的蘊(yùn) 育 -人類文化的形成有著某種內(nèi) 在的聯(lián)系 。 61 62 探索月球 探索宇宙 63 (二 ） 實(shí)際與應(yīng)用的意義 : 尋找、開發(fā)和利用自然資源 保護(hù)和改善自然環(huán)境 預(yù)報(bào)和減輕自然災(zāi)害 64 65 66 67 68 南津關(guān) 三斗坪 三 峽 壩 址 選 擇 69 70 71 72 73 74 地球科學(xué)歷史與未來 (一 )古代地球科學(xué)知

9、識(shí)的萌芽與積累 (1 世紀(jì)以前） 1、中國 禹貢 、 山海經(jīng) 、 管子 成書于 春秋戰(zhàn)國時(shí)代（公元前 770-221年 ) 水經(jīng)注 （ 512-518）。 夢(mèng)溪筆談 百科全書式的著作 （沈括， 1031-1095）。 75 徐霞客游記 考察紀(jì)實(shí)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(xué)思想、理論、 實(shí)踐、成就當(dāng)局世界前列。 為什么近代地球科學(xué)的一些主 要學(xué)科沒能在中國這片沃土上誕生？ 76 (一 )古代地球科學(xué)知識(shí)的萌芽與積累 (1 世紀(jì)以前） 2、國外 古代地質(zhì)知識(shí)的萌芽與積累主要集中在 歐洲 (1)古希臘學(xué)者 : 畢達(dá)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(xué) 論及化石、海陸升降、火山、地 震、河流的搬運(yùn)與沉積作用等 。 老普里尼（ Pliny the Elder） 自然史 （ 77年） 對(duì)礦物進(jìn)行專門論述， 包括當(dāng)時(shí)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(rèn)識(shí)到河流對(duì)山谷的侵蝕作用。 78 （ 3） 14-16世紀(jì)的“文藝復(fù)興”時(shí)期： 哥倫布、麥哲倫等 （ 14-16世紀(jì)）相繼環(huán)球航 海成功 地

11、球是球形、對(duì)大陸和大洋的輪廓 有了初步的了解。 哥白尼 天體運(yùn)動(dòng) （ 1530-1540年） 達(dá) 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(xué)之父” 79 (二 )地球科學(xué)的主要學(xué)科的創(chuàng)立與初步發(fā)展 (1 -19世紀(jì)） 地質(zhì)學(xué)的誕生 德國礦物學(xué)教授 魏爾納 （ A.G.Werner,1750-1817) 水成論 英國學(xué)者 郝屯 （ J.Hutton,1726-1797) 地球理論 火成論 法國學(xué)者 居維業(yè) （ D.G.Cuvier,1769-1832) 災(zāi)變論 法國學(xué)者 拉馬克 （ Lamar

12、k， 1744-1829） 均變論 80 英國地質(zhì)學(xué)家 萊伊爾 （ C.Lyell， 1791-1875） 地質(zhì)學(xué)原理 （共三卷） （ 1880） 劃時(shí)代的著作 81 (三 )地球科學(xué)的革命與全面發(fā)展 （ 20世紀(jì)至今 ） （ 1）“固定論”與“活定論”之爭(zhēng) （ 2）大陸漂移 -海底擴(kuò)張 -板塊構(gòu)造 （ 3）“地幔對(duì)流” （ 4）地幔柱“根” -“ 柱”構(gòu)造 （ 5）“系統(tǒng)地球科學(xué)” （ 6）全球構(gòu)造新概念 （ 7）各種高新技術(shù)的應(yīng)用 及地學(xué)交叉學(xué)科的興起 82 地球系統(tǒng)科學(xué)觀 83 地球是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng) requiring an integrated approach 84 地球科學(xué)以整體的

13、地球作為研究對(duì)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(huì)地球（人類活動(dòng)）和 行星地球（太陽系、銀河系）組成的 一個(gè)開放的復(fù)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(xué)研究： 地球系統(tǒng)科學(xué)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(xué)卷八 地球系統(tǒng)數(shù)字學(xué) 畢思文 編著 地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷七 數(shù)字地球 對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng) 畢思文 編著 地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷六 地球系統(tǒng)行星學(xué) 畢思文 編著 地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷五 地球系統(tǒng)物質(zhì)學(xué) 畢思文 編著

14、地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷四 地球系統(tǒng)力學(xué) 畢思文 編著 地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷三 地球系統(tǒng)構(gòu)造學(xué) 畢思文 編著 地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷二 地球系統(tǒng)復(fù)雜性 畢思文 編著 地質(zhì)出版社 地球系統(tǒng)科學(xué)卷一 88 (四 )地球科學(xué)的發(fā)展展望 應(yīng)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(huì)性” 保證人類社會(huì)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(jì)劃 (IGBP) 世界氣候研究計(jì)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(xué)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(xué) 地球系統(tǒng)： 從過程認(rèn)識(shí)到地球管理 2000-2015 91 一旦進(jìn)入到探索機(jī)理、追溯過 程的新層次，地球科學(xué)就成為引人 入勝、動(dòng)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(xué)界的有志之士去貢獻(xiàn)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(diǎn)及要求 （一）、課程特點(diǎn) 1、地學(xué)基礎(chǔ)課 2、課程體系 四大部分 地球的一般知識(shí)

16、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(diǎn) 基礎(chǔ)性強(qiáng)、圖表多、敘述性強(qiáng) 概念多、前后交叉 授課方式： 講課、實(shí)習(xí)、自學(xué) 理解記憶基本概念，分析、發(fā)現(xiàn)、 綜合歸納所學(xué)知識(shí)建立思維方式 104 學(xué)習(xí)方法及要求 發(fā)揮主觀能動(dòng)性； 思考、找問題； 聽講和討論、問題、記錄、記筆記 實(shí)習(xí)認(rèn)真觀察、自主填寫實(shí)習(xí)報(bào)告。 及時(shí)總結(jié)； 105 主 要 參 考 教 材 地球科學(xué) 概論 課堂 實(shí)習(xí)指導(dǎo)書 內(nèi)部教材 106 參考書 1999版 2004版 2001版 107 參考書 2004版 2000版 108 復(fù)習(xí)題： 地球科學(xué) 1從總的方面看地球科學(xué)的研究對(duì)象具有哪 些特點(diǎn) ?針對(duì)這些特點(diǎn)，在地質(zhì)學(xué)研究中采取 了哪些研究方法 ? 2研究地球科學(xué)有哪些重要的理論意義和實(shí) 際意義？ 109