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地球科学概论张维杰(地球科学与资源学院)构造地质教研室教二楼232Tel:13651230456E-mail:zhwj@cugb.edu.cn1绪论一、地球科学的研究对象和研究内容二、地球科学的研究方法三、研究地球科学的意义四、地球科学的历史与未来五、课程学习2地球科学简称地学六大基础自然科学--数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学。3一、地球科学的研究对象和研究内容45生物的起源与演化、生物体与地球环境之间的关系以地球为研究对象地球表面形态和固体地球本身气体-大气圈水体-水圈6地球科学：是系统研究地球物质的组成、运动、时空演化及其形成机制的科学。7地球科学--理论性与应用性并重的科学。理论性--揭示自然界奥秘与规律。为人类利用、适应和改造自然提供科学的方法论。应用性--随着科学技术的发展，地球科学的研究领域也不断地深入和扩展逐渐形成日臻完善，多学科的综合性学科体系。科学分支--地质学、地球物理学、地理学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科。8地质学（geology）:研究的对象是固体地球。主要是研究固体地球的表层——地壳或岩石圈。地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组成、内部构造和形成演化历史。9理论研究(1)研究地球的物质组成方面的学科：结晶学、矿物学、岩石学等。(2)研究地球内部构造方面的学科：构造地质学、构造物理学、区域构造学、地球动力学等。(3)研究地球的形成演化方面的学科：古生物学、地层学、地史学、古地理学、地貌及第四纪地质学等。10应用研究研究地下资源:矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；研究地质与人类生活环境及灾害防护:工程地质学此外还有一系列的边缘学科。11二、地球科学的研究方法12研究方法取决于研究对象的特点。地球作为其研究对象主要有以下特点(1)空间的广泛性与微观性(2)整体性与分异性(或差异性)(3)时间的漫长性与瞬间性(4)自然过程的复杂性与有序性（5）地球的封闭性与开放性13141516171819地球科学的研究方法取决于研究对象的特点。地球作为其研究对象主要有以下特点(1)空间的广泛性与微观性(2)整体性与分异性(或差异性)(3)时间的漫长性与瞬间性(4)自然过程的复杂性与有序性（5）地球的封闭性与开放性20地球科学特点：(1)全球性和地域性(2)时空尺度的差异性(3)理论与实践的密切结合性(4)研究方法和研究内容的多学科性21资料收集(1)野外调查(2)仪器观测、大地测量(3)航空、航天和遥感技术(4)实验室分析、测试与科学实验22野外调查获取野外第一手资料是地球科学研究的起点和基础。23242526272829仪器观测•仪器观测可获得有关地球的定量参数及地球的深部信息3031323334353637航空航天技术的应用•全球卫星定位系统•航空航天遥感技术38美国：GPS俄罗斯：格洛纳斯欧洲：伽利略中国：北斗394042434445未来对地观测卫星系统结构体系46实验室分析•分析岩石矿物的化学成分•探测岩石矿物的内部结构•测定年龄47流纹质熔结凝灰岩312.9±1.7Ma计算机技术的应用•数据库•迅速编绘反映动态变化的图件•模拟演化过程•数字地球(DigitalEarth)495152传统的野外记录本大量描述性信息与素描图传统野外25万区调数据采集现状数字填图发展现状RGMAP图6-16民和三唯可视化地球化学数据处理地质人员可以自觉的利用平台进行不同目标的地质内容研究123地球系统的三个观测平台56地球科学研究的工作方法(1)资料收集根据所要研究和解决的问题，尽可能客观、详尽和系统地收集各种有关的数据、样品和其它资料。资料的来源包括详细的野外调查、仪器观测和收集已有的各种资料等。(2)归纳、综合和推论对收集的资料进行加工整理、归纳、综合，利用地球科学的研究方法和原理，作出符合客观实际的推论。(3)推论的验证通过生产实践或科学实验来证实或检验推论，并在实践的过程中不断地修正错误，总结规律。57现实主义原理（将今论古或历史比较法）现在是了解过去的钥匙－英国地质学家莱伊尔(C.Lyell,1791～1875)资料的综合分析、归纳、推理58三、地球科学的研究意义59（一）理论意义：地球科学承担着揭示整个地球的形成、演变规律的科学使命。当代自然科学的一些重大基本理论问题：天体的起源、生命的起源等问题的解决也与地球科学密切相关。地球科学的研究对人类正确地认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用。对整个自然科学的发展也具有促进和推动作用。60超越自然科学本身现代地球科学已经超越其自然科学范畴，与人类文化、文明的形成相结合，形成“大科学体系”•青藏高原的形成-人类文明的蕴育-人类文化的形成有着某种内在的联系。6162探索月球探索宇宙63(二）实际与应用的意义:•寻找、开发和利用自然资源•保护和改善自然环境•预报和减轻自然灾害6465666768南津关三斗坪三峡坝址选择697071727374地球科学历史与未来(一)古代地球科学知识的萌芽与积累(1７世纪以前）1、中国《禹贡》、《山海经》、《管子》成书于春秋战国时代（公元前770-221年)《水经注》（512-518）。《梦溪笔谈》——百科全书式的著作（沈括，1031-1095）。75《徐霞客游记》——考察纪实型著作《天工开物》——矿床及其开采方法的专著我国古代地球科学思想、理论、实践、成就当局世界前列。为什么近代地球科学的一些主要学科没能在中国这片沃土上诞生？76(一)古代地球科学知识的萌芽与积累(1７世纪以前）2、国外古代地质知识的萌芽与积累主要集中在欧洲(1)古希腊学者:毕达哥拉斯(约公元前571-497年)亚里士多德(公元前384-342年)狄奥弗拉斯特(公元前370-287年)77(2)古罗马:斯特拉波(Strabo,公元前63-公元20年)——《地理学》论及化石、海陆升降、火山、地震、河流的搬运与沉积作用等。老普里尼（PlinytheElder）——《自然史》（77年）对矿物进行专门论述，包括当时使用的各种矿物、建筑用石材、矿石及矿床、采矿及冶金方法等。西尼卡（Seneca）——《自然问题》论述了地震、地下水和地面水问题，认识到河流对山谷的侵蚀作用。78（3）14-16世纪的“文艺复兴”时期：哥伦布、麦哲伦等（14-16世纪）相继环球航海成功——地球是球形、对大陆和大洋的轮廓有了初步的了解。哥白尼——《天体运动》（1530-1540年）——达·芬奇（1452-1519年）—由化石观察研究海陆变迁。阿格里柯拉（Agricola,1494-1555年）——七部地质专著——“矿物学之父”79(二)地球科学的主要学科的创立与初步发展(1７-19世纪）——地质学的诞生德国矿物学教授魏尔纳（A.G.Werner,1750-1817)——水成论英国学者郝屯（J.Hutton,1726-1797)——《地球理论》——火成论法国学者居维业（D.G.Cuvier,1769-1832)——灾变论法国学者拉马克（Lamark，1744-1829）——均变论80英国地质学家莱伊尔（C.Lyell，1791-1875）——《地质学原理》（共三卷）（1880）——划时代的著作81(三)地球科学的革命与全面发展（20世纪至今）（1）“固定论”与“活定论”之争（2）大陆漂移-海底扩张-板块构造（3）“地幔对流”（4）地幔柱－“根”-“柱”构造（5）“系统地球科学”（6）全球构造新概念（7）各种高新技术的应用及地学交叉学科的兴起82地球系统科学观83地球是一个复杂的系统requiringanintegratedapproach84地球科学以整体的地球作为研究对象,包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围,是由固体地球(岩石圈）、流体地球（大气圈、水圈、土壤圈、生物圈）、社会地球（人类活动）和行星地球（太阳系、银河系）组成的一个开放的复杂巨系统，称为地球系统(Earth’sSystem)。858687我国地球系统科学研究：地球系统科学与可持续发展毕思文著地质出版社地球系统科学卷八——地球系统数字学毕思文编著地质出版社地球系统科学卷七数字地球对地观测系统毕思文编著地质出版社地球系统科学卷六地球系统行星学毕思文编著地质出版社地球系统科学卷五地球系统物质学毕思文编著地质出版社地球系统科学卷四地球系统力学毕思文编著地质出版社地球系统科学卷三地球系统构造学毕思文编著地质出版社地球系统科学卷二地球系统复杂性毕思文编著地质出版社地球系统科学卷一88(四)地球科学的发展展望•应用各种高新技术向纵深、交叉、系统型发展。•由“资源型”转向“社会性”•保证人类社会的可持续发展89气候系统的物理方面水循环国际地圈—生物圈计划(IGBP)世界气候研究计划(WCRP)全球变化地球系统的生物方面碳循环(生物地球化学循环)陆地海洋大气90GEOTECHNOLOGIE－Das“SystemErde”:VomProzessverstaendniszumErdmanagement地球工程科学－地球系统：从过程认识到地球管理2000-201591一旦进入到探索机理、追溯过程的新层次，地球科学就成为引人入胜、动人心弦的事情，内中情趣决不下于侦探案件。地球系统充满了丰富多彩的待破案件和未解之谜，它们不仅是科幻作品的绝妙素材，更足以吸引科学界的有志之士去贡献自己的聪明才智。－－－汪品先92949596979899100101102五、本课程特点及要求（一）、课程特点1、地学基础课2、课程体系——四大部分•地球的一般知识介绍•地球表层地质作用•地球内部地质作用•地球的形成、演化、资源与环境103课程特点基础性强、图表多、叙述性强概念多、前后交叉授课方式：讲课、实习、自学理解记忆基本概念，分析、发现、综合归纳所学知识建立思维方式104学习方法及要求发挥主观能动性；思考、找问题；听讲和讨论、问题、记录、记笔记实习认真观察、自主填写实习报告。及时总结；105主要参考教材《地球科学概论》课堂实习指导书－内部教材106参考书1999版2004版2001版107参考书2004版2000版108复习题：地球科学1．从总的方面看地球科学的研究对象具有哪些特点?针对这些特点，在地质学研究中采取了哪些研究方法?2．研究地球科学有哪些重要的理论意义和实际意义？109