1、1n 从人类诞生以来，从未停止探索地球奥秘的从人类诞生以来，从未停止探索地球奥秘的步伐，但仍远不能达到预防自然灾害、消除步伐，但仍远不能达到预防自然灾害、消除巨大损失的目的。人类对地球的开发、利用巨大损失的目的。人类对地球的开发、利用、探索研究活动由来已久，、探索研究活动由来已久， 地质学、地理学地质学、地理学、气象学、海洋学、气象学、海洋学 和生态学和生态学 都有悠久历史，都有悠久历史，但这些已形成系统研究方法和知识体系的专但这些已形成系统研究方法和知识体系的专门学科，已经不能适应新形势下的需要。鉴门学科，已经不能适应新形势下的需要。鉴于地球各个圈层间复杂而微妙的相互作用，于地球各个圈层间复
2、杂而微妙的相互作用，地球系统科学地球系统科学 自然应运而生。自然应运而生。2n 从研究从研究 包括人类在内的地球系统包括人类在内的地球系统 角度研究角度研究人类和人类和 地球地球 表层关系产生表层关系产生 地球系统科学地球系统科学 。n 从从 环境质量演化的角度环境质量演化的角度 研究人类和研究人类和 地球地球 的的关系及地球的变化产生了关系及地球的变化产生了 环境科学环境科学 。n 从从 生物的生存环境生物的生存环境 角度研究角度研究 地球地球 的变化产的变化产生了生了 生态学生态学 。n 研究对象一致，研究角度不同，三者研究研究对象一致，研究角度不同，三者研究领域既有交叉又有差异。领域既有
3、交叉又有差异。3目录n 地球系统科地球系统科学学n 生态学生态学n 环境科学环境科学三门具有密切三门具有密切的内在联系而的内在联系而又不能互相替又不能互相替代的姊妹科学代的姊妹科学48.1 地球系统科学地球系统科学n 地球系统科学的创立地球系统科学的创立n 地球系统科学的研究对象及发展趋势地球系统科学的研究对象及发展趋势从研究从研究 包括人类在内的地球系统包括人类在内的地球系统 角度研角度研究人类和究人类和 地球地球 表层表层 关系关系 产生产生 地球系统科学地球系统科学。58.1.1 地球系统科学的创立地球系统科学的创立n 地球系统科学最早由美国国家航空与宇航管理局（地球系统科学最早由美国国
4、家航空与宇航管理局（NASA） 1983年提出。年提出。 20世纪世纪 80年代中期以来，地球年代中期以来，地球科学发展迅猛，科学家明确提出物理过程与生物过程科学发展迅猛，科学家明确提出物理过程与生物过程相互作用的观点，进而形成了相互作用的观点，进而形成了 “地球系统地球系统 ”思想。思想。 90年年代，这一观点成为地学界共识，美、英、日等国纷纷代，这一观点成为地学界共识，美、英、日等国纷纷制定相关计划，这一学科得以确立并蓬勃发展起来。制定相关计划，这一学科得以确立并蓬勃发展起来。n 1992年美国年美国 22所大学将地球系统科学教育纳入课程之所大学将地球系统科学教育纳入课程之内；内；n 与此
5、同时，联合国与此同时，联合国 21世纪议程世纪议程 将地球科学作为可将地球科学作为可持续发展战略的科学基础之一。持续发展战略的科学基础之一。6n 德国联邦政府与德国科学基金会、美国德国联邦政府与德国科学基金会、美国国家科学基金会相继投入巨资，拟定了国家科学基金会相继投入巨资，拟定了分别为期分别为期 15年和年和 10年的年的 “地球工程学地球工程学 地地球系统球系统 ”等大型研究计划。等大型研究计划。 7n 2001年月，中国科学院院长路甬祥把对年月，中国科学院院长路甬祥把对 “地球系地球系统整体行为的集成研究统整体行为的集成研究 ”列为新世纪科学家要勇敢列为新世纪科学家要勇敢面对的第九大挑战
6、。面对的第九大挑战。n 2002年年 10月温家宝同志在中国地质学会月温家宝同志在中国地质学会 80周年纪周年纪念大会上讲话时也强调，必须实现念大会上讲话时也强调，必须实现 “传统地质工作传统地质工作向以向以 地球系统科学地球系统科学 为核心内容的现代地质工作为核心内容的现代地质工作 ”的转变。的转变。n 我国自然科学基金委地学部也于我国自然科学基金委地学部也于 2002年年 3月提出月提出了了 21世纪初的地球科学战略重点，拟定了世纪初的地球科学战略重点，拟定了 “以地球以地球系统各圈层的相互作用为主线，从我国具有优势系统各圈层的相互作用为主线，从我国具有优势的前沿领域寻找主攻目标的前沿领域
7、寻找主攻目标 ”的的 “十五十五 ”优先资助领域优先资助领域战略。战略。 88.1.2 地球系统科学的研究对象及地球系统科学的研究对象及发展趋势发展趋势n 一、研究对象一、研究对象大气圈大气圈水水 圈圈岩石圈岩石圈生物圈生物圈主要研究组成的地球表层系统，探讨各个圈层相互主要研究组成的地球表层系统，探讨各个圈层相互作用的体制，分析人类活动引起的生态环境变化，提作用的体制，分析人类活动引起的生态环境变化，提高地球系统的生命承载能力。高地球系统的生命承载能力。地球系统科学地球系统科学9n 地球系统科学中时间尺度是一个关键指标。对地球系统科学中时间尺度是一个关键指标。对地球上的生物存在威胁的诸如气候变
8、化、大气地球上的生物存在威胁的诸如气候变化、大气成份变化，土地覆盖变化等，成份变化，土地覆盖变化等， 10年到年到 100年的时年的时间尺度间尺度 尤为重要。尤为重要。n 由于方法的限制，传统的地质、海洋、地理科由于方法的限制，传统的地质、海洋、地理科学只能基于长时间尺度或定时预测。虽然，水学只能基于长时间尺度或定时预测。虽然，水文、气象基于物理客观规律，但是，也只能实文、气象基于物理客观规律，但是，也只能实现以天、旬为时间尺度的预测。上述两类时间现以天、旬为时间尺度的预测。上述两类时间尺度的研究均未能建立起时间尺度为尺度的研究均未能建立起时间尺度为 50年的理年的理论体系；而生物过程的时间尺度既可以放大，论体系；而生物过程的时间尺度既可以放大，也可以缩小，其时间尺度必须基于地球系统科也可以缩小，其时间尺度必须基于地球系统科学。学。 10
