绪 论[教学目的] ①使学生了解地学的内涵及其发展简史； ②使学生了解当前科学技术，特别是地学领域科学技术研究的发展动态和趋势； ③使学生掌握现代地质学的特征及其学科体系。 [教学重点] ①地学发展的三大阶段； ②现代地质学的特征及发展趋势。 [教学步骤] 课内安排4个学时，其中讲授2个学时，讨论2个学时。要求课外阅读相关文献资料，进一步加深对课堂所学内容的理解。 [参考文献] C.C.Gillispie. Genesis and Geology. (《创世纪》与地质学，江西教育出版社，1999) 赵显明，王建吉.科技五千年.红旗出版社，1997 吴光宗，戴桂康.现代科学技术革命与当代社会.北京航空航天大学出版社,1995 广义地质学是以固体地球的物质组成、结构和演化为研究对象的科学。地质学所讨论的范围包括地表地文特征和矿物、岩石的研究，并且努力阐明现在正在进行的、历史上曾经发生过的和将来要发生的地质作用及其对地球的改造的过程。 地球科学家们用200年左右的时间建立了广义地质学的理论体系，这个科学体系使我们可以从宏观的全球背景上去认识行星地球，可以使我们从分子和原子的尺度上去认识微观的物质存在与运动以及它们在地球整体框架中所表达的物理化学体系。 一、地学发展的三大阶段地学是一门最古老的科学，同时也是最年轻的科学。 地学的发端相当古老，在遥远的古代，人们从对地震灾害和火山喷发的观察，到对河流的改道和洪水泛滥的记载，积累了大量的地球科学各方面的丰富知识，形成了最早的地球科学的萌芽。 闻名世界的四大文明古国，对地球科学都有过重大的贡献。在古巴比伦的陶片上，描绘着世界最早的地图；在古印度的文献中，记载着恒河三角洲的成因；在中国古老的《易经》上，中国古代的学者早就提出了“仰以观于天文，俯以察于地理”。而古埃及人早在公元前2000多年前就提出了地球上曾经发生过大洪水的灾难，这不仅是后来基督教的《圣经》中诺亚洪水传说的来源，同时也是人类第一次提出的地球上的大规模的灾变。 地学的理论相当年轻。包括著名的“大陆漂移说”在内许多理论至今也没有发展成为真正成熟的理论，仍然不过是一种假说。 1. 博物态科学时代——朦胧地学阶段
自人类在地球上出现以来，就在与地球打交道的过程中萌芽和积累了地学知识。有五千年文明史的中华民族对地学现象早有认知。 在古希腊时代，对地质变化的最早记载是古希腊哲学家柏拉图的《克利蒂亚斯》。按柏拉图（公元前427年生于雅典）的描述，在地中海海岸不远处有个美丽的岛国——亚特兰蒂斯，早在古希腊文明出现之前，这个岛国就已非常发达：“商船聚积，人声喧嚷，不分昼夜，热闹非凡。”但由于这里人们的生活过于腐化、堕落引起了神的强烈不满，于是引发了强烈的地震、洪水和火山喷发，一夜之间这个岛国就沉没到了海底。 最早对各种复杂的地质现象进行解释的是柏拉图的学生，古希腊最伟大的学者亚里士多德（公元前384年出生于希腊北方的斯吉塔拉城，公元前322年病逝）。 亚里士多德也明确地提出古代发生过大面积的洪水，给人类带来了极大的灾难。他还是第一个提出海陆变迁的人，认为地球上海洋与陆地的分布也是不断变化的：“陆地与海洋的分布不是永恒的，是过去的陆地变成了海洋。” 公元前232年，阿基米德被罗马士兵杀害，罗马人征服希腊；又过了几十年，出兵占领了美索不达米亚平原，巴比伦文明不复存在；公元392年， 然而，在这一时期，中国自然科学经过三个高峰期（公元前800年到公元200年前后的春秋战国时期、汉隋、盛唐到宋元），在这2000多年的时间里，在数学、物理、化学、天文、生物、地质、医学以及其他科学技术领域中达到世界最高水平。先秦时期，在《山海经》等14部著作中就涉及了矿产、矿床、矿物药学、宝玉石、自然地理、土壤、水文与水利、地图等许多方面的内容。以《管子》“地数”篇为例，其中就专论了金属矿床的共生关系：“山上有赭，其下有铁；山上有磁石，其下有金；山上有陵石，其下有铅、锡、赤铜；山上有铅，其下有银；山上有银，其下有丹；山上有丹砂，其下有黄金”。北宋的沈括（1031-1095）在他的《梦溪笔谈》中对近千年的科学技术成果进行了杰出的总结和发展，把我国古代科学技术水平提高到了一个崭新的阶段。 沈括“将今论古”的思维方法较赫顿（1726年生于苏格兰，“近代地质学之父”）早约700年，他关于化石和海陆变迁的认识较达芬奇（1517年手稿）早400年。 但这一阶段只是反映了一些地学现象，主要有矿、矿石、地理、地貌、地形、水文、地震、天文、气象等。地理学的主流是“博杂派”(没有专门的学科分类且论述的内容比较庞杂如各种地方志)，如我国春秋战国时期的《山海经》、《禹贡》、《尔雅》等及后魏郦道元的《水经注》等；另一流派可称为“宇宙派”（研究范围比上一学派较广且有近代的科学研究方法），这方面最早的著作是埃拉托色尼(Eratosthenes，273—192BC)的《地理学》，他首先用几何方法测出了地球经线大圆长约 在这一阶段出现的观点和地学知识都具有零散的、朴素的、直观的甚至带有某些猜测和思辩的性质，限于历史条件还不能形成系统的理论，谈不到具有学科意义，更构不成科学体系。 2. 解析态科学时代——近代地学阶段
随着14～16世纪的的欧洲“文艺复兴运动”，人们的思想开始从神学思想的禁锢中解放出来。近代科学：数、理、化、天、地、生六大领域得以分立，并在显微镜、望远镜等多种观测、实验手段的推进下，各领域都在本领域的学科分解和建设方面做出了巨大的贡献，总体创建了“近代解析态科学时代”。 1669年斯蒂若(N.Teno)提出了地层的“原始水平定律”和“地层层序律”，地质学开始从地理学中分出。 地质学作为一门科学的出现，是在进入18世纪以后，受社会变革和产业革命直接推动的结果。当时工业迅速发展，对原料基地和矿物资源提出了更多的需求，致使许多自然科学家改变传统的工作方式纷纷走向大自然进行实地勘察，地质学则在这种条件下应运而生。地质学作为一门新的学科，最先是从三个方向上发展起来的，即矿物学、古生物学和地层学。这三个部分，构成了作为当时地质学三大理论支柱的静态地质学、历史地质学的基础，后来英国地质学家莱伊尔又丰富完善了动态地质学，从而形成了经典地质学的理论体系。 1795年英国地质学家赫顿发表《地球学说》，以超自然神力的灾变论为主导的地质史观被以地质进化论(均变论)为主导的地质史观所代替。这是地质观念的一次根本性变化，是地学发展的一次革命。 近代地质学，特别是工业革命以来的近代地学，以服务于矿产资源的需求为第一主题，同时受学科发展内动力的导向，使地学首先在地质学和地理学两大分科获得支脉繁衍的发展，随后是大气科学和海洋科学，再后是地球化学、地球物理、日地空间科学等完整学科体系的建立。上述天、地、生、数、理、化六大学科以至地学内部，至20世纪中叶，各自发展的着力点主要在各自的知识体系的完善和细化，以求细分科本身的完美和细功能的发挥。 在这个比较漫长的地质学发展阶段中，先后形成了一批地学学科，构成了地学科学的基本框架。主要有矿物学(结晶矿物学、晶体矿物学)、岩石学(水成岩、火成岩、变质岩)、古生物学、地层学、地史学、沉积学、矿床学、构造地质学、地球化学、地球物理学等，同时产生了一批应用地质学科，如煤田地质学、油气地质学、地震地质学、水文地质学、工程地质学、矿山地质学等。这—阶段形成了地质学研究的基本方法，同时借鉴其他自然科学的研究成果和技术发明，丰富发展了地质研究的技术手段。 这一阶段地质学家逐步重视学科的综合研究和交叉渗透，产生了一些在一段时期具有主导地位的学术思想。如以“地槽说”为代表的固定论。19世纪末和20世纪初叶，出现了活动论的学术思想，并酝酿着固定论向活动论的巨大转变。但总体上说，这一阶段的地学科学研究对象主要是大陆，是站在大陆上谈全球问题，而没有顾及占地球表面3／4的海洋。 至20世纪30年代，地球整体的基本圈层结构才得以最终确立，把从太阳至地心的日地空间分为高空圈、大气圈、水圈、生命圈、土岩圈、地壳、地幔、地核。近代地学在强调以研究对象为主的科学分科思想下，逐步建立和发展了日地空间学（以太阳为对象）、物理学（高空圈）、大气学、海洋学和陆地水文学、地理学（生命圈）、地质学（土岩圈、地壳）、地球物理学（地幔）、地球化学（地核）。 在这一阶段，地质学在激烈争论中发展： 第一次是“水成论”与“火成论”之争。魏尔纳(A.G.Werner,1750—1817年)提出一切岩石都是在水中形成的。火成论者的代表是赫顿(J.Hutton,1726—1797年)，他于1795年出版了《地球理论》一书，到18世纪末形成了“火胜水败”的局面。 第二次是“灾变论”与“渐变论”之争。“渐变论”倡导者莱伊尔(Lyell,1797—1875年)发表了《地质学原理》巨著，提出了“现在是理解过去的钥匙”(将今论古)的著名原理。达尔文(C.R.Darwin,1809—1882年)将莱伊尔的方法与生物演化的观测事实相结合, 写成了《物种起源》一书，建立了“进化论”学说。至此在地球科学的发展史中，实现了赫顿—莱伊尔—达尔文的地球科学革命，否定了居维叶于19世纪上半叶提出的“突变论”。 近代地学时代以认识地球各种物质相态的展布及其地史变动规律为主，以比较单一的社会需求——资源、能源为社会导向，同时地学的技术和方法学的发展也还比较初步。所以自然地形成了那个时代的封闭性学科组合。 至20世纪初，地球科学的分化速度达到了高峰。地球物理、地球化学、气象学、海洋学等相继被从母体学科中分离出来。人们对地球的研究愈来愈专门和细致，取得了前所未有的突飞猛进。但事物总是“一分为二”,随着学科的一步步细化，各门学科本身的一些深层次问题(如气候学中的气候预测问题)，仅靠本门学科已无法得到解决。于是学科之间的相互渗透、相互融合悄然出现。所以说事物是在矛盾中不断的发展的，地质学也不会例外。 如今是现代地学时代的初创阶段，既要考虑近代地学学科框架的继承发展的必要性，但更重要的是体现现代地学科学使命的导向。 3. 综合态科学时代——现代地学阶段“天下大事，合久必分，分久必合”。地球科学的研究史似乎也遵从这一规律。20世纪50年代以来(或许也可用1957年首次人造地球卫星上天作为标记)，人们的眼光豁然开朗，各种交叉学科不断涌现，标志着综合态科学时代的到来。 第二次世界大战以后，人类共有的愿望是和平，是发展；以应用于军事科技为特征之一的现代高新技术获得“雨后春笋”般的成批涌现；人口爆炸引致人类生存与自然之间矛盾的空前尖锐而亮出“资源、环境、灾害”三张黄牌；这些强大的科学基础和社会动力，都促使近代地学发生一系列重大变化，一个由解析态近代地学进入综合态现代地学的新时代已经开始。 20世纪初，魏格纳《海陆的起源》一书的发表，吹响了地学革命的号角。到20世纪60年代，人们彻底放弃海陆位置固定不变的思想，接受了地球表面有大规模水平位移的新思想，形成了现代地质学以活动论为指导思想的、以地球动力学一固体物理地质学一化学地质学一生物地质学为主要骨架的新的理论体系。 20世纪中叶，海底扩张说和板块学说的建立，是地球科学观念的根本变革。它改写了长期以来以大陆地质为主要研究对象的地质学历史，把大陆与海洋以及深部地质、前寒武纪地质都囊括在其研究领域之内，开拓了地球整体性、综合性研究的新时代。 在这一阶段，地学学科有了很大的发展。传统的地学学科依然保持着旺盛的生命力，继续成为地学发展的重要基础学科。同时新兴、交叉、边缘学科大量涌现，有的很快成为加速地学发展的骨干支撑学科。譬如，地球物理学与应用地球物理学、同位素地质学、遥感地质学、地球化学、地震地质学、地热地质学、数学地质学、大地测量学、古地理学、海洋地质学、地质力学、高温高压实验、超深钻探技术及其他地球探测技术等。同时产生了一些以跨学科综合研究为特点的横断学科。如：板块构造学、深部地质学、前寒武纪地质学、第四纪地质学等。 值得特别指出的是，进入20世纪90年代以来．地球科学研究的主体和客体均发生了比较明显的变化，预示着地球科学发展进入了一个新的时期。地球科学研究的主体比较强烈地受到了世界新技术革命的影响，大量掌握了信息科学、系统科学的基本思想和方法，开阔了研究视野，充实了更为尖端先进的高科技手段，使得我们对地球的研究有可能深化。地球科学的客体在从大陆延展到海洋，从地表延伸到深部的同时，也从资源延伸到了在可持续发展思想指导下的资源、环境、灾害等与人类社会协调发展问题。 20世纪80年代后期，地球科学家提出了“地球系统”的概念。这是地球科学各分支相互融合的最高层次。相信今后相当一段时间,“地球系统科学”是地学研究的主流，当然它并不排斥各分支学科继续深入解剖本学科的难题，因为二者是相互促进的。 二、现代地学的学科体系科学体系是指人们在对某学科领域认识或探索的基础上，依据已经认识的一些规律之间的联系，建立起来的一个由概念、公理、规律(定律)以及分支学科所构成的一个系统。 显然，地学是自然科学的一大分支，构成一个相对独立的科学体系。由于我们对地学科学的认识和探索的深度是随着时间发展的，因而对于地学学科体系的归纳、总结和定义也是随着认识程度的加深而不断深化的。
在20世纪中叶以前，地质研究的主要目的是满足人们认识地球的欲望以及工业迅速发展对原料和矿物资源的需求，由于技术条件制约，研究范围比较局限。 20世纪中叶~20世纪90年代，地球科学突飞猛进，空前地加强了对日地空间、地球深部、海洋和极区的探索，形成了较为完整的、以“上天、入地、下海”为特征的、内容丰富的学科知识体系，大大提高了对地球的认识；开创了以解决重大科学问题为导向、时空尺度复杂多样(从矿物的原子到行星地球，从瞬间地震过程到几十亿年地球演化过程)、多学科交叉综合和广泛应用高新技术的研究格局。地球科学及其各分支学科的成就，为人类社会的进步创造了辉煌的业绩。 20世纪90年代以来，地学研究不仅在维持足够的资源供给及其持续利用、减轻自然灾害所造成的损失，保护和改善环境、促进生态系统良性循环、协调人与自然的关系、保障经济和社会的整体发展、提高人类生活质量、增强政府科学决策与管理能力等方面做出了重大贡献，而且深刻地揭示了人类活动对自然环境影响的严重程度以至于威胁人类自身生存的事实，从而引起人们日益关注人类与自然因素相互作用对生存环境的影响。以对地球的整体性研究为特征、以人类社会可持续发展为目标的地球系统科学应运而生。 地学学科体系及其与其他科学学科的关系见图2。 图2 地学学科体系 马宗晋院士认为，应将地球科学按地球理学、地球工学和社会地球学分列三组分科。地球理学包括流体地学、表层耦合地学、固体地学；地球工学含地球物理、地球化学、地球史学、地球动力学、地球信息学；社会地质学包括资/能源地学、环境地学、灾害地学。 三、现代地学的特征1. 以全球整体性变动规律作为现代地学的科学主题“全球构造”和“板块构造”观念的提出是现代地质学变革的先声，它是固体地学内部以地球物理、地质和地球化学为主进行学科小交叉的结晶，展现了地学能够真正开始探索全球尺度整体运动规律的能力，由此产生的科学观念正在重新认识以往地学结论，它的思维推理的特点就是全球观、全局观。现代地球科学已经进入从大陆到海洋，从地球表层到地球内部，从显生宙到隐生宙多侧面全方位的整体、综合研究阶段。 2. 地学研究从个体到群体、各自为政到国际合作地球科学研究从个体走向群体，从各自为政的状态进入广泛的国际合作。 1957~1958年：国际地球物理年计划； 1963~1971年：上地幔计划： 1972~1977年：国际地球动力学计划； 80 年代：国际岩石圈计划。 此外还有：70年代的全球大气研究计划、国际水文十年、国际生物学计划、深海钻探计划；70年代以来的国际地质对比计划；80年代以来的国际减灾十年、世界气候研究计划、国际地圈-生物圈计划、全球变化中的人类因素计划、国际大陆科学钻探计划、大洋钻探计划、地球深部内层联合研究计划、日地能量计划等。 这些国际合作研究，反映出现代地学问题的全球整体性，计划组织的国际性和科学交叉的总趋势。 3. 地学观念多元到统一随着活动论和板块构造学说的确立，地质学的观念和思想由多元逐步趋向统一。 4. 以学科交叉重组作为切入主题的重要组织方式① 基础学科的大交叉 物理学+地学=地球物理学 力学+地学=地质力学 磁学+地学=古地磁学 化学+地学=地球化学 生物学+地学=古生物学 天文学+地学=天文地质学 数学+地学=数学地质 ②地学分支学科的小交叉 例如，地球物质科学就是这样一门综合性边缘学科，它是在矿物学、岩石学、矿物物理学、岩石力学、地球化学和地球物理学等学科基础上发展起来的。它正在把地球科学家联合起来，运用现代物理学、化学的理论和实践技术，从物质的角度去研究地球，以便对重大的地球演化和动力学问题作出回答。 ③与人文科学、技术科学、社会科学和其他自然科学的交叉和融合 典型事例是资源科学与环境科学学科的形成。为解决人类生存与发展中面临的矿物资源匮乏、环境恶化问题而开展的环境、资源研究涉及整个科学界。如：自然科学涉及地质学、环境法学、环境社会学、环境保护产业等；技术科学是环境分析-监测系统、环境工程学等；与人文科学有关的学科为环境文学、环境心理学等。 5. 学科在横向交叉扩展和纵向深入研究中继续发展在学科综合的同时，学科的分化在纵向深入研究和横向交叉扩展中继续发展，学科互动发展的趋势日益明显。其中，除传统的分支以外，还涌现出许多新的分支，如环境地质、深部地质、地热地质、前寒武纪地质、海洋地质、空间地质、遥感地质、古地磁学、同位素地质、农业地质、生物地球化学、城市地质、旅游地质、数学地质（计算机地质）等等。 6. 研究手段更加丰富、多样地球科学的研究方法由过去的经验证明发展到科学论证，从宏观描述到宏观与微观相结合，从定性分析到定性与定量相结合。以高新技术的广泛应用及海量信息的采集和处理作为科学运作的重要方法。 20世纪80年代以来，地学领域引进了一大批新的技术方法，它们将对地球科学的发展发挥重大作用。其中最重要的有：加速器质谱仪（AMS）、同步加速器光源、全球定位系统（GPS）、陆地卫星、自动化多级质谱仪、可移动式地震网、可移动式红外光谱仪、巨型与微型计算机等。 目前。相互配套和补充的四大地质科学技术体系已经形成，它们是：观测和探测技术、测试与分析技术、模拟实验技术和计算与信息处理技术体系，这四大技术体系的形成和进一步完善标志着地质调查、实验、处理等研究的技术装备和手段已进入现代化阶段。地质科学作为一门描述性科学的时代已经结束了，地质科学正在逐步完善其从宏观向微观、从定性到定量、从浅部到深部、从局部向系统化发展的过程。 7. 地学的根本任务有了明显变化工业革命以后，近代地学以服务于矿产、资源的需求为第一主题。然而，20世纪末人们猛然发现，21世纪不可回避的四大难题是人口膨胀、资源短缺、环境恶化、灾害频繁，其中三个与地学有关。所以现代地学的根本任务扩展为正确的认识地球，合理开发利用保护资源，协调人与自然的关系，解决经济建设和社会发展所面临的资源、环境、生态、灾害等问题，并为社会经济发展和宏观决策提供科学积累和科学依据。 今后，地质工作者要肩负如下使命：①了解整个地球系统的过去、现在和未来的行为，特别注意地球系统各组成部分之间的相互联系和相互作用，以更全面的认识地质作用规律；②提供充足的自然资源；③减轻地质灾害；④调节全球和区域的环境变化，并使之降到最小程度。由此可见，地质科学在社会发展中的作用已从找矿和为采矿服务拓展到为解决社会面临的重大问题服务，为保证人类社会继续生存和可持续发展的基本条件服务，因而地质学科的前景比过去更为广阔。 8. 地学直接参与生产实践和发展经济的能力迅速增长和扩大地质科学除直接参与传统的矿产资源普查、勘探、采冶以及珠宝加工、鉴定等工程技术和生产实践外，目前还肩负协调人与自然关系，参与气候变迁、环境保护、灾害预防、工程评价、生态平衡、国土规划、可持续发展等方面的对策研究、综合研究和管理协调工作，直接为社会与经济的发展服务。 四、21世纪地学发展趋势与战略重点20 世纪科学技术突飞猛进的发展，使人们对新世纪充满乐观，地球科学家也是如此。一些地球科学研究强国，近年来纷纷展望 21 世纪地球科学的发展，强调地球是人类的家园，因此人类必须对它有深入的了解。地球是一颗硕大的行星，是不断变化的、多圈层的、气液固三相共存的、生命与非生命物质共存的复杂系统，是有着漫长演化经历的自然历史体系，是时刻变化着的动态统一体。尽管对地球已有了多方面甚至系统的了解，但未知的方面可能更多。对地球的科学认识，直接关系到人类的生活质量和社会的可持续发展。 1. 21世纪地球科学研究的三大转变
从地球科学研究发展历史分析，18 ～19 世纪是经典地球科学发展时期，促进了工业经济的发展。20世纪是现代地球科学发展时期，促进工业经济快速发展，并带来资源短缺、环境恶化。21世纪将进入高技术地球科学发展时期，将促进知识经济的发展，环境将逐步改善。从当代地球科学发展总的趋势，以及从人口增长、地球资源环境保护与全球社会经济可持续发展等角度分析，21 世纪地球科学可能将向以下三大研究领域转变。 地球科学研究时空转变：地球科学从以研究地球系统演化历史的过去和现在为主，向研究地球系统演化的过去、现在、未来的方向转变。 地球科学研究目的转变：地球科学研究的最终目的是由人类向地球系统索取各种自然资源为主，向以科学开发、科学利用、科学管理和科学保护地球系统各种自然资源为主的方向转变。 地球科学研究内容转变：地球科学从以研究地球系统天然地质作用及其产物为主，向研究地球系统天然地质作用及其产物与人为地质作用及其产物并重的方向转变。 2. 地球科学三大新的研究领域
地球科学的发展趋势表明，地球科学研究的传统结构势必改变，到 21 世纪，地球科学可能形成新的三大科学研究领域：理论地球科学、管理地球科学、人为地球科学。 1) 理论地球科学：理论地球科学有若干分支学科。地球科学在 20 世纪取得重大理论突破的基础上，进入 21 世纪,可从空间和时间两个研究领域方向拓宽。 2) 管理地球科学： 进入 21 世纪，知识经济必将逐步取代工业经济，以开发自然资源为目标的传统产业面临着严峻的挑战和机遇：一方面，必须通过合理地开发利用好大自然恩赐与我们的宝贵资源，继续为社会经济的腾飞提供足够的原材料；另一方面，我们肩负着实施可持续发展战略以及改善人类生存环境的重任。在这种形势下，地球科学将会形成另一个新的重要研究领域，这个新领域称为“管理地球科学”。因此，21 世纪地球科学研究的科学思路和思想观念将会发生重大变化，即从单纯地向地球系统索取各种自然资源为主转变为应用高技术方法与手段科学地、合理地规划、探测、开发、利用、管理和保护好地球系统的六大自然资源，即固体矿产资源、流体 (水、大气、石油、天然气) 资源、土地资源、生物资源、环境资源和光热资源等。为了适应这种转变，管理地球科学将探索和研制新的科学理论和技术方法,“数字地球”的实施、建立和完善将是管理地球科学的重要研究领域之一。“数字地球”的实质就是将地球系统每个角落的六大自然资源及其地质、地球物理、地球化学信息收集起来，按地球的地理坐标系统建立起来的信息模型。运用资源卫星、气象卫星、全球定位系统 (全球定位测量宇宙站) 、地理信息系统 (GIS) 、地震层析成像、岩石探针等高技术方法与手段，以快速、形象、准确、完整、动态地了解地球系统各种宏观与微观信息，实施对地球系统的六大自然资源的动态管理和地球系统物质结构动态研究，充分发挥这些信息和数据的经济,社会和环境效益。 3) 人为地球科学：从地球系统各种地质作用的理论观点出发，19 世纪到 20 世纪，地球科学可归纳为研究地球系统各种天然地质作用及其产物的科学。但是，20 世纪 70 年代以来，人类最大的进步就是认识到人类自身的活动对地球系统表面的影响已经达到甚至超过天然地质作用及其产物，人类活动正在迅速改变地球的气候与环境以及表面形态，甚至危及到人类在地球上的生活和居住环境。所以研究和预测这种影响，为控制和消除危及人类自身的影响提供科学依据，是地球科学研究的又一个新的研究领域。因此，进入 21 世纪，地球科学的研究对象和内容将会发生根本的变革，将从研究地球系统天然地质作用及其产物为主，转变为研究地球系统天然地质作用及其产物与研究人为地质作用及其产物同时并重的新阶段。前者就是前述的“理论地球科学”，后者就形成了“人为地球科学”这一全新的科学体系。人为地球科学是研究地球系统人类活动、各种人为地质作用及其产物的学科，它存在若干分支学科。关于人为地质作用及其产物的研究，地质学家和地球科学家早在 19 世纪就注意到人类活动，特别是人类工程活动对地球系统表层和外层环境的影响，因当时人类活动和人类工程活动规模较小，仅将它作为生物地质作用的一部分来研究。随着人口急剧膨胀、科学技术的高速发展、高技术的应用，以及人类工程活动广泛进行,必然对地球系统产生重大影响。研究表明，人为地质作用具有速度快、强度大、范围广、效果好、危害大等特征。天然地质作用需要几百万年、几千万年才能完成山地的夷平作用，而人为夷平作用可在较短时间内完成，并在短期内发挥较好的经济效益和社会效益。某些人为地质作用的强度大大超过地球系统的天然地质作用，例如，全世界河流天然搬运到海洋的物质为 16.5 × 109t，它仅仅是人类每年搬运和消费矿物岩石总量的 1/3 。此外，人类活动或人为地质作用影响范围极广，目前，人为地质作用影响范围不仅扩大到地球的大部分，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈，而且影响到其他星球和太空。因此，人为地质作用已上升为地球系统的主要地质作用之一，而人类活动已成为地球系统最活跃的第三驱动力。目前研究表明，人为地质作用引发的人为地质灾害和自然环境的人为破坏及其表现强度与社会经济发展水平有明显的联系，国家越发达，科学越进步，它们对地球系统的破坏就越大，这已成为各国政府、科学家和人民大众关注的重大社会问题。黄河断流就是人类活动或人为地质作用后果的典型代表之一。地球科学家充分注意到这种转变，适时地提出了“人为地球科学”这一全新的地球科学的学科理论体系。协调人类与自然的关系，将成为人类认识地球系统新的出发点，将人类活动和人为地质作用纳入地球系统进行全面系统深入研究，将大大扩展地球科学的研究领域与范围，密切自然科学与社会科学的有机联系,促进两者的全面发展。未来人为地球科学的研究内容主要有：(1)人为地球科学的理论体系与方法学研究；(2)人为地质作用的特征与规律及影响因素的研究；(3)人类与地球系统的相互作用，人为地质作用与天然地质作用的差异，相互影响与互补问题的研究；(4)人类活动、人类工程活动与人为地质作用引发的地球系统地质灾害与环境变化的研究；(5)未来人为地质作用利弊预测，以及规范人类、政府、领导者、决策者、执行者的行为准则和思维方式。 3. 地学的发展趋势地学将更加密切同现代科学技术各有关学科之间的关系。广泛采用高分辨率的观测系统 (地面、水面、直到空间对地观测) 、高灵敏度和高准确的分析测试系统 (包括微粒、微量、纳米级和超微量) 、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模拟以及数字化的地球信息系统。 解决资源、环境、灾害和地球信息问题的能力进一步加强，预测能力继续提高，并拓宽为社会服务的功能，为决策者提供事关人类生活质量和可持续发展以及国家安全的科学基础与咨询。 地学研究将朝着“宏观更宏，微观更微，宏观微观相结合”的方向发展，继续保持全球化的研究工作特点。就应用角度而言，地球科学面临着人类社会可持续发展及人类协调其与自然的关系所必须解决的重大问题，即环境保护、气候演变、灾害防治、有限度的资源开发等。这己成为地球科学发展的根本性动力。近年来，随着地球物理、地球化学、海洋地质、同位素地质、实验地质、深部地质、遥感地质等学科的发展；随着数学、物理、化学、生物学、天文学等基础学科与地球科学的日益交融；随着新技术 (尤其是计算机技术等) 、新方法的广泛应用，地球科学家已日益注重把深层与表层、定性与定量、无机与生命、陆地与海洋、区域与全球、地球与宇宙结合起来进行研究，使地球科学全面进入一个新的发展阶段。 4. 我国地学工作者面临的挑战
21世纪中叶，我国将基本实现现代化，建成发达、民主、文明的社会主义国家。然而，在实现这一宏伟目标的进程中，我国将继续面临比世界其它国家更为严峻的人口、资源、环境的多重压力。我国西部大开发战略的实施，更加重了我国地球科学解决重大资源环境问题和促进西部发展的历史责任。因此，地球科学研究要在对基本地球过程认识的基础上，在资源、能源、环境、灾害和地球信息等方面，为实现我国现代化和西部大开发提供充分的科学和技术支持。 到目前为止，我国只能说是一个地学大国，无疑中国需要而且能够成为地学强国，因为中国不仅拥有辽阔的地域和一系列独特的地球科学问题，而且还有一支献身于地球科学事业的优秀科技队伍，中国应为世界地球科学的发展做出更多的贡献。 21世纪初叶我国地球科学的发展，必须在科教兴国和可持续发展战略框架下，从国情出发，遵循“有所为，有所不为”的原则，着眼于质量，以提高理论水平和效益为重点，加强学科间的交叉渗透与知识集成，凝练对国家经济、社会发展和科学发展具有带动性的、兼具区域特色与全球意义的发展方向和重大科学问题，求真务实，开展创新研究。 五、地学学科发展的主要背景*1. 地学科学发展与世界科技革命的推动地学科学发展离不开世界科技发展的推动作用。莱伊尔在《地质学原理》 (1830年)中提到：地质学几乎和所有的自然科学都有密切关系。地质学家必须精通化学、物理学、矿物学、比较解剖学、植物学，简言之，他必须精通任何有关有机物和无机物的科学。 近代地质学建立以来，物理学、化学、力学、数学、生物学、天文学一直是地学科学发展的最基础支撑。而科技进步带来的技术手段的飞速发展，则是实现地学实现质的飞跃的推动力。比如从偏光显微镜到海洋探测技术到声波探测、重力测量、古地磁、同位素测年、深海钻探、超深钻探、遥感技术、高温高压模拟实验等技术手段的进步，加快了地质学科发展的进程。 现代地质学发展到今天，促成地学领域发展的已经不完全依赖于对原来的地质学、古生物学、地球物理学等领域的资料进行统一综合的解释和研究，信息科学、系统科学、计算科学以及卫星探测技术等成为新的催化剂。这是现代地球科学向地球系统科学发展的重要标志。一个新的全球观必将建立起来，人类认识地球的程度将有新的飞跃。 2. 人类社会发展的需要是地学科学发展的归宿当今的地球系统科学，是面对21世纪人口、资源、环境、灾害等世界性问题而诞生的。解决的是在200余年工业化进程以后，地球负载着60亿人口，许多宝贵资源已被过度地消耗，排放了大量的污染物，人类赖以生存的基本环境已经受到了严重威胁，还有全球变化、臭氧层破损、物种生物多样性锐减、土地退化、土壤侵蚀、土地荒漠化、水资源短缺、水源和大气严重污染等等跨越地区和国界的全球性问题。地球系统科学解决的已经不再是单纯的资源问题，而更多的关注资源、环境、灾害与社会的可持续发展。这一点可以从世界各国制定的面向21世纪头十年的地学科技目标中明显的发现。 (1)美国地质调查所地质处针对21世纪头十年国家面临的紧迫任务，拟定了七个科学目标。 ①为减灾规划进行地质灾害评价；②提供地质灾害短期预测并快速查明灾害后果；③进一步提高从全球地质、经济和环境角度对国家能源和矿产资源的认识；④预测气候易变性对环境的影响；⑤建立生态系统结构和功能的地质框架；⑥解释人类健康与地质作用过程之间的联系；⑦确定地下水资源与有害废物隔离的地质控制条件。 (2)加拿大地质调查所1996--2001年的工作计划有：①基岩和地表地学计划；②海洋地学计划；③碳氢化合物地学计划；④矿产地学计划；⑤地质灾害和环境地学计划。这些计划的工作成果都将通过数字化技术和计算机联网手段“更快、更有效地广为传播”。 (3)日本基于“建立地球与人类社会的崭新关系”和“揭示与预测全球规模各种现象的重要性”的基本认识，于1996年提出了“为实现对地球变化的预测而努力”的预测计划，包括： ①对亚太地区的气候变化做出预测；②对亚太地区的水循环情况做出预测；③对地球的暖化做出预测；④对亚太地区大气成分的变化做出预测；⑤对亚洲地区的生态系统变化做出预测；⑥揭示地球内部变化机理。 (4)英国自然环境研究委员会提出的地球科学技术战略认为，现代地球科学的目标是“认识地球体系”，即“了解掌握固体地球、水圈、生物圈和大气圈中各种过程间的复杂相互作用”。地球科学战略是“必须既要促进新知识的发现，以期能创造出新的机遇和解决老问题的途径，又要对已有的和不断发展的需求做出反应。它必须响应用户需求和科学机遇”。 (5)中国科学院“中国地球科学发展战略”认为，发展我国地球科学要抓住机遇，迎接挑战，要抓住那些具有带动性的科学问题，他们认为在资源、环境与自然灾害方面有：大陆水圈演化规律和水资源合理利用研究，陆海含油气盆地、油气成藏机理及探测新技术的基础理论研究，大型超大型矿床、重要成矿带和新型矿产资源的成矿机理、成矿背景及探测新技术的基础理论研究，大型超大型矿床、重要成矿带和新型矿产资源的成矿机理、成矿背景及探测新技术的基础理论研究，土地类型、土壤质量的演变与土地资源的可持续利用研究，气候动力学与气候变化研究，环境污染机制与修复理论，陆地和海洋生态系统的结构、功能与利用、保护研究，产业布局与城市化问题研究，地球表层各圈层的相互作用及其环境效应研究，重大气象灾害的形成机理与预测研究，大陆强震的发展机制与预测研究，区域综合减灾技术研究，区域可持续发展理论研究，以及工程建设的地学问题的研究等。 (6)1999年5月，我国国土资源部拟定的“新一轮国土资源大调查纲要”中指出，要在新一轮国土资源大调查中，重点布置基础调查规划、土地资源监测调查工程、矿产资源调查评价工程、地质灾害预警工程、数字国土工程、资源调查与利用技术发展工程。并在以下七个方面有所创新： ①中国成矿体系及区域成矿评价；②大陆碰撞作用及青藏高原隆升的资源与环境效应；③大别—苏—鲁地区超高压变质带的形成与折返机理及中国大陆科学钻探工程；④大陆水循环系统活动规律、环境效应及水资源潜力评价；⑤岩溶石山形成过程、演化及生态效应和治理；⑥中国地质灾害时空分布、机理与现今地壳变形研究；⑦开发、引进、推广一批国土资源调查所需要的先进技术与装备。 从以上国内外情况看，地学已经无可争辩地伸向了世界人口、资源、环境与社会可持续发展之中，人类社会的可持续发展已成为当今地球系统科学的根本命题。 六、关于本课教学本课程的目的和任务 1）进一步拓宽、加深对地质科学基本理论知识的认识和理解; 2）学习和掌握地质学领域的最新发展动态，了解最新的研究技术手段; 3) 帮助学生树立正确的地球观。 本课程的主要内容 本课程分六大专题进行教学： ⑴行星地球观； ⑵地球物质观； ⑶地球历史观； ⑷地球构造观； ⑸地球资源观； ⑹地球环境观。 教学方法 加强启迪性，讲授为主→讨论为主；教师为主→学生为主；学生→“研究生” 。 通过命题自学形式，培养学生查找资料、自我获取知识和更新知识的能力。 通过专题讨论，锻炼学生综合利用知识的能力以及口头表达能力。 通过写读书报告、小论文等形式，培养学生的文字综合、表达能力。 从2004年开始，《地质学新进展》的课堂教学主要采用讨论式教学方法，考试采用模拟学术报告会的形式，考试成绩根据平时讨论时的表现、模拟学术报告会上报告内容的水平以及PPT制作和讲述水平进行综合评定。 报告内容评分规则： 抄袭他人文献（书或论文），不及格； 完全按照一篇文献的观点回答，或选题太窄，或参考文献陈旧，60-65分； 综合2-3篇文献的观点进行回答，66-70分； 综合3篇文献的观点回答并且自己有独立思考，70-80分； 综合3篇以上文献的观点回答并且自己有独立思考，81-85分； 综合3篇以上文献（包括国外文献）的观点回答、自己有独立见解且论证规范，86-90分； 综合3篇以上文献（包括国外文献）的观点回答、自己有相反观点并且论证严密，95-100分； 思考题 1． 地学学科是如何发展起来的？推动其发展的动力有哪些？ 2． 地质科学、地球科学、地球系统科学之间的关系如何？ 3． 现代地学有哪些特征？其发展趋势如何？ 4． 科学的发展经历了由高度综合——高度分化——再度综合的过程，对此你有何感想？ 5． 地学研究对人类社会和经济建设有什么意义？作为21世纪的地质工作者，我们将面临哪些任务？ |
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