地球科学导论.ppt
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1、 地球科学导论地球科学导论An Introduction to Earth ScienceAn Introduction to Earth Science 面向21世纪课程教材简介l“面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材”建设是我国高校教材的建设是我国高校教材的跨世纪跨世纪创新工程创新工程。l本类教材置于改革和研究基础之上,内容创新,具有显著的导向性导向性、探索性探索性和适用性适用性。l本类教材具有如下特点:1。反映了21世纪对人才的知识、能力、素质的要求对人才的知识、能力、素质的要求,体现了教育思想、教育观念、人才培养模式的改革教育思想、教育观念、人才培养模式的改革;2。反映了21世纪我
2、国高等教育专业结构、专业目录和专业结构、专业目录和专业设置专业设置,体现了主要专业或专业群的教学计划和课程主要专业或专业群的教学计划和课程结构结构;3。反映了21世纪基础课程、主干课程的教学内容和体基础课程、主干课程的教学内容和体系系。绪 论 地球科学的研究对象、内容和任务地球科学的研究对象、内容和任务 地球科学的特点与研究方法地球科学的特点与研究方法 地球科学与人类可持续发展地球科学与人类可持续发展 地球科学的研究对象、内容和任务地球科学的研究对象、内容和任务 地球是人地球是人类在宇宙中生在宇宙中生存、存、发展的惟一家园。展的惟一家园。地球科学是研究地球系地球科学是研究地球系统并并预测其未来
3、行其未来行为的惟的惟一科学。一科学。地球科学地球科学的更本任务在于的更本任务在于认识地球认识地球,并利用这种认识保证人类生存和发展所需并利用这种认识保证人类生存和发展所需要的要的自然资源自然资源,保护和改善人类的,保护和改善人类的居住环居住环境境。从这个意义上说,地球科学负有重大从这个意义上说,地球科学负有重大历史责任历史责任,是,是大有前途大有前途的的科学。科学。第十个五年计划纲要报告第十个五年计划纲要报告第九届全国人民代表大会第四次会议第九届全国人民代表大会第四次会议 选择我国具有选择我国具有优势优势的领域的领域,加强加强应用基础应用基础研究研究,力争在力争在基因基因组学、信息科学、纳米科
4、学、生组学、信息科学、纳米科学、生态科学态科学和和地球科学地球科学等方面取得新等方面取得新进展。进展。数、理、化、天、地、生六大基础自然科学数、理、化、天、地、生六大基础自然科学l地球系统地球系统l地球科学以整体的地球作为研究对象地球科学以整体的地球作为研究对象,包包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围括自地心至地球外层空间十分广阔的范围,是由固体地球、大气圈、水圈、土壤圈和是由固体地球、大气圈、水圈、土壤圈和生物圈(含人类)组成的一个开放的复杂生物圈(含人类)组成的一个开放的复杂巨系统,巨系统,称为地球系统称为地球系统(Earth(Earths s System)System)。地球系统内部
5、存在不同圈层地球系统内部存在不同圈层(子系统)之间的相互作用。(子系统)之间的相互作用。l地球科学是一个庞大的超级学科体系群。地球科学是一个庞大的超级学科体系群。地球表层学与地球系统科学地球表层学与地球系统科学l钱学森钱学森19831983年提出地球表层学,强调年提出地球表层学,强调“地球表层地球表层(Earth(Earths Surface)s Surface)”(岩石圈顶部至同温层底部)是(岩石圈顶部至同温层底部)是岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的相互交错、渗透部分,岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的相互交错、渗透部分,是人是人-地关系最密切的地理环境,也是地球圈层结构中地关系最密切的地理环境,
6、也是地球圈层结构中的特定部分。本身构成地球超级巨系统内的一个开放的的特定部分。本身构成地球超级巨系统内的一个开放的独立次级巨系统。独立次级巨系统。l国际上国际上2020世纪世纪8080年代中期起也流行地球系统科学,强调年代中期起也流行地球系统科学,强调地球的整体概念,将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈看地球的整体概念,将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈看成是具有有机联系的成是具有有机联系的“地球系统地球系统”,把太阳和地心作为,把太阳和地心作为两个主要的自然驱动器,人类活动作为第三促动因素。两个主要的自然驱动器,人类活动作为第三促动因素。l两者的共同点:反映了更高层次的学科间大跨度交叉渗两者的共同点:
7、反映了更高层次的学科间大跨度交叉渗透,是当代地球科学进入一个重大转折期的标志。透,是当代地球科学进入一个重大转折期的标志。地球系统科学地球系统科学与传统地球科学分支学科关系与传统地球科学分支学科关系l地球系统科学并不能代替传统地球系统科学并不能代替传统地球科学各分支学科的自身发地球科学各分支学科的自身发展,相反要求它们能更深入精展,相反要求它们能更深入精确地研究和提供地球系统各组确地研究和提供地球系统各组成部分自身的规律性知识。成部分自身的规律性知识。地球科学的特点与研究方法地球科学的特点地球科学的特点l全球性全球性20世纪60年代板块构造学说板块构造学说的出现,首先在固体地球研究中建立了全球
8、观概念。l全球监测与国际合作全球监测与国际合作 传统地学研究方法(铁锤、罗盘、放大镜)传统地学研究方法(铁锤、罗盘、放大镜)与先进手段(卫星遥感实时监测)相结合。与先进手段(卫星遥感实时监测)相结合。国际岩石圈计划(国际岩石圈计划(ILP)、大洋钻探计划、大洋钻探计划(ODP)、世界气候计划(、世界气候计划(WCP)等。等。中国加入中国加入WTO后,参与国际竞争是必然趋势!后,参与国际竞争是必然趋势!l时空尺度的极大差异性时空尺度的极大差异性 几小时到几年时间尺度变化几小时到几年时间尺度变化大气、海洋、大气、海洋、生物科学研究范畴。生物科学研究范畴。几十亿年至几十万年时间尺度变化几十亿年至几十
9、万年时间尺度变化地球地球和生命起源、板块构造、冰期出现、海陆变迁、和生命起源、板块构造、冰期出现、海陆变迁、成矿作用等。成矿作用等。空间尺度也可有极大的差异。空间尺度也可有极大的差异。ll现实主义类比研究方法现实主义类比研究方法 人们无法进入地心采集标本、测量温度,也人们无法进入地心采集标本、测量温度,也无法在实验室再造地球系统的真实过程。无法在实验室再造地球系统的真实过程。“Present is the key of past”(现在是过去的现在是过去的 钥匙钥匙)成为普遍成为普遍 遵守的将今论古遵守的将今论古 研究原则和方法。研究原则和方法。21世纪的新型地图l市场上可买到电子地图,电视节
10、目中可见到虚拟城市。l地质学研究中已出现动态的古大陆、古海洋再造图。l全息化(包含尽可能多的信息),定量化(精确到厘米或毫米级),可视化(三维动态+历史过程)。地球科学与人类可持续发展地球科学与人类可持续发展2121世纪人类对地球的要求世纪人类对地球的要求 人类进入人类进入2121世纪面临的主要问题:世纪面临的主要问题:需要居住在一个宽敞宽敞的地球上(人口控制人口控制)需要居住在一个清洁清洁的地球上(环境治理环境治理)需要居住在一个安全安全的地球上(灾害防治灾害防治)需要居住在一个富裕富裕的地球上(资源丰富资源丰富)全球十大经济体排名榜全球十大经济体排名榜 20102010年排名年排名年排名年
11、排名 1 1 美国美国 2 2 中国中国 3 3 日本日本 4 4 德国德国 5 5 法国法国 6 6 英国英国 7 7 巴西巴西 8 8 意大利意大利 9 9 印度印度 10 10 加拿大加拿大l2007年世界年世界购买力比率购买力比率(Purchasing Power Purchasing Power Parity,PPPParity,PPP)排名)排名 1 1 美国美国 2 2 中国大陆中国大陆 3 3 日本日本 4 4 印度印度 5 5 德国德国 6 6 英国英国 7 7 俄罗斯俄罗斯 8 8 法国法国 9 9 巴西巴西 10 10 意大利意大利中国科技发展预测中国科技发展预测 (据(
12、据(据(据中国社会发展战略中国社会发展战略中国社会发展战略中国社会发展战略,北京出版社,北京出版社,北京出版社,北京出版社,19971997)2010年年2030年年2050年年历史阶段历史阶段基本工业化基本工业化全面工业化全面工业化 初步现代化初步现代化全面现代化全面现代化 人均国民人均国民 收入收入中下等国家中下等国家 平均水平平均水平中上等国家中上等国家 水平水平 中等发达国家中等发达国家 平均水平平均水平综合国力综合国力第四位第四位第二位第二位第一位第一位GDP(GDP(亿元)亿元)2020万万 (实际已达(实际已达到到3939万,约万,约5.95.9万万亿美元,亿美元,8.5%)8.
13、5%)7070万万168168万万人口爆炸人口爆炸l19601960年年 世界人口达到世界人口达到3030亿(增加(增加1010亿人用了人用了3030年)年)l19751975年年 世界人口达到世界人口达到4040亿(增加(增加1010亿人用了人用了1515年)年)l19871987年年 世界人口达到世界人口达到5050亿(增加(增加1010亿人用了人用了1212年)年)l19991999年年 世界人口达到世界人口达到6060亿亿(联合国人口基金会合国人口基金会测算)算)l20302030年年 预计将接近将接近 9090亿(平均每年新增近一亿人口)亿(平均每年新增近一亿人口)l21002100
14、年前年前 突破突破 100100亿。亿。l其中94%94%的的增增长长出出现现于于发发展展中中国国家家。法国不少地方出现负增长。l中国人口:中国人口:西西汉末期末期约0.60.6亿亿,以后大体,以后大体稳定在定在1 1亿亿。清清朝朝乾乾隆隆下下达达圣圣旨旨:“盛盛世世添添丁丁,永永不不增增赋”新中国成立后:新中国成立后:“人多好人多好办事事”。2121世纪议程世纪议程1992199219921992年年年年6 6 6 6月里约热内卢联合国月里约热内卢联合国月里约热内卢联合国月里约热内卢联合国“环境与发展环境与发展环境与发展环境与发展”大会制定大会制定大会制定大会制定 全球各国(占世界全球各国(
15、占世界98%98%人口)首脑聚会,共商:人口)首脑聚会,共商:“地球环境、资源与人类持续发展地球环境、资源与人类持续发展”大事。大事。中心议题:中心议题:在世界人口急剧增长、给地球生态系统带来巨大的冲击与不堪负担的重压情况下,寻找人口与地球承载力相适应的关系。提出口号:提出口号:人类要生存,地球要拯救,环境与发展必须人类要生存,地球要拯救,环境与发展必须协调。协调。指明出路:协调人类与自然关系指明出路:协调人类与自然关系(包括协调人类生活和包括协调人类生活和生产的整体水平和方式,使其与地球承载力相适应)。生产的整体水平和方式,使其与地球承载力相适应)。达到目标:达到目标:既满足当代人需要,又不
16、危害后代人满足自既满足当代人需要,又不危害后代人满足自身需要能力发展的持续性发展。身需要能力发展的持续性发展。资资 源源 短短缺缺 发达国家为了环保,纷纷封闭矿井(煤发达国家为了环保,纷纷封闭矿井(煤 、铅锌等、铅锌等),停采国内石油(美国)大量依靠进口(日本)。停采国内石油(美国)大量依靠进口(日本)。中国作为最大的发展中国家当前面临的严重能源中国作为最大的发展中国家当前面临的严重能源 和水资源问题,富铁、铜、锰、铬、贵金属及磷、钾和水资源问题,富铁、铜、锰、铬、贵金属及磷、钾 盐等矿产储量严重不足。不能完全依靠进口。盐等矿产储量严重不足。不能完全依靠进口。中国中国能源供需展望能源供需展望
17、能能源源结结构构现现状状:煤煤 67.1%(CO2排放量100%100%),石石油油 23.2%(CO2排放量80%),水水电 6.7%,天然气天然气3%(CO2排放量57%57%)。石油进口现状及趋势石油进口现状及趋势:2000年进口石油已达65006500万万吨吨(200200亿亿美美圆圆),国内产量1.61.7亿吨。20032005年进口1 1亿吨亿吨(较原计划提前)。2010年进口约2.42.4亿亿吨吨,国内总需求量约4.49亿吨,当当产量首次超过2亿吨,对外依存度为55%。2020年预计进口2.92.9亿亿吨吨,占国内需要4.5亿吨的2/32/3,其中80%来自中东。占当时全球石油产
18、量约近1/101/10。按国际石油石油-政治关系法则政治关系法则:进口石油安全线安全线有两条,1.5000万吨万吨;2.1亿吨。亿吨。必需有海上运输线海上运输线的军事安全军事安全力量力量。涉及马六甲海峡海上通道海上通道以及地缘政治关系地缘政治关系问题。中国化石能源潜力中国化石能源潜力 石油石油-估计潜力900900亿吨亿吨,现已发现200200亿吨亿吨。那里去 找整装大油田整装大油田?需要有基础理论研究的重大突破基础理论研究的重大突破!先有陆相生油理论陆相生油理论,才能在1959年发现大庆油田大庆油田。天然气天然气-是清洁、高热能、低成本清洁、高热能、低成本的城市环保能源城市环保能源。20世纪
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