地球系统科学理论与实践.PDF

本刊专稿 地球系统科学理论与实践 孙九林 中国科学院院士、中科院地理与资源研究所研究员( ) ● / 100000 着人类社会谋求可持续发展的意愿不断加强,地球科学 圈层之间的相互作用过程和机理实际上是地球系统科学思想 的研究需要回答诸如地球资源还能支持人类社会发展 的核心。(如图 ) 随 1 多久,人类生存环境对人类自身发展的极限承载力,全 球环境在人类活动干预下的变化趋势,以及如何规范人类活动 以达到人与自然协调发展的目的等问题。回答这些问题,需要 把地球的大气圈、水圈(含冰雪圈)、生物圈、岩石圈、地幔和地 核以及近地空间视作密切联系的整体,并关注人类活动的影 响,理解它们相互作用的过程和机理。 一、地球系统科学的产生与发展 地球系统科学的定义 1. 地球系统科学( )是 世纪 年代 EarthSystemScience 20 80 初国际科学界为迎接全球环境变化的挑战而提出的一门全新 的集成科学。 地球系统科学是研究地球系统在复杂的相互作用中运转 图1 的机制、地球系统变化的规律和控制这些变化的机理,从而奠 定全球环境变化预测的科学基础,并为地球系统的科学管理提 *板块理论面临的困难使人们意识到,理解地球岩石圈演 供依据。 化必须研究地幔与地核。 以理解地球系统整体运行与变化为目的的地球系统科学 *固体地球的演化对水圈和大气圈演化有着重要影响。 是一个新兴的、多学科交叉的复杂性科学研究领域,是一门新 *大气圈演化对岩石圈构造运动有重要作用。 兴的学科。 *水圈演化对大气圈演化具有关键作用。 地球系统科学产生的背景 岩石圈演化导致生物圈重大变革。 2. * 世纪 年代诞生的地球系统科学,是人类社会需求和 宇宙和行星演化对地球系统有着深刻影响。 20 80 * 科学发展规律所驱动,基于资源、环境、生态、灾害等一系列全 *人类活动是地球演化最重要的营力之一。 球性环境问题威胁着人类的生存与发展,人类活动在导致地球 地球系统科学的形成过程 4. 环境变化中的作用日益增大,并从局部范围步入到全球影响时 地球系统概念的诞生源于全球环境问题的挑战。将地球作 代,而引起人们的普遍重视。 为一个行星来认识,体现了地球系统科学的整体观,在学术上 地球的大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核等各个 经历着一场质的变化:原来各自描述自己所涉猎地球上各种现 组成部分是一个具有密切联系而相互作用着的整体,是一个所 象的学科,正寻求在地球整体的高度相互交叉融合,以期揭示 有的组成要素处在相互作用之中的动态系统。任一圈层过程 地球系统的不同时空尺度的过程,以服务于预测。 都在不同程度上与其它圈层不同时空尺度过程存在着相互影