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“大地球科学”——地球系统科学

张宝一1,2

1．中国地质大学信息工程学院，武汉430074

2．武汉中地数码科技有限公司，武汉430074

摘要：地球系统科学研究目标宏大、投资强度大、多学科交叉、需要昂贵且复杂的实验设备，

已经从传统地球科学发展成为“大地球科学”。作为“大地球科学”的地球系统科学要以大

科学思维方式来指导学科的发展，为当前社会经济发展中的人口、资源、环境与发展问题提

供知识准备与技术支持。

关键词：大地球科学地球系统科学地球系统大科学思维方式

BigEarthScience:EarthSystemScience(ESS)

1,2

ZhangBaoyi

1.FacultyofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430071

2.WuhanZondyCyber-TechCo.,Ltd.,Wuhan430071

Abstract:Differencewithtraditionalearthscience,earthsystemsciencefacedmorecomplex

problemsandneededmoremoney.Thedevelopmentofearthsystemscienceshouldbeguidedby

bigscientificmodeofthinkingtoreachaharmonizationbetweenofpopulation,resource,

environment,anddevelopment.

KeyWords:BigEarthScience,EarthSystemScience,EarthSystem,BigScientificModeof

Thinking.

1.概述

地球科学现在正处于飞跃的、突破的阶段，原来分头描述地球上各种现象的学科，正在

以系统科学的高度相互结合，成为揭示机理、服务预测的地球系统科学ESS（EarthSystem

Science），地球系统科学在研究对象、研究方法、要解决的问题、从业人员以及组织形式和

规模等诸方面与传统地球科学相比具有许多全新的特色和更高的层次，已经从近代的“小地

球科学”发展到了今天的“大地球科学”。1963年美国科学史家普赖斯在《小科学，大科学》

一书中对于“大科学”概念作了明确阐述。他指出：“现代科学不仅硬件如此光辉不朽，堪

与金字塔和欧洲中世纪大教堂相媲美，且用于科学事业人力物力的国家支出也骤然使科学成

为国民经济的主要环节。现代科学的大规模性，面貌一新且强而有力使人们以‘大科学’一

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词来美誉之”。进入“大科学”时代以后，地球科学研究和科技开发也需要在“大科学”

的指导下来完成，原来“小科学”时代下的研究方式已无法适应时代的潮流。

当前，人口爆炸、土地荒漠化、自然资源短缺、环境污染加剧、“温室效应”与全球变

暧、臭氧层的破坏、森林锐减和物种加速灭绝等问题困扰着人们，也是地球科学所面临的巨

大挑战。科学家已普遍认识到，必须把地球作为一个由相互作用着的各个层圈或子系统即地

球系统来研究，也只有作为“大地球科学”的地球系统科学才能回答人类所面临的一系列重

大问题。有科学家认为，19世纪地球科学的突破在于进化论，20世纪地球科学的突破在于

板块构造，21世纪地球科学的突破在于地球系统变化的理论。

1

2.“大地球科学”的产生

作为“大地球科学”的地球系统科学理论构建取决于地球科学、科学技术与可持续发展

三大背景和挑战，主要是由于强烈的人类活动、传统地球科学的成熟以及对地观测技术和计

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算机技术的进步推动的。尤其是“3S”技术的突飞猛进开阔了人