1、地球科学概论地球科学概论张维杰张维杰(地球科学与资源学院地球科学与资源学院)构造地质教研室构造地质教研室 教二楼教二楼232232Tel:13651230456 Tel:13651230456 E-mail:zhwjcugb.eduE-mail:zhwjcugb.edu1 绪绪 论论一一 、地球科学的研究对象和研究内容、地球科学的研究对象和研究内容二、地球科学的研究方法二、地球科学的研究方法三、研究地球科学的意义三、研究地球科学的意义四、地球科学的历史与未来四、地球科学的历史与未来五、课程学习五、课程学习2地球科学简称地学地球科学简称地学六大基础自然科学六大基础自然科学-数学、物理学、化学、数
2、学、物理学、化学、天文学、地学、生物学。天文学、地学、生物学。3一、地球科学的研究对象一、地球科学的研究对象和研究内容和研究内容4 5生物的起源与演化、生物的起源与演化、生物体与地球环境之间的关系生物体与地球环境之间的关系以地球为研究对象以地球为研究对象 地球表面形态和固体地球本身地球表面形态和固体地球本身气体气体-大气圈大气圈水体水体-水圈水圈6地球科学：地球科学：是系统研究地球是系统研究地球物质的组成、运动、时空演物质的组成、运动、时空演化及其形成机制的科学。化及其形成机制的科学。7 地球科学地球科学-理论性与应用性并重的科学。理论性与应用性并重的科学。理论性理论性-揭示自然界奥秘与规律。
3、为人类利用、揭示自然界奥秘与规律。为人类利用、适应和改造自然提供科学的方法论。适应和改造自然提供科学的方法论。应用性应用性-随着科学技术的发展，地球科学的研究随着科学技术的发展，地球科学的研究 领域也不断地深入和扩展逐渐形成日臻领域也不断地深入和扩展逐渐形成日臻 完善，多学科的综合性学科体系。完善，多学科的综合性学科体系。科学分支科学分支-地质学、地球物理学、地理学、地质学、地球物理学、地理学、气象学、水文学、海洋学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科土壤学、环境地学等学科。8地质学地质学（geologygeology）:研究的对象研究的对象是固体地球。是固体地球。主要是研究固体地
4、球的主要是研究固体地球的表层表层地壳或岩石圈。地壳或岩石圈。地质学的研究内容主要包括固体地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组成、内部构造和形成演化历史。组成、内部构造和形成演化历史。9理论研究理论研究 (1)(1)研究地球的研究地球的物质组成物质组成方面的学科：结晶学、矿方面的学科：结晶学、矿物学、岩石学等。物学、岩石学等。(2)(2)研究地球研究地球内部构造内部构造方面的学科：构造地质方面的学科：构造地质学、构造物理学、区域构造学、学、构造物理学、区域构造学、地球动力学等。地球动力学等。(3)(3)研究地球的研究地球的形成演化形成演化
5、方面的学科：古生物方面的学科：古生物学、地层学、地史学、古地理学、地貌及第四纪地学、地层学、地史学、古地理学、地貌及第四纪地质学等。质学等。10应用研究应用研究研究地下资源研究地下资源:矿床学、石油地质学、煤田地质学矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；、水文地质学等；研究地质与人类生活环境及灾害防护研究地质与人类生活环境及灾害防护:工程地质学工程地质学、环境地质学、地震地质学等。、环境地质学、地震地质学等。此外还有一系列的此外还有一系列的边缘学科边缘学科。11二、地球科学的研究方法二、地球科学的研究方法12研究方法取决于研究对象的特点。研究方法取决于研究对象的特点。地球作为其研究对象
6、主要有以下特点地球作为其研究对象主要有以下特点(1)(1)空间的广泛性与微观性空间的广泛性与微观性 (2)(2)整体性与分异性整体性与分异性(或差异性或差异性)(3)(3)时间的漫长性与瞬间性时间的漫长性与瞬间性 (4)(4)自然过程的复杂性与有序性自然过程的复杂性与有序性（5 5）地球的封闭性与开放性）地球的封闭性与开放性13141516171819地球科学的研究方法取决于研究对象的特点。地球科学的研究方法取决于研究对象的特点。地球作为其研究对象主要有以下特点地球作为其研究对象主要有以下特点(1)(1)空间的广泛性与微观性空间的广泛性与微观性 (2)(2)整体性与分异性整体性与分异性(或差异
7、性或差异性)(3)(3)时间的漫长性与瞬间性时间的漫长性与瞬间性 (4)(4)自然过程的复杂性与有序性自然过程的复杂性与有序性（5 5）地球的封闭性与开放性）地球的封闭性与开放性20 地球科学地球科学特点特点：(1)(1)全球性和地域性全球性和地域性 (2)(2)时空尺度的差异性时空尺度的差异性 (3)(3)理论与实践的密切结合性理论与实践的密切结合性 (4)(4)研究方法和研究内容的多学研究方法和研究内容的多学 科性科性21资料收集资料收集 (1)(1)野外调查野外调查 (2)(2)仪器观测、大地测量仪器观测、大地测量 (3)(3)航空、航天和遥感技术航空、航天和遥感技术 (4)(4)实验室
8、分析、测试与科学实验实验室分析、测试与科学实验22野外调查野外调查获取野外第一手资料是地球获取野外第一手资料是地球科学研究的起点和基础。科学研究的起点和基础。23242526272829仪器观测仪器观测可获得有关地球的仪器观测可获得有关地球的定量参数及地球的深部信息定量参数及地球的深部信息 3031323334353637航空航天技术的应用航空航天技术的应用 全球卫星定位系统全球卫星定位系统 航空航天遥感技术航空航天遥感技术38美国：美国：GPSGPS俄罗斯：俄罗斯：格洛格洛纳斯纳斯欧洲：欧洲：伽利略伽利略中国：中国：北斗北斗394042434445未来对地观测卫星系统结构体系 46实验室分析
9、实验室分析分析岩石矿物的化学成分分析岩石矿物的化学成分探测岩石矿物的内部结构探测岩石矿物的内部结构测定年龄测定年龄47流纹质熔结凝灰岩流纹质熔结凝灰岩312.9 312.9 1.7Ma1.7Ma计算机技术的应用计算机技术的应用数据库迅速编绘反映动态变化的图件模拟演化过程数字地球(Digital Earth)495152传统的野外记录本传统的野外记录本大大量量描描述述性性信信息息与与素素描描图图传传统统野野外外25万万区区调调数数据据采采集集现现状状数字填图发展现状数字填图发展现状图6-16 民和三唯可视化地球化学数据处理地球化学数据处理地质人员可以自觉的利用平台进行地质人员可以自觉的利用平台进
10、行不同目标的地质内容研究不同目标的地质内容研究12356地球科学研究的工作方法地球科学研究的工作方法 (1)(1)资料收集资料收集 根据所要研究和解决的问题，根据所要研究和解决的问题，尽可能客观、详尽和系统地收集各种有关的数尽可能客观、详尽和系统地收集各种有关的数据、样品和其它资料。据、样品和其它资料。资料的来源包括详细的野外调查、仪器观资料的来源包括详细的野外调查、仪器观测和收集已有的各种资料等。测和收集已有的各种资料等。(2)(2)归纳、综合和推论归纳、综合和推论 对收集的资料进行加对收集的资料进行加工整理、归纳、综合，利用地球科学的研究方工整理、归纳、综合，利用地球科学的研究方法和原理，
11、作出符合客观实际的推论。法和原理，作出符合客观实际的推论。(3)(3)推论的验证推论的验证 通过生产实践或科学实验通过生产实践或科学实验来证实或检验推论，并在实践的过程中不断地来证实或检验推论，并在实践的过程中不断地修正错误，总结规律。修正错误，总结规律。57现实主义原理现实主义原理（将今论古或（将今论古或历史比较法）历史比较法）现在是了解过去的钥匙 英国地质学家莱伊尔 (C.Lyell,17911875)资料的综合分析、归纳、推理资料的综合分析、归纳、推理58三、地球科学的研究意义三、地球科学的研究意义59（一）理论意义：（一）理论意义：地球科学承担着揭示整个地球的形成、演变规律的科学使命。
12、当代自然科学的一些重大基本理论问题：天体的起源、生命的起源等问题的解决也与地球科学密切相关。地球科学的研究对人类正确地认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用。对整个自然科学的发展也具有促进和推动作用。60超越自然科学本身超越自然科学本身现代地球科学已经超越其自然科学范畴，与人类文化、文明的形成相结合，形成“大科学体系”青藏高原的形成-人类文明的蕴育-人类文化的形成有着某种内在的联系。6162探索月球探索月球探索宇宙探索宇宙63 (二）实际与应用的意义二）实际与应用的意义:寻找、开发和利用自然资源寻找、开发和利用自然资源保护和改善自然环境保护和改善自然环境预报和减轻自然灾害预报和减轻自然
13、灾害 6465666768南津关三斗坪三斗坪三三峡峡坝坝址址选选择择697071727374地球科学历史与未来地球科学历史与未来 (一一)古代地球科学知识的萌芽与积累古代地球科学知识的萌芽与积累 (1 1世纪以前）世纪以前）1 1、中国、中国 禹贡、山海经、管子成书于春秋战国时代（公元前770-221年)水经注（512-518）。梦溪笔谈百科全书式的著作（沈括，1031-1095）。75徐霞客游记徐霞客游记考察纪实型著作考察纪实型著作天工开物天工开物矿床及其开采方法的专著矿床及其开采方法的专著 我国古代地球科学思想、理论、我国古代地球科学思想、理论、实践、成就当局世界前列。实践、成就当局世界前
14、列。为什么近代地球科学的一些主要学科没能在中国这片沃土上诞生？76(一一)古代地球科学知识的萌芽与积累古代地球科学知识的萌芽与积累 (1 1世纪以前）世纪以前）2、国外古代地质知识的萌芽与积累主要集中在欧洲(1)(1)古希腊学者:毕达哥拉斯(约公元前571-497年)亚里士多德(公元前384-342年)狄奥弗拉斯特(公元前370-287年)77(2)古罗马:斯特拉波(Strabo,公元前63-公元20年)地理学论及化石、海陆升降、火山、地震、河流的搬运与沉积作用等。老普里尼（Pliny the Elder）自然史（77年）对矿物进行专门论述，包括当时使用的各种矿物、建筑用石材、矿石及矿床、采矿
15、及冶金方法等。西尼卡（Seneca）自然问题论述了地震、地下水和地面水问题，认识到河流对山谷的侵蚀作用。78（3）14-16世纪的“文艺复兴”时期：哥伦布、麦哲伦等哥伦布、麦哲伦等（14-16世纪）相继环球航海成功地球是球形、对大陆和大洋的轮廓有了初步的了解。哥白尼哥白尼天体运动（1530-1540年）达达芬奇芬奇（1452-1519年）由化石观察研究海陆变迁。阿格里柯拉阿格里柯拉（Agricola,1494-1555年）七部地质专著“矿物学之父矿物学之父”79(二二)地球科学的主要学科的创立与初步发展地球科学的主要学科的创立与初步发展 (1 1-19-19世纪）世纪）德国矿物学教授魏尔纳魏尔
16、纳（A.G.Werner,1750-1817)水成论水成论 英国学者郝屯郝屯（J.Hutton,1726-1797)地球理论 火成论火成论 法国学者居维业居维业（D.G.Cuvier,1769-1832)灾变论灾变论 法国学者拉马克拉马克（Lamark，1744-1829）均变论均变论 80英国地质学家莱伊尔莱伊尔（C.Lyell，1791-1875）地质学原理地质学原理（共三卷）（1880）划时代的著作81(三三)地球科学的革命与全面发展地球科学的革命与全面发展（2020世纪至今）世纪至今）（1）“固定论”与“活定论”之争（2）大陆漂移-海底扩张-板块构造（3）“地幔对流”（4）地幔柱“根”
17、-“柱”构造（5）“系统地球科学”（6）全球构造新概念（7）各种高新技术的应用 及地学交叉学科的兴起82地球系统科学观地球系统科学观83地球是一个复杂的系统地球是一个复杂的系统 requiring an integrated approach84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,包括自地心至地球外层空间十分包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围广阔的范围,是由固体地球是由固体地球(岩石圈）、岩石圈）、流体地球（大气圈、水圈、土壤圈、流体地球（大气圈、水圈、土壤圈、生物圈）、社会地球（人类活动）和生物圈）、社会地球（人类活动）和行星地球（太阳系、银河系）组成的行星
18、地球（太阳系、银河系）组成的一个开放的复杂巨系统，一个开放的复杂巨系统，称为称为地球系地球系统统(Earth(Earths System)s System)。858687我国地球系统科学研究：地球系统科学与可持续发展地球系统科学与可持续发展毕思文 著地质出版社地球系统科学卷八地球系统科学卷八 地球系统数字学地球系统数字学毕思文 编著地质出版社地球系统科学卷七地球系统科学卷七数字地球数字地球对地观测系统对地观测系统毕思文 编著地质出版社地球系统科学卷六地球系统科学卷六地球系统行星学地球系统行星学毕思文 编著地质出版社地球系统科学卷五地球系统科学卷五地球系统物质学地球系统物质学毕思文 编著地质出版
19、社地球系统科学卷四地球系统科学卷四地球系统力学地球系统力学毕思文 编著地质出版社地球系统科学卷三地球系统科学卷三地球系统构造学地球系统构造学毕思文 编著地质出版社地球系统科学卷二地球系统科学卷二地球系统复杂性地球系统复杂性毕思文 编著地质出版社地球系统科学卷一地球系统科学卷一88(四四)地球科学的发展展望地球科学的发展展望应用各种高新技术向纵深、交叉、应用各种高新技术向纵深、交叉、系统型发展。系统型发展。由由“资源型资源型”转向转向“社会性社会性”保证人类社会的可持续发展保证人类社会的可持续发展8990GEOTECHNOLOGIEGEOTECHNOLOGIE Das“System Erde”:
20、Vom Prozessverstaendnis zum Erdmanagement地球工程科学地球工程科学地球系统：地球系统：从过程认识到地球管理从过程认识到地球管理2000-201991 一旦进入到探索机理、追溯过一旦进入到探索机理、追溯过程的新层次，地球科学就成为引人程的新层次，地球科学就成为引人入胜、动人心弦的事情，内中情趣入胜、动人心弦的事情，内中情趣决不下于侦探案件。决不下于侦探案件。地球系统充满了丰富多彩的待地球系统充满了丰富多彩的待破案件和未解之谜，它们不仅是科破案件和未解之谜，它们不仅是科幻作品的绝妙素材，更足以吸引科幻作品的绝妙素材，更足以吸引科学界的有志之士去贡献自己的聪明
21、学界的有志之士去贡献自己的聪明才智。才智。汪品先汪品先 92949596979899100101102五、本课程特点及要求五、本课程特点及要求（一）、课程特点（一）、课程特点1 1、地学基础课、地学基础课2 2、课程体系、课程体系四大部分四大部分 地球的一般知识介绍地球的一般知识介绍 地球表层地质作用地球表层地质作用 地球内部地质作用地球内部地质作用 地球的形成、演化、资源与环境地球的形成、演化、资源与环境103课程特点课程特点 基础性强、图表多、叙述性强基础性强、图表多、叙述性强 概念多、前后交叉概念多、前后交叉授课方式：授课方式：讲课、实习、自学讲课、实习、自学理解记忆基本概念，分析、发现、综合归纳所学知识建立思维方式104学习方法及要求学习方法及要求 发挥主观能动性；发挥主观能动性；思考、找问题；思考、找问题；听讲和讨论、问题、记录、记笔记听讲和讨论、问题、记录、记笔记 实习认真观察、自主填写实习报告。实习认真观察、自主填写实习报告。及时总结；及时总结；105主要参考教材地球科学概论课堂实习指导书内部教材106参考书2019版2019版2019版107参考书2019版2000版108复习题：地球科学 1从总的方面看地球科学的研究对象具有哪些特点?针对这些特点，在地质学研究中采取了哪些研究方法?2研究地球科学有哪些重要的理论意义和实际意义？109
