1、内容介绍内容介绍1.第一章第一章 绪论绪论 Introduction2.第二章第二章 宇宙中的地球宇宙中的地球 Earth3.第三章第三章 岩石圈岩石圈 lithosphere4.第四章第四章 大气圈大气圈 Atmosphere5.第五章第五章 水圈水圈 Hydrosphere6.第六章第六章 土壤圈土壤圈 Pedosphere7.第七章第七章 冰冻圈冰冻圈 Cryosphere8.第八章第八章 智慧圈智慧圈 Noosphere9.第九章第九章 复合系统中各圈层的互动与耦合复合系统中各圈层的互动与耦合10.Interacting and Coupling among spheres in th
2、e Complex System第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 环境环境 环境系统环境系统 环境问题环境问题The environment,environmental system and environmental problems第二节第二节 地球科学地球科学Geosciences第三节环境地学与环境科学第三节环境地学与环境科学Environmental sciences and environmental geosciences 第一节第一节 环境、环境系统和环境问题环境、环境系统和环境问题一、发展中的环境概念一、发展中的环境概念哲学角度哲学角度：环境是对中心主体周围的空间事物而：环
3、境是对中心主体周围的空间事物而言的，中心主体与周围环境两者是既相互依存、言的，中心主体与周围环境两者是既相互依存、相互限制，又相互作用和相互矛盾的统一整体。相互限制，又相互作用和相互矛盾的统一整体。中华人民共和国环境保护法（中华人民共和国环境保护法（19791979）：本法：本法所指的环境，是指影响人类生存和发展的各种天所指的环境，是指影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造成的自然因素总体，包括大气、然和经过人工改造成的自然因素总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡自然遗迹、自然保护
4、区、风景名胜区、城市和乡村等。村等。（一）环境的时间概念（一）环境的时间概念人类未出现前，环境是相对生物这一主体而人类未出现前，环境是相对生物这一主体而言的。言的。现代环境也是过去历史环境的延伸和继续现代环境也是过去历史环境的延伸和继续（二）环境的空间概念（二）环境的空间概念1.1.地球环境系统的统一性和整体性地球环境系统的统一性和整体性从环境科学的角度看，地球环境系统实质是从环境科学的角度看，地球环境系统实质是由由地表圈层系统地表圈层系统与与内部内部（深部）（深部）圈层系统圈层系统共同构成的统一整体系统。共同构成的统一整体系统。所谓人地复合系统是说这一环境系统除受所谓人地复合系统是说这一环境
5、系统除受自然法则的制约和影响外，还受人咯社会自然法则的制约和影响外，还受人咯社会经济与政治法则的制约和影响。经济与政治法则的制约和影响。2.2.地球环境系统是日地空间环境系统的组成地球环境系统是日地空间环境系统的组成部分部分地球环境实际属于太阳系的一颗行星星球环地球环境实际属于太阳系的一颗行星星球环境境。地球、太阳及其行星体系在宇宙空间。地球、太阳及其行星体系在宇宙空间中复杂的自我运动和相对运动是地球环境中复杂的自我运动和相对运动是地球环境变化多种周期韵律性产生的重要原因。变化多种周期韵律性产生的重要原因。地球环境从属于更高级和更为复杂的日地空地球环境从属于更高级和更为复杂的日地空间环境系统的
6、一个组成部分。间环境系统的一个组成部分。人们关注的目光，一方面关注人们关注的目光，一方面关注全球环境环境全球环境环境变化变化的机理、的机理、资源资源的合理的合理开发和利用开发和利用，及其，及其控制和管理控制和管理的途径和措施的研究；的途径和措施的研究；另一方面，就是转向另一方面，就是转向地外探测地外探测，寻找地外生，寻找地外生命和适合于人类居住的其他类地环境。命和适合于人类居住的其他类地环境。二、人类地球环境复合系统解析二、人类地球环境复合系统解析（一）空间框架体系（一）空间框架体系依据地球环境系统物质组成圈层结构及其互依据地球环境系统物质组成圈层结构及其互动、耦合的相关性动、耦合的相关性1.
7、1.地球内部环境系统（包括地核、地幔、岩石圈系统）地球内部环境系统（包括地核、地幔、岩石圈系统）主要研究内容是内部圈层之间发展演化、互动与耦主要研究内容是内部圈层之间发展演化、互动与耦合及其整体性和相关性。合及其整体性和相关性。2.地表环境系统地表环境系统 由大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、土壤圈和智由大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、土壤圈和智慧圈组成的地球表层系统。慧圈组成的地球表层系统。对地球表层地理综合体的范围的不同划分：对地球表层地理综合体的范围的不同划分：a.广义广义：上限为大气对流层顶部，下限为岩石圈沉积上限为大气对流层顶部，下限为岩石圈沉积岩顶部岩顶部，平均厚度为，平均厚度为3035
8、km。b.侠义侠义：大气圈、岩石圈和水圈的交接面，：大气圈、岩石圈和水圈的交接面，是生物和是生物和人类活动最集中的场所。人类活动最集中的场所。c.c.钱学森钱学森：地理科学研究的对象，其范围：地理科学研究的对象，其范围大致上至大气对流层、下至岩石圈上部大致上至大气对流层、下至岩石圈上部 。地球表层为地球表层为组成地球系统组成地球系统的岩石圈、水圈、的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈与人类技术文化圈的大气圈、生物圈与人类技术文化圈的交界交界面面。d.d.地球表层学是地球表层学是地球系统科学的侠义内容地球系统科学的侠义内容。e.e.美国美国NASANASA所提出的地球系统体系则是地所提出的地球系统体系
9、则是地球系统科学的广义理解球系统科学的广义理解。地球表层环境系统与内部环境系统比较地球表层环境系统与内部环境系统比较相同点相同点：都强调圈层界面过程都强调圈层界面过程（物理的、化（物理的、化学的和生物的）的相互作用机制，以及通学的和生物的）的相互作用机制，以及通过模型的建立对未来地球环境系统行为和过模型的建立对未来地球环境系统行为和全球变化进行预测、报警和预报。全球变化进行预测、报警和预报。不同点不同点：a.a.组成、过程、动力学行为和复杂性与自组组成、过程、动力学行为和复杂性与自组织临界性不同织临界性不同b.b.地球内部系统地球内部系统强调内部圈层对地球整体变强调内部圈层对地球整体变化化较长
10、时间尺度行为的理解较长时间尺度行为的理解，更侧重固体，更侧重固体地球较长时间尺度的历史演化过程的研究。地球较长时间尺度的历史演化过程的研究。地表系统地表系统则侧重于地球则侧重于地球近代历史演化过近代历史演化过程和短时间程和短时间尺度的动态变化研究，不仅着眼于地球整体行为尺度的动态变化研究，不仅着眼于地球整体行为和全球变化，也重视区域性演变过程的研究。和全球变化，也重视区域性演变过程的研究。c.动力学机制不同动力学机制不同，地球内部系统地球内部系统主要强调主要强调自然驱自然驱动力动力，地表地表环境系统能量来源于环境系统能量来源于太阳辐射能太阳辐射能，以，以及及人类活动人类活动。d.地表环境系统未
11、来行为模型中人类活动是重要驱地表环境系统未来行为模型中人类活动是重要驱动因素。动因素。3.日地空间环境系统日地空间环境系统空间科学家将太阳上层大气、行星际空间、地球空空间科学家将太阳上层大气、行星际空间、地球空间、地球磁层、电离层和中上层大气构成的整体间、地球磁层、电离层和中上层大气构成的整体系统称为日地空间环境系统。系统称为日地空间环境系统。磁层、电离层和中磁层、电离层和中上层大气称为地球空间环境上层大气称为地球空间环境（Geospace）（二）、时间框架体系（二）、时间框架体系时间框架体系是对地球环境系统过程周期性和时间尺度研究的划分。时间框架体系是对地球环境系统过程周期性和时间尺度研究的
12、划分。地球环境系统科学研究对象是在所有时间尺度上的地球环境地球环境系统科学研究对象是在所有时间尺度上的地球环境 演变。演变。1.1.百万年至几十亿年百万年至几十亿年主要指地球环境形成与演化过程的阶段性。主要指地球环境形成与演化过程的阶段性。2.2.从几千年到几百万年从几千年到几百万年主要是指固体地球由内能驱动并受外力影响的那些不可抗拒的地球自然环境主要是指固体地球由内能驱动并受外力影响的那些不可抗拒的地球自然环境变化过程。变化过程。3.3.从几十年到几百年从几十年到几百年主要指地表环境系统内运行着两个大类过程：物力气候过程和生物地球化学主要指地表环境系统内运行着两个大类过程：物力气候过程和生物
13、地球化学过程过程4.4.从几天到几个季度从几天到几个季度主要指由太阳日照和年循环调节等所控制的大气现象主要指由太阳日照和年循环调节等所控制的大气现象5.5.几秒至几小时几秒至几小时地球表层环境系统中各圈层之间及其内部组成物质与能量的变化地球表层环境系统中各圈层之间及其内部组成物质与能量的变化三、人类地球环境复合系统中的环境问题三、人类地球环境复合系统中的环境问题环境问题或环境危机是相对于环境的中心主体而言，指环境环境问题或环境危机是相对于环境的中心主体而言，指环境（自然、社会）条件和过程的发展变化，产生了不利于（自然、社会）条件和过程的发展变化，产生了不利于地球生物进化和人类生存和发展的负面影
14、响等问题。地球生物进化和人类生存和发展的负面影响等问题。（一）生物进化与环境危机（一）生物进化与环境危机1.1.第一生物进化和环境危机第一生物进化和环境危机第一生物进化：第一生物进化：有机物有机物 化学能营养物质化学能营养物质 最原始生物最原始生物第一环境危机：第一环境危机：有机物减少有机物减少海洋海洋无氧无氧供给供给2.2.第二生物进化与环境危机第二生物进化与环境危机第二生物进化：第二生物进化：有机物有机物 CO CO2 2+H+H2 2O O 化学能有机物化学能有机物 好氧性自养生物好氧性自养生物第二环境危机：第二环境危机：厌氧性自养生物厌氧性自养生物 氧氧3.3.第三生物进化与环境危机第
15、三生物进化与环境危机第三生物进化：第三生物进化：好氧性自养生物好氧性自养生物 好氧性异氧生物好氧性异氧生物 多细胞植物和多细胞植物和动物动物 陆地生物陆地生物 哺乳类哺乳类 灵长类灵长类 人类人类第三环境危机：第三环境危机：人类破坏环境人类破坏环境发酵作用发酵作用光合作用光合作用（二）人类发展历史中的环境问题（二）人类发展历史中的环境问题1.1.人类历史初期的第一个环境问题人类历史初期的第一个环境问题原因：可能由于过度采集和狩猎，消灭了居住地区的许多物原因：可能由于过度采集和狩猎，消灭了居住地区的许多物种，破坏了食物来源种，破坏了食物来源解决办法：迁移解决办法：迁移环境恢复：依靠自组织性加以调
16、整和修复环境恢复：依靠自组织性加以调整和修复2.“2.“第一次浪潮第一次浪潮”及其环境问题及其环境问题原因：以二百多年前蒸汽机的广泛使用为标志的工业革命，原因：以二百多年前蒸汽机的广泛使用为标志的工业革命，使许多国家由农业社会过渡到工业社会。兴起了使许多国家由农业社会过渡到工业社会。兴起了“第二次第二次浪潮浪潮”许多工业化国家盲目增加生产，不惜一切，提高国许多工业化国家盲目增加生产，不惜一切，提高国民生产总值。因此，民生产总值。因此，“第二次浪潮第二次浪潮”的兴起和发展使社会的兴起和发展使社会取得的每一进步，几乎都是以对资源环境的不断索取、掠取得的每一进步，几乎都是以对资源环境的不断索取、掠夺
17、和破坏为代价的。夺和破坏为代价的。解决办法：环境治理解决办法：环境治理环境恢复：不能依靠自组织性加以调整和修复环境恢复：不能依靠自组织性加以调整和修复3.“3.“第三次浪潮第三次浪潮”及其环境问题及其环境问题第三次浪潮是以第三次浪潮是以2020世纪世纪8080年代开始的电子工程、生物遗传年代开始的电子工程、生物遗传工程等新兴工业为基础兴起的，使工业社会步入到信息工程等新兴工业为基础兴起的，使工业社会步入到信息社会阶段。社会阶段。其对环境的重要意义其对环境的重要意义:高新技术革命与应用将提高劳动生产率和西亚利用率，从高新技术革命与应用将提高劳动生产率和西亚利用率，从源头上减少污染物的产生和排放量
18、源头上减少污染物的产生和排放量高新技术提高环境保护工作效率，有利于解决高新技术提高环境保护工作效率，有利于解决“第二次浪第二次浪潮潮”产生的环境问题产生的环境问题人们对地球环境系统和社会发展的认识水平，产生并提出人们对地球环境系统和社会发展的认识水平，产生并提出了可持续发展战略思想。了可持续发展战略思想。但但“第四生物进化和环境危机第四生物进化和环境危机”还难以预测。还难以预测。二、地球科学？二、地球科学？（一）地球科学的概念（一）地球科学的概念1.地球科学（地球科学（Geoscience）是系统研究地球物质的组成、运动、时空演化、相互是系统研究地球物质的组成、运动、时空演化、相互作用及其形成
19、机制的学问；是研究所有关于地球的科作用及其形成机制的学问；是研究所有关于地球的科学，包括地球的内部、地表的陆地与海洋，围绕地球学，包括地球的内部、地表的陆地与海洋，围绕地球的大气及气圈以外的太空等的组成、结构、分布规律、的大气及气圈以外的太空等的组成、结构、分布规律、相互关系及其发展变化的科学。相互关系及其发展变化的科学。广义的地球科学包括了：天文学、太空科学、大气科学、广义的地球科学包括了：天文学、太空科学、大气科学、海洋学、固态地球科学及地球科学系统等部门。海洋学、固态地球科学及地球科学系统等部门。地球科学是一门与生活环境紧密结合的基础科学，主要包地球科学是一门与生活环境紧密结合的基础科学
20、，主要包含了地质学含了地质学geology、地理学、地理学geography、气象学、气象学meteorology、水文学、水文学hydrology和土壤学和土壤学soil science等领域。等领域。2.2.地球科学的特点地球科学的特点 1 1）宏观与微观（用波浪状镶嵌构造照片举例，用张伯声）宏观与微观（用波浪状镶嵌构造照片举例，用张伯声院士地质科学思维说明）；院士地质科学思维说明）；2 2）整体性与差异性（人造卫星上看地球，用华北与华南、）整体性与差异性（人造卫星上看地球，用华北与华南、俄罗斯地台与华北地台等事例说明）；俄罗斯地台与华北地台等事例说明）；3 3）时间的漫长性与瞬间性（渐变
21、与灾变举例，如恐龙、）时间的漫长性与瞬间性（渐变与灾变举例，如恐龙、EdicalaEdicala动物群绝灭等）；动物群绝灭等）；4 4）自然过程的复杂性与规律性（用地史古生物演化说）自然过程的复杂性与规律性（用地史古生物演化说明）。明）。（二）学习地球科学的意义（二）学习地球科学的意义 学习地球基础知识，提高全民科学素养学习地球基础知识，提高全民科学素养 。吴阶平吴阶平 院士院士 使人使人“胸襟开阔，知识丰富胸襟开阔，知识丰富”，“地相的错综，地层的地相的错综，地层的累积，以及古生物进化的痕迹，既可了然如在指掌之上；累积，以及古生物进化的痕迹，既可了然如在指掌之上；更能穆然起深远神秘的思想，作
22、人格修养之大更能穆然起深远神秘的思想，作人格修养之大助助”。许寿裳许寿裳 1923 1923 胡适胡适从哲学的角度，体会到地质学、古生物学在形成正从哲学的角度，体会到地质学、古生物学在形成正确的时空观上的重要作用。确的时空观上的重要作用。地球科学已成为保障人类生存的科学。发展与普及地地球科学已成为保障人类生存的科学。发展与普及地球科学关系到全人类的生存和繁荣昌球科学关系到全人类的生存和繁荣昌盛。盛。郝诒纯院士郝诒纯院士1.1.理论意义理论意义当代自然科学一些重大理论问题的最终解决离不开地球科学当代自然科学一些重大理论问题的最终解决离不开地球科学的研究，如天体演化、生命的起源、的研究，如天体演化
23、、生命的起源、克隆羊克隆羊、西北大学地、西北大学地质系舒德干教授的质系舒德干教授的“生命大爆炸生命大爆炸”等等。等等。2.2.实际意义实际意义a.a.在寻找、开发、利用自然资源中有重要作用，如李四光部在寻找、开发、利用自然资源中有重要作用，如李四光部长发现大庆油田，张伯声院士发现河南巩县小关铝土矿、长发现大庆油田，张伯声院士发现河南巩县小关铝土矿、平顶山煤矿等等；平顶山煤矿等等；b.b.预测预报各类自然灾害，如地震、西安地裂缝、滑坡、沙预测预报各类自然灾害，如地震、西安地裂缝、滑坡、沙漠化、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等等；漠化、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等等；c.c.保护和改善自然环境，如温室效应
24、，大气、水资源污染等保护和改善自然环境，如温室效应，大气、水资源污染等等。等。d.d.建立科学的世界观，破除迷信建立科学的世界观，破除迷信（三）、发展简史与展望（三）、发展简史与展望 1.1.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、管子是成书于春秋战国时代（公禹贡、山海经、管子是成书于春秋战国时代（公元前元前770-221770-221年年)的最早的有关地理、地质、水文、气象的著作。的最早的有关地理、地质、水文、气象的著作。水经注水经注著名地学著作（著名地学著作（512-518512-518）。）。梦溪笔谈梦溪笔谈百科
25、全书式的著作（沈括，百科全书式的著作（沈括，1031-1031-10951095）。）。包括陨石、地震、矿物、矿床、化石、河流、地下水、海包括陨石、地震、矿物、矿床、化石、河流、地下水、海陆变迁、地形测量、制图等。陆变迁、地形测量、制图等。如：流水的侵蚀和沉积作用如：流水的侵蚀和沉积作用 华北平原的形成华北平原的形成 太行山东麓山崖间的海生螺蚌化石的成因太行山东麓山崖间的海生螺蚌化石的成因 根据化石推测古地理、古气候的变迁根据化石推测古地理、古气候的变迁 -早于意大利人达早于意大利人达芬奇芬奇的观点的观点400400年年古今类比法古今类比法-早于莱伊尔地质学原理应用的早于莱伊尔地质学原理应用的
26、“将今论古将今论古”法早法早700700余年余年 首次使用首次使用“石油石油”科学术语，延用至今科学术语，延用至今 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、实践、成就当局世界我国古代地球科学思想、理论、实践、成就当局世界前列。前列。2 2）国外）国外 古代地质知识的萌芽与积累主要集中在欧洲古代地质知识的萌芽与积累主要集中在欧洲 (1)(1)古希腊学者古希腊学者:毕达哥拉斯毕达哥拉斯(约公元前约公元前571-497571-497年年)亚里士多德亚里士多德(公元前公元前384-342384-342年
27、年)(2)(2)古罗马古罗马:斯特拉波斯特拉波(Strabo,(Strabo,公元前公元前63-63-公元公元2020年年)地地理学论及化石、海陆升降、火山、地震、河流的搬运与理学论及化石、海陆升降、火山、地震、河流的搬运与沉积作用等。沉积作用等。老普里尼（老普里尼（Pliny the ElderPliny the Elder）自然史自然史（7777年）对矿物进行专门论述，包括当时使用的各种矿物、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、采矿及冶金方法等。建筑用石材、矿石及矿床、采矿及冶金方法等。西尼卡（西尼卡（SenecaSeneca）自然问题论述了地震、自然问
28、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。地下水和地面水问题，认识到河流对山谷的侵蚀作用。（3 3）14-1614-16世纪的世纪的“文艺复兴文艺复兴”时期：时期：哥伦布、麦哲伦等（哥伦布、麦哲伦等（14-1614-16世纪）相继环球航海世纪）相继环球航海成功成功地球是球形、对大陆和大洋的轮廓有了初步的地球是球形、对大陆和大洋的轮廓有了初步的了解。了解。哥白尼哥白尼天体运动（天体运动（1530-15401530-1540年）年）“太阳中心说太阳中心说”对该时期的地球科学研究起了重对该时期的地球科学研究起了重要作用。要作用。达达芬奇（芬奇（1452-15191452-1519
29、年）年）由化石观察研究由化石观察研究海陆变迁。海陆变迁。阿格里柯拉（阿格里柯拉（Agricola,1494-1555Agricola,1494-1555年）年）七七部地质专著部地质专著“矿物学之父矿物学之父”2 2、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）地质学地质学的诞生的诞生 德国矿物学教授魏尔纳（德国矿物学教授魏尔纳（A.G.Werner,1750-1817A.G.Werner,1750-1817）水成论水成论 国学者郝屯（国学者郝屯（J.Hutton,1726-1797J.Hutton,1726-1797）火成论火成论 地球
30、理论地球理论 法国学者居维业（法国学者居维业（D.G.Cuvier,1769-1832D.G.Cuvier,1769-1832）灾变论灾变论 法国学者拉马克（法国学者拉马克（LamarkLamark，1744-18291744-1829）均变论均变论 英国地质学家英国地质学家莱伊尔莱伊尔（C.LyellC.Lyell，1791-18751791-1875）地质学原理（共三卷）（地质学原理（共三卷）（18801880）划时代的著作划时代的著作 北美学者霍尔、丹纳北美学者霍尔、丹纳“地槽地槽”学说学说3.3.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 1）“
31、固定论固定论”与与“活动论活动论”之争之争2 2）中国的五大构造学派）中国的五大构造学派3 3）大陆漂移）大陆漂移-海底扩张海底扩张-板块构造板块构造4 4）“地幔对流地幔对流”5 5）“根根”-“”-“柱柱”构造构造6 6）“系统地球科学系统地球科学”7 7）地学交叉学科的兴起）地学交叉学科的兴起8 8）各种高新技术的应用）各种高新技术的应用4 4、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、系统型发应用各种高新技术向纵深、交叉、系统型发展。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第三节第三节 环境地学环境地学
32、一、环境地学的发展历史一、环境地学的发展历史环境地学成为一门独立的科学是近环境地学成为一门独立的科学是近2020年的事情，但是它的孕育年的事情，但是它的孕育过程却是源远流长的。过程却是源远流长的。1818世纪，地理环境决定论世纪，地理环境决定论 德国地理学家德国地理学家F.F.拉策尔人类地理学拉策尔人类地理学 美国美国E.C.E.C.森普尔地理环境之影响森普尔地理环境之影响1919世纪后期，可能论代替控制论世纪后期，可能论代替控制论 法国人文地理学家法国人文地理学家V.V.布拉什布拉什 J.J.布吕纳人地学原理布吕纳人地学原理2020世纪世纪2020年代年代，美国地理学家，美国地理学家H.H.
33、H.H.巴罗斯明确提出巴罗斯明确提出地理学就是地理学就是人类生态学人类生态学第二次世界大战后，出现了第二次世界大战后，出现了“资源危机资源危机”，公害成了威胁人类，公害成了威胁人类生存的严重社会问题，解决环境问题的迫切需要，推动了生存的严重社会问题，解决环境问题的迫切需要，推动了人地关系研究的进一步发展，人地关系研究的进一步发展，环境地学遂于环境地学遂于6060年代诞生，年代诞生，并于并于7070年代获得了迅速的发展。年代获得了迅速的发展。二、环境地学的学科性质二、环境地学的学科性质环境地学是介于环境科学与地学基础学科之间相互渗透和环境地学是介于环境科学与地学基础学科之间相互渗透和交叉形成的一
34、综合性很强的学科群。以人类地球复合交叉形成的一综合性很强的学科群。以人类地球复合系统为研究对象，研究其发展、组成和结构、调节和控系统为研究对象，研究其发展、组成和结构、调节和控制改造和利用的科学。制改造和利用的科学。环境地学在环境科学学科体系中是惟一对人地复合系统环境地学在环境科学学科体系中是惟一对人地复合系统整体性及各子系统之间的相关性进行全面而综合研究的整体性及各子系统之间的相关性进行全面而综合研究的学科。学科。环境地学在某种意义上，为环境科学的其他分支学科研究环境地学在某种意义上，为环境科学的其他分支学科研究提供理论依据和支持，并将其他分支学科研究结果和进提供理论依据和支持，并将其他分支
35、学科研究结果和进展概况综合，推动环境系统的整体性及其行为相关性的展概况综合，推动环境系统的整体性及其行为相关性的研究。研究。三、环境地学的主要研究内容三、环境地学的主要研究内容（一）、主要研究内容（一）、主要研究内容1.1.全球环境系统变化全球环境系统变化全球变化是地球环境内部圈层和地表圈层与日地空间圈层全球变化是地球环境内部圈层和地表圈层与日地空间圈层系统相互链接，三者之间互动和耦合作用结果的反映。系统相互链接，三者之间互动和耦合作用结果的反映。但全球变化矛盾的焦点和集中表现却是人类息息相关的但全球变化矛盾的焦点和集中表现却是人类息息相关的地球地球 表层环境系统。表层环境系统。2.2.物质、
36、能量和信息前夕、转化和交换过程物质、能量和信息前夕、转化和交换过程3.3.环境质量及其演变规律环境质量及其演变规律4.4.以地表环境系统为中心的延伸与扩展以地表环境系统为中心的延伸与扩展向地球内部圈层的延伸；向日地空间系统扩展向地球内部圈层的延伸；向日地空间系统扩展5.5.发展并构筑完整的环境地学理论体系发展并构筑完整的环境地学理论体系（二）、学科分支（二）、学科分支目前已相对明确的分支学科有目前已相对明确的分支学科有:环境地质学、环境地球化学、环境地质学、环境地球化学、环境地理学、污染气象学、环境水文学、环境海洋湖沼学、环境地理学、污染气象学、环境水文学、环境海洋湖沼学、环境土壤学等。环境土
37、壤学等。1.1.环境地质学环境地质学是环境科学与地质学之间的边缘学科；是环境科学与地质学之间的边缘学科；主要研究人类活动与地质环境的相互作用主要研究人类活动与地质环境的相互作用:研究由地质因素引研究由地质因素引起的环境问题起的环境问题(如地震、火山喷发、海啸、山崩、泥石流等如地震、火山喷发、海啸、山崩、泥石流等现代地质过程引起的人类环境灾害现代地质过程引起的人类环境灾害)和由人类活动引起的环和由人类活动引起的环境地质问题境地质问题(如包括化学污染引起的环境地质问题如包括化学污染引起的环境地质问题,大型水大型水利工程建设引发地震等环境地质问题利工程建设引发地震等环境地质问题,矿产资源开采过程中矿
38、产资源开采过程中引起的环境地质问题引起的环境地质问题,以及城市化引起的地下水超采等环境以及城市化引起的地下水超采等环境地质问题等地质问题等)。2.2.环境地球化学环境地球化学是环境科学与地球化学之间的边缘学科；是环境科学与地球化学之间的边缘学科；主要研究天然的和人为释放的主要研究天然的和人为释放的化学物质在环境中的迁移转化化学物质在环境中的迁移转化规律及其与环境质量和人体健康的关系规律及其与环境质量和人体健康的关系。研究内容有三个。研究内容有三个方面方面:人类环境各子系统的地球化学性质人类环境各子系统的地球化学性质,尤其是现代环境尤其是现代环境的化学变化过程和趋势的化学变化过程和趋势;污染物在
39、环境中的迁移转化规律污染物在环境中的迁移转化规律;环境中与生命有关的化学物质对生物和人体健康的影响环境中与生命有关的化学物质对生物和人体健康的影响,包括包括地球表面化学元素分布不均导致的动、植物和人体的生物地球表面化学元素分布不均导致的动、植物和人体的生物地球化学地方病地球化学地方病,这一部分内容与生物地球化学交叉这一部分内容与生物地球化学交叉,但环但环境地球化学在这方面的任务不仅是研究现代环境化学组成境地球化学在这方面的任务不仅是研究现代环境化学组成的变化与生命体的化学组成和人类健康的关系的变化与生命体的化学组成和人类健康的关系,而且还在而且还在更广阔的地质背景上研究宇宙元素、地壳元素、海洋
40、元素更广阔的地质背景上研究宇宙元素、地壳元素、海洋元素与生命元素的关系与生命元素的关系,研究生命过程的地球化学演化等问题。研究生命过程的地球化学演化等问题。3.3.环境地理学环境地理学是环境科学与地理学之间的边缘学科；是环境科学与地理学之间的边缘学科；主要研究人主要研究人-地系统结构功能的变化和效应地系统结构功能的变化和效应,即即人类活动对地理人类活动对地理环境结构功能的影响及其对人类生存发展的反馈作用环境结构功能的影响及其对人类生存发展的反馈作用。其主要研究内容为其主要研究内容为:人类活动对地理环境整体及各要素的影响人类活动对地理环境整体及各要素的影响;污染物的循环对地理环境的影响及其生态健
41、康效应污染物的循环对地理环境的影响及其生态健康效应:地理环地理环境整体及各要素的环境质量评价境整体及各要素的环境质量评价;环境规划和区划等。环境规划和区划等。4.4.环境气象学环境气象学是环境科学与现代气象学之间的边缘学科；是环境科学与现代气象学之间的边缘学科；主要研究大气运动与大气中污染物的相互作用主要研究大气运动与大气中污染物的相互作用,即近地面层大即近地面层大气运动引起的污染物扩散、输送、迁移、转化等物理和化气运动引起的污染物扩散、输送、迁移、转化等物理和化学过程学过程,以及大气污染对天气和气候的影响。以及大气污染对天气和气候的影响。目前它的研究内容侧重于以下方面目前它的研究内容侧重于以
42、下方面:大气运动对污染物扩散的大气运动对污染物扩散的影响影响,即各种成因的大气湍流运动所引起的污染物扩散和再即各种成因的大气湍流运动所引起的污染物扩散和再分配分配;气象因素对污染物化合和分解的作用气象因素对污染物化合和分解的作用;大气污染对局大气污染对局部气候的影响部气候的影响;大气污染的全球效应等。大气污染的全球效应等。5.5.环境水文学环境水文学是环境科学与水文学之间的边缘学科是环境科学与水文学之间的边缘学科,主要研究主要研究河流、湖泊、河流、湖泊、地下水、水库、港湾、近海水域的水文条件与污染状况的地下水、水库、港湾、近海水域的水文条件与污染状况的关系及其对水域水质的影响关系及其对水域水质
43、的影响。研究内容包括污染物随水迁。研究内容包括污染物随水迁移的动力学移的动力学,以及影响污染物化学转化、降解的水文因素以及影响污染物化学转化、降解的水文因素等。等。6.6.环境海洋湖沼学环境海洋湖沼学研究污染物在海洋、湖沼中分布、迁移和转化的规律研究污染物在海洋、湖沼中分布、迁移和转化的规律,但重点但重点在海湾、港口、湖湾和其他沿岸水域在海湾、港口、湖湾和其他沿岸水域。它的研究内容包括。它的研究内容包括:海洋、湖泊等水体中污染物质通量的研究海洋、湖泊等水体中污染物质通量的研究,即某种污染物在即某种污染物在一定时间内通过各种途径排入水体的量一定时间内通过各种途径排入水体的量;污染物进入水体后污染
44、物进入水体后的迁移转化规律的迁移转化规律,包括污染物被水体中物质的吸附和被生物包括污染物被水体中物质的吸附和被生物吸收后的迁移吸收后的迁移,以及由于化学、光化学、生物化学作用造成以及由于化学、光化学、生物化学作用造成的形态变化等的形态变化等;海洋、湖泊污染的生态效应海洋、湖泊污染的生态效应,即低浓度污染即低浓度污染物对水生生物的长期慢性毒性物对水生生物的长期慢性毒性;在合理利用水体自净能力的在合理利用水体自净能力的基础上基础上,提出控制污染物通量的可行措施提出控制污染物通量的可行措施,制定和选择沿岸制定和选择沿岸工农业布局的最佳方案。工农业布局的最佳方案。7.7.环境土壤学环境土壤学主要研究人
45、类活动引起的土壤环境质量变化以及这种变化对人主要研究人类活动引起的土壤环境质量变化以及这种变化对人体健康、社会经济、生态结构和功能的影响体健康、社会经济、生态结构和功能的影响,探索调节、控探索调节、控制和改善土壤环境质量的途径和方法制和改善土壤环境质量的途径和方法。环境土壤学的核心问题是认识土壤环境土壤学的核心问题是认识土壤-植物系统的污染和净化功植物系统的污染和净化功能这一对矛盾的发生、发展、转化和统一的过程能这一对矛盾的发生、发展、转化和统一的过程,以便采取以便采取措施使矛盾向有利于人类的方向发展。措施使矛盾向有利于人类的方向发展。它的主要研究内容包括它的主要研究内容包括:土壤环境背景值土
46、壤环境背景值;土壤污染现状土壤污染现状;土壤土壤及其边界环境中污染物的迁移、转化和分布规律及其边界环境中污染物的迁移、转化和分布规律;污染物对污染物对土壤特性的影响和生态土壤特性的影响和生态-经济效应经济效应;土壤土壤-植物系统对主要污植物系统对主要污染物的净化功能、反应动力学及其环境条件染物的净化功能、反应动力学及其环境条件;土壤环境质量土壤环境质量基准和土壤环境容量等。基准和土壤环境容量等。（三）、研究方法（三）、研究方法在进行环境地学研究时，通常采用以下三种方法：在进行环境地学研究时，通常采用以下三种方法：第一第一,野外现场调查研究，包括现场观测分析或野外布点、采野外现场调查研究，包括现
47、场观测分析或野外布点、采样及相应的测试工作。样及相应的测试工作。第二，实验模拟研究，包括在现场的和在实验室里的模拟。第二，实验模拟研究，包括在现场的和在实验室里的模拟。第三，应用地球科学的新技术，如遥感和地理信息系统技术第三，应用地球科学的新技术，如遥感和地理信息系统技术进行环境地学分析，即对人地系统中与环境质量、环境灾进行环境地学分析，即对人地系统中与环境质量、环境灾害有关的各种成份或要素的时空分布规律和它们之间的相害有关的各种成份或要素的时空分布规律和它们之间的相互依存关系进行分析。其目的一方面是解决人地关系中的互依存关系进行分析。其目的一方面是解决人地关系中的具体矛盾，为国民经济建设提供
48、科学优质的环境地学软件；具体矛盾，为国民经济建设提供科学优质的环境地学软件；另一方面是检验、修改、补充和完善环境地学理论，从而另一方面是检验、修改、补充和完善环境地学理论，从而提高环境地学认识客观世界的水平，增强人们利用和改造提高环境地学认识客观世界的水平，增强人们利用和改造世界的能力。世界的能力。四、当前世界环境地学发展的特点和趋向四、当前世界环境地学发展的特点和趋向 1 1着眼于地球是个复杂系统，是个多层次结构，以及通过着眼于地球是个复杂系统，是个多层次结构，以及通过各圈层相互作用的演化过程，来研究全球性环境变化各圈层相互作用的演化过程，来研究全球性环境变化。不仅是研究现代的，而且研究过去
49、地质历史时期，同时对不仅是研究现代的，而且研究过去地质历史时期，同时对今后今后2121世纪内全球变化趋势进行预测。全球性变化的主世纪内全球变化趋势进行预测。全球性变化的主要研究内容是全球性气候（包括古气候）、全球性海平要研究内容是全球性气候（包括古气候）、全球性海平面变化、全球物质和能量循环等等，并且对这些全球性面变化、全球物质和能量循环等等，并且对这些全球性变化给人类生存环境和社会发展带来的影响及后果进行变化给人类生存环境和社会发展带来的影响及后果进行预测。预测。2.2.以动态观点及非线性动力学理论和方法来探索地质环境以动态观点及非线性动力学理论和方法来探索地质环境演化的特点和地质环境灾变预
50、报的可能性演化的特点和地质环境灾变预报的可能性。影响环境变化的因素有自然因素与人为因素双重的作用。影响环境变化的因素有自然因素与人为因素双重的作用。这些因素的变化在许多情况下是无序的，是一个非线性这些因素的变化在许多情况下是无序的，是一个非线性问题。这方面的研究，在国际上已成为热点问题。问题。这方面的研究，在国际上已成为热点问题。3.3.从不同时空尺度来研究地球环境变化从不同时空尺度来研究地球环境变化 地球系统中的大气、水文、陆地部分都是在不同的空间尺度上地球系统中的大气、水文、陆地部分都是在不同的空间尺度上演化和变化的，从空间尺度上来看：演化和变化的，从空间尺度上来看：大尺度的环境研究有全大
