1、 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
2、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。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
3、的科学。科学。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。l 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
4、System)s System)。地球系统内部存在不同圈层（子系统）之地球系统内部存在不同圈层（子系统）之间的相互作用。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。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（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，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，也
5、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：反
6、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。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（
7、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、海大气、海洋、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十万年时间尺度变化地地球和生命起源、板块构造、冰期出现、海陆变迁、球和生命起源、板块构造、冰期出现、海陆变
8、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。l l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。数字地球数字地球(Digital Earth)一种可以嵌入一种可以嵌入海量（海量（百兆至千兆级百兆至千兆级）地理数地理数据的、多分辨率的、多据的、多分
9、辨率的、多维地球表示的，将成为维地球表示的，将成为管理地球的重要工具管理地球的重要工具。是一个数字形式的关于地球的巨系统巨系统。核心思想：1.用数字化手段数字化手段统一处理地球问题。2.最大限度地利用信信息资源息资源。l市场上可买到电子地图，电视节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 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
10、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）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
11、 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%)8.5%)7070万万168168万万l19601960年年 世界人口
12、达到世界人口达到3030亿（增加亿（增加1010亿人用了亿人用了3030年）年）l19751975年年 世界人口达到世界人口达到4040亿（增加亿（增加1010亿人用了亿人用了1515年）年）l19871987年年 世界人口达到世界人口达到5050亿（增加亿（增加1010亿人用了亿人用了1212年）年）l19991999年年 世界人口达到世界人口达到6060亿亿（联合国人口基金会测算）（联合国人口基金会测算）l20302030年年 预计将接近预计将接近 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年前年前 突破突破 100100亿。亿。l其中94%94%的
13、增长出现于发展中国家。的增长出现于发展中国家。法国不少地方出现负增长。l中国人口：中国人口：西汉末期约西汉末期约0.60.6亿亿，以后大体稳定在，以后大体稳定在1 1亿亿。清朝乾隆下达圣旨：清朝乾隆下达圣旨：“盛世添丁，永不增赋盛世添丁，永不增赋”新中国成立后：新中国成立后：“人多好办事人多好办事”。全球各国（占世界全球各国（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
14、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。资源短缺资源短缺 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
15、（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 能源结构现状能源结构现状：煤煤 67.1%(CO2 排放量100%100%)，石油石油 23.2%(CO2 排放量80%)，水电水电 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65006500万吨万
16、吨（200200亿美圆亿美圆），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2.42.4亿吨亿吨，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2.92.9亿吨亿吨,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。石油石油-估计
17、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 世纪末伊克昭盟苏里格伊克昭盟苏里格(储量5000亿m3)和新疆新疆 拜城克拉苏特大型油气田拜城克拉苏特大型油气田(储量2000亿m3)的发现 ，对于西部大开发西部大开发决策进程起了重要作用。海底水化甲烷海底水化甲烷一个很有前景的待开发研究领域。开发月球表面核聚变原料开发月球表面核聚变原料-月壤中富
18、含月壤中富含3 3He He 资源资源,估计估计1km1km3 3 月壤可提取月壤可提取1010100t100t3 3He,He,总资源量高达总资源量高达505010104 4 50050010104 4t t。1t1t3 3HeHe可获聚变能大约相当可获聚变能大约相当101010101010kWhkWh。中国中国19931993年的总发电量约为年的总发电量约为828210101010kWh,kWh,相当于相当于8t8t3 3HeHe即可满足。即可满足。l科考目的与重点。科考目的与重点。l登月地点的选择。登月地点的选择。l世界现状与中国目标。世界现状与中国目标。中国中国“嫦娥计划嫦娥计划”登月
19、。登月。l 根据水利部21世纪中国水供求世纪中国水供求分析,20102010年年我国工业、农业、生活及生态环境总需水量总需水量在中等干旱年为6988亿立方米亿立方米,供水总量6670亿立方米,缺水缺水318亿立方米亿立方米。表明我国将开始进入我国将开始进入严重的缺水期严重的缺水期。2030年左右年左右,我国人口将达到16亿亿,人均占有水资源量人均占有水资源量比目前减少减少1/5,降至降至1700立方米左右。立方米左右。21世纪中叶世纪中叶,GDP要增长10倍以上倍以上,城市化率城市化率将达到70%,粮食产量增加14001400亿公斤亿公斤。工业生产、城市生活和农业灌溉的用水都将大幅度增长,废污
20、水排放量也将相应增长。北方地区的水资源形势将更加严峻,节约用水节约用水 和“南水北调南水北调”势在必行。立题立题:1.在雅鲁藏布江大拐弯雅鲁藏布江大拐弯处采用核爆炸核爆炸方法拦河筑坝拦河筑坝,开掘开掘隧道隧道(2030公里),使江水穿山而过,利用大约3000米巨大落差建设一座世界最大发电站世界最大发电站。获38003800万千瓦万千瓦/年年发电量=2个三峡水电站 50个大型核电站发电总量。2.利用电力从雅鲁藏布江提水200200亿立方米亿立方米,通过渠道引到青海青海、新疆新疆和甘肃甘肃,改善占全国47%土地面积,年降雨量200毫米毫米的大西北生态环境,北疆地区可建成 3个四个四川盆地川盆地规模
21、的鱼米之乡鱼米之乡。3.剩余电力出口电力出口东南亚,并可解除雅鲁藏布江下游(布 拉马普特拉河)给印度、孟加拉造成的雨季洪灾雨季洪灾。评论评论:另一个大问题是如何考虑大拐弯处正是现代现代强烈地震带强烈地震带,1950.8.15 发生过发生过 8.5 级级察隅地震察隅地震,是我国有史以来已经记录到最大的三次8.5级地震之一。需要有地质学家地质学家参与该区的地壳稳定性地壳稳定性问题研究,对于最后决策有重要意义。环境恶化环境恶化 l近年近年1010城市民意调查（城市民意调查（32433243人）：人）：49%49%关注环境问题，占首位关注环境问题，占首位。l中国的中国的68%8%河流河流已经污染，已经
22、污染，1.7亿人饮用受亿人饮用受 污染的水，污染的水，酸雨酸雨分布区已占国土面积分布区已占国土面积40%，垃圾垃圾占地面积超过占地面积超过 5 510104 4 kmkm2 2。污染造成的经济损失达污染造成的经济损失达2 0002 000亿元亿元/年。年。l l 对地球生态环境对地球生态环境最危险的威胁最危险的威胁,也许不也许不在于这些威胁本身在于这些威胁本身,而而在于人类对它的认识。在于人类对它的认识。人类文明已经具备人类文明已经具备了毁灭自己的能力。了毁灭自己的能力。干旱干旱导致我国平均每年减产粮食损失导致我国平均每年减产粮食损失997997亿元亿元，从经济损失，从经济损失方面占方面占各类
23、灾害之首各类灾害之首。19981998年长江流域年长江流域洪涝洪涝灾害损失灾害损失26002600亿元亿元,受灾人口受灾人口2.332.33亿亿。地震地震灾害突发性强，迄今不易对灾害突发性强，迄今不易对三大要素三大要素(何时、何地、何时、何地、级别级别）作出准确预报。）作出准确预报。19971997年美国年美国ScienceScience权威性刊物上发表的专业人士论文权威性刊物上发表的专业人士论文认为：地震认为：地震“根本无法预测根本无法预测”是是“一件毫无希望的工作一件毫无希望的工作”。19671967年年邢台地震邢台地震（6.8-7.26.8-7.2级）后，李四光级）后，李四光力排众议力排
24、众议提出提出加强布署加强布署地震台站地震台站监测地壳内部地应力分布状态开展预报。监测地壳内部地应力分布状态开展预报。19751975年年人类历史上首次成功预报了人类历史上首次成功预报了7.37.3级的海城地震级的海城地震。（为（为此美国专门派出代表团来华此美国专门派出代表团来华“取经取经”）。）。但但19761976年年7.87.8级的唐山地震（死亡人口二十余万）为何未能级的唐山地震（死亡人口二十余万）为何未能避免？避免？l 唐山大地震前有预报吗？唐山大地震前有预报吗？（引自：冀朝铸（引自：冀朝铸从从“洋娃娃洋娃娃”到外交官到外交官，北京大学出版社，北京大学出版社，20002000）1976年
25、7月28日，唐山发生大地震，那时江青一伙正发动“批邓反击右倾翻案风”的运动，不允许任何事阻饶这场运动。因此当地震局报告说唐山当地震局报告说唐山可能发生大地震时可能发生大地震时，所有警告大家做好准备的尝试都被阻止 然而，在唐山郊区的一个小镇唐山郊区的一个小镇，那里的震级和唐山一样，却没有人死亡没有人死亡，只有少数人受伤。因为当地政府不理睬上面关于继续批邓不得终止的要求，通告全镇人民预防通告全镇人民预防地震，采取在户外过夜等防范措施。地震，采取在户外过夜等防范措施。汶川地震汶川地震今后今后3030年最重要的年最重要的十大科研课题十大科研课题日本文部科学省最近公布的日本文部科学省最近公布的“技术预测
26、调查技术预测调查”第一条 数日前预测是否发生 里氏7级以上大地震的技术。引自：引自：20012001年年8 8月月3 3日北京出版的日北京出版的晨报晨报第第2 2版版nTo students To students l全世界每1分钟就有1种新书刊印。l每小时就有3 300多件发明创造专利进行登记。l每天就有13 000多篇科学论文面世。发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位首位，如果一个人掌握他的科学的基础理论，并学会了独立思考和工作，他一定能找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好进步进步和变化变化 爱因斯坦 中国中国 lSolidly d
27、rilled（严格坚实（严格坚实的训练）的训练）lComparatively narrow focused（兴趣集中于相对（兴趣集中于相对较窄的领域）较窄的领域）lModest&Quiet（谦虚、（谦虚、循规蹈矩）循规蹈矩）lTimid&Diffident（小心（小心谨慎、缺乏自信）谨慎、缺乏自信）lPassive（被动）（被动）美国美国 lSpottily trained（不规范（不规范的训练）的训练）lJump around with wide interests（随心涉足宽广（随心涉足宽广兴趣领域）兴趣领域）lArrogant&Exuberant（自大、充满活力）（自大、充满活力）lBo
28、ld&Confident（勇敢、（勇敢、自信）自信）lAggressive（主动进攻）（主动进攻）1.怎样估计人怎样估计人-地关系面临的现状地关系面临的现状?How to estimate the recent situation between human-earths relationship?2.用亲身经历说明地球科学与人类生活的密用亲身经历说明地球科学与人类生活的密切关系。切关系。Use your personal experience to illustrate the close relationship between Earth Science and the humans daily life.1.1.美美 阿尔阿尔戈尔著戈尔著,陈嘉映等译陈嘉映等译.濒临失衡的地球濒临失衡的地球-生态与人类精神生态与人类精神.北京北京:中央编译出版社中央编译出版社,1997,1997,序言、序言、第一章，第一章，1-17.1-17.2.2.中国地球科学发展战略研究组中国地球科学发展战略研究组.中国地球科学发展战略的若干问题中国地球科学发展战略的若干问题-从地学大国走向地学强国从地学大国走向地学强国.地球科学进展地球科学进展,1999,14(2):105-109.,1999,14(2):105-109.EndThanks!
