地球与环境科学概论

地球科学概论孙立广中国科技大学地球与空间科学学院本堂课内容1.地球科学的目标2.为什么学习“地球科学概论”3.地球科学的科学位置与框架4.应用地球科学5.地学发展简史6.地球科学发展趋势7.中国地球科学的发展现状8.环境科学9.“十五”期间优先资助领域10.极地科学1.地球科学的目标四大起源问题判断：求知欲与生存的需要学科建设：在边缘上寻找生长点“问题地球科学”2.为什么学习“地球科学概论”基本素质的需要宏观更宏微观更微，“拆0”与“组装”建立科学的思维方式值得一学吗？认识.关心.重建.拯救3.地球科学的科学位置与框架科学的概念致知在格物，格物而后知玉.---《礼记.大学》天演论－严复将science译为科学。什么是科学？什么是科学？百科全书：科学是对现实世界规律的不断深入认识的过程。爱因斯坦：设法将我们杂乱无章的感觉经验加以整理，使之符合逻辑上前后一致的系统。李政道：科学是对自然现象的准确抽象。框架GEO.PHYSI.CHEMI.BIO.物理化学古生物古气候地球科学框架固体地球科学：地质学，地球物理学，地球化学，大地测量学大气科学：大气物理，大气化学，大气动力学海洋科学土壤科学环境科学C.S.HComposition(组成):岩石学.矿物学.地球化学.同位素地球化学.Structure(构造)：地球物理学.构造地质学.全球构造.History(历史)：地史学.古生物学.全球变化.4.应用矿床学工程地质学地震地质学环境地质学5.地学发展简史1735年Geology-----1790课堂水火不相容：Hutton－火成论Werner－水成论均变与灾变：C.lyell1830《地质学原理》Cuvier(灾变论)固定论与活动论：ЪелоусовWilson学术论争学术论争的必要性非学术论争的不必要性6.地球科学发展趋势全球化趋势：GIS数字地球观测网络数据共享层圈无国界相互关联的整体系统多学科跨部门的综合研究：国际性研究计划世界气候研究计划（WCRP）国际地圈生物圈计划（IGBP）全球环境变化的人类因素计划（HDP）国际岩石圈计划（ILP）深海钻探计划/大洋钻探计划（DSDP/ODP）全球海洋生态系统动力学研究（GLOBEC）世界大洋环流实验计划（WOCE）学科之间的交叉:2.7K,质子加速器界面过程的研究:Sr/Ba,海-气交换，水岩，冰上、冰下02550750.00.30.6S(%)Depth(cm)02550750816P2O5(%)Depth(cm)02550750816CaO(%)Depth(cm)02550750400800Cu(p.p.m.)Depth(cm)02550750300600900Zn(p.p.m.)Depth(cm)02550750153045Se(p.p.m.)Depth(cm)025507506001,2001,800Sr(p.p.m.)Depth(cm)025507580160240Ba(p.p.m.)Depth(cm)025507504,0008,00012,000F(p.p.m.)Depth(cm)05001,0001,5002,0002,5003,0000.60.9LoadingsForFactor2Yearsbeforepresent0.40.60.8300600900LoadingsPrecipitationForFactor1(mm)0255075-24-16-8δ13C(‰)Depth(cm)0102030405060700.00.20.40.62468B/GaSr/Ba比值深度(cm)深度B/GaSr/Ba海豹粪土沉积物（HF4）的白度值与汞含量的关系-160.00-140.00-120.00-100.00-80.00-60.00-40.00-20.000.0005101520253035404550深度（cm）白度050100150200250300350400450Hg(10-9g/g)甘茨白度Hg6.地球科学发展趋势(续)研究功能－社会服务（研究功能的动力）:找矿，社会型，环境型，气象计划关键区域：南北极，青藏高原，黄土高原，洋脊，地幔热柱，大陆架和大陆内部的碰撞带典型现象：厄尔尼诺，酸雨，臭氧空洞，海平面变化，洋底锰结核，黄土，温室效应CO2280-353ppm(1800-1990)N2O285-315ppbv(1800-1999)CH40.7-1.72ppm(1800-1990)6.地球科学发展趋势(续)从数值模拟向预测发展高新技术的应用:遥感，深部探测非线性应用：0.618在地学上的局限性微观地球科学：电镜，隧道电子显微镜，分子生物学，纳米科学，同步辐射加速器，质子加速器。地球科学的革命——板块构造有待微观地球科学的发展：分子古生物学，结构矿物学，纳米环境地球化学，元素和同位素地球化学等。6.地球科学发展趋势(续)行星科学，月球地质学与空间发展计划协调人与自然关系：环境地质，环境地球化学，环境工程地质三门峡大坝的警示作用15.3亿吨（1960），淹地25万顷，50亿吨（1962）黄万里----小人物：温善章（1956）758事件板桥.石漫滩水库.6亿m37.中国地球科学的发展现状8.环境科学环境科学的研究对象是与人类活动有关的自然环境质量的变化，环境科学是探讨人类社会生态与自然生态的相互作用与平衡的科学。自然科学社会科学技术科学数学.物理学.化学.天文学.地学.生物学经法管政教社史心情统济学理治育会学理报计学学学学学学学学给动公土机矿电材医排力共木械业子料学水工卫工工工技科工程生程程程术学程工程环境科学环环环环环环环环环环环环环环境境境境境境境境境境境境境境物化地生医经法管教科心情统工理学学物学济学理育学理报计程学学学学学史学学学学环环环污环环环境境境染境境境声分地生毒经系学析质态理济统化学学学生工学态程学9.地球科学的优先发展领域(1)全球变化及其区域响应(2)地球环境与生命过程(3)天气、气候系统的物理动力学(4)大陆动力学(5)区域可持续发展(6)日地空间环境与空间天气⑺地球系统探测新原理与新技术10.极地科学全球变化海平面变化；气候与生态演变；-325-320-315-31005001000150020002500A05001000150020002500B海豹数量海冰面积距今年龄(年)增多1500年海豹数量与环境演变海豹数量海冰面积增多企鹅生态模型ABabcSeacoastPassagePassageαCBDEAAαα（a）（b）（c）DarkblackclaywithmanylivingmossesThelarkclayandgraveldebriswithlittlemossrelictBlacksedimentsimpactedbypenguindroppingswithlittlemossrelictThemosshumusBlackorganicmudwithgraveldebrisfromthenestingsitesThemudimpactedbypenguindroppingswithmuchmossrelictHardysedimentarylayerfrompenguindroppingswithlittlemossrelictThegraveldebrisfromthenestingsiteswiththeclayandmuchmossrelictαAD3GAD4dbAD40cm10cm29cm23cm4cm246810P2O5(%)250350450550Sr(ppm)40012002000F(ppm)05101520253050100150200Zn(pppm)depth（cm）369Se(ppm)60160260Cu(ppm)0cm10cm19cmAD3a12345P2O5(%)350450550Sr(ppm)30011001900F(ppm)04812162080120160200Zn(ppm)depth（cm）1234Se(ppm)120180240Cu(ppm)0cm11cm54cm27cm35cm48cmcG01020304050024P2O5（%）depth（cm）2468CaO（%）0200400600Sr（ppm）020004000F（ppm）50.0130.0210.0Zn（ppm）50.0300.0550.0Cu（ppm）AbandonedpenguinrookeryActivepenguinrookeryAncientpenguinactiveareaModernpenguinactiveareaAncienttundravegetationModerntundravegetationThemudofpenguindroppingsTheclaywithrottenmossesBlackclayimpactedbypenguindroppingswithlittlemossrelictBL1BL3BL4da05101520250400800F（ppm）depth（cm）100020003000S（ppm）2070120Zn（ppm）23456CaO（%）150200250Sr(ppm)0cm5cm24cm14cmBL1BL3b123P2O5（%）100140180Ba（ppm）100140180Sr（ppm）024681012141690170250F（ppm）depth（cm）3050Zn（ppm）80100120Cu（ppm）0cm3cm10cm14cmBL4c0510152025036912Se（ppm）depth（cm）2070120170Zn（ppm）90024003900S（ppm）30011001900F（ppm）200400600Sr（ppm）12345P2O5（ppm）0cm3cm23cm人类活动污染记录00.510500100015002000A.D.Con.(%)2468100500100015002000YearsB.P.Cal.HgY2(ngg-1)500100015002000Hg(ngg-1)01020304050Cal.HgHF4(ngg-1)RomefallRome＆Hanper.Islamic/SuiT.Christian/IncasNewWorldInd.WarSilverexh.①ModernabcdBlackdeath南极海豹毛中的古文明记录plumemusclebrainliverdrop.fategg02468HCHs(ng/g)a①②②②⑥⑤plumedrop.musclebrainlivereggbloodfat0102030100150200250300350400DDTs(ng/g)①②②②③④⑤b南极生物粪中的666、DDT(EnvironmentalPollution,2003,inpress)羽毛肌肉大脑肝粪脂肪蛋羽毛粪肌肉大脑肝蛋血液脂肪北极湖泊记录的DDT南极地质状况与矿产探查北极研究