地球系统科学考试

页码是《地球系统科学（第二版）》上的1、地球系统科学与可持续发展的相关性。A2220世纪末以来，地球的资源环境和频发的灾害问题已受到了地球科学界的重视，地球科学率先进入了人类与环境、资源相协调的探索和研究领域。1、地球系统是一个由地核、地幔、地壳以岩石圈、大气圈、水圈、生物圈、人类圈各部分组成的整体，各组成部分相互作用并发生着物质和能量交换，形成了丰富的自然资源和适合人类生存的地球环境，也孕育着许多危及人类的自然灾害。人类的活动也作用于地球系统，影响着地球系统。地球科学正试图精细地、定量地阐明地球系统的作用机理，阐明人类活动对地球系统的作用和影响，从而指导人类探索地球环境的演变规律，探索全球气候变迁、地震等重大自然灾害的形成机理，使人类有效地预防、预报重大自然灾害，减轻重大自然灾害给人类造成的损失，把握协调人与自然环境的关系。2、地球系统科学正在完成由资源型知识体系向社会型知识体系的转变。当代人类社会面临着人口、资源、灾害和环境方面的重大问题，它直接威胁着人类社会今后的生存和发展。这就使得地球系统科学除要解决能源和矿产资源的问题外，还必须帮助人类解决人类社会当今面临的许多有关生存条件的重大问题。诸如减轻自然和人为灾害、寻找和保证充足干净的水资源，减少环境污染、生态破坏等。促使地球系统科学从资源时代进入环境时代，其社会功能由“资源型”拓宽到“社会型”，相关学科迅速建立和发展起来，使地球系统科学基本完成了“社会型”知识体系的建立，为人类社会解决环境问题防治自然灾害提供了理论知识和技术支持。3、地球系统科学从整体地球系统作用机制的研究出发，进一步深入地评估地球矿产资源的形成和分布规律，同时利用高新技术和手段，来寻找地球深部矿产和隐伏矿产，以提高矿产资源对人类社会经济发展的保障程度。在提高矿产资源的综合利用方面，地球科学加强了开采利用技术的研究，使得一些贫矿、呆矿得到了有效的开发和利用。新材料、可替代资源的开发利用的研究也成为了地球科学的急迫任务和内容。地球系统科学对矿产资源的研究也由对矿床自然属性的单一评价发展到对矿产资源自然属性、经济属性、社会属性的综合评价。更加注重了矿产资源开发对环境的影响和环境保护与生态恢复的综合评价。指导人类更加合理地开发利用矿产资源，强化环境保护和生态恢复。4、在区域性、局部性地质灾害、环境破坏的防治方面，地球科学有了显著的进展。通过分析研究，基本认识了诸如滑坡、泥石流、土地沙漠化、石漠化、水体污染等的形成机理及人类活动在其发生发展过程中的作用，为人类预防和治理这类地质灾害和环境问题提供了科学的理论和技术，使人类在预防和治理这类地质灾害和环境问题方面，取得了日愈显著的成绩。21世纪，将翻开人类社会努力实现人口、资源、环境的协调，社会经济可持续的发展史。地球科学将在解决人类社会可持续发展中的一些带根本性的问题，如：了解地球系统整体，研究地球系统各组成部分之间的联系和相互作用，人类活动对系统的作用和影响，探求地球系统的协调和平衡；为人类社会提供充足的自然资源；预防和治理地质灾害，减轻地质灾害对人类的损害；调节全球和区域的环境变化等方面做出更显著的贡献，成为人类社会实现可持续发展的重要科学。同时人类社会对可持续发展进一步的理解和关注，也为地球科学的发展提供了前所未有的机遇。我们有理由相信“21世纪将是地球科学的世纪”。2、如何认识地球系统科学与传统地球科学的区别与联系？A23一、传统地球科学向地球系统科学的转变传统地球科学对地球的研究多是针对地球的某一组成部分，分门别类进行研究，形成了各种专门学科，以及带有各自特色的研究方法和知识体系。地球系统科学把地球作为一个由相互作用的各个组元或子系统——地核、地幔、地壳、土壤、大气圈、水圈、生物圈和人圈组成的统一系统，即地球系统来研究，只有这样才能真正深化对地球的研究，也才能回答人类面临的一系列重大的全球性环境问题。这种眼界和观念的转变，标志着从传统地球科学概念向地球系统科学的转变。实现这种转变的背景是：地球科学各分支学科深入发展的必然；人类面临全球性可持续发展的重大问题；对地观测技术和信息科学的发展，提高了人类认识地球的能力。当然地球系统科学的发展并不能代替传统地球科学各学科自身的发展，相反，要求它们能更深入研究和提供地球系统各组元自身的规律性知识。传统地球科学向地球系统科学的转变，主要反映在地球系统科学从单一学科深入研究向学科交叉、横向发展的转变；从固体地球科学向行星地球的地球系统科学的转变；从而深化对地球的认识。侧重于资源开发利用向探求地球知识、为人类社会、经济可持续发展服务的转变；从单一的、局部的、实际的自然地理现象研究向系统的、全球的，以数字化为手段的模拟推演的转变。3、如何认识地球系统科学七大特征?A39一、思维方式的变化——整体性思维1、从太阳系研究地球的结构、演变过程和动力学2、从地球系统的角度，研究地球各圈层的相互作用二、研究对象的变化——展望全球与预测未来地球系统科学研究对象时空尺度的扩大1、在研究对象的时间尺度上，建立地球系统过去、现在和未来行为的时间链2、研究对象的空间尺度由局部向区域、全球扩展3、地球科学研究人员的思维和方法论，从局部观向整体观拓展，由线形思维走向复杂性思维，从注重分析转向分析与综合集成相结合三、研究内容的变化——为社会可持续发展服务1、地学研究从注重自然现象研究，扩展到人地关系研究，注重研究人类活动对地球环境的影响和反馈。2、由以学科为导向的研究，转向以问题为导向的跨学科综合研究。四、研究形式的变化——多学科的综合研究1、学科的交叉、渗透加强学科上的重大突破，新的生长点乃至新学科的诞生，常常是在相邻学科的彼此交叉与渗透的过程中形成。特别是地学中“以问题为导向”的研究更体现了这一点。2、多学科的综合研究五、组织形式的变化——国际化与合作研究1、建立跨学科的国际性研究计划2、建立国际性的或国家级的专门委员会或领导机构3、跨学科、跨部门的联合研究中心六、信息交流的变化——地球信息科学的诞生1、数据与信息系统的建设和地球信息系统的开发2、地球信息科学七、方法手段的变化——高新技术的应用1、高新技术特别是空间技术的应用，已能够采用三度空间，动态探测地球环境的结构和运动形态，使地球科学的理论研究以丰富的实测资料为基础。2、现代海洋研究手段空前提高，拥有先进的调查船、海洋遥感卫星、浮标观测系统、深潜深测技术、高性能大容量计算机和先进的实验室3、探测技术航空航天遥感、深潜技术、地球层析成像、全球数字地震台网和全球定位系统等，共同构成了向海、陆、空和地下深部进行全面探测的技术系统。4、模拟与实验已具备利用高温高压大腔体设备、同步辐射技术、精密测定技术、模拟分析及计算机技术等，全面描述和研究地球介质的物理、化学性质及条件的能力。5、测试与分析技术正在向由计算机控制的高灵敏度、高分辨率、自动化仪器分析的技术方面发展。6、“3S”技术“3S”技术的使用使地球上很多现象的定量、定位、定时研究或建立全球模型成为可能。网络的迅速发展，使全球地学信息资源实现共享。4、如何认识地球系统科学六大趋向?A42一、突出地球系统各圈层相互作用及其重大环境变化研究1、地球系统是地球科学研究的主导方向2、地球系统科学研究突出地球各圈层的相互作用研究二、突出地球演变的动力过程研究与生态环境保护地球动力学主要有以下三个方面：1、19世纪达尔文的进化论——生物圈动力学。生物圈动力学理论是通过生物与其化石祖先的延续关系，重建气候、古环境，揭示其进化史。2、20世纪60年代的板块构造学说——地球圈动力学。地球圈动力学理论是岩石圈演变、洋陆更替的历史进程，是通过板块的形成、运动和消亡来认识的。3、气候变迁理论——大气圈动力学理论。三、突出数字地球与地球科学定量化研究1、地球系统科学和全球变化研究的方法论2、地球科学数据的规范化整理与信息资源的共建共享已成为潮流3、“3S”技术广泛使用四、突出地球管理科学与可持续发展地球系统科学的研究目的是在人类加强对地球认识的基础上，维持其足够的资源供给及其持续利用，减轻自然灾害造成的损失，保护与改善环境，促进生态系统良性循环，协调人地关系，从整体上为经济社会发展、提高人民生活质量，增强科学能力做出贡献。因此，地球系统科学必须突出地球管理科学与可持续发展。五、突出地球系统科学跨学科研究与创新关注地球系统科学的思维创新关注经济社会对地球科学的影响与需求关注地球科学与其他学科的交叉融合关注高新技术在地球系统科学研究中的应用六、地球系统科学的新思维和地球观测新技术的发展，必将对地球科学的发展和增强人类管理地球能力的提高继续产生革命性的影响5、如何理解地球系统科学的概念?A461、狭义概念地球系统科学是为了解地球动力、地球演变和全球变化，对组成地球系统的各部分、各圈层相互作用机制进行综合研究的一门学科。2、广义概念地球系统科学跨越一系列自然科学与社会科学。地球系统科学是把地球看成一个由相互作用的地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、智慧圈和行星系统等组成部分构成的统一系统。地球系统科学是一门重点研究地球各组成部分之间相互作用的科学，以解释地球的动力学、地球的演化、人地关系和全球变化。其目标是了解整个地球系统的过去、现今及未来的行为。6、地球系统科学现在应起步的领域前沿有哪些?A607、如何理解地球系统科学的时间尺度?举例说明。A62地球系统科学研究的主要时间尺度可以划分为五个不同的时间段：1、几秒至几小时陆地、海洋、冰、大气和生物群落之间的质量、动量和能量通量全部由时间尺度小于一天的过程所支配。在陆地和大洋，这些交换以湍流输送作为介质而发生，而湍流本身输送又部分地受逐日加热循环的影响。2、几天至几个季节天气现象、洋流中的旋涡、极区海冰覆盖的季节增长和融化、地面径流和风化以及植物生长的年循环等，都受制于由日照年循环调节的时间尺度范围内。大部分生物地球化学循环的反馈过程是通过为子系统提供能量辐射过程的交替而发生的。地层和火山爆发都是在相当长的时间尺度内固体地球内部进行调整的一种瞬间表现形式，这种灾难性事件的突然爆发掩盖着一个基本事实，这就是为积累使这种事件重复所需的能量需要有几十到几百年的时间。3、几十年至几百年对地球上某些生命形式的存在具有威胁的变化（气候变化、大气化学成分的变化、地表干燥度或酸度的变化，以及地球和海洋生物系统的变化）在未来的10—100年间应予以认识和预报。4、几千年至几十万年冰期与间冰期交替几千年至几十万年冰期和间冰期之间的交替(连同大气化学组分中的相应变化)、土壤的发育，以及生物种类的分布，它们主要是由地球围绕太阳运动的轨道变化而引起的，这种轨道变化具有几万年的循环周期。5、几百万年至几十亿年地球形成的初期，地球内部的金属核(它产生磁场)明显地与其上的地慢对流和运动着的岩石圈隔离开。这些系统运行的特征时间尺度为几百万年。生命的演化及与此有关的目前大气化学成分的演变具有类似的时间尺度。8、你认为地球系统科学的研究步骤有哪些?A72地球系统科学的基本研究步骤由四部分构成：①现象的观测和数据的积累；②对观测数据进行分析和解释，从物理的、化学的和生物学的规律出发，建立有关地球过程的定量关系；③在前两项的基础上建立概念模型和数学(数值)模型(和实验)；④验证模型，并用它进行对未来变化趋势的统计预测和预报。地球系统科学研究步骤并非循序渐进，而是由某种循环构成。概念模型的建立来源于观测，而且由此建立的数学模型要通过进一步的观测来验证。但是，观测本身，从观测哪些状态变量到观测系统的配置，都需要以一定的概念模型为指导。9、如何认识地球系统科学的方法论?举例说明。A7410、如何理解地球系统的系统、结构和层次？A471、系统的定义系统是相互作用的多元素的复合体。系统中包含的对象称为系统的组分，最小的即不需要再细分的组分称为系统的元素或要素。1、系统结构结构是指各个组成部分的搭配和排列。在关联方式不变的情况下，组分的关联方式称为结构。系统结构是组分与组分之间关联方式（系统把其元素整合为统一整体的模式）的总和。涌现性的另一种解释是高层次具有低