重點(diǎn)說明：

1）藍(lán)色字體：表示該部分要熟練理解，在理解的基礎(chǔ)上能默寫；

2）紅色字體+下劃線：表示該部分是必須掌握的，要能默寫出來，是考試重點(diǎn)。一般以名詞解釋或者

填空題的形式出題。

前言

為了適應(yīng)高等學(xué)校教學(xué)改革的新形勢(shì)，使地質(zhì)類院校理工科學(xué)生向著知識(shí)面寬、適應(yīng)S

H能力強(qiáng)的方向發(fā)展，我們組織編寫了《地球科學(xué)概論》作為地質(zhì)類本、?？粕不A(chǔ)

課的試用教材，以期使學(xué)生較全面地了解地球科學(xué)的概貌。

地球科學(xué)是一門研究領(lǐng)域廣、分支學(xué)科多、理論與應(yīng)用緊密結(jié)合的學(xué)科體系。本書作

為高等學(xué)校學(xué)習(xí)地球科學(xué)的入門教材，較詳細(xì)地介紹了有關(guān)地球科學(xué)的一些基本知識(shí)、基

本概念和基本原理，涉及到地球科學(xué)的地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)、

水文學(xué)、環(huán)境地學(xué)、天文地學(xué)等方面。本教材的主要特點(diǎn)是：

1.把整個(gè)教學(xué)內(nèi)容按內(nèi)在聯(lián)系由淺入深、由表及里地納入一個(gè)完整體系。該體系以建

立整體的地球觀、自然觀為主線，先從了解地球的宇宙環(huán)境和宏觀特征入手，進(jìn)而介紹地

球的外部圈層和內(nèi)部圈層特征，接著重點(diǎn)闡述了推動(dòng)地球發(fā)展的各種地質(zhì)作用、地球動(dòng)力

系統(tǒng)以及與人類關(guān)系密切的地球的資源與環(huán)境問題，最后介紹地球起源與演化的基本認(rèn)識(shí)。

2.強(qiáng)調(diào)地質(zhì)作用的過程與產(chǎn)物，將以往所稱的外力地質(zhì)作用改稱為表層地質(zhì)作用，并

采用風(fēng)化一剝蝕一搬運(yùn)一沉積一成巖作用的作用過程體系，以避免過多的內(nèi)容重復(fù)；將以

往所稱的內(nèi)力地質(zhì)作用改稱為內(nèi)部地質(zhì)作用，并將傳統(tǒng)的地震作用并入構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之中。

3.盡量吸收現(xiàn)代地球科學(xué)的新進(jìn)展與新成果，重視知識(shí)的更新。

4.以滿足教學(xué)需要為原則，認(rèn)真精選教學(xué)內(nèi)容，力爭(zhēng)做到份量適中。

本教材由ZG地質(zhì)大學(xué)（北京）《地球科學(xué)概論》教學(xué)組編寫。具體分工如下：緒論、

第一章第二至四節(jié)、第三章、第四章第一節(jié)、第七章第二節(jié)、第八章、第九章由汪新文編

寫；第四章第二節(jié)、第五章、第十章第五節(jié)、第十一章第一至三節(jié)由程捷編寫；第七章第

一節(jié)、第十章第三節(jié)、第十一章第四至五節(jié)由林建平編寫；第二章由程捷、汪新文編寫；

第六章由林建平、李龍吟編寫；第十章第一至二節(jié)由林建平、王果勝編寫；第十章第四節(jié)

由程捷、王果勝、林建平編寫；第十二章由李龍吟、汪新文編寫；第一章笫一節(jié)由趙國春

編寫。顏丹平、趙靖、曾秀華參加了本書有關(guān)內(nèi)容的討論與擬定。本書由汪新文任主編，

并進(jìn)行全書文圖的增補(bǔ)、刪減和統(tǒng)一編纂。

本書的基礎(chǔ)是本教學(xué)組1992年編寫的《普通地質(zhì)學(xué)》（校內(nèi)出版）和1995年改編的

《地球科學(xué)概論》（校內(nèi)出版），在編寫過程中得到萬天豐教授、趙其強(qiáng)教授、徐元愷教

授的具體指導(dǎo)，并詳細(xì)審閱初稿，提出修改意見。1995年改編的《地球科學(xué)概論》由趙其

強(qiáng)教授、莊培仁教授擔(dān)任主審，并提出寶貴意見。此后，又廣泛征求了校內(nèi)有關(guān)教學(xué)單位

和吳正文、馬鴻文等教授的修編意見。本次出版的《地球科學(xué)概論》是在參考上述意見的

基礎(chǔ)上，經(jīng)本編寫組認(rèn)真修編完成的。在教材的編寫過程中，得到學(xué)校、教務(wù)處、地球科

學(xué)與資源學(xué)院及構(gòu)造教研室領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)心和支持；并得到北京市教委教改試點(diǎn)項(xiàng)目-

-《地球科學(xué)概論》課程體系完善與教材建設(shè)的資助。在此一并表示衷心感謝。

由于編者水平有限，書中可能存在不少的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，切盼廣大使用者提出批評(píng)意見,

以便進(jìn)一步提高教材質(zhì)量。

緒論

第節(jié)地球科學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容

人類生活在地球上，衣食住行等一切活動(dòng)都離不開地球。如人們要靠山川大地獲取生

活資料以維持生命，要從地球中開采礦物資源制造生產(chǎn)和生活工具，要了解地球上的自然

地理和氣候條件以便發(fā)展生產(chǎn)，要與地球上發(fā)生的各種自然災(zāi)害作斗爭(zhēng)。因而，人類在長(zhǎng)

期的實(shí)踐中逐步加深了對(duì)地球的認(rèn)識(shí)，并且逐漸形成了一門以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的科學(xué)一一

地球科學(xué)（geoscience）。

地球科學(xué)簡(jiǎn)稱地學(xué)，是數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)六大基礎(chǔ)自然科

學(xué)之一。地球科學(xué)以地球?yàn)檠芯繉?duì)象，包括環(huán)繞地球周圍的氣體（大氣圈）、地球表面的

水體（水圈）、地球表面形態(tài)和固體地球本身。至于地球表面的生物體（生物圈），由于

其研究?jī)?nèi)容廣、分支學(xué)科較多、且研究方法具有特殊性，因而已獨(dú)立成一門專門的基礎(chǔ)自

然科學(xué)一一生物學(xué)。但生物的起源與演化、生物體與生存的地球環(huán)境之間的關(guān)系也屬于地

球科學(xué)的研究范疇。

地球科學(xué)是一門理論性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的科學(xué)。它不僅承擔(dān)著揭示自然界奧秘與規(guī)律

的科學(xué)使命，同時(shí)也為生活在地球上的人類如何利用、適應(yīng)和改造自然提供科學(xué)的方法論。

隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地球科學(xué)的研究?jī)?nèi)容和領(lǐng)域也不斷地深入和擴(kuò)展，逐漸形成

了日臻完善的由多學(xué)科組成的綜合性學(xué)科體系。地球科學(xué)目前主要包括地質(zhì)學(xué)、地球物理

學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)、海洋學(xué)、土壤學(xué)、環(huán)境地學(xué)等學(xué)科。其中，地質(zhì)學(xué)（geology）

由于其研究領(lǐng)域廣博、分支學(xué)科較多，并且以研究地球的本質(zhì)特征為目的，因而成為地球

科學(xué)的主要組成部分，以至于人們有時(shí)把地質(zhì)學(xué)和地球科學(xué)作為同義語使用，其實(shí)兩者的

含義是有差別的，它們具有包容關(guān)系。隨著科學(xué)的發(fā)展，地球科學(xué)還會(huì)不斷地誕生新的學(xué)

科和出現(xiàn)一些邊緣學(xué)科。

地理學(xué)（geography）主要研究地球表面的各種地形、地理環(huán)境及其結(jié)構(gòu)、分布和演變

規(guī)律，并涉及到自然和SH兩個(gè)領(lǐng)域之間的相互關(guān)系。地理學(xué)一般可分為自然地理學(xué)和人

文地理學(xué)兩大組成部分。自然地理學(xué)是研究自然地形、地理環(huán)境的結(jié)構(gòu)及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律

的學(xué)科，主要包括普通自然地理學(xué)、區(qū)域自然地理學(xué)、地志學(xué)等。人文地理學(xué)是研究人和S

H與自然地形、地理之間的相互關(guān)系的學(xué)科，主要包括政治地理學(xué)、SH地理學(xué)、人口與

聚落地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、歷史地理學(xué)等。

氣象學(xué)（meteorology）以地球周圍的大氣圈為研究對(duì)象，主要研究大氣的各種物理性

反、物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律。其研究?jī)?nèi)容也很廣泛，包括許多分支學(xué)科和應(yīng)用學(xué)科。主要

的分支學(xué)科有大氣物理學(xué)、天氣學(xué)、氣候?qū)W、高空氣象學(xué)、動(dòng)力氣象學(xué)等，主要的應(yīng)用學(xué)

科有衛(wèi)星氣象學(xué)、無線電氣象學(xué)、航空氣象學(xué)、海洋氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、林業(yè)氣象學(xué)等。

其目的在于揭示大氣中的各種物理現(xiàn)象和物理過程的發(fā)生、發(fā)展本質(zhì)，從而掌握并應(yīng)用它

為人類生活和GJ經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

水文學(xué)（hydrology）和海洋學(xué)（oceanography）以地球表面分布的水體為研究對(duì)象。

水文學(xué)主要研究地球上江河、湖沼、冰川、地下水以及海洋等各種水體的數(shù)量、質(zhì)量、運(yùn)

動(dòng)變化與分布規(guī)律，以及它們與地理環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和人類SH之間的相互影響與相互聯(lián)

系。海洋學(xué)是以海洋作為一個(gè)獨(dú)立體進(jìn)行研究的，它實(shí)際上是從地球科學(xué)的其它幾個(gè)分支

學(xué)科中獨(dú)立出來的，這是由于海洋在現(xiàn)代地球科學(xué)、人類生存環(huán)境和未來SH發(fā)展中的地

位越來越重要的緣故°海洋學(xué)是研究海洋中發(fā)生的各種現(xiàn)象和規(guī)律及其相互關(guān)系的各門學(xué)

科的總稱，根據(jù)研究?jī)?nèi)容不同可分為海洋物理學(xué)、海洋水文學(xué)、海洋化學(xué)、海洋生物學(xué)、

海洋氣象學(xué)和海洋地質(zhì)學(xué)等。

土壤學(xué)（soilscience）以地球表面發(fā)育的土壤層為研究對(duì)象。主要研究土壤的物質(zhì)

組成、結(jié)構(gòu)、類型、分布和形成發(fā)展過程。根據(jù)具體研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，土壤學(xué)

也有一些分支學(xué)科，如土壤生物學(xué)、土壤地理學(xué)、土壤氣候?qū)W、土壤物理學(xué)、土壤化學(xué)、

土壤地質(zhì)學(xué)等。

地球物理學(xué)（geophysics）是應(yīng)用物理學(xué)的方法研究地球的一門學(xué)科，是近代發(fā)展起

來的地球科學(xué)與物理學(xué)相結(jié)合的一門重要邊緣學(xué)科丁廣義的地球物理學(xué)的研究對(duì)象包括固

體地球及其表部的水體和周圍的大氣圈。但由于水體和大氣圈的研究都已建立起相應(yīng)的獨(dú)

立學(xué)科，所以一般所稱的地球物理學(xué)是狹義的，其主要研究對(duì)象是固體地球，因而也可稱

之為固體地球物理學(xué)。地球物理學(xué)重點(diǎn)研究固體地球的各種物理性質(zhì)、物理現(xiàn)象及其發(fā)生

與發(fā)展過程、地球的內(nèi)部構(gòu)造與組成、地球的起源與演化等。其主要分支學(xué)科有地震學(xué)、

地磁學(xué)、重力學(xué)、地?zé)釋W(xué)、地電學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、大地構(gòu)造物理學(xué)和應(yīng)用地球物理學(xué)等。

其中，應(yīng)用地球物理學(xué)主要是研究地球物理勘探方法及其在地球資源的勘探與開發(fā)、地球

環(huán)境的監(jiān)測(cè)與保護(hù)等方面的應(yīng)用。

地質(zhì)學(xué)（geology）研究的主體對(duì)象也是固體地球，當(dāng)前主要是研究固體地球的表層一

-地殼或巖石圈。地殼或巖石圈的厚度一般為幾十到二百公里左右，與地球的半徑（6371km）

相比只是一個(gè)很薄的表殼。這一薄殼之所以成為地質(zhì)學(xué)當(dāng)前研究的主要對(duì)象，一方面是出

于實(shí)際需要，因?yàn)檫@一層與人類的生活、生產(chǎn)及生存都直接相關(guān)；另一方面是受現(xiàn)時(shí)人類

能力的限制。人們可以直接觀測(cè)和研究地球表層，但現(xiàn)階段人類尚無能力對(duì)地下深處進(jìn)行

宜接研究。鉆井取樣是目前人們獲取地球較深部物質(zhì)進(jìn)行直接研究的唯一途徑，但由于受

當(dāng)前技術(shù)水平的限制，鉆井所能達(dá)到的深度是有限的。目前世界上最深的鉆井（12.5km）

位于俄羅斯西北部的科拉半島，這一深度尚不足該區(qū)大陸地殼厚度的二分之一?？梢韵嘈?

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)學(xué)研究的對(duì)象將不斷向地球的深部（如地幔、地核）擴(kuò)展。

地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括固體地球（重點(diǎn)是地殼或巖石圈）的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造

和形成演化歷史。按其研究?jī)?nèi)容和任務(wù)的不同，地質(zhì)學(xué)的主要分支學(xué)科可簡(jiǎn)舉如下：

（1）研究地球的物質(zhì)組成方面的學(xué)科，如結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)等；

（2）研究地球的內(nèi)部構(gòu)造方面的學(xué)科，如構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造物理學(xué)、區(qū)域構(gòu)造學(xué)、地

球動(dòng)力學(xué)等；

（3）研究地球的形成演化方面的學(xué)科，如古生物學(xué)、地層學(xué)、地史學(xué)、古地理學(xué)、地

貌及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)等；

（4）研究地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用方面的學(xué)科，可分為兩個(gè)方面：其一是研究地下資源方面的分

科，如礦床學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等；其二是研究地質(zhì)與人類生活環(huán)

境及災(zāi)害防護(hù)方面的分科，如工程地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)等。

此外，人們?yōu)榱烁玫匮芯可鲜龅刭|(zhì)學(xué)的各個(gè)方面，不斷地吸收和借鑒其它一些學(xué)科

的先進(jìn)理論、方法和技術(shù)，用以促進(jìn)和深化地質(zhì)學(xué)的各項(xiàng)研究，于是逐漸形成了一系列的

邊緣學(xué)科，如數(shù)學(xué)地質(zhì)、地球化學(xué)、同位素地質(zhì)學(xué)、天文地質(zhì)學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)、遙感地質(zhì)

學(xué)及實(shí)驗(yàn)地質(zhì)學(xué)等，這些邊緣學(xué)科在現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)各領(lǐng)域的研究中發(fā)揮著極其重要的作用。

近幾十年來，由于世界各國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航天、交通等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，其結(jié)

果給地球的自然環(huán)境帶來了巨大的影響。這種影響有些是直接的（如污染問題）、有些是

間接的（如氣候變化），它己經(jīng)嚴(yán)重地影響到地球的自然生態(tài)和人類的生存與發(fā)展，因而

受到科學(xué)工作者和全人類的廣泛關(guān)注。這一問題與地球科學(xué)和環(huán)境科學(xué)關(guān)系密切，于是在

地球科學(xué)中逐漸形成了一門與環(huán)境科學(xué)相結(jié)合的邊緣學(xué)科，即環(huán)境地學(xué)。環(huán)境地學(xué)主要研

究地球自然環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)、形成、演變以及環(huán)境的破壞、污染、防止、保護(hù)、改良與

評(píng)價(jià)等。根據(jù)地球科學(xué)中各學(xué)科所研究的側(cè)重點(diǎn)不同，又可分為環(huán)境地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地理學(xué)、

環(huán)境氣象學(xué)、環(huán)境水文學(xué)、環(huán)境海洋學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)等。

第二節(jié)地球科學(xué)的研究方法

由于地球科學(xué)以龐大的地球作為研究對(duì)象，并且具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，所以它

的研究方法與其它幾門自然科學(xué)有較大的差異。它既要借助于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)

及天文學(xué)的一些研究方法，同時(shí)又有自己的特殊性。

地球科學(xué)的研究方法與其研究對(duì)象的特點(diǎn)有關(guān)，地球作為其研究對(duì)象主要有以下特點(diǎn):

（1）空間的廣泛性與微觀性。地球是一個(gè)龐大的物體，其周長(zhǎng)超過4萬km,表面積

超過5億knf。因此，無論是研究大氣圈、水圈、生物圈以及固體地球，其空間都是十分廣

大的。這樣一個(gè)巨大的空間及物體本身是由不同尺度或規(guī)模的空間和物質(zhì)體所組成的。因

此，要研究龐大的地球，就必須研究不同尺度或規(guī)模的空間及其物質(zhì)體，特別是要注重研

究微觀的空間和物質(zhì)特征，如不同學(xué)科都要研究其相應(yīng)對(duì)象的化學(xué)成分、化學(xué)元素的特性

等，地質(zhì)學(xué)要研究礦物晶體結(jié)構(gòu)，水文學(xué)和海洋學(xué)要研究水質(zhì)的運(yùn)動(dòng)等，氣象學(xué)要研究氣

體分子的活動(dòng)等。只有把不同尺度的研究結(jié)合起來，把宏觀和微觀結(jié)合起來，才能獲得正

確的和規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。

（2）整體性與分異性（或差異性）。整個(gè)地球是一個(gè)有機(jī)的整體。不僅在空間上地球

的內(nèi)部圈層、外部圈層都表現(xiàn)為連續(xù)的整體性；而且地球的各內(nèi)部圈層之間、內(nèi)部與外部

圈層之間、各外部圈層之間都是互相作用、互相影響、相互滲透的，某一個(gè)圈層或某一個(gè)

部分的運(yùn)動(dòng)與變化，都會(huì)不同程度地影響其它部分甚至其它圈層的變化，這也充分表現(xiàn)了

它們的有機(jī)整體性。然而，地球也是一個(gè)非均質(zhì)體，它的不同組成部分無論在物質(zhì)狀態(tài)、

運(yùn)動(dòng)和演變特點(diǎn)上都具有一定差異，表現(xiàn)出分異性。例如，不同地區(qū)的地理環(huán)境、氣候環(huán)

境具有明顯的差異，不同地區(qū)的水文條件具有明顯差異。固體地球特別是地殼的不同地區(qū)

或不同組成部分的差異性更為強(qiáng)烈，如大陸、海洋、山系、平原等。這種差異性不僅表現(xiàn)

在空間和組成上，也表現(xiàn)在它們的運(yùn)動(dòng)、變化與形成、發(fā)展上。

（3）時(shí)間的漫長(zhǎng)性與瞬間性。據(jù)科學(xué)測(cè)算，地球的年齡長(zhǎng)達(dá)46億年。在這漫長(zhǎng)的時(shí)

間里，地球上曾發(fā)生過許多重要的自然事件，諸如海陸變遷、山脈形成、生物進(jìn)化等等。

這些事件的發(fā)生過程多數(shù)是極其緩慢的，往往要經(jīng)過數(shù)百萬年甚至數(shù)千萬年才能完成。短

暫的人生很難目睹這些事件的全過程，而只能觀察到事件完成后留下來的結(jié)果以及正在發(fā)

生的事件的某一階段的情況.但是，有些事件的發(fā)生可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成°例如，天

氣現(xiàn)象往往表現(xiàn)為幾天、幾時(shí)甚至更短的時(shí)間，地震、火山爆發(fā)等也都發(fā)生在極短的時(shí)間

內(nèi)。

（4）自然過程的復(fù)雜性與有序性。地球演化至今經(jīng)歷了復(fù)雜的過程。其中既有物理變

化，也有化學(xué)變化；既有地表常溫、常壓狀態(tài)下的作用過程，也有地下深處高溫、高壓狀

態(tài)下的作用過程。此外，各種自然過程還會(huì)受地區(qū)性條件的影響而具有地區(qū)的差異性。所

以，自然過程是極其復(fù)雜的，而且這種過程由于其漫長(zhǎng)性和不可逆性，依靠人類的力量很

難完全重塑和再現(xiàn)其過程，因而更增添了地球科學(xué)研究工作的艱巨性。但是，這些復(fù)雜的

自然過程并不是雜亂無章的，它們都具有其發(fā)生、發(fā)展的條件和過程，都具有一定的規(guī)律

可循，這正是地球科學(xué)工作的重要研究任務(wù)。

研究對(duì)象的特點(diǎn)決定了地球科學(xué)具有一些獨(dú)特的研究方法，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

和進(jìn)步，地球科學(xué)的研究方法也會(huì)得到不斷的補(bǔ)充和推進(jìn)?，F(xiàn)擇要簡(jiǎn)述研究方法如下：

（1）野外調(diào)查空間的廣泛性決定了地球科學(xué)工作者首先必須到野外去觀察自然界,

把自然界當(dāng)作天然的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，而不可能把龐大而復(fù)雜的大自然搬到室內(nèi)來進(jìn)行研

究。野外調(diào)查是地球科學(xué)工作最基本和最重要的環(huán)節(jié)，它能獲取所研究對(duì)象的第一手資料。

例如野外地質(zhì)調(diào)查、水系與水文狀態(tài)調(diào)查、自然地理調(diào)查、十壤調(diào)查、資源與環(huán)境調(diào)查等c

只有針對(duì)性地到現(xiàn)場(chǎng)去認(rèn)真、細(xì)致地收集原始資料，才能為正確地解決地球科學(xué)問題提供

可能。

（2）儀器觀測(cè)儀器觀測(cè)是地球科學(xué)用來獲取研究對(duì)象的定性和定量資料的重要手

段，通過儀器觀測(cè)可以了解到研究對(duì)象的各種物理、億學(xué)性質(zhì)、參量的靜態(tài)特征和動(dòng)態(tài)變

化，為科學(xué)的分析、推理提供了依據(jù)。儀器觀測(cè)為地球科學(xué)步入科學(xué)軌道提供了條件，例

如16?17世紀(jì)氣溫、氣壓、濕度等氣象儀器的發(fā)明與創(chuàng)造，使氣象學(xué)逐漸發(fā)展成為一門完

善的學(xué)科?，F(xiàn)代高精度的常規(guī)與高空氣象儀器觀測(cè)仍然是氣象學(xué)的重要研究基礎(chǔ)。同樣，

儀器觀測(cè)在水文學(xué)、海洋學(xué)研究中也占有特殊重要的位置。儀器觀測(cè)對(duì)于現(xiàn)代地球物理學(xué)、

地質(zhì)學(xué)的地球內(nèi)部研究，對(duì)于土壤學(xué)的研究特別是對(duì)于環(huán)境地學(xué)中的各種監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，都

具有極其重要的作用。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的儀器觀測(cè)也屬于第一手資料，除了科學(xué)工作者根據(jù)不

同的研究目的在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各種觀測(cè)外，人們還常常設(shè)立各種定點(diǎn)觀測(cè)臺(tái)站，如氣象站、水

文站、地震臺(tái)站、環(huán)境監(jiān)測(cè)站等，并通過大量的臺(tái)站建立觀測(cè)網(wǎng)，以便獲得系統(tǒng)的觀測(cè)資

料。

（3）大地測(cè)量。這是地球科學(xué)中既古老而又發(fā)展迅速的一種重要研究方法，它在推動(dòng)

地球科學(xué)的發(fā)展中起了重要作用。早在古埃及和古ZG的遠(yuǎn)古時(shí)代，人們就借助于步測(cè)及其

它一些簡(jiǎn)單的測(cè)量工具，進(jìn)行土地規(guī)劃、地形與地理制圖、水利與工程建設(shè)等。到了近代,

隨著測(cè)量?jī)x器的進(jìn)步，逐漸發(fā)展成為傳統(tǒng)的大地水準(zhǔn)測(cè)量和大地三角測(cè)量。本世紀(jì)中葉發(fā)

展起來的海洋測(cè)深技術(shù)（聲納）對(duì)于海洋學(xué)的發(fā)展和地質(zhì)學(xué)的革命曾起了決定性的作用。

近些年發(fā)展起來的激光測(cè)距、人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）又給地球科學(xué)帶來了深刻影響。大

地測(cè)量的方法對(duì)于地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、海洋學(xué)、水文學(xué)及土壤學(xué)等的研究十分重要。

（4）航空、航天和遙感技術(shù)。現(xiàn)代航空、航天和遙感技術(shù)極大地推動(dòng)了地球科學(xué)的發(fā)

展，成為現(xiàn)代地球科學(xué)不可缺少或不可忽視的重要研究方法。由于地球的空間廣大，要在

短時(shí)間內(nèi)獲取大區(qū)域的資料，特別是大區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化狀況，就必須充分利用航空、航天

和遙感技術(shù),如丑星云圖、口星遙感影像、航空照片等「航空、航天和遙感技術(shù)對(duì)現(xiàn)代氣

象學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步起了決定性作用，成為其重要支柱。它們也是現(xiàn)代海洋學(xué)、地理學(xué)的主

要研究手段，而且對(duì)于現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境地學(xué)等也發(fā)揮著重要作用。

（5）實(shí)驗(yàn)室分析、測(cè)試與科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這是地球科學(xué)中各門學(xué)科均普遍采用的研究方法,

主要是從研究對(duì)象中取得所需的各種樣品或標(biāo)本，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析、測(cè)試，以便獲

取物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、物理與化學(xué)性質(zhì)以及形成歷史等方面的定性和定量資料，并通過科學(xué)

實(shí)驗(yàn)分析和推斷其形成、演變過程、發(fā)展趨勢(shì)等。隨著科學(xué)的發(fā)展，地球科學(xué)中的實(shí)驗(yàn)科

學(xué)已有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步。但由于自然過程的影響因素復(fù)雜，加之時(shí)間的漫長(zhǎng)性與空間的廣泛性

以及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平的限制，在地球科學(xué)中有時(shí)很難進(jìn)行與自然界一致的真實(shí)實(shí)驗(yàn)。因

此，地球科學(xué)上常采取簡(jiǎn)化影響因素?、創(chuàng)造一些特定的物理、化學(xué)環(huán)境，模擬自然現(xiàn)象的

成因、過程和發(fā)展規(guī)律，這種方法稱為模擬實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)只能是近似的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往

與自然過程有一定差距，但它在再造自然現(xiàn)象的過程、驗(yàn)證和探索地球科學(xué)規(guī)律方面發(fā)揮

著重要作用。

（6）歷史比較法。這是地質(zhì)學(xué)最基本的方法論。時(shí)間的漫長(zhǎng)性決定了地質(zhì)學(xué)必須用歷

史的、辯證的方法來進(jìn)行研究。雖然人類不可能目睹地質(zhì)事件發(fā)生的全過程，但是，可以

通過各種地質(zhì)事件遺留下來的地質(zhì)現(xiàn)象與結(jié)果，利用現(xiàn)今地質(zhì)作用的規(guī)律，反推古代地質(zhì)

事件發(fā)生的條件.，過程及其特點(diǎn)，這就是所謂的“歷史比較法”（或稱“將今論古”、“現(xiàn)

實(shí)ZY原則”）的原理。這一原理是由英國地質(zhì)學(xué)家萊伊爾（C.Lyell,1791—1875年）

在郝屯（J.Hutton,1726—1797年，英國學(xué)者）的均變論學(xué)說的基礎(chǔ)上提出來的。萊伊爾

明確指出：“現(xiàn)在是了解過去的鑰匙”。例如，現(xiàn)代珊瑚只生活在溫曖、平靜、水質(zhì)清潔

的淺海環(huán)境中，如果在古代形成的巖石中發(fā)現(xiàn)有珊瑚億石，便可推斷這些巖石也是在古代

溫暖、清潔的淺海環(huán)境中形成的；又如，現(xiàn)在的火山噴發(fā)能形成一種特殊的巖石一一火山

巖，如果在一個(gè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)有古代火山巖存在，我們就可以推斷當(dāng)時(shí)這一地區(qū)曾發(fā)生過火山

噴發(fā)作用，等等。歷史比較法是一種研究地球發(fā)展歷史的分析推理方法，它的提出，對(duì)現(xiàn)

代地質(zhì)學(xué)的發(fā)展起了重要的促進(jìn)作用。這一原理的理論基礎(chǔ)是“均變論”。均變論認(rèn)為，

代漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過程中，地球的演變總是以漸進(jìn)的方式持續(xù)地進(jìn)行，無論是過去還是現(xiàn)

在，其方式和結(jié)果都是一致的。但是，現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)的研究證明，均變論的觀點(diǎn)是片面和機(jī)

械的。地球演變的過程是不可逆的，現(xiàn)在并不是過去的簡(jiǎn)單重復(fù)，而是既具有相似性，乂

具有前進(jìn)性。例如,地質(zhì)學(xué)的多方面研究揭示，在地球演變過程中，地表大氣圈、水圈、

生物圈的組成、數(shù)量、溫壓以及地球或地殼內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征都在發(fā)生不斷地變化,

與現(xiàn)代的狀況存在不同程度的差異，這些必然會(huì)導(dǎo)致當(dāng)時(shí)發(fā)生的地質(zhì)作用的方式與過程具

有一系列與今天不同的特點(diǎn)。地球演變的過程也并不總是以漸進(jìn)、均變的形式進(jìn)行，而是

在均變的過程中存在著一些短暫的、劇烈的激變過程。例如，在巖層中常常發(fā)現(xiàn)其物質(zhì)組

成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生突然性的變化；在古生物演化中也常常發(fā)現(xiàn)大量的生物種屬在短期內(nèi)突

然絕滅的現(xiàn)象，如7000萬年前后恐龍全部迅速絕滅等。所以整個(gè)地球的發(fā)展過程應(yīng)是一個(gè)

漸變一激變一漸變的前進(jìn)式往復(fù)發(fā)展過程，這也符合量變一質(zhì)變一量變的哲學(xué)規(guī)律。因此,

在運(yùn)用歷史比較法時(shí)，必須用歷史的、辯證的、發(fā)展的思想作指導(dǎo)，而不是簡(jiǎn)單地、機(jī)械

地“將今論古”，這樣才能得出正確的結(jié)論。地質(zhì)學(xué)的“將今論古”分析方法，實(shí)際上對(duì)

于地球科學(xué)的地球物理學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)、海洋學(xué)、土壤學(xué)、環(huán)境地學(xué)等幾門

學(xué)科也均具有一定的借鑒意義。

（7）綜合分析自然過程的復(fù)雜性和不可逆性決定了地球科學(xué)必須采用綜合分析的

研究方法。在漫長(zhǎng)的地球演化過程中，不同時(shí)期、不同方式（物理、化學(xué)、生物等）、不

同環(huán)境（地表、地下、空中等）的自然作用給我們留下的是一幅錯(cuò)蹤第雜的結(jié)果圖案.要

根據(jù)這一圖案恢復(fù)和解析自然界發(fā)展的過程，就必須利用多學(xué)科的原理和方法，結(jié)合復(fù)雜

的影響因素，進(jìn)行綜合分析。這一點(diǎn)與數(shù)、理、化等學(xué)科利用單純的推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)

行研究是大不一樣的。例如在地質(zhì)學(xué)中，由于過程和影響因素很復(fù)雜，根據(jù)某些個(gè)別特征,

利用單學(xué)科的原理和方法，往往會(huì)得出片面甚至錯(cuò)誤的結(jié)論，這就是在地質(zhì)學(xué)研究中經(jīng)常

碰到的“多解性”或“不確定性”問題。所以，只有在綜合各方面研究的基礎(chǔ)上，才能得

出統(tǒng)一的、最合乎實(shí)際情況的結(jié)論。

（8）電子計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用有人說20世紀(jì)后半葉以來，人類SH已步入電子計(jì)算

機(jī)的時(shí)代，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已給各門自然科學(xué)帶來了深刻的影響和革命性的變化。

對(duì)地球科學(xué)也是一樣，例如在現(xiàn)代氣象學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、海洋學(xué)、環(huán)境

地學(xué)等領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)已發(fā)揮出了巨大的作用，成為不可缺少的研究手段和方法。而

且計(jì)算機(jī)技術(shù)正在向地球科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中滲透。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，為解決地球科學(xué)的

研究對(duì)象的空間廣闊、觀測(cè)處理資料量大、模擬形成演變過程復(fù)雜等等問題帶來了無限的

前景。因此，要想提高地球科學(xué)的研究水平，必須充分地重視、加強(qiáng)和進(jìn)一步開拓電子計(jì)

算機(jī)這一方法技術(shù)在地學(xué)中的應(yīng)用。

地球科學(xué)研究的工作方法通常具有下列程序：

（1）資料收集根據(jù)所要研究的課題和所要解決的問題，盡可能詳盡、客觀和系統(tǒng)

地收集各種有關(guān)的數(shù)據(jù)、樣品和其它資料。資料的來源包括對(duì)研究區(qū)詳細(xì)的野外調(diào)查、儀

器觀測(cè)和收集、分析已有的各種資料和成果等。

（2）歸納、綜合和推論對(duì)所收集的資料進(jìn)行加工整理、歸納、綜合，并利用地球

科學(xué)的研究方法和原理，作出符合客觀實(shí)際的推論。

（3）推論的驗(yàn)證通過生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)或檢驗(yàn)推論是否正確，并在實(shí)踐

的過程中不斷地修正錯(cuò)誤，提高認(rèn)識(shí)，總結(jié)規(guī)律。

地球科學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的科學(xué)。人們通過不斷地科學(xué)實(shí)踐，逐漸形成了若干假說

和學(xué)說。假說是根據(jù)某些客觀現(xiàn)象歸納得出的結(jié)論，它有待進(jìn)一步驗(yàn)證；而學(xué)說則是經(jīng)過

了一定的實(shí)踐檢驗(yàn)、在一定的學(xué)術(shù)領(lǐng)域中形成的理論或主張。假說和學(xué)說對(duì)推動(dòng)地球科學(xué)

的發(fā)展起著重要的作用，它們?yōu)樘剿鞯厍蚩茖W(xué)的客觀規(guī)律指出了方向，對(duì)實(shí)踐起著一定的

指導(dǎo)作用，同時(shí)在實(shí)踐中不斷得到檢驗(yàn)、補(bǔ)充和修正，使其日趨完善。當(dāng)然，有些假說和

學(xué)說也可能在實(shí)踐中被揚(yáng)棄或否定。

第三節(jié)地球科學(xué)的研究意義

地球科學(xué)是人類在實(shí)踐和應(yīng)用中逐漸發(fā)展起來的，因此，其研究首先具有重要的實(shí)際

意義和應(yīng)用意義。

地球科學(xué)在尋找、開發(fā)和利用自然資源中起著巨大作用。自然資源主要包括能源資源、

礦產(chǎn)資料、水資源及土地資源等。能源在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中居于首要位置，而現(xiàn)階段的能源

資源還主要是依靠石油、天然氣和煤等，這些都必須從地下尋找和開采；發(fā)展工業(yè)需要充

足的礦產(chǎn)資源作為原料保證，發(fā)展農(nóng)業(yè)所需要的磷、鉀等肥料的原料也是來自于地下礦產(chǎn)

資源；水資源對(duì)人類S11的重要性更是不言而喻，無論工業(yè)、農(nóng)業(yè)、以及民用都離不開水,

而地下水是目前水資源的重要來源，也需要用地球科學(xué)的理論尋找和開發(fā)。

建國以后的近50年來,我國地質(zhì)工作者以自己的艱苦勞動(dòng)為祖國的繁榮富強(qiáng)作出了重

大貢獻(xiàn)。世界上已知的162種礦產(chǎn)在我國均己發(fā)現(xiàn)，己探明一定儲(chǔ)量的礦產(chǎn)達(dá)148種，其

中鋁、睇、鋅、鎂、石膏、石墨等的探明儲(chǔ)量居世界首位；煤、鐵、銅、鐳、鋁、鉛、錫、

缶、金、汞等礦產(chǎn)的探明儲(chǔ)量也位居世界前列；一批大型油田的相繼發(fā)現(xiàn)與開發(fā)，摘掉了

我國貧油的帽子：在世界上有許多被認(rèn)為是稀有金屬（如銀、但、鈦、銳等）的礦產(chǎn)，經(jīng)

勘探查明在我國并不稀有。地質(zhì)及水文工作者還在西北、華北的干旱、半干旱地帶探明了

大量地下水資源，緩解了工農(nóng)業(yè)及民用缺水的威脅。

地球科學(xué)在指導(dǎo)人類如何適應(yīng)、保護(hù)、利用和改造自然環(huán)境以及同各種自然災(zāi)害作斗

爭(zhēng)方面發(fā)揮著重要作用。氣象學(xué)的研究與人類的生活、生產(chǎn)等各方面的活動(dòng)關(guān)系極為密切。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用短期和中、長(zhǎng)期的氣象預(yù)報(bào)，可以加強(qiáng)各種農(nóng)事活動(dòng)的計(jì)劃性，如播

種、移栽、收割等；為了保護(hù)農(nóng)作物，避免或減輕一些不良天氣現(xiàn)象，如霜凍、干旱、大

風(fēng)、暴雨等的危害，必須洞悉這些天氣現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律。同樣，對(duì)于航空工作也隨時(shí)都需

要?dú)庀笄閳?bào)來保證飛行安全：航海T作也要避免惡劣天氣的危險(xiǎn)：強(qiáng)烈的暴雨、風(fēng)、雪會(huì)

影響陸上的交通安全；此外，水利、城市建設(shè)、林業(yè)乃至人類生活的一舉一動(dòng)都無不與氣

象或天氣變化有著緊密的聯(lián)系。

人類在發(fā)展生產(chǎn)和建設(shè)的過程中，常常需要修建一些大型的工程設(shè)施，如公路、鐵路、

港口、水壩、核電站等，為了確保這些工程在建成后能安全運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須事先應(yīng)用地質(zhì)學(xué)

的研究進(jìn)行詳細(xì)的地基選址與場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，弄清場(chǎng)地的地質(zhì)條件，盡量避開各種不利

的因素。有些正在發(fā)生的地質(zhì)作用常給人類生活的自然環(huán)境帶來不良后果，如水土流失、

沙漠化等，這時(shí)，人類可以運(yùn)用地球科學(xué)知識(shí)來設(shè)法保護(hù)和治理自然環(huán)境。此外，一些突

發(fā)性的地質(zhì)事件往往給人類造成巨大的災(zāi)害，如地震、火山、滑坡、泥石流等，這時(shí)，人

們可以根據(jù)它們產(chǎn)生的機(jī)理和發(fā)展規(guī)律，預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)或采取有效的措施防止災(zāi)害的發(fā)生。

有關(guān)自然環(huán)境的利用、改造和管理的研究，首先必須進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，地理學(xué)是這類定

性評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的合理布局，必須對(duì)全部地理?xiàng)l件加以綜合考慮，從區(qū)

域規(guī)劃、建立合理的區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)出發(fā)，擇優(yōu)選取。如農(nóng)業(yè)區(qū)劃、工業(yè)布局、交通建設(shè)、

環(huán)保、城市規(guī)劃、旅游等多方面都有地理學(xué)的應(yīng)用問題。其中主要是自然資源和條件的評(píng)

價(jià)，人類影響地理環(huán)境所引起的變化預(yù)測(cè)，環(huán)境的合理地域組織，區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)選等

方面的應(yīng)用。

當(dāng)前，人類正面臨著一系列艱巨的、緊迫的、深廣的、復(fù)雜的全球性環(huán)境問題，如大

氣與水體污染、氣候異常、植被破壞、水土流失和土地沙漠化等，這些環(huán)境問題嚴(yán)重地威

脅著人類的生存與發(fā)展。而且越來越多的事實(shí)證明，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境惡化的影響強(qiáng)度還在

不斷增加。要盡快地控制、防止這種環(huán)境惡化的趨勢(shì)，并治理已出現(xiàn)的各種環(huán)境問題，力

爭(zhēng)在較短的時(shí)間內(nèi)使環(huán)境向良性轉(zhuǎn)化，最終解決好人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的問題，這

些都與地球科學(xué)特別是環(huán)境地學(xué)有著密切關(guān)系，也是未來地球科學(xué)所面臨的主要任務(wù)。

同時(shí)，地球科學(xué)也是一門理論性很強(qiáng)的自然科學(xué)。它承擔(dān)著揭示整個(gè)地球的形成、演

變規(guī)律的科學(xué)使命c(diǎn)它的研究對(duì)人類正確地認(rèn)識(shí)自然界、建立辯證唯物ZY世界觀起著重

要作用，對(duì)整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展也具有促進(jìn)和推動(dòng)作用。當(dāng)代自然科學(xué)的一些重大基本理

論問題，如天體的起源、生命的起源等問題的最后解決也都離不開地球科學(xué)的研究。所以,

地球科學(xué)的研究也具有重要的理論意義。

第四節(jié)地球科學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與未來展望

地球科學(xué)是一門既古老而又年輕的科學(xué)。說其古老，是因?yàn)橛嘘P(guān)地球科學(xué)知識(shí)的萌芽

與積累從人類誕生的那天起就已開始：說其年輕，是因?yàn)榈厍蚩茖W(xué)的主要學(xué)科的真正創(chuàng)立

只是最近幾個(gè)世紀(jì)的事情，并且迄今為止，地球科學(xué)雖已發(fā)展成為一個(gè)完善的科學(xué)體系，

但其中仍存在許多重大基礎(chǔ)理論問題未獲解決。地球科學(xué)的發(fā)展歷史大致可分為三個(gè)階段,

即：古代地球科學(xué)知識(shí)的萌芽與積累階段（17世紀(jì)以前）、地球科學(xué)的主要學(xué)科的創(chuàng)立與

初步發(fā)展階段（17?19世紀(jì)）、地球科學(xué)的革命與全面發(fā)展階段（20世紀(jì)至今）?，F(xiàn)今地

球科學(xué)正處在一個(gè)革故鼎新的關(guān)鍵時(shí)期，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，地球科學(xué)將進(jìn)入一個(gè)全

新的、更成熟的發(fā)展新階段。

（一）古代地球科學(xué)知識(shí)的萌芽與積累（17世紀(jì)以前）

有關(guān)地球科學(xué)的知識(shí)與人類生活密切相關(guān)，其思想的萌芽可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。隨著

人類文明的發(fā)展，地球科學(xué)知識(shí)也得到了不斷積累。我國是具有悠久歷史的文明古國，其

地球科學(xué)思想萌芽之早、知識(shí)積累之豐富是任何其它GJ都不能比擬的，現(xiàn)僅舉幾例，可見

一斑。

《禹貢》、《山海經(jīng)》、《管子》是成書于春秋戰(zhàn)國時(shí)代（公元前770?221年）的最

早一批有關(guān)地理、地質(zhì)、水文、氣象的著作?！队碡暋酚涊d了公元前21世紀(jì)大禹治水時(shí)候

所了解的全國各地的礦產(chǎn)情況和山川地形?！渡胶＝?jīng)》除記述了山岳、河流、湖泊、沼澤、

氣候與氣象等之外，還記述巖石（礦石）及礦物（金屬與非金屬礦物）72種，礦產(chǎn)地440

多處，此書把礦產(chǎn)劃分為金、玉、石、土四大類，這是世界上最早的一個(gè)分類。《管子》

一書曾對(duì)金屬礦床與找礦知識(shí)有精辟論述，指出了利用礦物共生組合及“鐵帽”等作為找

礦標(biāo)志的科學(xué)方法。該書還曾對(duì)河流的橫向環(huán)流、側(cè)蝕作用形成河曲的過程進(jìn)行了正確分

析。

東漢杰出的科學(xué)家張衡于132年創(chuàng)造了世界上第一臺(tái)地震儀一一候風(fēng)地動(dòng)儀，138年

在洛陽用這臺(tái)地震儀正確測(cè)出了發(fā)生在650km外的隴西地震。

《水經(jīng)注》是南北朝卓越的地學(xué)家酈道元在研究前人著作的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的實(shí)際

考察，于512?518年編寫的著名地學(xué)著作。書中涉及地域廣泛（包括ZG及部分鄰區(qū)），

記述內(nèi)容包括河流、瀑布、湖泊、風(fēng)沙、溶洞、火山、地震、山崩、地滑、溫泉、隕石、

化石、礦物、巖石和礦產(chǎn)等多方面的地質(zhì)、地理及水文等內(nèi)容，至今仍有參考價(jià)值。

宋朝沈括（1031—1095年）所著《夢(mèng)溪筆談》是一部百科全書式的光輝著作，其中涉

及地球科學(xué)領(lǐng)域的包括隕石、地震、礦物、礦床、化石、河流、地下水、海陸變遷、地形

測(cè)量和制圖等多方面。例如，書中論述了流水的侵蝕作用與沉積作用；推斷華北平原是由

河流自卜游搬運(yùn)泥沙到下游沉積而形成的沖積平原；沈括還根據(jù)太行山東鹿山崖間所見海

生螺蚌化石，推斷東距大海千里以外的該地在古代曾經(jīng)是海濱；他還根據(jù)化石推測(cè)古地理、

古氣候的變遷。沈括對(duì)化石的正確認(rèn)識(shí)比意大利人達(dá)?芬奇所提出的類似觀點(diǎn)要早400年;

他在分析地質(zhì)問題時(shí)使用的古今類比法比萊伊爾《地質(zhì)學(xué)原理》所應(yīng)用的“將今論古”的

方法要早700多年。沈括還首次使用“石油”這一科學(xué)術(shù)語，該術(shù)語被一直延用至今。

《徐霞客游記》是明朝徐宏祖（1586—1641年）撰寫的一部考察記實(shí)型著作，書中對(duì)

我國許多地區(qū)的巖溶、火山、溫泉、水文、地貌及礦物等作了極有價(jià)值的記述。

《天工開物》為明代宋應(yīng)星（1587—1661年？）所著，書中詳細(xì)記載了非金屬礦物的

產(chǎn)地、形狀及性質(zhì)；并根據(jù)煤的硬度與揮發(fā)性提出了世界上較早的煤分類法；特別是第一

次系統(tǒng)論述了我國采礦工程技術(shù)，對(duì)礦藏開采、井下支護(hù)、通風(fēng)、礦井充填、礦石洗選等

都有細(xì)致描述。

由此可見，我國古代地球科學(xué)思想非?；钴S，積累了豐富的理論和實(shí)踐知識(shí)，這一領(lǐng)

域的研究與成就當(dāng)居世界前列。但是由于我國封建SH（特別是后期）的閉關(guān)自守，重視

習(xí)文讀經(jīng)，輕視生產(chǎn)技術(shù)和自然科學(xué)知識(shí)，搞文化專制統(tǒng)治，嚴(yán)重阻礙了科學(xué)的發(fā)展，使

近代地球科學(xué)的一些主要學(xué)科沒能在ZG這片沃土上誕生。

國外古代地質(zhì)知識(shí)的萌芽與積累主要集中于歐洲。

古希臘學(xué)者畢達(dá)哥拉斯（約公元前571-497年）、亞里士多德（公元前384-342年）、

狄奧弗拉斯特（公元前370—287年）等都曾對(duì)火山噴發(fā)、地震和尼羅河三角洲的形成進(jìn)行

了觀察和解釋，并根據(jù)巖層中的貝殼化石得出海陸變遷的概念，他們還對(duì)部分巖石、礦物

作了初步分類和描述，還對(duì)一些天氣現(xiàn)象作過適當(dāng)?shù)拿枋雠c解釋。

古羅馬的斯特拉波（Strabo,公元前63—公元20年）著有《地理學(xué)》，書中論及了

有關(guān)化石、海陸升降、火山、地震、河流的搬運(yùn)與沉積作用等許多方面的地質(zhì)問題。老普

里尼（PlinytheElder）于77年著出《自然史》，書中曾對(duì)礦物進(jìn)行了專門論述，包括

當(dāng)時(shí)使用的各種礦物、建筑用石材、礦石及礦床、采礦及冶金方法等。同時(shí)代的西尼卡

（Seneca）著有《自然問題》等書，論述了有關(guān)地震、地下水和地面水問題，認(rèn)識(shí)到河流

對(duì)山谷的侵蝕作用。

14?16世紀(jì)歐洲的“文藝復(fù)興”運(yùn)動(dòng)給地球科學(xué)的發(fā)展帶來了生機(jī)，為地球科學(xué)的一

些主要學(xué)科的創(chuàng)立準(zhǔn)備了條件。

15世紀(jì)末至16世紀(jì)初哥倫布、麥哲倫等相繼環(huán)球航海成功，證實(shí)地球是球形，并對(duì)

大洋和大陸的輪廓有了初步了解。1530?1540年哥白尼寫成《天體運(yùn)動(dòng)》這一偉大著作，

提出“太陽中心說”。這對(duì)該時(shí)期的地球科學(xué)研究起了重要促進(jìn)作用。

意大利藝術(shù)家達(dá)?芬奇(1452—1519年)早年曾領(lǐng)導(dǎo)開鑿運(yùn)河工程，他對(duì)化石進(jìn)行了

細(xì)致觀察和研究。他認(rèn)為現(xiàn)今內(nèi)陸或高山上發(fā)現(xiàn)的海生貝殼化石，是原先生長(zhǎng)在海水中的

生物，后來埋臧在泥沙中而形成，并由此推測(cè)海陸變遷歷史。他還明確指出，地球是一本

書，這本書早于文字記載，科學(xué)的任務(wù)就是辨讀地球自身的歷史痕跡。

德國的阿格里柯拉(Agricola,1494—1555年)一生著有七部地質(zhì)專著，除了敘述德

國采礦業(yè)的發(fā)展以外，還根據(jù)礦物的物理性質(zhì)對(duì)其進(jìn)行分類，對(duì)礦物與金屬礦床的形成及

相互關(guān)系作了論述，并涉及古生物學(xué)等問題。后人譽(yù)之為“礦物學(xué)之父”。

(二)地球科學(xué)的主要學(xué)科的創(chuàng)立與初步發(fā)展(17?19世紀(jì))

對(duì)于氣象學(xué)，從古代到16世紀(jì)只限于零碎的定性觀察和描述，還談不到獨(dú)立的科學(xué)。

17世紀(jì)，由于工業(yè)和自然科學(xué)的發(fā)展，特別是物理學(xué)的成就，使較精密的氣象儀器相繼發(fā)

明，有關(guān)氣象的理論也得到很大提高，使氣象學(xué)逐步發(fā)展成為獨(dú)立的科學(xué)。

意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家伽利略(Galileo)于1593年發(fā)明了溫度表，意大利物理

學(xué)家和數(shù)學(xué)家托里拆利(Torricelli)于1643年發(fā)明了氣壓表。由于有了溫度表和氣壓表

等氣象儀器，1653年在意大利北部建立了氣象觀測(cè)站，以后許多GJ也相繼建立氣象臺(tái)站。

由于廣泛的氣象觀測(cè)，獲得了豐富的資料，氣象學(xué)的肝究逐步深入。此后，隨著無線電通

訊的發(fā)展，使氣象觀測(cè)結(jié)果能很快地傳到各地，給予編制和研究天氣圖以可能性。1860?

1865年間天氣圖迅速發(fā)展起來。19世紀(jì)末，在小范圍內(nèi)已開始了高空探測(cè)的高空氣象學(xué)。

在地球科學(xué)中，地質(zhì)學(xué)的創(chuàng)立具有劃時(shí)代的意義。歐洲18世紀(jì)開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期,

隨著生產(chǎn)力的提高和近代工業(yè)化的急速發(fā)展，使礦產(chǎn)的需求日益增加，因而促進(jìn)了找礦和

地質(zhì)調(diào)查工作，使地質(zhì)知識(shí)與資料迅速積累，逐步形成了系統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)理論和研究方法，

于是地質(zhì)學(xué)作為一門獨(dú)立的科學(xué)誕生了。

在地質(zhì)學(xué)的創(chuàng)立過程中，學(xué)術(shù)思想論戰(zhàn)曾起了重要的促進(jìn)作用。當(dāng)時(shí)的論戰(zhàn)是在“火

成論”者與“水成論”者之間及“均變論”者與“災(zāi)變論”者之間進(jìn)行的。

“水成論”者認(rèn)為組成地殼的所有巖石都是從原始海洋物質(zhì)中結(jié)晶、沉淀形成的，他

們否認(rèn)地殼運(yùn)動(dòng)的存在，主張地球從取得現(xiàn)有形態(tài)以來沒有發(fā)生過大的變化?！八烧摗?/p>

者的代表人物是德國弗萊堡礦業(yè)學(xué)院礦物學(xué)教授魏爾納(A.G.Werner,1750—1817年)，

他對(duì)礦物學(xué)的研究有卓越貢獻(xiàn)，由于他豐富的知識(shí)和口才，使他馳名歐洲，對(duì)傳播地質(zhì)學(xué)

起了重要作用。魏爾納1775年在弗萊堡開始講學(xué)，“水成論”興起，由于他的聲譽(yù)和擁有

眾多門生及崇拜者，加之教會(huì)的支持，使得“水成論”在18世紀(jì)后期的歐洲占居統(tǒng)治地位。

“火成論”者的代表是英國學(xué)者郝屯，他發(fā)現(xiàn)花崗巖脈穿插在沉積巖中呈侵入接觸關(guān)

系(有烘烤及冷凝邊)，認(rèn)為除沉積巖外，還有巖漿巖和變質(zhì)巖，并認(rèn)為地殼處于不斷的

演變之中，這一過程是緩慢的，過去發(fā)生的變化和現(xiàn)代進(jìn)行的演變過程是類似的。他較正

確地論述了三大巖類的成因及地殼運(yùn)動(dòng)的影響。郝屯1785年發(fā)表最初的《地球理論》論文,

提出“火成論”，1795年重新發(fā)表《地球理論》著作，系統(tǒng)論述自己的觀點(diǎn)。該書為地質(zhì)

學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。

自此，“水成論”與“火成論”的論戰(zhàn)愈演愈烈，隨著人們了解到更多的地質(zhì)現(xiàn)象，

到19世紀(jì)初，“水成論”觀點(diǎn)逐漸被拋棄，“火成論”取得了勝利。

“災(zāi)變論”者的代表是法國學(xué)者居維葉（D.G.Cuvier,1769—1832年），他在研究巴

黎盆地地層中的生物化石時(shí)發(fā)現(xiàn)，在相隔很近的巖層中動(dòng)植物化石群的種屬有顯著差異，

曾經(jīng)一度出現(xiàn)的古生物種屬，后來竟完全絕滅而代之以新的種屬；他還看到較老巖層發(fā)生

褶皺，上面蓋以水平的沉積巖層。于是他便認(rèn)為地殼曾經(jīng)發(fā)生巨大變革，產(chǎn)生世界規(guī)模的

大災(zāi)變，致使地形改變、生物滅絕，以后在一定的時(shí)間內(nèi)又重新創(chuàng)造出新的動(dòng)植物來；地

球上曾經(jīng)歷了多次這樣的大災(zāi)變和再創(chuàng)造過程；最后一次大災(zāi)變發(fā)生在五六千年前，并造

就了地球的現(xiàn)今面貌和生物特征。居維葉的“災(zāi)變論”強(qiáng)調(diào)地質(zhì)發(fā)展過程中的突變階段，

雖有合理成分，但他否認(rèn)地球的漸近發(fā)展過程，并把其演變歷史歸結(jié)為古今沒有聯(lián)系的一

系列不可知的突然事件。居維葉的重復(fù)創(chuàng)造與不可知的觀點(diǎn)，特別是最后一次災(zāi)變的時(shí)間

與圣經(jīng)中論述的“大洪水期”和“諾亞方舟”神話一致，因而受到了教會(huì)的歡迎，得到廣

泛傳播。

與“災(zāi)變論”針鋒相對(duì)的是生物進(jìn)化論和地質(zhì)學(xué)的“均變論”。法國學(xué)者拉馬克（Lamark,

1744—1829年）在研究巴黎盆地第三紀(jì)古生物化石時(shí)，發(fā)現(xiàn)生物的種與種之間有過渡關(guān)系，

某些種屬是由另一種屬發(fā)展而來的，并有由低級(jí)種屬向高級(jí)種屬演變的規(guī)律。他認(rèn)為生物

進(jìn)化過程是極其漫長(zhǎng)的，它與地球的演變歷史同時(shí)進(jìn)行。英國地質(zhì)學(xué)家萊伊爾繼承了郝屯

的思想，經(jīng)過與“災(zāi)變論”的多次論戰(zhàn)，在結(jié)合前人成果及大量實(shí)際資料的基礎(chǔ)上，于1830

年出版的《地質(zhì)學(xué)原理》第一冊(cè)中明確提出了地質(zhì)學(xué)的現(xiàn)實(shí)ZY原則（即“將今論古”），

指出地球的發(fā)展歷史是漫長(zhǎng)的，解釋地球的歷史用不著求助于上帝和災(zāi)變，那些看來非常

微弱的地質(zhì)動(dòng)力，經(jīng)過長(zhǎng)期緩慢的作用過程，就能使地球面貌發(fā)生巨大變化。這就是“均

變論”的主要思想。

隨著《地質(zhì)學(xué)原理》一書的問世，“均變論”的思想逐漸取代了“災(zāi)變論”，現(xiàn)實(shí)ZY

原則也成為了地質(zhì)學(xué)方法論的一條基本原則。但是“均變論”強(qiáng)調(diào)“古今一致”與漸近發(fā)

展的同時(shí)，本身又存在忽視在地殼發(fā)展過程中有飛速發(fā)展階段（突變）的片面性。

萊伊爾的《地質(zhì)學(xué)原理》（共三冊(cè)）是一部劃時(shí)代的著作，它確定了地質(zhì)科學(xué)的概念,

總結(jié)了地質(zhì)科學(xué)的研究方法，初步完成了地質(zhì)科學(xué)的體系，是地質(zhì)科學(xué)創(chuàng)立的標(biāo)志。自此

以后，地質(zhì)科學(xué)進(jìn)入初步發(fā)展時(shí)期，到19世紀(jì)末已獲得了很大進(jìn)展。在研究地殼的物質(zhì)組

成方面，用顯微鏡研究巖石和礦物的方法得到充分發(fā)展，地球化學(xué)的工作也逐漸開展起來。

在研究地殼的演化歷史方面，逐漸建立起了比較完善的相對(duì)地質(zhì)年代表。北美學(xué)者霍爾、

丹納根據(jù)對(duì)美國東部造山帶的研究，提出了“地槽”學(xué)說，對(duì)地質(zhì)學(xué)研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影

響。在地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用方面，礦床學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，并誕生出了石油地質(zhì)學(xué)。地震地質(zhì)學(xué)、工

程地質(zhì)學(xué)等也開始逐漸發(fā)展起來。

17世紀(jì)德國地理學(xué)家瓦陵尼阿士（1622—1650年）的《普通地理學(xué)》開始介紹哥白尼、

伽利略的太陽中心說，提出專論地理學(xué)和通論地理學(xué)的區(qū)別。前者描述特定地區(qū)，后者闡

述一般原理。18世紀(jì)末至19世紀(jì)初德國洪堡德（1769—1859年）與李特爾（1779—1859

年）奠定了近代地理學(xué)的基礎(chǔ)。

洪堡德的代表作是《宇宙：世界的自然描述概略》，共五卷。他最早采用計(jì)算氣象要

素平均值的方法研究氣候，提出等溫線概念，1817年繪制第一幅世界年平均溫度分布圖，

提出大陸東西兩端的氣候差異和海洋性氣候、大陸性氣候類型。他觀測(cè)了地勢(shì)升高100m

氣溫下降0.6C的垂直遞減現(xiàn)象，研究氣候與植物分布、類型的關(guān)系，提出平原植物分布

的水平地帶性和山地植物分布的垂直地帶性。他最早運(yùn)用地形剖面圖和地理比較法研究地

理現(xiàn)象的規(guī)律性，奠定了自然地理學(xué)特別是氣候?qū)W與植物地理學(xué)的一般原理。

李特爾通過區(qū)域描述和地面現(xiàn)象綜合比較，研究地理環(huán)境對(duì)人類活動(dòng)的影響。他強(qiáng)調(diào)

地理學(xué)要以人地關(guān)系為主旨.提出比較地理學(xué)概念”1R17年李特爾的《地理學(xué)》第一卷出

版，到1859年共出版19卷。

此后，地理學(xué)得到了進(jìn)一步發(fā)展。德國地理學(xué)界匕較著名的學(xué)者和學(xué)派有拉采爾的地

理環(huán)境論、赫特納的地理學(xué)方法論等。法國比較重要的地理學(xué)派有維達(dá)爾-白蘭士和白呂納

的人地相關(guān)論等。美國著名的地理學(xué)說有戴維斯（W.M.Davis,1899）的地貌侵蝕循環(huán)說，

該學(xué)說主張陸地自然面貌是由侵蝕造成，認(rèn)為地表形態(tài)是連續(xù)的，又有階段的，是地球內(nèi)

部結(jié)構(gòu)與外部營力的結(jié)合。他把河流發(fā)育分成青年期、壯年期和老年期，地殼上升使河流

復(fù)活。他的學(xué)說奠定了自然地理分析的基礎(chǔ)。

（三）地球科學(xué)的革命與全面發(fā)展（20世紀(jì)至今）

20世紀(jì)是現(xiàn)代地球科學(xué)發(fā)展的新時(shí)期，在這一過程中，傳統(tǒng)的地球科學(xué)發(fā)生了一系列

的革命，其中影響最為深遠(yuǎn)的是固體地球科學(xué)（包含地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)等）的革命。

固體地球科學(xué)的革命主要是大地構(gòu)造理論上圍繞活動(dòng)論與固定論發(fā)生的思想革命。傳

統(tǒng)的地質(zhì)觀念認(rèn)為，大陸及海洋只在原來的位置上作垂直升降運(yùn)動(dòng)，其相對(duì)位置未發(fā)生顯

著變化，故被稱為“固定論”，“地槽”、“地臺(tái)”說是其典型代表?！盎顒?dòng)論”者認(rèn)為,

大陸曾有過長(zhǎng)距離的水平運(yùn)動(dòng)，大陸和海洋的相對(duì)位置是不斷變化的。代表“活動(dòng)論”的

大地構(gòu)造學(xué)說是“大陸漂移-海底擴(kuò)張-板塊構(gòu)造學(xué)說”。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的爭(zhēng)論，到本世

紀(jì)60年代末期，以現(xiàn)代地質(zhì)及地球物理研究成果為基礎(chǔ)的板塊構(gòu)造學(xué)說取得了決定性的勝

利，并由此推動(dòng)了地質(zhì)學(xué)與地球物理領(lǐng)域的一場(chǎng)深刻革命。

與此同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，本世紀(jì)的地質(zhì)學(xué)獲得了前所未有的全面發(fā)展。高溫

高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)、同位素地質(zhì)年齡測(cè)定技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)、電子顯微鏡、大陸超深鉆與深海

鉆探技術(shù)等給地質(zhì)學(xué)的發(fā)展以極大的推動(dòng)作用，使地質(zhì)學(xué)逐步由定性描述與分析向半定量、

定量分析與研究發(fā)展。地球物理、地球化學(xué)方法在研究地球及地殼的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

及運(yùn)動(dòng)特征方面取得了豐碩成果，成為推動(dòng)地質(zhì)學(xué)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。航天技術(shù)在地質(zhì)學(xué)上

的應(yīng)用取得了重大成就，以航天技術(shù)為基礎(chǔ)的新興的天文地質(zhì)學(xué)顯示出旺盛的生命力。這

些研究將為人類最終了解地球起源與演化、解決許多重大地質(zhì)問題發(fā)揮重要作用。

地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用是促進(jìn)地質(zhì)學(xué)發(fā)展的動(dòng)力，本世紀(jì)除傳統(tǒng)的礦床學(xué)不斷發(fā)展，提出了許

多新理論之外，石油地質(zhì)學(xué)的發(fā)展尤其令人矚目。水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地震地質(zhì)等的研

究也發(fā)展迅速。特別是本世紀(jì)中期以來，環(huán)境地質(zhì)研究的重要性越來越引起人們的注意，

正在向縱深方向發(fā)展。

20世紀(jì)在地理學(xué)上也發(fā)生了重要的革命，特別是研究方法與手段上的革命，通常稱為

地理學(xué)的計(jì)量革命。20世紀(jì)50年代，地理學(xué)開始采比現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法分析地理問題。1955

年，美國華盛頓大學(xué)地理系在加里遜主持下開設(shè)第一個(gè)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)研究班，推動(dòng)計(jì)量地

理學(xué)發(fā)展。1963年伯頓提出“計(jì)量革命”口號(hào)，60年代初這一趨勢(shì)推向歐洲和全球。地理

學(xué)計(jì)量革命的實(shí)質(zhì)是用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)，運(yùn)用模型和模擬，使地理學(xué)的理論精確化，

計(jì)算快速化，從傳統(tǒng)的定性分析向定性和定量分析相結(jié)合過渡。60年代以來，在計(jì)量革命

的推動(dòng)下，人們把地理環(huán)境和區(qū)域看作是一個(gè)系統(tǒng)，大量地應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)、遙感、遙測(cè)

等新方法，對(duì)系統(tǒng)及其相互作用進(jìn)行模式化、公式化，用數(shù)字、圖像等定量表達(dá)人地關(guān)系，

說明區(qū)域差異與變化，從而對(duì)地理環(huán)境的演化進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，以期達(dá)到人地關(guān)系的最優(yōu)化.

這樣，使地理學(xué)由以前的現(xiàn)象描述發(fā)展到科學(xué)解釋和定量預(yù)測(cè)的新階段。與此同時(shí)，由于S

H的需要，應(yīng)用性的地理分支學(xué)科大量涌現(xiàn)，如工程地理學(xué)、環(huán)境地理學(xué)、資料地理學(xué)、

應(yīng)用景觀學(xué)等。

20世紀(jì)氣象學(xué)的革命性變化更是不可同F(xiàn)T而語。在20世紀(jì)的前50年，氣象觀測(cè)開始

由傳統(tǒng)的地面觀測(cè)向高空發(fā)展，主要以風(fēng)箏、氣球等為高空觀測(cè)工具，其所達(dá)到的高度是

有限的。50年代以后，由于觀測(cè)系統(tǒng)有了激光、雷達(dá)、人造地球衛(wèi)星等新技術(shù)與新手段，

大大地推進(jìn)了氣象學(xué)的發(fā)展。大規(guī)模的綜合遙測(cè)、遙感，使得幾小時(shí)的短期災(zāi)害性天氣預(yù)

報(bào)不再是純預(yù)報(bào)問題，而變成了對(duì)實(shí)況的跟蹤與真實(shí)預(yù)報(bào)。電子計(jì)算機(jī)的大量利用，使得

對(duì)大氣現(xiàn)象定量地進(jìn)行數(shù)值模擬成為現(xiàn)實(shí)。這些研究的進(jìn)步還大大促進(jìn)了氣象學(xué)基礎(chǔ)理論

的發(fā)展。

地球科學(xué)的全面、飛速發(fā)展，還使得20世紀(jì)以來誕生了一些新興的分支學(xué)科，如地球

物理學(xué)、海洋學(xué)與環(huán)境地學(xué)等。海洋學(xué)與環(huán)境地學(xué)都與人類現(xiàn)今的生活、生存及未來的發(fā)

展有著極其緊密的聯(lián)系，因而受到科學(xué)工作者及整個(gè)SH的高度重視，它們?cè)诘厍蚩茖W(xué)中

的地位也愈來愈重要。

（四）地球科學(xué)的發(fā)展展望

人類SH正面臨跨世紀(jì)的時(shí)代更替，即將到來的21世紀(jì)將是人類SH發(fā)展史上的一

個(gè)巨大變革時(shí)代。現(xiàn)今地球科學(xué)的發(fā)展正在進(jìn)入一個(gè)建立新知識(shí)體系的重大轉(zhuǎn)折時(shí)期。

長(zhǎng)期以來，地球科學(xué)在SH中的作用主要是通過研究地球，指導(dǎo)尋找礦產(chǎn)、能源和各

種自然資源，以保證人類和SH發(fā)展對(duì)資源的需求；而對(duì)于自然環(huán)境方面的應(yīng)用處于從屬

的地位。由此建立起來的地球科學(xué)知識(shí)體系可概括為資源型的知識(shí)體系。但是，隨著SH發(fā)

展，當(dāng)代SH正面臨著人U、資源、災(zāi)害和環(huán)境方面的挑戰(zhàn)，它直接威脅著今后SH的

進(jìn)步和人類的生存條件。在這些SH挑戰(zhàn)面前，地球科學(xué)除要解決能源和礦產(chǎn)問題外，還

必須幫助解決當(dāng)今SH生活中面臨的許多重大問題：減輕自然和人為災(zāi)害、尋找和保證充

足干凈的水源、安全處理有毒有害和放射性廢物以及為合理利用自然資源、為環(huán)境污染的

綜合治理、為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、為國土整治和農(nóng)業(yè)發(fā)展等等提供地學(xué)知識(shí)和服務(wù)。所有這一

切，都將促使地球科學(xué)從資源時(shí)代進(jìn)入環(huán)境時(shí)代。因而要求其SH功能由“資源型”拓寬

到“SII型”。與此相適應(yīng)，地球科學(xué)的任務(wù)和目標(biāo)都發(fā)生了變化。例如，1993年美國

GJ研究理事會(huì)發(fā)表了指導(dǎo)美國地球科學(xué)今后發(fā)展的戰(zhàn)略報(bào)告，即“固體地球科學(xué)與SH”

報(bào)告。該報(bào)告明確指出，固體地球科學(xué)今后的主要任務(wù)是：①了解全球系統(tǒng)所涉及的過程，

特別注意地球系統(tǒng)各組成部分之間的聯(lián)系和相互作用；②提供充足的自然資源（水、礦產(chǎn)

和燃料）；③減輕地質(zhì)災(zāi)害；④調(diào)節(jié)全球和區(qū)域的環(huán)境變化。這份報(bào)告強(qiáng)調(diào)，地球科學(xué)研

究的目標(biāo)是了解整個(gè)地球系統(tǒng)過去、現(xiàn)在和未來的行為，以保證人類SH持續(xù)發(fā)展的條件。

由此可見，未來的地球科學(xué)將成為人類生存和SH發(fā)展的科學(xué)。地球科學(xué)的前景是光

明的，它在SII發(fā)展中和在自然科學(xué)中的地位將會(huì)更加提高。因此，一些科學(xué)家大膽預(yù)言

“21世紀(jì)將是地球科學(xué)的世紀(jì)”。

第一章宇宙中的地球

第一節(jié)宇宙

宇宙（universe）是天地萬物，是物質(zhì)世界?！白帧笔强臻g的概念，是無邊無際的；

“宙”是時(shí)間的概念，是無始無終的。宇宙是無限的空間和無限的時(shí)間的統(tǒng)一。在宇宙空

間彌漫著形形色色的物質(zhì)，如恒星、行星、氣體、塵埃、電磁波等，它們都在不停地運(yùn)動(dòng)、

變化著。當(dāng)代最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡已可觀測(cè)到200億l.y.（光年）的遙遠(yuǎn)目標(biāo)

（11.y.-9.46Xl（Tkm）,這就是現(xiàn)今人類所能觀測(cè)到的宇宙部分，它只是無限宇宙的

一個(gè)小小局部。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)宇宙范闈的認(rèn)識(shí)也將不斷擴(kuò)大。

一、宇宙中的天體和物質(zhì)

宇宙的統(tǒng)一性在于它的物質(zhì)性，即任何宇宙空間無一不是物質(zhì)的或由物質(zhì)構(gòu)成的。但

宇宙中物質(zhì)的存在形式具有多樣性，一部分物質(zhì)以電磁波、星際物質(zhì)（氣體、塵埃）等形

式呈連續(xù)狀態(tài)彌散在廣漠的空間；另一部分物質(zhì)則積聚、堆積成團(tuán)，表現(xiàn)為各種堆積形態(tài)

的積聚實(shí)體，如地球、月球、行星、恒星和星云等。通常將包括星際物質(zhì)和各種積聚態(tài)實(shí)

體在內(nèi)的所有宇宙星體通稱為天體。在太空飛行的人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站和探測(cè)器

等則一般稱為人造天體。

（一）恒星

恒星是宇宙中最重要的天體，它集中了宇宙中相當(dāng)部分的質(zhì)量。恒星是由熾熱氣體組

成的、能夠自身發(fā)光的球形或類似球形的天體。構(gòu)造恒星的氣體主要是氫，其次是氮，其

它元素很少。我們的太陽就是一顆既典型又很普通的恒星。

擁有巨大的質(zhì)量是恒星能發(fā)光的基本原因。由于質(zhì)量大，內(nèi)部受到高溫高壓的作用，

導(dǎo)致進(jìn)行由氫聚變?yōu)榈臒岷朔磻?yīng)，釋放出巨大的能量，以維持發(fā)光。恒星的溫度愈高，

向外輻射能量的電磁波波長(zhǎng)愈短，因而顏色發(fā)藍(lán)；相反，顏色發(fā)紅。恒星的質(zhì)量相差不大,

多在0.1?10倍太陽質(zhì)量之間；恒星的體積卻相差非常懸殊，大的恒星直徑為太陽的

2000倍左右，小的恒星直徑小于1000km,比月球還??；因此，恒星的平均密度

相差也很懸殊。

恒星的距離都非常遙遠(yuǎn)。太陽是距地球最近的恒星，太陽光到達(dá)地球需走8分多鐘；

而距離太陽最近的恒星一一半人馬座a星（即比鄰星）發(fā)出的光，到達(dá)地球需要走4.3a（即

距離為4.31.y.）。由于恒星間距離太遙遠(yuǎn)，以至在短時(shí)間內(nèi)肉眼觀察不出恒星間位置的

相對(duì)變化，因而有“恒星”之稱。但實(shí)際上所有恒星都在宇宙中以不同速度和方向運(yùn)動(dòng)著。

如我們所熟悉的北斗七星，現(xiàn)在看起來排列得像勺子的形狀，但在10萬年以前和10萬年

以后形狀卻與現(xiàn)在不同，這是因?yàn)楸倍菲咝歉鞒蓡T運(yùn)動(dòng)的方向、速度不同所造成的（圖

1.1）O

在地球上用肉眼觀察到的恒星的明亮程度被稱為亮度。古代人們將恒星的亮度分為6

個(gè)等級(jí)，稱為視星等。其中把15個(gè)最亮的恒星稱一等星，而把正常視力所能辨認(rèn)的最暗的

星稱六等星。后來，由于光學(xué)和光學(xué)儀器的發(fā)展，人們測(cè)定了視星等和亮度的數(shù)量關(guān)

系：即一等星比六等星亮100倍，視星等每差一等，亮度就差2.512倍。恒星的亮度受恒

星到地球距離遠(yuǎn)近不同的影響，因而并不完全代表恒星本身的真正發(fā)光能力。恒星本身的

發(fā)光能力被稱為光度，光度的等級(jí)則稱為絕對(duì)星等。

大多數(shù)恒星的特征是大同小異的，但有少數(shù)恒星在某些方面是與眾不同的。如大多數(shù)

恒星的光度在短時(shí)期內(nèi)幾乎是不變的，太陽就是這樣。但是，有些恒星在幾年、兒日甚至

幾小時(shí)內(nèi)就會(huì)發(fā)生明顯的、特別是周期性的變化，這樣的恒星叫變星。變星分三類，即幾

何變星、脈動(dòng)變星和爆發(fā)變星。幾何變星是指因幾何位置變化而發(fā)生變光現(xiàn)象的變星。脈

動(dòng)變星是因?yàn)樾求w本身的周期性的膨脹和收縮而發(fā)生光度變化的變星，它們?cè)谂蛎浀臅r(shí)候

就變得明亮，反之在收縮的時(shí)候就變得陰暗。爆發(fā)變星是因?yàn)樾求w本身的爆發(fā)現(xiàn)象而發(fā)生

光度突然變化的變星。普通的爆發(fā)變星叫新星，它們的光度在幾天內(nèi)突然增加而由暗星變

為亮星，甚至由看不見的星變成明亮的恒星，以后在幾個(gè)月到幾年的時(shí)間內(nèi)它們的光度逐

漸下降到爆發(fā)前的狀態(tài)。比新星爆發(fā)更為劇烈的星叫做超新星。一般來說，恒星的光度既

同表面溫度有關(guān)，也與表面積（體積）有關(guān)。在體積相似時(shí)，恒星溫度愈高則光度就愈大;

而在溫度相似時(shí)，恒星體積愈大光度也愈高。有些恒星的溫度并不很高，但由于體積大、

密度低而具有很高的光度，這樣的恒星稱為巨星；另有一些恒星溫度很高，但由于體積很

小、密度很高而光度很低，這樣的恒星稱為白矮星.

（二）星際物質(zhì)、星際云和星云

在恒星與恒星之間存在著極其廣大的空間，稱為星際空間。彌漫于星際空間的極其稀

薄的物質(zhì)稱為星際物質(zhì)。主要的星際物質(zhì)有兩類，即星際氣體和星際塵埃。星際氣體包括

氣態(tài)的原子、分子、電子和離子，其中以氫為最多，氫次之，其它元素都很少。星際塵埃

就是微小的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，它們的直徑大約是ICT?KTcm,它們分散在星際氣體之中，其總質(zhì)

量?jī)H占星際物質(zhì)的110左右，它們的主要成分是水、氨和甲烷的冰狀物以及二氧化硅、硅

酸鐵、三氧化二鐵等礦物。星際塵埃能夠吸收和散射可見光特別是藍(lán)色光。因此，星際塵

埃使得星光變暗和變紅。

一般來說，星際物質(zhì)是很稀薄的。星際物質(zhì)的密度是用每立方厘米的質(zhì)點(diǎn)數(shù)來表示的,

一般不過每立方厘米0.1個(gè)質(zhì)點(diǎn)。但是，在一些星際空間區(qū)域，其密度可以超過每立方厘

米10個(gè)甚至1000個(gè)。使用現(xiàn)代的觀測(cè)技術(shù)（例如射電和紅外觀測(cè)），人們能夠發(fā)現(xiàn)這些

區(qū)域，并且把它們稱為星際云。

人類在發(fā)現(xiàn)星際物質(zhì)和星際云以前很久就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)星云了。人們?cè)?jīng)把天空中一切云

霧狀的天體都稱為星云。后來發(fā)現(xiàn)云霧狀天體實(shí)際上有兩種類型：一種是由星際氣體和星

際塵埃組成的；另一種是由大量恒星組成的。在近代天文學(xué)上，前一種稱為星云，例如獵

戶座大星云；而后一種則改稱星系，例如仙女座大星系。因此，今天所說的星云，實(shí)際上

是星際物質(zhì)的一種密集形式。同星際云相比較，星云是星際物質(zhì)的更加龐大和更加密集的

形式。

（三）天體系統(tǒng)和星系

宇宙中的物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)的主要方式是天體按照一定的系統(tǒng)和規(guī)律，相互吸引和

相互繞轉(zhuǎn)，形成不同層次的天體系統(tǒng)。比如，月球和地球構(gòu)成地月系，地球是地月系的中

心天體，月球圍繞地球公轉(zhuǎn)。地球和其他行星圍繞太陽公轉(zhuǎn)，它們和太陽構(gòu)成高一級(jí)的天

體系統(tǒng)，這個(gè)以太陽為中心的天體系統(tǒng)稱為太陽系。太陽系又是更高一級(jí)天體系統(tǒng)一一銀

河系極微小的一部分，銀河系中像太陽這樣的恒星就有1000多億顆，這些恒星在本身運(yùn)動(dòng)

的同時(shí)還圍繞著銀河系中心運(yùn)動(dòng)。銀河系以外，還有許許多多同銀河系規(guī)模相當(dāng)?shù)凝嫶蟮?/p>

天體系統(tǒng)，稱為河外星系（簡(jiǎn)稱星系）。在人類現(xiàn)今所能觀測(cè)到的宇宙范圍內(nèi)，大約存在

著10億個(gè)以上的這樣的星系。這些星系大小不一，通常由幾十億至幾千億顆恒星組成。通

常，把我們現(xiàn)在觀測(cè)所及的宇宙部分稱為總星系，它是現(xiàn)在所知的最高一級(jí)天體系統(tǒng)。

二、宇宙中天體的相對(duì)位置

（一）天球

地球以外的天體，距離我們的遠(yuǎn)近極其懸殊。但是，人們有這樣的印象：日月星辰看

上去似乎是一樣遙遠(yuǎn)的，一切天體似乎都位于一個(gè)以觀測(cè)者為中心的球面上。根據(jù)這樣的

印象，天文學(xué)上為了研究天體在天空中的位置和運(yùn)動(dòng)，引進(jìn)了一個(gè)假想的圓球：它的球心

就是觀測(cè)者所在的地球的中心，它的半徑是無窮大的。這個(gè)圓球稱為天球。這樣，地球以

外的天體在天球上都有各自的投影位置（圖1.2）。

地球的自轉(zhuǎn)軸無限延長(zhǎng)，同天球球面相交于兩點(diǎn)，這叫做天極；與地球的南、北極方

向相同的兩個(gè)極分別稱為南天極和北天極。地球赤道平面無限擴(kuò)大，同天球相交的大圓，

叫做天赤道（圖1.3）。有了天極和天赤道，天球就可以定出自己的經(jīng)線和緯線，分別稱

為赤經(jīng)和赤緯。于是，人們說明天體在天球上投影的位置就方便了。

（二）星座

為了便于認(rèn)識(shí)恒星，人們把天球上的恒星分成若干群落，每個(gè)群落的恒星都有自己獨(dú)

特的形狀并占據(jù)一定的空間，這樣的恒星群落稱為星座。占代人把星座中一些較亮而鄰近

的星聯(lián)成圖形，結(jié)合神話中的人物或動(dòng)物為星座命名，這些名稱一直沿用到現(xiàn)在。按照國

際上的標(biāo)準(zhǔn)，全天可分成88個(gè)星座。為了便于了解主要星座的相對(duì)位置及其恒星的排列，

可把天球的球面按赤經(jīng)的不同分成四個(gè)星區(qū)，每個(gè)星區(qū)跨赤經(jīng)6時(shí)（或90°），各以0、6、

12和18時(shí)的口寸圈為zy時(shí)圈，并且以3、9、15和21時(shí)的時(shí)圈為界線。四個(gè)星區(qū)可根據(jù)各

自代表性星座分別稱為仙后星區(qū)、御夫星區(qū)、大熊星區(qū)和天琴星區(qū)，簡(jiǎn)稱“后、御、熊、

琴”，四大星區(qū)的共同交點(diǎn)就是天北極或者北極星。將不同星區(qū)的主要星座及其恒星排列

投影到相應(yīng)位置后，可得到“四瓣簡(jiǎn)明星座圖”。

順便說明，星座和星系是兩個(gè)不同的概念。星座僅代表一些恒星間的視幾何關(guān)系，某

一星座的恒星可能處于同一星系，也可能處于不同的星系。

第二節(jié)銀河系與太陽系

銀河系（milkywaysystem）是一個(gè)由大約1400億顆恒星和大量星際物質(zhì)組成的龐大天

體系統(tǒng)。側(cè)面看呈中間厚邊緣薄的扁餅形，正面看呈旋渦形。銀河系的直徑約10萬l.y.。

中心部分稱為銀核，直徑約1萬多l(xiāng).y.；銀核外側(cè)稱為銀盤；銀盤的中心平面稱為銀道面。

太陽是銀河系中的一顆中等恒星，位于距銀河系中心約3萬l.y.的銀盤內(nèi)，太陽附近銀盤

厚度約30001.y.,太陽距銀道面約261.y.,