12 新地球观-地球系统科学

稳定性：
在外界作用下开放系统具有一定的自我稳定能力，能够 有一定范围内自我调节，从而保持和恢复原来的有序状 态，保持和恢复原有的结构和功能。
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（一）系统整体性原理 （二）系统层次性原理 （三）系统开放性原理 （四）系统的目的性原理 （五）系统突变性原理 （六）系统稳定性原理 （七）系统自组织原理 （八）系统相似性原理
活跃期（突变期或灾变期）
呈现为极不平衡的无序状态。常表现为：

发生异常气象，大气温度剧变，气候带迁移 海平面大幅度升降 生物种群灭绝 地磁极翻转； 地层中出现沉积间断，地层间呈现出角度不整合接触关系； 地球内部热能大量释放，岩浆活动与各种变质作用剧烈； 岩石圈内构造应力猛烈释放，岩石发生强烈变形，构造应力 的定向性明显，差应力值较大，板块升降幅度与水平位移量 都较大。 常发生大规模的陨击事件，各天体对地球的引力作用常出现 某种的异常变化。
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
均变论（郝顿和莱伊尔）
许多大变化是由一系列微小的变动逐渐积累而形 成的
灾变论（居维叶）
生物演化过程中，“没有一种缓慢进行的原因能 产生突然的效果”，“所以地球上的生命进程曾 多次被可怕事件所打断”，“地球表面曾经历过 相继的革命及各种灾变”。
地球上不同物质（水、空气、生物、固体岩石圈、
固态地幔和液态外核）的运动都有其独特的动力学
机制，它们均受到地球内部和外部因素的影响。 地球内部：地球重力场、地球自转及其速度 变化、温度差异、压力变化、物质成 分不均一等
地球外部：月球、行星、太阳系以至于银河
系的引力和辐射影响等
一、地球是一个系统
二、地球动力系统
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
中国黄土沉积
2-5万年前重约7万吨的陨石 ，以每小时约 6.9 万千米的 速度撞入地球，在美国亚 利桑那州的沙漠上留一个 丑陋疤痕－ 巴林杰陨石坑 ，而陨石本身在这个过程 中粉碎了 。 陨石坑 宽 1264 米，深174米。
一、地球是一个系统
二、地球动力系统
三、开放的地球系统
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
研究对象－地球
天 文 学 … 地 理 学 … 地 质 学
第一章 宇宙中的地球（自学内容） 第二章 行星地球简史 第三章 地球的物质组成 第四章 大气圈—地球的蓝色外壳 第五章 生物圈—大自然的精华 第六章 水圈—地表变化的主要媒介 第七章 地球表部圈层的相互作用 第八章 地球的内部圈层 第九章 岩石圈内部物质的转化 第十章 岩石圈的变形与变位 第十一章 重力、地磁与核幔作用 第十二章 新地球观—地球系统科学 第十三章 人与资源 第十四章 维护我们的生存环境
层次性：
高层次系统是由低层次系统构成的，高层次包含着低层
次，低层次属于高层次。高层次和低层次之间的关系， 首先是一种整体和部分，系统和要素之间的关系。
系统论
开放性：
系统具有不断地与外界环境进行物质、能量、信息交换 的性质和功能，系统向环境开放是系统得以向上发展的 前提，也是系统得以稳定存在的条件。
地球是宇宙巨系统中的一份子
影响地球各圈层的运动变化的宇宙因素：
地球自身轨道的变化：地球自转速度的变化，地极移 动，地球绕太阳系质心公转轨道半径或偏心率的变化， 黄赤道交角的变化 宇宙星体对地球的影响：月球、太阳或大行星对地球 引力的变化，太阳辐射能（如黑子）的变化，陨石撞 击作用 太阳系的变化：太阳系穿越银道面以及太阳系在银河 系内公转一周
一、地球是一个系统
二、地球动力系统
三、开放的地球系统
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
圈层间的相互作用
地球系统由多个子系统（圈层）构成。 子系统间具有强相互（非线性相互作用）作用。 地球系统的复杂性：地球各子系统间发生的强相互作用而自发 地涌现出系统总体性状、结构与动力学行为。
地球的时空特 征及物质组成
地球圈层特征 和相互作用
地球科学方法论 地球科学应用
Байду номын сангаас
第十二章 新地球观－地球系统科学
一、地球是一个系统
二、地球动力系统
三、开放的地球系统
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
系统论
系统： 指由若干相互联系、相互作用的要素所组成的
耦合作用：两个（子）系统通过相互作用，批次影响一致紧密 地联合起来。
解耦作用：通过互相作用后，两体系解除耦合关系，仍分别各 具特色、自成体系的现象。
陆地-海洋-生物-大气之间环环相扣: 铁假说
二十世纪八十年代美国John Martin提出了“铁假说”，认为海 水中铁元素的缺乏，限制了浮游植物的生长，因为海洋浮游植 物的生长必须有微量的铁，而铁在现代氧化环境下的海水中极 难溶解。冰期时风尘大作，为大洋带来铁元素、提高生产力， 从而降低大气二氧化碳，正好解释了极地冰芯中温室气体 (CO2, CH4)的浓度、大气降尘的浓度与冰盖体积一起变化的记录。 为了检验“铁假说”，近年来在东太平洋和南大洋 先后进行了 “铁肥试验”，从船上将二价铁倾入海中，果然诱发出藻类勃 发，生产力增加高达数十倍，证明了铁的确是大洋生产力的限 制因素，而且风尘增加可能是冰期中大气 CO2 减少的原因，也 证明了陆地-海洋-生物-大气之间环环相扣的因果关系。
具有一定功能的有机整体。
整体性,关联性,等级结构性,动态平衡性,时序性等 是所有系统的共同基本特征；
这些既是系统所具有的基本思想观点,也是系统方法
的基本原则； 表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论,且具 有科学方法的含义.
系统论
系统论
整体性：
常常又被说成系统整体大于部分。其实质是说系统的整 体具有系统中部分所不具有的性质，系统整体不同于系 统的部分的简单加和即机械和。
灾变事件以一定的先后次序依次发生：
首先，以一次巨大的陨击作用作为诱发因素，引起全 球电磁场剧变和地磁极的翻转； 陨石撞击岩石圈表层引起大爆炸，粉尘升到大气圈上 部，遮蔽了太阳幅射能，造成全球气温骤降；
巨大的陨击坑使地表地形发生巨大变化，也可引起海 平面的剧烈变化，发生海啸；
陨击作用产生的粉尘落到地面上之后，形成一层富含 铂族元素或重稀土元素异常的粘土层； 陨击作用后几年到数万年的时间内，大气与海洋环境 的巨大变化，不能适应环境的生物大量灭绝。
三、开放的地球系统
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
地球是一个开放系统，自诞生以来，整个系统与 周围环境之间就一直发生着质量、能量与动量的 交换。
地球从宇宙中接受质量和能量 星子吸积, 陨击 太阳辐射能，宇宙射线 地球系统不断地耗散能量 热量散失 转动惯性能消耗，自转减慢
稳定期（均变期）
是一种非平衡的相对静态，演化呈现为相对有序的特征。这一时期 表现为： 大气圈的年平均温度基本稳定； 气候带的划分基本固定； 海平面变化幅度较小； 生物稳定地繁衍、复苏或发育； 地磁极变化幅度较小； 地层内表现为连续沉积，地层之间呈现为整合接触关系； 地球内部热能处于平稳地积累和释放状态，岩浆活动稀少 或微弱； 变质作用主要发生在地壳下部，以埋藏变质为主； 岩石圈内的构造应力平稳地积累或调整，主应力方向不太 明显，差应力值较小岩石圈板块小幅度地升降，其水平位 移量也相当微弱，岩石仅发生微弱的变形。
一、地球是一个系统
二、地球动力系统
三、开放的地球系统
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
地球的演化在时间演化上具有不对称性和
单向性，即不可逆性。
经过陨石研究、高温高压试验以及宇宙化 学、天体物理学、天文学、地质学和生物 学研究，人们已经认识到整个地球都经历 了由简单到复杂、由低级到高级的不可逆 演化过程。
地球的演化，并不是匀速、线性地发展 的，而是进行着变速的演化，表现为相 对均匀变化与突变（灾变）交错相间的 特征。 地球演化过程中既有“均变”，也有 “灾变”，呈现为一种稳定期与活跃期 相间的变化过程，常常是一个较长时期 的、相对稳定的发展与一个较短时间的、 激烈变化的“灾变”事件交替地演化。
（1）结构功能相关律 （2）信息反馈律 （3）竞争协同律 （4）涨落有序律 （5）优化演化律
地球系统科学
大气圈：气象学、大气物理学 水圈：海洋学、陆地水文学、水文地质学、冰川学 生物圈：生物学
远古大气圈、水圈和生物圈：地质学
地壳：地质学、地理学、地球物理学、地球化学 地幔与地核：地球物理学、地球化学、宇宙化学 过去的地球科学都局限在某一特定的时间、空间 范围来研究。
二、地球动力系统
三、开放的地球系统
四、圈层间的强相互作用
五、不可逆的进化
六、均变与灾变
七、各种时间尺度的周期性变化
地球是一个动力系统，地球上所有物质都 在不断地运动。
太阳系 地球公转 地球自转 (赤道) 空气流动 速度 220 km / s
水的流动 岩石圈 地幔
30 km / s 230 m / s 0 - n×10 m / s 0-n m/s 0 - n cm / a 0 - n mm / a
地球系统科学
从 整体论（ Holism ） 的观点出发，研究地球这个大系 统内各个子系统，即各圈层内部以及圈层之间的运动 变化的全过程、形成机制以及可能发生的变化趋势。 地球系统科学则更注意把地球当做一个行星从整体上 来认识，进行各种时间尺度的演化研究，而不受地球 各原有分支学科的局限。
一、地球是一个系统
生物界
由低级到高级、由简单到复杂的不
可逆进化
地球
地球是如何演化的？
太阳系的起源(星云说)
太阳周围的固体与气体物质，经过约500万年快速旋转和 冷凝；以固体颗粒(小圆球状的星子)为中心，通过反复随 机碰撞吸积、增大质量；逐渐形成太阳系的八大行星。
一、地球是一个系统
二、地球动力系统
三、开放的地球系统