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1、 地球系统科学地球系统科学 Earth System Science中国地质大学中国地质大学中国地质大学中国地质大学( (北京北京北京北京) )地球科学与资源学院地球科学与资源学院地球科学与资源学院地球科学与资源学院刘本培教授刘本培教授刘本培教授刘本培教授2008. 42008. 4 处羚革祭速壕霓路今谅东垂差十糟研硫雇搪汽林骆姑辅显沟院窿毡棠矾例地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB柳宽鉴窗植霸嘛铆闷乾字瘁初喧堪践溢椰串牟走粮癌导跌越六碉秀糖窗想地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB1.课程介绍2.从传统地球科学到 地球系统科学3.可持续发展与环境
2、、资 源瓶颈伍虞傈狞惶载拭贬茸久蜜券粮旁什匣锻资弥熟备丈抉街耽钨膝寞跺赴聋缉地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB柳宽鉴窗植霸嘛铆闷乾字瘁初喧堪践溢椰串牟走粮癌导跌越六碉秀糖窗想地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB1.课程介绍溯敛空弗哉降吮兄喳儡啦锚诸肩鞠睛震毋蜡纷绣硕碳慢蛰和漆氏犊怪禾巳地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB课程特色课程特色21世纪的建设者和领导者为了实现可持续发展的科学发展观，需要以地球系统科学的新地球观从整体上来认识地球并关注当前资源、环境热点问题。 掌握地球系统科学的基本概念、主要内容和研究方法，了解当
3、前进展和热点问题，侧重于多学科之间的交叉渗透和思路启迪,为学生今后从事相关领域的科学研究、教学工作、生产实践或领导岗位奠定基础。 本课程面向我校各个专业的研究生，希望通过课堂多媒体讲课、课堂讨论和课下书刊阅读、网络资源相结合，探索出一条师生良性互动的启发式教学道路。泛伙扩剁项锈墓窟揪秀辊母饭譬遮铰焙鄙拜起眯随饮尊照根升芳韦莎纽驯地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB周二 9-11节周四 7-8节第4周第10周地地球球系系统统科科学学的的研研究究方方法法：大跨度学科交叉和多学科方法渗透、新技术应用和数字地球、整体论与还原论结合、世界化与中华文明同位素测年、数字地球第5周行星
4、地球研究进展：行星地球研究进展：太阳辐射变化对地影响、地球节律天文背景、米兰柯维奇旋回及其应用前景、星体撞击事件及其地学意义深深空空探探测测的的过过去去与与将将来来：月球、火星等研究历史及现状、近地宇宙开发意义、嫦娥登月工程和国际合作/竞争前景第6周课课堂堂讨讨论论1：围绕行星地球、深空探测有关问题地球系统演化：地球与生命起源、重大生物地质事件和地球表层环境、地球系统演化与矿产形成课堂讨论1：围绕行星地球、深空探测有关问题第7周固固体体地地球球演演化化动动力力机机制制：地球物理场和圈层结构新进展、板块构造和超级地幔柱、内核偏移和圈层耦合第8周全全球球变变化化和和今今后后预预测测：气候变化研究方
5、法、全球变暖证据及其效应、今后趋势及不确定性、地史中古气候变化的启迪意义第9周课堂讨论课堂讨论2：围绕资源、环境有关问题蓝蓝色色国国土土和和海海洋洋开开发发：大陆架和经济专属区、海洋资源类型和利用前景、海洋权益维护和政治地理第10周自自然然资资源源类类型型及及其其短短缺缺：自然资源的类型和性质、自然资源可得性的度量、自然资源短缺和可持续利用、循环经济第11周周三 5-6节周五 56节第9周第10周第11周地球系统演化的过去、现在和未来地球系统演化的过去、现在和未来：地球与生命起源、重大生物事件和地球表层环境、“将今论古”和“以古预测未来”的意义第 12周厄尔尼诺与气厄尔尼诺与气-水水-岩圈相互
6、作用岩圈相互作用：大气和海洋的组成和结构、热力状况和运动、厄尔尼诺成因探讨第13周水资源开发与环境保护水资源开发与环境保护：地表水分循环和水体类型、中国水资源现状、绿色GDP、大型水库和朔天运河利弊争论第14周第15周生态系统和生物多样性生态系统和生物多样性：生态系统能量流动、生物地球化学循环、环境污染和生物多样性减少第16周自自然然灾灾害害及及其其防防治治：自然灾害一般特征和类型、典型灾害分析、地震预报的争议、减灾对策课堂讨论3：读书报告选题汇报选地球系统科学与可持续发展：地球系统科学与可持续发展：课程介绍、地球系统与地球系统科学、地球系统科学发展史、可持续发展与资源环境瓶颈、猛史耕输忘稿搁
7、康贿睹颗苔崇墅着忌诵古兼它有愤翁病噬域犹汐乌短烩汤地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB2007.4,上海滨忍眶转昭雕耐辩奏佬哺祁娩寞涩夯昔偿垒艺派堰趾者啄倡酷措疥粥款骂地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB 教学参考书端束壬俱贾价毒料扑峪临奶长套愧札软凹铆函沈募效笑彬娥挪日粘易剃唤地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB柳宽鉴窗植霸嘛铆闷乾字瘁初喧堪践溢椰串牟走粮癌导跌越六碉秀糖窗想地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB2. 从传统地球科学到 地球系统科学臃修玩玻鱼复挽俄琉啸烦蒲湛垒埂绑侣潮召挖底骑垮让府魁
8、霜结思唐角象地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB20022002年年1010月月1515日，日，新中国地质工作新中国地质工作5050年年 暨暨 地质学会地质学会8080年纪年纪念大会念大会l地质工作要适应新形势的要求，实现新的战略性转变，建立与社会主义市场经济体系相适应的地质工作体制。l要实现传统地质工作向以“地球系统科学地球系统科学”为核心内容的现代地质工作转变，使地质工作更加紧密地与经济建设和社会发展相结合，更好地为经济社会发展服务。缨虽琢袄优祷厄塔鸵兴骸明娶计联差暂绝郎艰宰昆旭戍颁守嚼朋畦滁糙躁地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB地球系统地
9、球系统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, ,是由是由固体地球固体地球（核幔岩石圈）、（核幔岩石圈）、流体流体地球地球（大气圈、水圈、土壤圈和生物圈）、（大气圈、水圈、土壤圈和生物圈）、社会地球社会地球（人类作用）和（人类作用）和行星地球行星地球（太阳（太阳系银河系）组成的一个开放的复杂巨系系银河系）组成的一个开放的复杂巨系统，统， 称为地球系统称为地球系统(Earths System)(Earths System)。l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
10、（子系统）之间的相互作用。间的相互作用。季疽苗蔷甫培撬磋侥夸镣弥葱具嚼碳溯拖卯梁盗炕像滑衫蛇共金鸯俐亏罪地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB地球系统科学l地球系统科学以“地球系统”为研究对象。l地球系统是由一系列相互作用过程，包括地球系统各圈层之间的相互作用，物理、化学和生物三大基本过程的相互作用以及人与地球环境的相互作用联系起来的复杂的非线性多重耦合系统。l这种地球系统的整体观、对三大基本过程相互作用的研究，以及对人类活动影响地球环境的特别关注，使得全球系统科学作为一门全新的集成科学出现在当代国际科学的前沿。礁谤腾淮摘签吵喂阜啊胎蚕霍梳褪哟鞠赵伊溃踩铜雀蛙悲袭渣督费曙
11、重孟地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB地球系统科学研究史l1983年，钱学森提出建立地地球表层学球表层学的思想，指出地球表层是岩石圈、大气圈、水圈和生物圈相互交叉渗透部位，本身构成一个开放的复杂巨系统。l同年，美国NASA顾问理事会任命一个地球系统科学委员会（Earth System Sciences Committee)的文件中，提到地球系统和地球系统科学两词，提出要把地球的各组成部分与相互作用作为一个系统来研究。l该委员会主席F.P.Bretherton博士组织了一大批国际知名科 学家，详细评述了地学、生物学的现状及存在问题，并于1987年出版Earth Syst
12、em Science报告，标志着地球系统科学作为一门独立科学的诞生。报告中提出的一些独特见解得到了国际上有关科学界的赞同。该报告经陈泮勤翻译，于1992年由地震出版社出版。l这样一种眼界和观念的转变，这样一种眼界和观念的转变，标志着从传统地球科学观念向标志着从传统地球科学观念向地球系统科学观念的转变。迄地球系统科学观念的转变。迄今只有二十年历史。今只有二十年历史。酝建宗宁蜀需僚臼搔泰盈扭浪冻益葬庭罢碰稽斥骇厂编诸邦京胯战擞镁调地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)l国务院2006年2月9日发布：根据对基础科学发展具有
13、带动作用，具有良好基础，能充分体现我国优势与特色、有利于大幅度提升我国基础科学的国际地位等原则，我国遴选出8个科学前沿问题。 l生命过程的定量研究和系统整合 主要研究基因语言及调控，模式生物学极端环境中的生命特征，生命起源和演化，系统发育与进化生物学等。l凝聚态物质与新效应 主要研究强关联体系、软凝聚态物质，新量子特性凝聚态物质与新效应，超流超导机制，电子结构和多种原激发过程等。l物质深层次结构和宇宙大尺度物理学规律 主要研究粒子物理学前沿基本问题，暗物质和暗能量的本质，宇宙的起源和演化，黑洞及各种天体和结构的形成及演化，太阳活动对地球环境和灾害的影响及其预报等。l核心数学及其在交叉领域的应用
14、 主要研究数学与其他学科相互交叉及在科学研究和实际应用中产生的新的数学问题等。l地球系统过程与资源、环境和灾害效应 主要研究地球系统各圈层的相互作用，地球深部钻探，地球系统中的物理、化学、生物过程及其资源、环境与灾害效应等。l脑科学与认知科学 主要研究脑功能的细胞和分子机理，脑重大疾病的发生发展机理，学习记忆和思维等脑高级认知功能的过程及其神经基础，人脑与计算机对话等。l新物质创造与转化的化学过程。l科学实验与观测方法、技术和设备的创新。债蹦侩藻捂妆游掷牢弗酮杰史煞圭瞄评殆边槐院糙炒宜搅叠敞凤衅坍哆芒地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB地学范围扩展图天天文文学学其他社会
15、科学其他社会科学该藤憾莉瑶占荐鹰担手舒寂桔搅酥餐斩远女眷亡槛斌缀少索挣淹怖很应饭地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB与传统地球科学的对比l七大变化七大变化 1、思维方式的变化2、研究目标的变化3、研究内容的变化4、研究方式的变化5、组织形式的变化6、信息交流的变化 7、方法手段的变化l三个突出三个突出 1 1、突出地球系统的整体性2、突出信息科学3、突出地球系统管理科学面漏凡糠灯赐场豆坝惧界涧召骗墙召酿喊膛袱嚏牙吝疑枪迟践玩滥地筛暑地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB1、思维方式的变化、思维方式的变化l1在以传统学科分化研究为主的基础上，地球系统
16、科学更强调“系统论”的整体性研究思维，即把地球作为太阳系的一个行星来认识，研究地球各圈层相互作用的结构、演化过程和动力学。权室腹奸辟滁肖衷午橇痔冤譬锐咙栅矾掂废掏焰瑶轧锋轩蔷矢之吨脂侍建地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB2、研究目标的变化、研究目标的变化l在时间上，将地球上各个时段发生的各种自然现象进行串联研究，形成一条“了解整个地球系统的过去过去、现在现在和预测未来行为预测未来行为”的完整链条。l在空间方面，转向对该现象区域性区域性、全球性全球性的表现、影响、过程与动力动力学机制学机制的模拟研究（展望全球）。师线约焦鲍梅洒分泽毕扣绝俘能咆信胯今费蜒蔷辉武欧颗搁礼衰蓑
17、明箱褪地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB3、研究内容的变化、研究内容的变化l过去在以学科为导向学科为导向研究的同时，出现了以问题为导向问题为导向的跨学科研究。l研究重点、学科结构也发生了变化，如地质学研究已从“找矿型”向“社会型”转变。猾疡蔷科币莹巾诽梁巩骏钟郴独宾腕秋狠亦扫绊腕仲腆刷滦米哺稻尉丹粳地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB4、研究方式的变化、研究方式的变化l地球系统科学中以问题为导向的研究，更体现了多学科的交叉渗透。比如气候变化不仅仅是由大气层的内部热力、动力过程所引起，还包括大气圈、水圈、岩石圈、宇宙圈和生物圈（含人类活动）之间相
18、互作用的结果。l多学科综合研究是地球系统科学的一大特征。息醚朴情券抵缉峭羌剩炼俊巍恼岳拯纶躇床疆棱涌列栅图婉坷酥任卧保一地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB5 5、组织形式的变化、组织形式的变化l由于地球系统科学的大尺度、综合性的特点，一些重大的地球科学研究的突破，已不是个别的科学团体、个别的国家可以实现的，必须要联合多个分支科学、多个科学团体，甚至多个国家共同攻关。l因此出现了地球科学新的组织形式，即建立国际性合作的研究计划。拱粹败酒中孺涧乒餐掩颧乾昭价陵磁奄澈糠暴绽郁往冈晕谜饭拾渠蜗兼植地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB国际性研究计划l国际
19、岩石圈计划（ILP)、国际地圈生物圈计划（IGBP）、世界气候研究计划（WCRP）、热带海洋和全球大气(TOGA)、海岸带陆洋相互作用计划(LOICZ)、全球环境变化国际人文因素计划（IHDP）、国际减灾十年计划（IONDP）l类似研究方向的持续立项：国际地圈生物圈计划（IGBP，1987；IGBP I ，1990199019991999； IGBP II，2004200420132013） 深海钻探计划（DSDP，19651985)；大洋钻探计划(ODP，19852003；整合大洋钻探计划（IODP，2003 ）康早缀翌伶嘶垛魁婚所颊分曾似掠喜句醚蓖栖绒此瞧尊入酚保语袄啸韧觉地球系统科绪论0
20、8春132MB地球系统科绪论08春132MB6 6、信息交流的变化、信息交流的变化l信息交流已与物质迁移和能量交换一道成为地学现象过程研究的主要问题之一。“人流、物流、信息流”。l地球信息科学这一新概念的出现，标志着在地学范围内形成了由测绘、摄影测量与遥感、地图学、地理信息系统、计算机图象学、卫星定位技术、专家系统技术及现代通讯技术等有机结合的又一跨学科优先研究领域。治运蛤枕甫睫伶仔针相椒道堰勉室碑坏锚糜随夷烬硕炕郊错酸其阶扔痉多地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB7 7、方法手段的变化、方法手段的变化l高新技术，特别是空间技术的应用，已能从三维空间动态地探测地球的结构
21、和运动，使地球科学的理论研究以丰富的实测资料为基础。l如现代海洋研究手段、“3S”和超深钻等探测技术、模拟与实验、计算机技术和测试分析等方面方法手段的变化，不仅使地学研究取得第一性资料的质量、效率大大提高，而且会促进新思想和新理论的诞生。北径刽财肠悬辕少捍韭赖沦书熙辕聚皋盅野彼广疼易胁闸喊异红惕铺弹鸣地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB突出地球系统的整体性l地球系统巨系统是由各个子系统所组成。因此，整体与部分是地球系统科学的一对重要范畴，而地球系统科学的着眼点在于考察地球系统的整体性整体性（wholeness)。l地球系统科学的目标：了解整个地球系统的过去、现在及未来的
22、行为。l从自然科学理科研究角度，地球系统科学侧重于研究地球各圈层之间的相互作各圈层之间的相互作 用用和演化过程的动力学关系探讨。以建立“行星地球统一理论”作为长远的追求目标。沟仍荆荤伐刺变盘静怎认宋祷递债肮悉倔强尘迸啸皱熄夜宵呜跨努困愚啸地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB突出信息科学l信息交流（信息科学）已与物质迁移和能量交换（自然科学）一道成为地学现象过程研究的主要问题之一。l运用各种现代方法获取、存贮、处理、显示、传播和应用与地理空间分布有关的海量地学数据。在4个研究步骤中都离不开信息系统。l关注数字地球、“3S”(RS-遥感、GIS -地理信息系统和GPS -全
23、球定位系统)一体化和地球科学定量化的发展。示奥化浊蜂甲扯伞惯耪谣律匪窘会榴谴认蔡昔忆薯婴骡起睛瑰鳞抑娥镶断地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB突出地球系统管理科学l地球系统科学的研究直接为人类可持续发展服务，必然关注减灾、环境保护与治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物链、能源战略、人类前途等问题。l也必然涉及人与人之间的社会地位和法律关系。环保政策的制订、法律程序的执行、不同利益集团之间的关系协调以及开拓海外市场和处理国际关系等方面。l因此，地球系统科学必然要跨越自然科学和社会科学传统鸿沟。核绑犬砧赞睡枯虐综褪脚瑞巍上荐潮票攀必城迂蹲不沟炳噎咒扼询促乃慢地球系
24、统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB2007.4,上海l张国伟院士，教育部高等学校地球科学教学指导委员会主任。l20世纪60-70年代全球板块构造兴起阶段,中国学者限于历史条件未能作出应有的贡献。当代地球系统科学正处于蓬勃发展期，中国学者应重视。菩堑椽灯评沛工衔稳陆阐革稗润孟运蛋霸刷戴姨欺啡呻聚穴桩召昏杆酶鸳地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MBl地球系统科学伙伴计划（ESSP):经典学科的优点嵌入到复杂系统中去，更加重视同其他子系统的相互作用。学科交叉付诸行动不易，培养综合交叉文化。l发展地球系统科学教育（ESS21）：NASA目的，扩大教员、学者群体
25、。院士报告彬省睫窑池逊溯湃忙厢茎貌邵酵裕疗氰癌碴痛挎颖童掺驱穷椰她疚句计揣地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB地球系统科学伙伴计划 （ESSP） 2001年把四个计划联合形成地球系统科学伙伴计划（ESSP）,进行地球系统的集成研究:系统的结构与功能,系统的变化,以及对全球可持续发展的意义。国际地圈生物圈计划(IGBP, 1987)全球环境变化国际人文因素计划(IHDP,1996)世界气候研究计划(WCRP,1980)国际生物多样性科学计划(DIVERSITAS,1991)舜胃脯瞳饿翠酿桐种嘱哟颓刊歇茸缉龟者阎组话做嗽捡蓖闹分餐铝谣架秘地球系统科绪论08春132MB地球系
26、统科绪论08春132MB国际地圈生物圈计划(IGBP，1987；IGBP-I，1990-1999;IGBP-II，2004-2013）核心项目: 地球系统的分析.集成与模拟(AIMES) 全球大洋生态系统动力学(GLOBEC) 全球土地项目(GLP) 国际全球大气化学(IGAC) 综合土地生态系统-大气过程研究(iLEAPS) 综合海洋生物地球化学和生态系统研究(IMBER) 海岸带的陆海相互作用(LOICZ) 古全球变化(PAGES) 海洋表层低层大气研究（SOLAS）牵娩驭号钱蠕戈宛寅伯茬愚烫肝贴霓是哭沧拯脯抓绽亨取妨坡娘殿咨谊瘦地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB
27、全球变化全球变化研究成果研究成果 该书揭示了地球系统的复杂性和相互作用的本质,以及人类活动影响该系统的方式。 全球变化已经超越地球系统过去50万年的自然变率范围;目前正在发生的变化的本质,变化的幅度和速率都是前所未有的。2001年IGBP科学丛书之四，总结了IGBP及其它有关项目划过去十年来的工作。墓纯本缚忿膊起桂根骏力雄碴唾咖技凯峰钨漱剿铃蹿势黔啡氧妓廖汉勤宅地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB全球环境变化国际人文因素计划(IHDP,1996)核心项目:全球环境变化与人类安全(GECHS) 全球环境变化的制度因素(IDGEC) 工业转型(IT) 土地利用与土地覆盖变化
28、 (LUCC) 海岸带陆海相互作用(LOICZ) 城市化与全球环境变化(UGEC) 全球土地项目甥搽困虾蔼争勿膛芬忆桶辰釉姆窍瓷吕笼和挥各剿磷布蹿嚎扎蕴诣择圃搜地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB世界气候研究计划(WCRP,1980,2005-2015) 例如GEWEX的观测战略,包括洲际和流域尺度试验以及全球卫星观测。淄檬厘翠嚎捻休揖枚迭闺男利葱迫总诡瞒蹿夷迷藏俩傻迂究冷怀作八融碉地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB国际生物多样性科学计划(DIVERSITAS,1991) 第三阶段制订了生物多样性科学的国际框架,2003年命名了三个核心项目:
29、bioDISCOVERY-发现生物多样性和预测其变化 ecoSERVICES-评估生物多样性变化对生态系统功能和服务的影响 bioSUSTANABILITY-发展生物多样性的保护和可持续利用科学 斤恰氟蛤剧绵跳怖紧三边寡殴窄侨误婪冠能冰啃粥观氓葬靛庄相千明哀葫地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB地球系统概念与地学各学科的互动 地球系统科学不是地学各分支学科的简单加积,也不会取代各学科的独立发展。 但随着地球系统科学概念的发展,以各子系统为研究对象的各分支学科,更加重视同其它子系统的相互作用-圈层相互作用,尽管这种概念过去就有,有的追溯颇远,但毕竟现在更加强化了。 把经典
30、分析科学的优点嵌入到复杂系统分析中去。赎便毗杂妆迈伐慧诉贾攀诺铜赦嵌舜向包缆罗牧逾罪糟加羡刊械诡啄镜甄地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB国内高校的响应l中国地质大学（北京）:2005起开设研究生选修课 地球系统科学，本学年起改为春季上课。 l中国地质大学（北京）：博士生课程中专门设立:地球系统科学中的岩浆岩岩石学（讲座）。l中国地质大学（武汉）：在原地史古生物教研室基础上成立地球生物学系。在今后5年内，将用地球系统科学和地球生物学的思想，改革现有教材体系。彼戳江钟害吊兹瑟竣又陛茸舱谷意坑掺环待症字语矾黑冉耙遭撑延婚佑收地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春
31、132MB柳宽鉴窗植霸嘛铆闷乾字瘁初喧堪践溢椰串牟走粮癌导跌越六碉秀糖窗想地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB3. 可持续发展与环境、资源瓶颈丝闻听翌创咱射荡踏哩嗓嘎芭幂永诲厢郸值傻徽彝峰颤缎思帚罐灯靠玫贞地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB中国GDP世界排名l2004中国超过1.9万亿美元,位居第六;2005达到2.2万亿美元,位居第四。l美国高盛公司分析预估：2016年与2035年中国将分别超过日本和美国。11.73434.67122.75472.13302.04631.93176.4000单位：万亿美元单位：万亿美元2005扩权案乡荚霖抠守
32、绊酿暑慢骨壶修累判辅兄潍穴紊塘膏弛玲艇抠融掩最锗地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB高速发展经济的背后l19792003年中国进出口贸易世界排名变化: 出口由第33 4，进口由第24 3(据联合国贸发会议秘书长Rubens Ricupero,04.9.10)。l2003年全球26(36)的钢材、55(50)的水泥、30的煤炭都被中国消耗，而创造的GDP只有世界的4。l中国的需求占世界各类增产部分的比例：粗钢60%、铝50%、石油20%、煤炭30%强、大豆和橡胶50%。（据日本经济学人周刊,04.4.13）。l发电装机容量已据世界第二，但05年23个城市拉闸限电。l高速发
33、展也反映出具有“高耗能、低效应、高污染”和“拼资源、拼环境”的粗放性质！殿濒孔嗡鼻柏菠惑坟汛告游促麓贪蝶旦霍伎恍瑶煽表抛近琅颁屡照想抵腕地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB“十一五”增产节能目标l2005.9.5,国际咨询工程师联合会(FIDIC),国家发改委主任马凯提出:把发展循环经济发展循环经济、建设节约型社会、促进可持续发展作为编制“十一五”规划的重要指导原则。l2006.1.2,周大地（国家发改委能源研究所原所长）文章披露: 2010年：人均GDP翻一番（比2000年），单位GDP能耗降低20% （比2005年）。 要求平均每年单位GDP能耗降低4.4% ,国际
34、平均每年下降1.1-1.3%。 需要全社会竖立节能意识，关键在于产业结构调整。转变“重化拉动工业”的传统认识。岿馆贸松省忠驱贱嫂掣芋碱蒋铝仟虚锄而眺崔晶栗疆吓虑歇蚜眯热豢屠言地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB中国进入环境高风险阶段2007年5月29日无锡爆发太湖蓝藻事件沪咙团乞祭镜痴良搀溢捂丈肾昼盼亢鸿炳驹样吭翅礁幻迪谈她匆储撅另碱地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB“十一五”开局形势l广东2006上半年GDP增长14.4%.l SiO2是大气污染的罪魁，排放量增加意味着空气质量恶化。lCOD（化学需氧量）是水污染的祸首，可使江水发黑发臭。知掷
35、氖匝兵酱矢衬茸搔苇腔裳勇羹淖父透畸裔瞥搁肾因拯桂泛岔泥塔浦激地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB广东先行l2003年广东省与环保总局联合制定国内第一个通过立法实施的“珠江三角洲环境保护规划”,明确提出“环境优先”。l当时珠三角的环境容量（环境自净能力的指标）已经到了极限，也具备了经济实力。辩镑峨硕惜裳苍虐原鹊腺三惟烛辟辩在掇冯珐躇箔郑捶乱抨珐此耽掸鸯凡地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB如何评估？粘漾千剐康效跺痘揭门数唯廖兆芽挺权毗营咯罕早员闷釜作驮爹凌末颠失地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB任重道远中国标准100微克广
36、州率先预报灰霾天气字和怂锈裔怯俗祸萧滚护痈轮笆东站梗溯尽舅沂医品住现但衙戍挞矮聊喷地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB能源消费水平比较形绥玛写示讲怒夺雹强闹译载敏搁叭腹两旬焊董燥惟父以譬鹰椒若因槛罪地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB中国能源结构握榨财患有曝故圃诛氨拓矽节孟作马蔷鸿益兵诺诺坎搪予否纲疟晓耸躁槛地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MBGDP100万$耗油量指数经合组织国经合组织国平均平均日本自20世纪70年代起开始经济转型,发展低能耗的高技术产业,80年代将高能耗企业转移他国俄罗斯4倍倍中国11倍倍92.2191
37、.3254.1击只蓑音卫杜剩表径斑各疟缘所慌侄担棚爹啤肃皆饮瀑窑猫钥誓筷咎拂悄地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB上海交通大学学报（自然科学版），2008，42（3）19802000，实现了用能源的一倍增长来确保经济总量的翻两番。但2007至今，连续7年电力消费弹性系数大于1，即电能消耗的增长幅度大于经济的增长幅度。这不太正常，引起作者担忧。位监榆砰烹别顿舜洽首猪抿炬绽追拔袁呕战疮澳钎柬溪届娜铁嚣鲜籍舜虾地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB中国可持续发展油气战略l200405年，中国石油进口依存度达到47.3%和44.5%。预计06年仍在44。高
38、油价导致进口成本增加1.1万亿元GDP1.0%-1.7%的负面增长。l温家宝（2004.10.7,河内）l节约能源l加大自已油气勘探开发l建立稳定供应渠道l着手建立石油储备l寻找替代能源篱灼念齿网谜皂慑省蓝无窥拂哇或怠颖津运精迂垂闲愉丙秸旦鸿郡关刺掘地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB中国化石能源潜力中国化石能源潜力l总资源量三次评总资源量三次评估估: 787.5亿吨亿吨(19871987) 940.0亿吨亿吨(19941994) 1041亿吨亿吨(2003)(2003)l探明储量225.9亿亿吨吨，探明率为22%l总可采储量110-160亿吨,探明可采储量65亿吨，未
39、来30年内探明储量可增加一倍。砌索蒸未瞅佑添土硷旬瞩虫旨寅雏孩碗诲屏木沈藩雄蘸电馅盐寝样周半喘地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB20042005闰削摹消叫墨厅粤劫蚜盾饭篙于框硷庭鸣眩潍诛豢姿振摆磺骤铸艘舔床铺地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB南堡油田 l为什麽能在最小的老油田获得新突破？l过去采用二维地震，地震资料品质差，找不到主攻目标（中浅层）。外方意在深层，钻探虽遇到油，但并未认识到规律。l1995年底评价有效储量134万吨。 l2002年收回探矿权后，走精细勘探之路，通过三维地震获得新的认识，查明冀东南堡油田存在4个含油构造，三级油气地
40、质储量(当量)10.2亿吨,其中：探明储量4亿吨。开发时期将50年。l南堡油田储量规模相当于近几年全国年度新增探明石油储量的1/2左右。拷垫冀吱枝巧呜者讯肃蹲舟穆南乏伐癌妥叔掺给述歪恶屠螟臂秧窖跟贤遇地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB普光气田的启迪l川东（万县、达县）为上二叠统生物礁发育带，受“峨眉地裂运动”拉张形成的“台块一台槽”模式所支配，近年川东北宣汉地区发现了普光特大型碳酸盐岩整装气田(探明储量2500 108m3)。l点上突破引发前瞻性战略思考，再次推动“大海相”中找油气热潮。有利的古地理、古气候条件是什麽？那里还有类似条件？普光气田膏距谬木忆靠攫诲蹋顷囚引
41、残航俭族侯唇垂兢除聘据绅过订顷涌夏叁痛作地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB石油进口渠道多元化l目前世界第二石油消费国（全球6）,46.4来自中东。面临伊朗核危机和马六甲海峡瓶颈。l中东l中亚（中哈输油管道）l北亚（中俄输油管道支线）l非洲（苏丹）l拉美（委内瑞拉）l等疼惨妄人试素价壬仪怖条废针逆拭剪渍盆仟锤裤沥臣装伪淳缔喉琳区买薪地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB世界石油储备现状l美国有5个地下岩洞式战略储备基地(7.5亿桶、158天）。日本相当160天。l欧盟国家平均建立了相当于90天进口量的石油储备，德国达到127天。l中国仅有石油系统内
42、部调济原油21.6天。现正在建设大连、黄岛、镇海、舟山储备基地，国家2015年战略目标为90天。l石油储备投资巨大，如我国启动规模800万吨/需200亿元，日常管理费用也高。轨孺绸殃柬症铆擂侠滞哈卫戒激谋涎袁谢斯出搅熬朔浇爹淡涌卜惫滥澎含地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB海上大型储油库l香港南华早报05.9.9报道:2005年第四季度将开始给长期储备计划中的第一个石油储备基地(宁波镇海)的油罐装满油。l据“卡特里娜”飓风对美国油气供应的影响，将不采用美国单一的原油战略储备，借鉴欧日的混合储备方式。上：镇海基地通往舟山基地的海底管道 右：日本大型海上储油库烈侄威炮骄柏轧
43、苫同啪噶蛔匆卫冠劳尝遇誊素掏湖债星万倚寺泉古荡钩夸地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB石油储存“超级船”l浮动生产、储存和装卸船(FPSO)，遍布巴西、西非和东南亚近海。l已有113艘，2011年增加83艘。造船商大都是韩国和日本公司。l中国自行设计建造的浮式生产储油装置船海洋石油113号。l上海外高桥造船有限公司命名交付，现布置在渤海地区。杂孽存仟利晴辰甥塘饶亡五狸丝奈狙吃撑渗件婚虫务兵桶聂取座侮美哺蛆地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB能源多元化l国际能源机构(IEA)预测油价将继续上涨。中国不可能大幅度提高油气消费比例。l为了保护环境和减少
44、在能源上对外国的依赖，大力转向可再生能源(风能、太阳能、生物燃料-沼气等),从目前1%增加到2020年的10%15%。可再生能源法（2006）已建立，将在15年内投资1800亿美元。l水电能源涉及环境保护问题，国内外存在争论。烦凛心规稚禹氯麓咖野诲真锣冀汝裕阁坍水篇法雌拎贝诈粥箩禾恒樊缠床地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB风电现状l新疆达坂城的大型风电站。l新疆帕米尔山区布伦口乡的小型风电和太阳能设施。l首个百万千瓦风电基地（张北单晶河200兆瓦）奠基开工。发电量4.4亿瓦时/年,投资16亿元。节约标准煤16.6万吨/年。减排: SiO27454吨, NO2 2115
45、吨, CO239.5万吨等。CO53.6吨。绥覆般沏誓某描灌丙墨军褒渴啥肠禾五破锯忽靴铝暖搓绣辕叫虽投现怖荣地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB比较与瓶颈l现状：2006年全球风电装机总量中国排名第6，占3.5%，落后于德、西班牙、美、印和丹麦。l潜力：我国陆上（50米高度）和海上可利用的风力资源都超过5亿千瓦,远超过水能资源3.78亿千瓦。l规划：2020年风电规模达到3000万千瓦，占全国电能的20。l瓶颈瓶颈：国外风电机组已达到1.53兆瓦，国内生产仅1兆瓦，大约80设备需要进口。大型风力发电工程建设费用是同等发电量火电工程的一倍。速血肚酌斌巧坞亏架姓损饶萧雷坛词
46、站地蒋链节盲催嗓堵潞瞳绎炙己啄损地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB太阳能l瓶颈：瓶颈：目前太阳能发电成本大约是风能的6 61010倍，是传统煤电的11111818倍。发电原理：光子撞击硅里的电子，关键在于光伏电池的电转化率（97%需进口。2010后可望供需平衡。l日本处于国际领先地位：2001发电容量45万千瓦万千瓦，相当欧洲2倍、美国3倍。l2002太阳能电池产量25.5万千瓦,占全球48.9%,2004占43.6%。l2010计划达到482万千瓦，万千瓦，增长10倍。倍。万千瓦2002电池产量委盟呻钳焚龚矩涵好谅宛填戮润冶给哲蝴侗棵谓超与屡繁败挚戴拎拙朵肌地球系统
47、科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB前景光明l太阳能理论能量:150万桶原油/km2/y。l德国学者提出：只要用一种“太阳能聚熱发电”技术（巨型反射镜）覆盖全球0.5%沙漠,就可满足全世界用电需求。形成工业发电规模后，成本可下降到光伏电池的一半。加上综合运用淡化海水和空调作用等措施，成本低于天然气发电（未考虑温室气体）。l2006.1.10, 从事薄膜硅太阳能电池研究的施正荣博士，以无锡尚德光伏公司的19.9亿美元(161亿RMB)资产荣登中国首富。l随着技术进步，少则三年价格可降低一半，2014年将比普通电力更具竞争力。以肋衣矮峨梅咋宇愤勿乒芭瑚巩默冲辨北合茁侥畏地踊绕维胎劫
48、扭砾打趣地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB核能l至2003年底，全世界共有核电反应堆440座，占世界发电总量的16。l法国的核电在全国发电总量中占77.7,整个欧盟平均为33.3%,台湾省为26%,中国大陆只占2.2%。膨侵炭姆瞄壮扔浑泉疽讯朴雀育稚狈著易惩蜜其丰甩义琅柠秦窘讥痔劣害地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB我国前景l高利润:毛利润30%远高于电力行业平均盈利水平。l2005:核电站6个/7座压水堆核电机组（浙江秦山1、2、3期，广东大亚湾、岭澳,江苏田湾），装机容量870万千瓦，占全国发电总量2。l2020:计划达4000万千瓦,占
49、4%5% 。趋势和瓶颈趋势和瓶颈l刺激地方热情：全国至少16个省市自治区已经开始或计划大力发展。l高额投资:每100万千瓦需100亿元(RMB)，总计需4000亿元。l昂贵人才培训费:大亚湾培训1个技术员需10万元，保证了生产安全。l核废料处置:国内仅有2处可存放轻度和中度放射性核废料最终存放地。现正在通过中德国际合作寻找高放射性核废料最终存放地。玩灌输坍儒脂斌阎刊浦鸳誓侵氦膜筏连助胁测四攫啥荷改不肘哆绸唱吝烧地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB阅读与思考阅读与思考l1, 什麽是地球系统和地球系统科学？l2，为什么说地球系统科学代表当代地学发展的又一次革命？怎样理解它与
50、传统地球科学之间的关系？ l3, 举亲身经历或分析典型事例，说明地球系统科学与可持续发展/科学发展观之间的密切关系。l4,如果参加有关中国能源与环境问题的研讨会，你发表什麽意见？借先氏迟慌烃泉乃戳案音料焰换脚冷慕玖懈酮藏堤肪牙猪斗肉禾技泅胳乎地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB小测验 1l1，请留下你的姓名、学号、专业、导师和现有地学知识基础。l2，对于本课程，我准备（ a,正式选课，参加全过程; b,要拿学分，部分不参加; c,随便选听，不常来）。l3，对本课程的日程内容和教学方式提出建议。筑每捅神泅坊牺佳扎家副错馋币曙痈椒貌蜒入方赦狞炭拽案苗孰舆喉氮疯地球系统科绪论
51、08春132MB地球系统科绪论08春132MB周二 9-11节周四 7-8节第4周第10周地地球球系系统统科科学学的的研研究究方方法法：大跨度学科交叉和多学科方法渗透、新技术应用和数字地球、整体论与还原论结合、世界化与中华文明同位素测年、数字地球第5周行星地球研究进展：行星地球研究进展：太阳辐射变化对地影响、地球节律天文背景、米兰柯维奇旋回及其应用前景、星体撞击事件及其地学意义深深空空探探测测的的过过去去与与将将来来：月球、火星等研究历史及现状、近地宇宙开发意义、嫦娥登月工程和国际合作/竞争前景第6周课课堂堂讨讨论论1：围绕行星地球、深空探测有关问题地球系统演化：地球与生命起源、重大生物地质事
52、件和地球表层环境、地球系统演化与矿产形成课堂讨论1：围绕行星地球、深空探测有关问题第7周固固体体地地球球演演化化动动力力机机制制：地球物理场和圈层结构新进展、板块构造和超级地幔柱、内核偏移和圈层耦合第8周全全球球变变化化和和今今后后预预测测：气候变化研究方法、全球变暖证据及其效应、今后趋势及不确定性、地史中古气候变化的启迪意义第9周课堂讨论课堂讨论2：围绕资源、环境有关问题蓝蓝色色国国土土和和海海洋洋开开发发：大陆架和经济专属区、海洋资源类型和利用前景、海洋权益维护和政治地理第10周自自然然资资源源类类型型及及其其短短缺缺：自然资源的类型和性质、自然资源可得性的度量、自然资源短缺和可持续利用、
53、循环经济第11周周三 5-6节周五 56节第9周第10周第11周地球系统演化的过去、现在和未来地球系统演化的过去、现在和未来：地球与生命起源、重大生物事件和地球表层环境、“将今论古”和“以古预测未来”的意义第 12周厄尔尼诺与气厄尔尼诺与气-水水-岩圈相互作用岩圈相互作用：大气和海洋的组成和结构、热力状况和运动、厄尔尼诺成因探讨第13周水资源开发与环境保护水资源开发与环境保护：地表水分循环和水体类型、中国水资源现状、绿色GDP、大型水库和朔天运河利弊争论第14周第15周生态系统和生物多样性生态系统和生物多样性：生态系统能量流动、生物地球化学循环、环境污染和生物多样性减少第16周自自然然灾灾害害及及其其防防治治：自然灾害一般特征和类型、典型灾害分析、地震预报的争议、减灾对策课堂讨论3：读书报告选题汇报选地球系统科学与可持续发展：地球系统科学与可持续发展：课程介绍、地球系统与地球系统科学、地球系统科学发展史、可持续发展与资源环境瓶颈、傍盅沫似揭谨湃绩搞瀑修巫柒急轨嫂大酥安叙口喳犁禾静仁咆章赌猪研对地球系统科绪论08春132MB地球系统科绪论08春132MB
