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☆我校首次在教育部主管、国家行政学院主办的《高教领导参考》2004年第1期上发表了《中国地质大学(武汉)教师师德及学术道德建设实施纲要》。
☆4月6日我校参加了湖北省高等教育学会大学学习科学专业委员会学术年会。
我校欧阳建平副校长当选为湖北省大学学习科学专业委员会副理事长。
☆2004年2月-4月,高教研究所进行了高等教育学学科教师招聘工作,今年选进2名应届硕士毕业生。
博士研究生的招聘工作正在进行。
☆学术会议动态(感兴趣的同志请到发展研究中心索取会议论文写作指南)
☆由教育部教育发展研究中心主办的“学习贯彻《2003-2007年教育振兴行动计划》研讨班”第一期、第二期将分别于2004年4月、5月进行。
☆我校作为主办学校之一的“科学办学高级研讨班”将于2004年8月举行。
☆由中国科学学与科技政策研究会、全国学位与研究生教育评估所等单位组织的第四届“大学评价与科研评价”国际研讨会将于2004年9月下旬举行。
地球系统科学自20世纪80年代被学者提出以来,在国际上得到了充分的重视,学术界对此研究逐步深入。
我国也有学者在20年前开始了对地球系统科学的研究,但至今我国对地球系统科学的整体研究水平还不高。
1、地球系统科学的由来
“地球系统科学”这一名词最早由美国国家航空与宇航管理局(NASA)的地球系统科学委员会提出,其思想和主要理论随着人类面临的人口、资源、环境与发展矛盾的日益激化及可持续发展思想的不断普及而迅速向前发展。
地球系统科学这个词,脱胎于气候系统研究。
直至20世纪80年代中期,科学家才普遍认识到必须把地球作为一个由相互作用着的各个组元或子系统组成的统一系统,即地球系统来研究。
在这种形势下,出现了一批从事地球系统科学研究的科学家,代表人物有:
G.Garland首先提出了物理过程与生物过程相互作用的观点;
HerbertFriendaiman提出了“地球系统”的思想;
F.P.Bretherton于1987年在《EarthQuest》第1卷第2期上对地球系统科学作了简略说明,1986年出版了《地球系统科学概观》。
美国国家航空与宇航管理局顾问理事会于1983年任命的地球系统科学委员会(EarthSystemScienceCommittee)主席Bretherton博士,集中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年出版了《地球系统科学》报告,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,标志着地球系统科学的正式诞生。
该报告已由陈泮勤翻译,于1992年出版。
另外,由黄秉维院士主编的长达1800多页的《地球系统科学百科全书》已于1992年出版。
美国还组织了22所大学发展地球系统科学教育。
1992年《联合国21世纪议程》第35章“为可持续发展的科学”指出:
“地球系统科学的研究是可持续发展战略的科学基础”。
我国著名地理学家黄秉维先生亦反复强调“地球系统科学是可持续发展战略的理论基础”。
以此为标志,地球系统科学的地位和作用因可持续发展的重要性得以明确,在此意义上,地球系统科学已不单纯只是学术思想,而上升为一种理论、一种科学,其一系列特定的研究对象、指导思想、研究方法及理论框架逐步明确。
2、地球系统科学的概念
近年来由于地球科学的逐渐成熟,不同学者对其认识还不尽相同,有多种概念存在。
美国国家航空与航天局地球系统科学委员会出版、陈泮勤等译的《地球系统科学》中认为,地球系统科学应将地球作为一个行星来认识,从空间对地球进行全球观察以及人类活动在全球变化中日益增长的作用;
将地球视作各部分相互作用的整体系统。
对这一系统的研究应当超越学科界限。
其目的是通过对地球系统的各组成部分及其相互作用的演化、运作机制以及它们在所有时间尺度上将怎样继续演化的描述,获得全球范围内整个地球系统的科学认识。
在F.T.Mackezie等人于1995年出版的专著《我们变化着的星球:
地球系统科学和全球环境变化导论》一书后附录的词汇解释中,地球系统科学被列为单独条目并定义为:
一个整体来研究的全部知识;
对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石圈中的各种作用及各圈层间相互作用进行的研究。
袁道先院士对此定义表示同意并多次引用。
AnnArbor认为,地球系统科学把地球看作是各种相关现象互相联系的物理系统,它由涉及岩石圈、大气,水圈、生物圈的复杂程序所调控。
地球系统科学的基本研究方法需强调化学、物理学、生物学以及动力学等流程的相互作用,这些流程,在空间上,从微粒子延伸到行星轨道,在时间上,从毫秒延伸到十亿年之久。
在建立研究地球的传统学科时,地球系统科学的研究方法被广泛认为是一个框架,对这个框架从涉及人类角度提出学科或关联学科的一系列问题。
安徽师范大学王心源教授认为,地球系统指由大气圈、水圈、陆圈(岩石圈、地幔、地核)和生物圈(包括人类)组成的有机整体。
地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联系、相互作用中运转的机制,地球系统变化的规律和控制这些变化的机理,从而为全球环境变化预测建立科学基础,并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间,时间尺度从几百年到几百万年。
中国科学院地理研究所杨荫凯研究员界定地球系统科学是将地球的大气圈、水圈、岩石圈、生物圈视作一个互相作用的大系统,研究其中的物理、化学、生物过程,借以了解现状和过去,预见未来,尤其是人类活动对自然环境可能产生的影响。
它试图以一种更加宏观、系统、动态的观点全面审视自然界各圈层、各要素间相互联系、相互作用的方式与过程,通过获取系统内部与外部的质、能、信息等所有指标体系交流与变化的量与向,探索人类社会与自然界的协同发展规律,籍此寻求人-地系统的最佳平衡及代内、代际发展的效率、效益与公平。
中国科学院地理研究所文玉明研究员认为,一方面,地球系统科学把地球当作一个统一的整体来研究其各组成部分的相互作用与相互影响;
另一方面,它把地球当作一个行星作为研究对象,也就是说,把地球作为茫茫无垠的宇宙世界中的一个微小成分来看待,以期从地外寻找一些全球环境变化的原因。
从研究对象角度与美国地球系统委员会的界定相同。
中国地质大学厉青博士、赵鹏大院士等认为地球系统科学把地球看成是一个由相互关联的现象、过程和圈层组成的和谐体系,其研究是一项十分复杂的系统工程,它既强调对于不同时空尺度下的固体地球系统、流体地球系统和生物地球系统过程以及这些系统之间相互作用机制的理解与模拟,以揭示全球变化规律,又强调对于包括人类在内的由岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈等各相态物质相互作用组成的地球表层系统的区域系统的研究,以揭示人类活动与资源、环境相互作用的关系。
中科院遥感应用研究所研究员毕思文认为地球系统科学的概念有狭义和广义两种理解。
从狭义上,地球系统科学是为了解释地球动力、地球演变和全球变化,对组成地球系统各组成部分、各圈层相互作用机制进行综合研究的一门科学。
从广义上,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,解释地球动力学、地球演化和全球变化,目标是了解地球系统的过去、现今及未来的行为。
3、对地球系统的理解
几乎在国际上提出的地球系统概念的同时,中国已有学者把地球表部的人类圈(或人类社会圈)与其它地球圈层作为一个系统来研究。
这一系统被称之为五元地球表层系统、现代全球系统或现代地球系统。
这种观点在地球系统科学发展中得到越来越多的学者的认同。
谢家泽是我国最早注意到现代地球系统概念的学者之一,他于1985年在《关于现代水利的性质问题》一文中就明确指出,人类社会圈是一个地理圈层,它与四个自然地球圈层共同构成一个系统。
在陈述彭院士倡议下曾多次组织讨论的“关于地球表层动态机制与人地关系调控的研究”项目中,地球表层被理解为“是由岩土圈、大气圈、水圈、生物圈和人类圈所构成的地表自然社会综合体,是人类圈与地圈相互作用的复合物质体系”。
最近,他又明确指出“现代的地球系统科学不是纯自然科学,它必须研究人与自然的关系。
在研究圈层与圈层之间的关系时,也必须包括人类圈在内”。
在国外,近年来也有学者把人类作为一个独立部分纳入地球系统之中。
例如在《日本地球科学技术研究开发基本规划》(1990年)中,把人类活动圈作为地球系统的第五个圈层,而与岩石圈、大气圈、水圈和生物圈并列。
毕思文认为地球系统指的是由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈(包括人类社会)组成的作为整体的地球,它包括了自地核到地球外层空间十分广阔的范围,是一个复杂的巨系统;
期间存在着地球系统各组成部分之间的互相作用,物理、化学、生物三大基本过程之间的相互作用以及人与地球之间的相互作用。
4、地球系统科学子系统和学科构成
地球系统科学子系统有:
行星系统、地核和地幔系统、岩石圈系统、水圈系统、大气圈系统和生物圈系统。
目前学科构成有地球系统场理论、地球系统构造学(统一构造理论)、地球系统力学、地球系统复杂性、地球系统物质学、地球系统观测学、数字地球(地球系统数字学)、地球系统行星学、地球系统陆地学、地球系统大气学、地球系统水文与海洋学、地球系统生物学、地球系统工程学、地球系统资源学、地球系统环境学、地球系统灾害学、地球系统管理学和地球系统科学与可持续发展。
按照同济大学诸大建教授的观点,地球系统科学体系应由地球软科学和地球硬科学两大系列组成。
地球硬科学系列由三大层次组成:
第一层次,侧重地球外部子系统(即大气圈、水圈等)的流体地球科学,包括大气科学、海洋科学、水文科学等;
第二层次,侧重研究地球内部系统(即地壳、地幔、地核)的固体地球科学,包括地理科学、地质科学、固体地球物理学、地球化学等;
第三层次,地球学,从整体上研究地球的习性及其规律,具有综合的特点,包括研究地球整个圈层结构的地球构成学,研究地球整个历史过程(从天文史到地质史)的地球演化学,以及研究地球运动变化规律的地球动力学等几部分内容。
在地球硬科学系列中,地质科学是主干科学。
地球科学的软科学层次也包括三个组成部分,即第一层次,地球科学史,主要研究地球科学的形成、发展与推广、应用的历史。
包括地学史科学、地学思想史、地学社会史等分支;
第二层次是地球科学学,主要研究地球科学与人类社会系统的相互作用及其一般规律,包括地学社会学、地球系统环境学、地球系统灾害学和地球系统科学与可持续发展、地学管理科学等分支;
第三层次是地球哲学,主要研究地球科学和各门地学分支中的哲学问题,包括地学本体论、地学认识论、地学价值论等分支。
地质哲学在地球科学软科学中起着主干的作用。
5、地球系统科学的主要特征
1、强调“系统论”思想,要用系统的观点,把地球作为各部分相互作用的整体系统来进行研究;
2、社会性,最终要解决的是全世界共同关心的环境问题、人类生存问题,实现可持续发展;
3、研究的国际性,其涉及内容的广泛性、复杂性和目标的一致性决定要由各国合作进行;
4、跨学科属性,从广义上,地球系统科学跨越一系列自然科学与社会科学(图1英文,图2中文)。
6、地球系统科学与传统地球科学的区别
毕思文认为,地球系统科学是传统地球科学发展的必然。
地球已有46亿年的演化历史。
从科学探索的开始,人类就寻求有关地球更多的知识。
人类对地球的开发、利用、探索研究活动由来已久。
地质学、地理学、气象学、海洋学和生
图1Johnson,Ruzek,Kalb,2000"
EarthSystemScienceandtheInternet"
accepted
forpublicationinComputersandGeosciences,SpecialIssue,January,2000
图2学科分类图
(Johnson,Ruzek,Kalb,2000年地球系统科学与互联网,计算机与地质学,专辑,2000、01)
态学都有悠久的历史。
然而,迄今对地球的研究多是针对地球的某一组成部分分门别类地进行的,形成了各种专门学科,以及带有各自门类特色的传统研究方法和知识体系。
在10余年前,科学家才普遍认识到必须把地球作为一个由相互作用着的各个组元或子系统——主要是地核、地幔、土壤—岩石圈、大气圈、水圈和生物圈(包括类社会)组成的统一系统,即地球系统来研究。
只有如此才能真正深化对地球的研究,也只有如此才能回答人类所面临的一系列地球系统行为的紧迫环境问题。
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地球系统科学的转变。
这种转变的实现有双重背景。
一是地球科学各分支深入发展的必然;
二是近40余年来空间对地观测技术和信息科学技术的突飞猛进开阔了人类的眼界,大大提高了人类认识地球的能力,这是向地球系统科学观念转变的另一重要背景。
地球系统科学研究的主要时间尺度可以用几百万年至几十亿年、几千年至几十万年、几十年至几百年、几天至几个季度、几秒至几个小时五个不同的时段来定义。
前两个具有较长的时间尺度,它们包括属于传统地球科学—地质学、地球物理学和地球化学等领域的那些现象;
而在大气科学、生物学和海洋学的研究中,则侧重于后两个时段;
中间时段包含几十年至几百年时间尺度的全球变化中直接出现的那些过程和效应。
生物过程在所有时间尺度内发生,但是发生在中间时段的过程对于人类社会的利害关系和规划尤为重要。
为迎接这一挑战,地球系统科学首先应融合地质学、地理学、大气学和海洋学的知识以及地球生物系统的知识,以便认识乃至预报人类生存时间尺度内地球系统的演化。
综上所述,我们既可看到地球科学从传统地球科学脱胎的印迹,又可以体察到21世纪初期的今天正处于地球科学发生飞跃和突破的前夕。
而地球系统科学将正是这个突破口。
当然,地球系统科学并不能代替传统地球科学各学科自身的发展;
相反,要求它们能更深入精确地研究和提供地球系统各组元自身的规律性知识。
然而,从研究对象、研究方法、要解决的问题诸方面看,地球系统科学与传统地球科学相比具有许多全新的特色和更高的层次,是20世纪末和21世纪最受人们重视的新兴科学之一。
从20世纪后期到21世纪初,地球科学从学科纵向深入发展转到了学科交叉、横向发展时代,从固体地球科学转向了行星地球的地球系统科学时代;
从增加地球知识、侧重于资源开发的时代转向了增进地球认识、为人类社会、经济可持续发展服务的时代;
科学研究的时空尺度在扩大,局地、区域、全球的认识彼此联系;
高新技术在分析测试、观测监测、计算机模拟中得到了日益广泛的应用,在上天(空间探测、航空、航天遥感)、入地(大陆科学深钻、地震层析成像、深部找矿)、下海(大规模海洋观测、深海钻探与大洋钻探)、探极(南、北极与青藏高原科学考察)各领域都进行了大胆的探索,并取得了辉煌的成就。
“上天、入地、下海、探极”,地球科学作为大科学研究的舞台愈加宽阔。
1、近年来地球科学研究的主要变化
地球科学从学科纵深发展转到了学科交叉、横向发展时代,从固体地球科学转向了行星地球科学时代,从增加地球知识、侧重于资源开发的时代转向了增进地球认识,为人类社会、经济可持续发展服务的时代。
20世纪80年代以来地球科学研究的主要有七大变化。
(1)思维方式的变化——整体性研究思想
在传统地学以学科分化研究为主的基础上,当代地球科学的宏观发展趋势更强调“系统论”思想,即把地球作为宇宙中太阳系的一个行星来认识,研究整个地球的结构、演化过程和动力学;
视地球为地核、地修、地壳以及岩石圈。
大气圈、水圈、生物圈、人类圈各部分组成并相互作用的一个整体系统,提出了“地球系统科学”,这是一种高度综合的整体化研究思路。
(2)研究对象的变化——展望全球与预测未来
由于系统论的哲学基础和“整体性研究”方法的出现,以及复杂系统理论和非线性科学的发展,地学研究对象的时空尺度相对地变大了。
对地球上发生的各种自然现象的认识,逐步由各个时段的研究串联起来,既面向过去,也面对未来。
从其过去的历史,现在的状态推向未来可能趋势的预测,形成一条“了解地球系统的过去、现今和未来的行为”的时间链。
在空间方面,由过去侧重于局地现象的认识,转向对该现象区域性、全球性的表现、影响、过程与动力学机制的模拟研究。
地球科学的思维和方法论正在从局部观向整体观拓展,由线性思维走向复杂性思维,从注重分析转变为分析与综合集成相结合,研究者的视野越来越宽阔。
(3)研究内容的变化——为社会发展服务
地学研究从自然现象的物理过程、化学过程扩展到生物过程,特别是人类活动对地球环境与气候的影响和反馈,以及人与自然关系(人地关系)的协调。
近几十年来,一些全球性重大问题如人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态破坏、南北差距扩大等日益突出,严重阻碍着经济的发展和人民生活质量的提高,继而威胁着全人类的未来生存和发展。
于是在过去以学科为导向的研究的同时,出现了以问题为导向的跨学科研究。
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。
(4)研究形式的变化——多学科的综合性研究
现代科学技术的发展史是各个学科不断相互交叉、渗透并产生新学科的历史。
而科学上的重大突破,新的生长点乃至新学科的产生。
常常在相邻学科彼此交叉和相互渗透的过程中形成.特别是地学中“以问题为导向”的研究更体现了这一点。
比如,对于气候变化的最新认识表明,气候变化不仅仅是由大气层的内部热力、动力过程而产生。
还包括了大气圈、水困、冰雪圈和岩石圈所构成的地球气候系统中各圈层相互作用的结果,而且与生物圈、人类活动有很大关系。
因此,气候系统动力学与气候预测的研究将涉及到大气学科学、海洋科学、地理学(如冰种、沙漠学)、水文学、地球化学、生态学等地学各分支学科,同时与物理学、化学、生物学、计算数学等也有密切关系。
(5)组织形式的变化——国际化与合作研究
由于地球科学大尺度、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,它必须要联合多个分支学科、多个科学团体,甚至多个国家共同攻关,因此出现了地球科学新的组织形式,这就是建立国际性研究计划。
在这方面,已有以全球环境变化为对象的“世界气候研究计划”、“国际地圈生物圈计划”、“全球环境变化的人文因素研究计划”、“国家生物多样性计划”以及研究岩石圈物理过程的“国际岩石圈计划”和“国际减灾十年计划”等。
世界上还有50多个国家专门成立了负责组织与实施全球变化研究的国家委员会或领域机构。
近年来,中国科学院先后建立的一些联合研究中心,如水问题研究中心、区域持续发展研究中心、灾害问题研究中心等也是这种跨研究所的多部门联合研究组织形式的具体体现。
(6)信息交流的变化——地球信息科学的诞生
首先,信息(交流)已与物质(迁移)、能量(交换)一道成为地学现象过程研究的主要问题之一。
数据与信息系统的建设和地球信息系统的开发已被各个国家计划视为必不可少的支撑条件、能力建设和现代研究手段。
其次,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学、摄影测量与遥感、地图学、地理信息系统、计算机图像图形学、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。
地球科学发展中所涉及的上述两个方面,目的是用各种现代方法获取、存贮、处理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的地学数据,包括提示地球信息传输机理,建立地球信息管理系统和分析模型,如动态基本信息因子确定、分类体系与数据形式的规范化和标准化、图形与图像动态数据自动采集与开发。
遥感地学动态分析模型、知识库和专家系统等、这方面的信息虽多为数据信息,但也给地学研究提出了许多新问题、新挑战与发展机遇。
(7)方法手段的变化——高新技术的应用
高新技术特别是空间技术的应用,已能三度空间、动态地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。
如现代海洋研究手段,包括设备先进的调查盘、海洋遥感卫星、浮标观测系统,深潜探测技术、高性能大容量计算机和先进的实验室等。
同时。
地球科学对于科技进步与现代设备的依靠程度也愈来愈高。
在探测方面,航空航天遥感、超深钻技术、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体系。
在模拟与实验方面,现在已经具备了利用高温高压(包括超高温、超高压)大腔体设备、同步辐射技术、精密测定技术、模拟分析方法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。
在测试与分析方面,正在向由电脑控制的高灵敏度、高分辨率、自动化仪器分析的技术方向发展。
纳米地质学、纳米矿物学也是得益于隧道扫描技术设备的发展而发展的。
在数据计算与信息处理方面的发展尤为引人注目,大型计算机设备都是首先运用到大气科学研究中;
GPS、RS、DIS一体化使地球上许多现象的定量、定点、实时研究或建立全球模型成为可能;
特别是自动化、数字化处理数据的能力,使地学信息网络迅速发展。
实现全球资源共享。
这些方法手段的变化,不仅使地学研究取得第一性资料的质量、效率大大提高,为认识和解释地学问题提供了更多事实依据,而且会因此而促使一些新思想和新理论的诞生。
2、21世纪初期地球科学研究的主要趋向
(1)突出地球系统科学,关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究,以及人类活动诱发重大环境变化的研究。
地球系统观、地球系统科学是地球科学研究的主导方向。
(2)突出地球系统演化的动力学过程研究:
地球深部过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设。
(3)突出地球系统数字学,关注数字地球和地球科学定量化的研究趋势。
数据信息作为科研基础的时代转向数据信息作为科学驱动力的时代;
以遥感、地理信息系统和全球定位系统作为高科技已经进入科学普及时代;
地球科学研究方法论的改进,即由分析到综合,地球科学研究进入综合模型时代。
(4)突出地球系统管理科学,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、食物与纤维、能源战略等问题。
因此,从人/地关系的角度审视环境的变化,为社会与自然的协调发展提出科学建议,促使人类在减缓和适应全球变化方面尽快采取相
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