地球科学概论ppt.ppt

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1、地球科学概论 本课程的任务 建立起地质学的基本概念，掌握地质学 的一般基础知识，初步具备进行地质学 分析、推断问题的思维能力和资源环境 知识，并初步了解地球科学的一般工作 方法。 地球科学概论 参 考 书： 地球科学概论 汪新文等主编 地质出版社 普通地质学 徐成彦等主编 地质出版社 地质学简明教程 苏文才等主编 华东师大出版社 普通地质学 夏邦栋主编 地质出版社 地质学基础 自编 普通地质学 杨伦等主编 地质出版社 黄山 绪 论 一、研究对象和内容： 二、地球科学的研究方法 三、本课程的教学内容 四、地球科学发展简史 地球科学概论 地球科学的研究对象 人类生活在地球上，衣食住行等一切活动都离

2、不开 地球。如人们要靠山川大地获取生活资料以维持生 命，要从地球中开采矿物资源制造生产和生活工具， 要了解地球上的自然地理和气候条件以便发展生产， 要与地球上发生的各种自然灾害作斗争。因而在长 期的实践中逐步加深了对地球的认识，并且逐渐形 成了一门以地球为研究对象的科学 地球科学 (GeoScience)。 地球科学简称地学，是数学、物 理学、化学、天文学、地学、生 物学六大基础自然科学之一。地 球科学以地球为研究对象，包括 环绕地球周围的气体 (大气圈 )、 地球表面的水体 (水圈 )、地球表 面形态和固体地球本身。 气 象 学 地 球 科 学 地 质 学 地 球 物 理 学 地 理 学 水

3、 文 学 土 壤 学 环 境 地 质 学 海 洋 学 地理学 (Geography) 地理学 (Geography)主要研究地球表面的各种地形、 地理环境及其结构、分布和演变规律，并涉及到自然和社 会两个领域之间的相互关系。地理学一般可分为自然地理 学和人文地理学两大组成部分。自然地理学是研究自然地 形、地理环境的结构及发生、发展规律的学科，主要包括 普通自然地理学、区域自然地理学、地志学等。人文地理 学是研究人和社会与自然地形、地理之间的相互关系的学 科，主要包括政治地理学、社会地理学、人口与聚落地理 学、经济地理学、历史地理学等。 气象学 气象学 以地球周围的大气圈为研究对象，主要研究大

4、气的各种物理性质、物理现象及其变化规律 。其研究内容 也很广泛，包括许多分支学科和应用学科，主要的分支学 科有大气物理学十天气学、气候学、高空气象学、动力气 象学等，主要的应用学科有卫星气象学、无线电气象学、 航空气象学、海洋气象学、农业气象学、林业气象学等。 其 目的在于揭示大气中的各种物理现象和物理过程的发生、 发展本质， 从而掌握它、应用它为人类生活和国家经济建 设服务。 水文学 水文学主要研究地球上江河、湖沼、冰川、地 下水以及海洋等各种水体的数量、质量、运动变化 与分布规律，以及它们与地理环境、生态系统和人 类社会之间的相互影响与相互联系。 海洋学 海洋学是以海洋作为一个独立体进行研

5、究的， 它实际上是从地球科学的其它几个分支学科中独立 出来的，这是由于海洋在现代地球科学、人类生存 环境和未来社会发展中的地位越来越重要的缘故。 海洋学是研究海洋中发生的各种现象和规律及其相 互关系的各门学科的总称，根据研究内容不同可分 为海洋物理学、海洋水文学、海洋化学、海洋生物 学、海洋气象学和海洋地质学等。 土壤学 (Soilscience） 土壤学 (Soilscience） 以地球表面发育的土壤 层为研究对象 。 主要研究土壤的物质组成 、 结构 、 类型 、 分布和形成发展过程 。 根据具体研究内容和 应用领域的不同 ， 土壤学也有一些分支学科 ， 如土 壤生物学 、 土壤地理学

6、、 土壤气候学 、 土镶物理学 、 土壤化学 、 土壤地质学等 。 地球物理学 地球物理学主要以固体地球为研究对象。重点 研究固体地球的各种物理性质、物理现象及其发生 与发展过程、地球的内部构造与组成等。其主要分 支学科有地震学、地磁学、重力学、地热学、地电 学、应用地球物理学 (主要研究地球物理勘探方法 ) 和大地构造物理学等。 地质学 (Geology) 地质学 (Geology)研究的主体对象也是固 体地球，当前主要是研究固体地球的表层一地 壳或岩石圈。 地质学的研究内容主要包括固体地 球 (重点是地壳或岩石圈 )的物质组成、内 部构造和形成演化历史。地质学是一门理 论性和应用性都很强的

7、科学。它不仅承担 着揭示自然界奥秘与规律的科学使命 ;同时 也为生活在地球上的人类如何利用、适应 和改造自然提供科学的方法论。随着生产 和科学技术的发展，地质学的研究内容和 领域不断地深入和扩展，逐渐形成了日臻 完善的由多学科组成的综合性学科体系。 地球科学的研究 范围十分宽广 ， 宏观上可 达行星级规模 ， 微观上进入原子和粒子范 畴 。 地球科学研究的时间尺度： 以百万年计 笼统地说 ， 地球科学研究地球各圈层的物 质组成 、 发展演化及它们之间的相互作用 地质学的研究内容主要包括固体地球（重 点是地壳或岩石圈）的物质组成、内部构 造和形成演化历史。 地 质 学 地 质 学 的 应 用 地

8、 球 的 物 质 组 成 结晶学 矿物学 岩石学 地 球 的 内 部 构 造 构造地质学 构造物理学 区域构造学 地球动力学 地 球 的 形 成 演 化 古生物学 地层学 地史学 古地理学 地貌及第四 纪地质学 研究地下 资 源 研究地质与人类生 活环境及灾害防护 主要分科 研究 地壳的物质组成 ，如：结晶学、 矿物学、岩石学等 研究 地质作用的发育过程和产物 ，如动力地质学等 研究 地壳运动、形变及地表形态特征 ， 如：构造地质学、大地构造学、地貌 学等 研究 地壳的演变历史和古代自然面貌 ， 如：古生物学、地史学、同位素地质 年代学、地层学、古地理学和第四纪 地质学等 研究 矿产资源的形成

9、和分布规律，以及探 讨寻找和勘探矿产的理论和方法 ，如：矿 床学、石油地质学、煤田地质学、找矿勘 探地质学等 研究 各种工程建筑地基的地质条件和勘查 理论 ，如：工程地质学等 研究 地下水的运动和分布规律 ，如：水文 地质学等 在 防范自然灾害、保护和利用自然环境方 面 还有环境地质学、地震地质学，旅游地 质学等 此外，地质学所研究的各种地质现象是各种 地质营力长期作用的产物，是在非常复杂的 物理、化学及生物条件下各种自然因素综合 作用的结果。要阐明自然界这一复杂过程及 其规律， 必须利用现代物理学、化学、生物 学、数学和力学等方面的理论和方法 ，于是 产生了地球物理学、地球化学、同位素地质

10、学、生物地球化学、数学地质、地质力学及 实验岩石学以及遥感地质等许多重要学科 地球科学的研究方法 地 球 的 特 点 空 间 的 广 泛 性 时 间 的 漫 长 性 过 程 复 杂 性 空间的广泛性 地球是一个庞大的物体，周长达 4万多公里， 表面积 5亿多平方公里。而且它本身是由不同尺度 和规模的物质体系所构成，因此从研究不同尺度和 规模的物质体系入手研究地球。 时间的漫长性 地球的年龄长达 46亿年。在这一漫长 的时间里，曾发生许多重要的地质事件， 如海陆变迁、山脉形成、生物进化等等。 这些地质事件的发生过程往往要经过数百 万年甚至数千万年才能完成，所以，人们 只能靠观察地质事件完成后所留

11、下的结果 及正在发生的地质事件的某一阶段的情况 来了解地球的形成演化历史。 地质过程的复杂性 地球演化至今经历了复杂的地质过程。其中既 有物理变化，也有化学变化；既有地表常温常压状 态下的作用过程，也有地下深处高温高压状态下的 作用过程，而且，不同区域及同一区域不同阶段所 经历的地质过程存在差异。对这一漫长且不可逆的 过程，依靠人类的力量很难完全重塑和再现。 这些复杂的自然过程并不是杂乱无章的，它们都 是具有一定的发生、发展条件和过程，具有一定 的顺序，换句话说，都具有一定的规律可循 这 体现了过程的 有序性 。 整体性与差异性（分异性）： 整个地球是一个有机整体，这不仅 表现在地球内部和外部

12、圈层的连续整体性，而且它们相互作用、 相互影响，相互渗透，某一个圈层或某一部分的运动与变化都会 不同程度地影响其它圈层或部分的变化，这些都体现了地球的 整 体性 。然而，地球也不是一个均质体，它的不同组成部分无论在 物质状态、运动和演变特点上都具有一定的差异，这体现了其 差 异性 。如不同地区其地理环境不同，而气候变化更是如此，此外， 地壳不同部位其受力状况不同等。 常用研究方法 野外观察、资料收集 室内整理、分析、处理 研究对象的特点决定了地球学科必须采用以下的方法： 野外调查 、 历史比较法 、 仪器观测 、 大地测量 、 航空 、 航天和遥感技术 、 科学实验 、 电子计算机技术的应用

13、、 综合分析 。 （ 1） 野外调查： 空间的广泛性决定了地球科学工作者 必须到野外去观察自然界 ， 进行野外调查 ， 并尽可能详 尽 、 客观和系统地收集各种样品 、 数据和有关资料 。 野外调查是地球科学工作者 最基本 和 最重要 的环节 ， 因为它是获取研究对象 第一手资料 的重要方法 。 （ ） 历史比较法将今论古原理现实主义原理： 这是地质学 最基本和最重要的方法。虽然人类不可能目睹地质事件发生的全 过程，但是，可以通过各种地质事件遗留下来的现象和结果、 利 用现今地质作用的规律 ，来反推古代地质事件发生的条件、过程 及特点，这就是历史比较法。是由英国地质学家 莱伊尔 （ C. Ly

14、ell, 1791-1875）提出的， 他明确指出： “ 现在是了解过去 的钥匙 ” （ The present is the key to the past）。 如 :通过观察现代生物的生活方式和沉积作用来推测地史时期 的生物生活方式与沉积作用。如利用 珊瑚礁、煤、盐、冰川 等来 恢复古代气候和环境。 （ ） 仪器观测： 仪器观测是地球科学用来获取研究对象的定性 和定量资料的重要手段，通过它可以了解研究对象的各种物理、 化学性质、以及各种参量的静态特征和动态变化，为科学分析、 推理提供依据。 如现在到处设立各种观测台站： 气象站、水文站、 地震台站 ， 以大量获取系统的观测资料 。 北京天文

15、台太阳 磁场望远镜（世 界首架） 澳大利亚 Parkes64米 射电望远镜 （ ） 大地测量： 这是地球科学中既古老而发展又迅速 的一种重要研究方法。早在 远古时代 的古埃及和古中国， 人们就借助 步测 和其它简单的工具进行土地规划、地形 与地理制图、水利与工程建设等；到了 近代 ，发展成 大 地测量 和 大地三角测量 ； 现代 已发展为 激光测距 、 人造 卫星定位系统 （ GPS） ，这给地球科学带来了深刻影响。 （ ） 航空 、 航天和遥感技术 ： 由于地球空间的广泛性 ， 要在短时间内获取大区域的资料 ， 特别是大区域的动态 变化状况 ， 就必须充分利用航空 、 航天和遥感技术 ， 如

16、 卫星云图 、 卫星遥感影像 、 航空照片 、 大地构造等 。 （ ） 科学实验 ： 这是地球科学中的各门学科普遍采用的 研究方法 ， 通过分析 、 测试 ， 以获取各类样品的物质成 分 、 结构 、 物理与化学性质等方面的定性和定量资料 ， 再通过科学分析 ， 推断其形成 、 演变过程及发展趋势 。 （ 由于地球形成时间的漫长性和过程的复杂性 ， 在室内很难进行与自然界演 化一致的真实试验 ， 但我们可以在室内进行模拟试验 ， 这样 ， 至少可以了解 自然界变化的大致特征 。 ） 模拟试验： 在室内创造一定条件模拟自然现象的成 因 、 过程和发展规律的实验 -湖盆模拟实验室 。 （ 7） 电

17、子计算机技术的应用 : 当今 , 电子计算 机技术的应用已给各门自然科学带来了深刻的影 响和革命性的变化 , 并正在向地球科学各领域中 渗透 , 它必将为解决地球空间的广泛性、观察处 理资料大以及模拟地质演变过程复杂等问题带来 广阔的前景。随着该技术的应用，将不断会出现 各类交叉性的学科。 （ 8） 综合分析 ： 自然过程的复杂性和不可逆性 决定了地球科学必须采用综合分析的方法 。 在漫长的地球演化过程中 ， 不同时期 、 不同 方式 、 不同环境 的自然作用给我们留下的是一幅 错综复杂的结果图案 ， 要根据这一图案恢复和解 析自然界发展的过程 ， 就必须利用多学科的原理 和方法 ， 进行综合

18、分析 。 只有这样 ， 才能得出统 一的 、 最合乎实际情况和规律的结论 。 地质学的研究手段 利用多学科交叉的优势，将物理学、化学、 生物学等学科的原理和方法引入地质学领 域的研究中。 模拟自然界的各种地质现象 物理模拟 数学模拟（计算机模拟） 本 课 程 的 教 学 内 容 板块构造 基础 地 质 作 用 地球 的历史 地质学发展简史 地质学的发展经历了 三个主要的阶段 古代地质思想 的萌芽 （ 18世纪前 ） 地质学 的创立 （ 18世纪 19世纪中叶 ） 近代地质学 的发展阶段 古代地质思想的萌芽（ 18世纪前 ） 人类从一开始出现， 就逐渐产生了朴素的 地质思想 从远古时代起，人类就

19、逐渐学会了有选 择地利用岩石。中国、印度、巴比伦、埃及 和希腊等古代文明国家，早在公元前几百年 或上千年以前就开始学会辨认铜、金、银和 铁等元素的矿石。 古希腊学者毕达哥拉斯， 亚里士多德都曾对 火山喷发， 地震 等的形成进行了观察和研究， 并根据岩石中的 贝壳化石 等得出海陆变迁的概念。 6世纪 -12世纪的欧洲（封建时代） 是教会严酷统治的时期， 地质思想的发展处于停滞时期。 14-16世纪的欧洲（ “ 文艺复兴 ” 时代）是具有进步思想 的学者向黑暗的宗教思想挑战和进行激烈论战的时代。 波兰天文学家 哥白尼 在临终前提出了 “ 日心说 ” ，他的学 说的继承者和补充者意大利学者 布鲁诺

20、（ 1548 1600， 52 岁）提出 “ 星的世界是无穷的，宇宙中包含无穷的世界， 它们时刻处在形成和破坏的运动中 ” 的论点，被认为是大 逆不道，被宗教裁 判处极刑，活活烧死 。 意大利学者利奥那多 达 芬奇根据 海相贝壳化石 推测 海陆 的变迁 。 总之，地质学的发展是 随着 人们对太阳系，特别 是地球的认识而逐渐发展起来的。 地质学的创立（ 18世纪 19世纪中叶 ） 十八世纪的欧洲出现了产业革命 ， 对 煤和金属矿产的需求逐渐增加 。 矿物学 地层古生物学和地质制图学 岩石学 、 构造地质学 到十八世纪末十九世纪初， 地质学的 几个主要分科已基本形成 。 地质学创立时期，学术思想论

21、战对地质学的 发展起到了一定的推动作用。 “水成论 ” “火成论 ” “水成论”（ Neptunism）创始人： 德国弗莱堡矿业学院矿物学教授 A.G.魏尔纳（ Werner， 1750 1817） 主要观点： 组成地壳的所有岩石 都是从原始海洋物质中结晶、 沉淀形成的，否认地壳运动的存在 （化学沉淀而非物理沉淀） 。 “火成论 ” （ plutonism）创始人： 英国学者 J.郝屯（ Hutton, 1726 1797） 主要观点： 花岗岩、玄武岩和其它类似的岩石 都是 “ 火成的 ” ，即由地球内部熔融 体的结晶形成。 “灾变论 ” ：地球的发展曾经历过多次周 期性的灾变，每次灾变都彻底

22、改变了地 表的形态和导致所有生物的灭绝。否认 地球的自然发展过程，并把其演变历史 归之为一系列不可知的突发事件。 均变论 ：地质学上的均变论是与达尔文 的进化论思想一致的 。 英国学者 G.莱伊尔 （ Lyell,1813 1895 ） 认为解释地球的历史和各种 现象 ， 用 不着求助于上帝和灾变 ， 在漫长的地质 年代中 ,许多看来是微小的自然力 风 、 河浪 、 潮汐 、 火山和地震等地质作用 ， 长期进行就足以使地壳面貌发生巨大 变化 。 “灾变论 ” 与 “ 均变论 ” 之争 ,最 终以均变论的胜利和灾变论的失 败而告终 。 新灾变论的崛起 本世纪七十年代，由于学科之间的互相渗透，交叉

23、 和各种测试手段的更新，新的灾变论应运而生。 证据 距今约 65百万年前 （ 白垩纪末 ） 恐龙的 灭绝与小天体撞击地球有关 。 全世界范围内白垩纪 /第三纪交界线附 近铱元素含量普遍增高。 新灾变论认为：在宇宙和地球演 化中，有一系列灾变文件，所谓 灾变，是指突然的剧变，其特点 是时间短、能量大、突发性。 两种假说 其一：强调由地球自然的原因引起，海平面 的升降变化，气候寒冷、干燥和炎热的变化； 洋流及海水成分的变化；火山活动以及地球 极性的反转 。 其二：到地球以外的宇宙环境中去寻找原因。 认为在地质历史上，生物大量灭绝不仅多次出 现，而且具有一定的周期性，生物灭绝的周期 大约为 2500

24、 3000万年。 近代地质学的发展阶段 自 19世纪中叶以来，为了满足能源 工业对矿产资源、能源的需要，欧洲各 国大力开展地质调查，并先后成立了国 家地质机构。 中国的地质学发展简史 应该说 ， 在地质学发展的各个时期都打下了 中国人为之奋斗的烙印 ， 但在地质学发展的各个阶 段中 ， 我们在其中发挥作用和所处的地位是有很大 差别的 。 我们的祖先是伟大的，他们在地质思想的萌芽 阶段对地质知识的认识要比国外早得多，认识也深 刻的得多。 对矿产的利用 新石器时代 ， 能制造铜器 。 商周时能使用铜 、 锡合金铸造各 种铜器 。 春秋时代我国已开始使用铁器。 矿产地和找矿 知识的记载 战国时的 山

25、海径 记载 “ 金、 银、铜、铁、锡 ” 的产地 226处。 对许多自然现象的认识 山海径 是世界上最早记载矿产的地质文献 ， 我 国古籍中的地震记录是世界上最早 、 最完整的地震 记录 。 东汉张衡公元 132年发明候风地动仪 。 东汉公元 50年发明罗盘 司南。 关于河流的地 质作用的描述 北魏郦道元著 水经注 、北宋沈括著 梦溪笔 谈 、明末徐霞客著 徐霞客游记 均论述了河流 在塑造大陆地形方面的作用。 河流的侵蚀和沉积作用在欧洲最早由 J.郝屯于 1778年提出，比沈括的论述晚 600年。 对化石的认识 当见高山有螺、蚌壳，或生石中，此时 印旧时之土，螺蚌见水中之物。 下者却而为高，柔

26、者却变而为刚，此事 思之甚深，有可验者 沈括的见解比意大利学者达芬奇早 424 年 朱熹（ 1130 1200）在 朱子全 书 中对地质作用过程的分析比 莱伊尔的 地质学原理 早了整 整七个世纪。 落后的原因 长期的封建统治，我国古代统治阶级 历来提倡习儒读经，轻视生产技术和 自然科学知识。 十九世纪中叶，随着帝国主义 的枪炮打开了中国的大门，欧 洲地质学传入中国。 最早论述中国地质情况的是鲁迅先生： 1903年著 中国地质略论 1906年著 中国矿产志 是我国近代地质学早期论著之一 我国地质调查机构成立于 1912年，章鸿钊倡导， 南京临时政府在实业部矿政司下设地质科。 我国地质调查机构成立

27、于 1912年，章鸿钊倡导， 南京临时政府在实业部矿政司下设地质科。 1918年北大 、 清华 、 中山大学成立地质系 。 1922年中国地质学会成立。 解放前地质事业发展缓慢，共培养了 300多名地质 专业大学生。 1952年成立地质部 （ 地矿部 、 国土资源 部 ） 有关工业部门也成立了相应的地质 机构 ， 如石油部 （ 石油天然气总公司 、 石油天然气集团公司 ） 。 1952年先后成立北京（武汉）、长春、 成都地质学院，加上一些院校设立了地 质系，为我国培养了大批地质工作人员 。 地质学的发展趋势 1、从常规定性研究向定量、半定量研究与定性研 究相结合发展。 2、综合利用物理学、化学和生物学的理论和方法 解 决地质问题 。 3、将遥感、计算机等新兴科学应用于地质学 4、行星地质的研究 地球科学 展望 1、 有一天地质学能象预报天气预报一样预测地震 的来临 。 2、 以最简便 、 最经济 、 最有效的方法源源不断地 揭示各种矿产资源 。 3、 有可能控制和改变各种不利的地质环境 ， 维护 人们的生命财产安全和身体健康 。 本章重点 1 、 地质学 、 地球科学的概念 、 相互关系 2 、 地质学 、 地球科学的研究对象和内容 3、 地质学的研究方法