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地球系统科学的定义 地球系统科学的特征

更新时间: 2024-06-16 02:01:31

导语:地球系统科学,作为一门综合性学科,旨在研究地球各种系统之间的相互作用及其对全球环境的影响。从大气圈到水圈,从岩石圈到生物圈,地球系统科学将这些看似独立的领域联系在一起,也揭示了它们之间错综复杂的关系,下面就去看看地球系统科学的定义和地球系统科学的特征吧!

地球系统科学的定义

研究过地球的人立刻就知道,我们的行星是一个包含许多独立的但又高度相互作用部分或圈层的动力集合。大气圈、水圈、生物圈和地质圈及其所有这些圈层的组成部分可以分别来加以研究。但是这些部分并不是孤立的,每个都会以多种方式与其他部分相关联,产生一个复杂的、不断相互作用的总体,这就是我们所说的地球系统。每年冬天从太平洋蒸发的水汽以雨的形式降落在南加利福尼亚的山上而引起毁灭性的泥石流。这个将降水从水圈搬运到大气圈然后再到地质圈的过程对自然环境和植物以及栖息在相关区域的动物(包括人类)都具有深刻影响。

科学家已经意识到,为了更充分地认识我们的行星,必须知道它的各个单一组分(陆地、水体、大气和生命形式)是怎样相互联系的。这一努力称为地球系统科学,目的在于将地球作为一个包括了大量相互作用部分或子系统的系统来研究。人们使用多学科方法来发展地球系统科学,以使其达到一个能理解和解决我们全球众多环境问题所必需的水平。系统就是一组由相互作用或相互独立的部分组成的复杂总体。很多人经常听到或使用系统这个词,我们可能会保养汽车的冷却系统、使用城市的交通系统,以及作为政治系统的参与者。新闻报道可能会告知我们有个天气系统正在临近。

又如,我们知道地球仅仅是一个更大的太阳系统中一个很小的部分,而太阳系统又属于更大的称为银河系的系统的一个子系统,等等。

地球系统

地球系统有着几乎无穷无尽的子系统,其中的物质在不断循环。对地球4个圈层中碳的输运过程的描述就是一个例子。这个例子告诉我们,存在于大气、生物体和某些岩石中的二氧化碳组成整个碳循环的子系统。

地球系统各部分是相互联系的,因此某个部分的变化必然会引起另一部分甚至所有其他部分的变化。例如,当火山爆发时,火山岩浆会从地球内部流出到地球表面而阻断附近的流域,这一新出现的障碍会因产生新的湖泊或河流河道的改变而影响到这一区域的排水系统。

在火山喷发时产生的大量的火山灰和气体可能向上进入大气层并影响到达地面的太阳辐射量,其结果可能使全球地面气温下降。在被火山岩浆流或厚厚的火山灰层覆盖的地面,土壤将被掩埋,这将引起成土过程重新开始而使表面物质形成土壤。最终形成的土壤将反映出地球系统许多部分,如火山喷发物、气候和生物活动影响的相互作用。当然,生物圈也会发生显著变化,有些生物及它们的栖息地可能会被火山岩浆和火山灰毁灭掉,同时一些新的生命条件也会产生,如湖泊等。由此引起的潜在的气候变化同样也有可能影响到某些敏感的生物。

地球系统的特征是由那些从几分之一毫米到数千千米的不同空间尺度的变化过程决定的;地球系统过程的时间变化尺度可以从毫秒到数十亿年。我们对地球的了解越来越清楚,尽管在空间和时间上具有巨大差异,但这些过程之间是互相联系的,而且一个组成成分的变化可以影响到整个地球系统。供给地球系统动力的能量来源有两个。第一个是太阳,驱动发生在大气圈、水圈和地球表面的外部过程。天气、气候、洋流和侵蚀过程就是由来自太阳的能量驱动的。地球内部是第二个能量来源。我们的行星在形成时储存了热量,同时地球内部不断地由放射性衰变产生热量驱动了内部过程而造成火山爆发、地震和造山运动等。

人类是地球这个有生命和无生命的组成成分交织和相互联系在一起的系统的一部分,因此,我们的活动会引起地球系统所有其他部分的变化。当我们燃烧汽油和煤炭时、处理废物和使用土地时,就造成了系统其他部分的、常常是以不可预见的方式发生的反应。通过这本书你将了解有关地球子系统的知识,包括水文系统和气候系统。记住这些组成部分加上我们人类,就是称为地球系统的复杂的相互作用的所有部分的总和。

地球系统科学的特征

跨学科性:地球系统科学将地球视为一个由多种物理和生物过程组成的复杂系统,这些过程包括岩石的形成、大气和海洋的运动、生物多样性的产生等,这些领域的研究共同构成了地球系统科学的基石。

全球性与区域性:地球系统科学的全球性特点意味着全球性的环境问题需要全球性的解决方案,这通常需要不同地区的研究人员合作。

时空尺度的差异性:地球系统科学的研究涉及从几百年到几百万年的时间尺度,以及从微观到宏观的空间尺度,这种差异要求研究者具备跨学科的视野和方法。

多学科性:由于地球系统科学的复杂性,它涉及地质学、地球化学、地球物理学等多个学科,这些学科的交叉合作对于理解地球系统的整体行为至关重要。

系统方法:地球系统科学采用系统方法,即将地球视为一个整体系统进行研究,这包括系统分析、系统综合以及建立数学模型等。

能量和物质的循环:地球系统科学关注能量(如太阳能)和物质(如营养元素)在地球各个圈层(如大气圈、水圈、生物圈)之间的循环和交换。

人类活动的影响:随着人类活动的增加,地球系统科学特别关注人类活动对地球系统的影响,以及这些影响对全球环境变化的潜在后果。

地球系统的演化:地球系统科学还研究地球自形成以来的演化过程,包括大陆漂移、海底扩张、板块运动等地质过程。

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