地球科学是系统科学

广东海洋大学

廖永岩

（电子信箱：rock6783@126.com）

 

研究地球，就是要用地球系统科学的观点来阐明地球演化的一般规律。地球系统科学是一种新的地球观，是近十余年来人们认识地球所取得的重大进展。

地球是一个巨大的系统，地球科学应当作为一门系统科学来研究，这已经成为当前全世界学术界的共识。地球系统科学就是从整体论（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。过去地球科学内各分支学科，只注重研究各特殊子系统的内部，及其在特定时间内的结构与作用过程。例如，现代的大气圈是由气象学与大气物理学研究的；现代的水圈是由海洋学、陆地水文学、水文地质学和冰川学来研究的；现代的生物圈是由生物学来研究的；远古时代的大气圈、水圈和生物圈主要是由地质学来研究的；地壳主要由地质学、地球学、地球物理学以及地球化学来研究的；地幔与地核则主要由地球物理学、地球化学与宇宙化学来研究；尽管各学科的研究对象和内容都很明确，但却都局限在某一个特定的时间与空间范围内。地球系统科学则更注意把地球当作一个行星从整体上来认识，进行各种时间尺度演化的研究，而不受地球各原有分支学科的局限。这是一种更广阔、更全面的地球观。传统的地球科学的各分支学科，对人类从地球的各个侧面去深化认识，积累了大量的资料，获得了大量地球演化的证据，对地球科学起到了积极的奠基作用，但在思想上都不免存在一定程度的局限性。

地球是一个复杂的系统，这表明它是由大量不同的、而且具有强相互作用的单元（子系统）所组成的系统。正是地球的各子系统之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。地球各圈层的相互作用，就是其子系统相互作用的典型例子。

下面，我们用地球系统科学的思维方式，对地球，特别是地球的演化及其动力学，进行系统分析。

人类研究地球的演化，特别是构造运动及其动力来源由来已久，曾经提出过各种各样的假说。例如地球膨胀说、地球收缩说、地球脉动说、地槽与地台说、海底扩张说、地幔对流说、地幔柱假说和板块构造说等。

虽然各种地球假说都是建立在一定的事实基础上，但其特点也正是：每一种假说只考虑一定的事实，而对其他事实则抛置不顾。或者说，目前为止所提出的各种学说，都在把地球作为一个复杂系统及其各子系统的相互作用方面考虑得还不够。所以，由于高新技术观测成果的不断涌现，各种假说经常面临着新的挑战。

任何一种合理的地壳动力学或地球动力学假说，至少要满足以下一些条件：1、能对全球的构造特征及其空间分布规律和构造演化过程做出解释；2、所依赖的动力因子既有足够的能量，其作用方式又能合理地说明构造变形场的特征；3、应符合物理学的基本原理和地球内部物质的物理-化学性质[马宗晋等，2003]。从这些判别条件看，迄今为止还没有一种地球动力学假说是完善的。

下面，我们将就目前已提出的各种假说进行综合分析。通过对这些假说及其所提供的证据进行比较，把地球看成一个各子系统之间进行相互作用的复杂系统，定性地模拟出一个能吻合目前已提出的各种假说的正确证据，又符合能量规律和目前已知的、得到公认的地质事实的假说。

参考文献：

马宗晋，杜品仁，洪汉净.地球构造与动力学. 广州: 广东科技出版社.2003，1-130

 

各位若想了解这方面有关的详细情况，请各位参见廖永岩著，海洋出版社2007年5月版的《地球科学原理》（28.00元）一书。也可以在以下网址找到有关这本书的部分相关内容: http://159.226.26.14/blog/user_index1.aspx?userid=3534

 

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