【文章內(nèi)容簡介】 地質(zhì)學(xué) 地質(zhì)學(xué)是關(guān)于固體地球組成、結(jié)構(gòu)及地球演化歷史的知識體系?，F(xiàn)代地質(zhì)學(xué)不僅要闡明固體地球的組成物質(zhì)、控制物質(zhì)轉(zhuǎn)換的機(jī)制以及由這些物質(zhì)記錄的地球演化歷史，而且要揭示人類活動作為改變固體地球外層的營力及其改造地球表層的過程。20世紀(jì)后半葉，地質(zhì)學(xué)在經(jīng)歷了板塊構(gòu)造理論的革命之后，形成了一個全球化的研究理念。不同分支學(xué)科的地質(zhì)學(xué)家們，在板塊理論的框架中，開始認(rèn)識到他們的研究密切地相互關(guān)聯(lián)：構(gòu)造運(yùn)動、火山活動、地震發(fā)震、大陸飄移、生命演化乃至礦產(chǎn)資源的形成，都已緊密地聯(lián)系在一起，并在整個地球演化歷史上發(fā)生著相互作用。21世紀(jì)初地質(zhì)學(xué)面臨的兩個挑戰(zhàn)是社會需求的變化和地球系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展。人類社會對社會可持續(xù)發(fā)展的需求，在全球環(huán)境變化、人類與自然協(xié)調(diào)發(fā)展等方面給地質(zhì)學(xué)家們提出了許多前所未有的科學(xué)問題。而從整個地球科學(xué)領(lǐng)域來看，國際學(xué)術(shù)界也正在經(jīng)歷著一場質(zhì)的變化：原本分頭描述地球上各種現(xiàn)象的學(xué)科，以地球系統(tǒng)為主線，學(xué)科之間高度融合，成為揭示機(jī)理、服務(wù)預(yù)測的地球系統(tǒng)科學(xué)。地球科學(xué)一場新的革命性突破正在來臨。如同在板塊理論的建立過程中一樣，地質(zhì)學(xué)必將在這場地球科學(xué)的革命中扮演重要角色。多學(xué)科交叉研究，是研究地球系統(tǒng)過程的重要手段，也是地質(zhì)學(xué)家具有從事多學(xué)科研究的優(yōu)良傳統(tǒng)。早在許多其他領(lǐng)域理解多學(xué)科科學(xué)研究方式的概念之前，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和大地構(gòu)造等領(lǐng)域的科學(xué)家已經(jīng)綜合了野外分析、巖石變形實(shí)驗(yàn)研究、流體—巖石相互作用、變質(zhì)反應(yīng)、連續(xù)與斷裂力學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)、同位素地球化學(xué)以及其他諸多分支學(xué)科和研究手段，橫跨巨大的時空尺度，以廣闊的思路探索和認(rèn)識地球的巖石圈。傳統(tǒng)上，地質(zhì)學(xué)主要研究固體地球各圈層，從而理解行星地球的結(jié)構(gòu)與演化歷史。地質(zhì)學(xué)試圖說明各種礦物、巖石、礦產(chǎn)資源、油氣資源乃至生命本身形成的過程與控制的機(jī)制，也試圖解讀從45億年前地球形成以來貯藏于巖石中的歷史記錄。近年來與大氣科學(xué)、海洋科學(xué)的交叉合作使許多地質(zhì)學(xué)家的研究興趣拓展到了全球和區(qū)域氣候變化、古大氣成份演化、古海洋學(xué)等領(lǐng)域，并考慮人類活動作為地質(zhì)營力的科學(xué)意義，但地質(zhì)學(xué)研究工作仍是立足于固體地球圈層。 “將今論古”是地質(zhì)學(xué)家們研究地球演化過程的重要思維方式。它是建立在均變論的基礎(chǔ)上，通過對現(xiàn)代過程的觀察和認(rèn)識，來思考地質(zhì)歷史過程的研究方法。例如，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家基于對現(xiàn)代板塊運(yùn)動過程的觀測而推測地質(zhì)歷史上大陸的演化過程；古生物學(xué)家對現(xiàn)代生物的觀察為探索地球歷史上生命演化的提供重要線索。隨著地質(zhì)學(xué)知識的積累以及地質(zhì)數(shù)據(jù)資料獲取手段的快速發(fā)展，針對現(xiàn)代社會提出的環(huán)境演變等科學(xué)問題，如何根據(jù)地質(zhì)歷史記錄為現(xiàn)代過程研究提供啟示，并為地球系統(tǒng)的未來發(fā)展提供預(yù)測，已成為地質(zhì)學(xué)面臨的新任務(wù)，也在改變著地質(zhì)學(xué)家的科學(xué)思維方式。近年來，地質(zhì)學(xué)研究手段正在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，并已成為推動地質(zhì)學(xué)發(fā)展的最重要力量。地球系統(tǒng)過程在空間上可以從微米到行星軌道尺度，在時間尺度上可以從毫秒到數(shù)十億年。現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)家們不但對全球板塊運(yùn)動過程進(jìn)行實(shí)時觀測，而且能夠在納米尺度上研究地球物質(zhì)的性質(zhì)以探討斷層活動的原理；地質(zhì)學(xué)家們不但研究大陸的拼合和裂解的演化歷史，也能夠研究地震瞬間巖石破裂和應(yīng)力的釋放過程，并且正試圖在技術(shù)手段和研究方法上將兩者統(tǒng)一起來。地質(zhì)學(xué)研究的時空尺度的拓展和精確度的提高，為在地球系統(tǒng)的研究框架下與其他學(xué)科研究工作的相互銜接和驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。未來5~10年重要發(fā)展方向是：地質(zhì)微生物學(xué)（Geomicrobiology）,礦物表面性質(zhì)及礦物與微生物相互作用,流變構(gòu)造地質(zhì)學(xué),巖石圈深部過程與表層作用耦合的地質(zhì)學(xué)描述,古生態(tài)和古環(huán)境演變的地質(zhì)學(xué)記錄,極端環(huán)境下生命過程及早期生物起源,沉積學(xué),地質(zhì)學(xué)信息處理和共享,人類活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用。 地球化學(xué) 地球化學(xué)主要研究地球乃至宇宙的化學(xué)組成和化學(xué)運(yùn)動，應(yīng)用現(xiàn)代物質(zhì)科學(xué)的理論和方法研究元素及其同位素在其中不同結(jié)構(gòu)單元的分布、遷移和演化規(guī)律，揭示地質(zhì)、地球過程乃至宇宙的演化規(guī)律。作為地球科學(xué)的支柱學(xué)科之一，地球化學(xué)不僅與兄弟學(xué)科一起共同肩負(fù)著解決地球科學(xué)基本理論問題——行星、地球、環(huán)境、生命、人類和元素的起源和演化的重大使命，而且也為人類社會尋找充足的資源、維持良好生存環(huán)境提供了重要的方法和技術(shù)。地球化學(xué)在地球科學(xué)中的重要性和特色主要體現(xiàn)在： (1) 地球系統(tǒng)化學(xué)結(jié)構(gòu)的非均衡性與地球內(nèi)部能量分布的非均衡性一樣，是地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動的重要驅(qū)動力。 地球化學(xué)示蹤體系是精確定量地球動力學(xué)研究的支柱，元素和同位素體系對自然演化過程和物質(zhì)循環(huán)的示蹤是地球化學(xué)研究的優(yōu)勢和特色；(2) 同位素定年技術(shù)是使地球科學(xué)研究向四維時空發(fā)展的重要支撐體系；(3) 地球化學(xué)研究手段中高新技術(shù)含量較高，其前沿研究已經(jīng)與當(dāng)代物質(zhì)科學(xué)的最新實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)同步發(fā)展；(4) 地球科學(xué)研究的空間尺度既在微觀上深入，也在宏觀上擴(kuò)展，這為地球化學(xué)研究領(lǐng)域的開拓提供了機(jī)遇。地球化學(xué)以其學(xué)科特色立于現(xiàn)代地球科學(xué)發(fā)展的前沿。近二十年來地球化學(xué)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為：(1) 研究方法和技術(shù)從靜態(tài)的半定量描述轉(zhuǎn)向動態(tài)的定量模擬，由巖礦樣品的綜合測定發(fā)展到單礦物顆粒內(nèi)部的微區(qū)分析；(2) 研究范疇從三維空間向四維時空拓展，更加注重對時空演化規(guī)律的研究；(3) 對自然過程物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律的研究的時間尺度雙向拓寬，既注重對過去長時間尺度古老地質(zhì)事件的研究，也關(guān)注短時間尺度地質(zhì)作用的把握；既注重對過去地質(zhì)事件的重建，更關(guān)注對未來的預(yù)測，強(qiáng)調(diào)了解過去不僅是全面認(rèn)識現(xiàn)在而且是有效預(yù)測未來的“鑰匙”；(4) 研究對象從地球單一層圈發(fā)展到不同層圈及其界面之間相互作用。地球化學(xué)一直處于學(xué)科交叉滲透的發(fā)展時代，形成一系列認(rèn)識地球內(nèi)部和外部各系統(tǒng)化學(xué)組成和演化規(guī)律的理論和方法，并不斷衍生出新的分支學(xué)科。地球化學(xué)中近期發(fā)展應(yīng)力求做到：加強(qiáng)地球過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的宏觀研究與地球化學(xué)性質(zhì)的高分辨高靈敏度研究的結(jié)合；推動板塊構(gòu)造演化與化學(xué)地球動力學(xué)研究的結(jié)合；促進(jìn)環(huán)境變遷與現(xiàn)代環(huán)境研究的結(jié)合；以基礎(chǔ)理論研究為主線、以潛在應(yīng)用前景為著眼點(diǎn)，重視地球化學(xué)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用前景的結(jié)合。未來5－10年重要發(fā)展方向是：（1）表生地球化學(xué)過程與環(huán)境和生態(tài)演化的地球化學(xué)示蹤；（2）持久性毒害污染物的環(huán)境地球化學(xué)過程；（3）深部生物圈的生物地球化學(xué)作用與過程；（4）重大環(huán)境和生物演化事件的沉積地球化學(xué)記錄；（5）殼幔相互作用、地球深部過程、盆地演化與大規(guī)模成礦作用；（6）不同變質(zhì)條件下礦物多元同位素示蹤體系與同位素定年技術(shù)；（7）大陸深俯沖、巖石圈地幔減薄、地幔柱事件和大火成巖省、青藏高原巖石圈演化的化學(xué)地球動力學(xué)及其環(huán)境和資源效應(yīng)；（8）大規(guī)模烴源巖的發(fā)育機(jī)制和成藏化學(xué)動力學(xué)與地球化學(xué)限定的盆地模擬技術(shù)；（9）深穿透地球化學(xué)的遷移機(jī)理與分散模式；（10）穩(wěn)定同位素分餾熱力學(xué)與動力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究；（11）太陽星云演化過程和月球探測相關(guān)重大科學(xué)問題的地球化學(xué)示蹤；（12）高溫高壓和表生條件下界面化學(xué)和表面反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和地球化學(xué)體系中物質(zhì)性狀的研究。 地球物理與空間物理學(xué) 地球物理學(xué)是在二十世紀(jì)迅速發(fā)展起來的重要的前沿學(xué)科之一，對人類生存和發(fā)展具有舉足輕重的作用。由于具有快速吸納最新科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的特點(diǎn)，地球物理與空間物理是地球科學(xué)最活躍的學(xué)科之一。地球物理學(xué)包括固體地球物理學(xué)、空間物理學(xué)、大地測量學(xué)等領(lǐng)域的研究，它是用物理學(xué)的原理、方法研究地球，從根本上講它是一門觀測科學(xué)，通過一些專門的科學(xué)儀器在地球的表面，在日地空間對物理場以及一些高能粒子等進(jìn)行觀測，以達(dá)到認(rèn)識地球及其空間環(huán)境、為人類的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)的目的。由于地球物理與空間物理學(xué)科所涵蓋的領(lǐng)域十分廣泛，我們將按空間物理學(xué)（重點(diǎn)是日地系統(tǒng)空間天氣因果鏈研究）、固體地球物理學(xué)（重點(diǎn)是深部地球探測）、應(yīng)用地球物理學(xué)（重點(diǎn)是油氣地球物理勘探）、大地測量學(xué)（重點(diǎn)是從跟蹤研究到全面自主發(fā)展的理論和技術(shù)問題）、實(shí)驗(yàn)地球物理（重點(diǎn)是高溫高壓研究的進(jìn)步帶來的新機(jī)遇）和地球物理儀器、觀測系統(tǒng)與數(shù)據(jù)共享等六方面分別進(jìn)行闡述。 “十一五”對于地球物理與空間物理學(xué)科來說是一個充滿機(jī)遇與挑戰(zhàn)的時期，在這期間國家對基礎(chǔ)研究的投入將明顯增大，如何來發(fā)揮好學(xué)科的整體優(yōu)勢，把地球物理與空間物理打造成地球科學(xué)最活躍的學(xué)科，為地球科學(xué)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)是擺在我們面前的重要任務(wù)。因此我們的指導(dǎo)思想是：打牢基礎(chǔ)，培養(yǎng)人才，踏實(shí)工作，爭做大事。這主要是指加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，在有可能產(chǎn)出重大成果的地方進(jìn)行集中的 投入，期望以此來帶動地球科學(xué)的發(fā)展。目前我們的學(xué)科現(xiàn)狀是擁有基本完備的理論體系；完整的隊伍組成，包括國內(nèi)研究型大學(xué)、科研院所、中國地震局、中國測繪局等業(yè)務(wù)部門以及石油勘探開發(fā)等企業(yè)的研究力量，雖然人數(shù)不是很多，但學(xué)科齊全，精良的裝備和手段；發(fā)展不平衡的各分支學(xué)科，某些分支領(lǐng)域如空間天氣和復(fù)雜地球物理勘探的研究水平居國際第一方陣。 “十一五”期間我們要重點(diǎn)抓兩個探測：一、日地空間的空間天氣探測，通過對“雙星計劃”及CLUSTER探測數(shù)據(jù)的分析，產(chǎn)生新認(rèn)識。通過“子午工程”和新的探測計劃的實(shí)施進(jìn)一步加強(qiáng)我們對空間天氣過程的認(rèn)識能力。以空間天氣和空間探測為線索帶動日地空間的各個層次內(nèi)及其耦合、能量傳輸關(guān)系的研究，以實(shí)現(xiàn)空間天氣預(yù)報為目的。二、地球深部探測計劃與深地球內(nèi)部研究，通過大規(guī)模的流動地震臺陣觀測，輔以現(xiàn)有的固定地震臺站以及GPS臺網(wǎng)的資料，力爭在典型地區(qū)實(shí)現(xiàn)對地球深內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其過程的認(rèn)識。以此來帶動固體地球科學(xué)整體的發(fā)展。應(yīng)用地球物理重點(diǎn)支持提高復(fù)雜地區(qū)油氣勘探水平的研究，同時兼顧礦產(chǎn)資源勘探以及城市地球物理、國防地球物理等方面的研究。大地測量學(xué)是以發(fā)展大地測量理論和技術(shù)來帶動學(xué)科的發(fā)展。大氣科學(xué) 大氣科學(xué)的主要任務(wù)是認(rèn)識大氣運(yùn)動和大氣中各種物理、化學(xué)、生物過程的基本規(guī)律及其與其它圈層相互作用的機(jī)理，發(fā)展新的探測和試驗(yàn)手段，為天氣、氣候和環(huán)境的監(jiān)測、預(yù)報和調(diào)控提供理論和方法，揭示人類活動對天氣氣候的影響，以及天氣氣候與社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，為人類社會服務(wù)。大氣科學(xué)以地球大氣圈層為主要研究對象。發(fā)生在大氣圈層中的各類現(xiàn)象和過程的變化受地球系統(tǒng)各圈層和日地系統(tǒng)的主要部分，即大氣圈、水圈（含冰雪圈）、巖石圈、生物圈以及太陽和人類活動等的影響，各圈層間的相互作用決定著地球大氣系統(tǒng)的整體行為。因此，當(dāng)代大氣科學(xué)必須通過研究地球系統(tǒng)各圈層之間的相互作用、相互反饋以及人類活動與氣候的相互影響，進(jìn)而多角度、全方位地認(rèn)識大氣運(yùn)動變化的本質(zhì)，研究天氣、氣候系統(tǒng)演變規(guī)律及其預(yù)測預(yù)報，研究影響局部天氣的調(diào)控技術(shù)和措施，研究人類活動對天氣、氣候、環(huán)境系統(tǒng)的影響以及氣候、環(huán)境的變化對人類社會的影響等。大氣科學(xué)已成為一門基于觀測的實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，高度數(shù)理化、定量化、實(shí)用化的綜合性、前沿交叉科學(xué)。21世紀(jì)國際大氣科學(xué)的發(fā)展趨勢是：（1）大氣科學(xué)觀測走向高精度、立體和多要素綜合一體化，人類將從空前的視角來觀測地球大氣。（2）高影響天氣的物理、動力學(xué)與可預(yù)報性理論研究得到更高的重視。（3）氣候系統(tǒng)變化和氣候與環(huán)境變化的適應(yīng)性研究得到更高的重視。（4）天氣、氣候系統(tǒng)模式的發(fā)展成為大氣科學(xué)和相關(guān)科學(xué)發(fā)展不可或缺的工具，在現(xiàn)有的包括海－陸－氣過程相耦合的氣候系統(tǒng)模式中，努力耦合生物地球化學(xué)過程、生態(tài)過程、化學(xué)過程以及電離層過程，研制更加完整的氣候系統(tǒng)模式，將成為大氣科學(xué)發(fā)展的重要方向。(5) 海量氣候系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)，促使資料處理、分析、同化應(yīng)用技術(shù)和數(shù)據(jù)共享的程度得到空前的重視。(6) 人類活動造成天氣、氣候變化對社會經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展的影響等研究得到更高的重視。(7) 大氣科學(xué)研究更加重視學(xué)科交叉和融合。(8) 國際科學(xué)計劃及其核心項目的提出使大氣科學(xué)研究的國際合作更加廣泛和深入，為我國大氣科學(xué)的發(fā)展帶來極大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為使我國大氣科學(xué)研究在新世紀(jì)有更大的發(fā)展，結(jié)合國際大氣科學(xué)的發(fā)展趨勢和我國與國際的差距，充分考慮我國未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需求，未來5－10年我國大氣科學(xué)發(fā)展應(yīng)堅持“有所為、有所不為”的原則，重點(diǎn)在天氣、氣候系統(tǒng)的物理動力學(xué)，氣候系統(tǒng)中的大氣化學(xué)過程，天氣、氣候系統(tǒng)數(shù)值模擬，天氣氣候系統(tǒng)觀測新技術(shù)、新原理和新方法及資料同化等領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)鍵性的創(chuàng)新研究。主要包括以下一些重要方向：（1）氣候系統(tǒng)變異和預(yù)測。（2）高影響天氣的物理、動力過程與可預(yù)報性。（3）大氣化學(xué)過程和大氣環(huán)境。（4）大氣邊界層以及陸—?dú)?、?！獨(dú)饨粨Q過程。（5）中高層大氣與氣候和環(huán)境變化。（6）天氣、氣候系統(tǒng)模式。（7）大氣探測和遙感與資料同化。（8）云霧物理和化學(xué)過程與人工影響天氣。海洋科學(xué) 海洋科學(xué)是研究海洋中各種自然現(xiàn)象、過程及其變化規(guī)律的一門科學(xué)。其研究對象不僅包括巨大的海洋水體部分，也包括河口海岸帶、海洋與大氣界面、海水與沉積物界面及海底巖石圈等；依托海洋科學(xué)調(diào)查船、衛(wèi)星和自動觀測系統(tǒng)（如錨系浮標(biāo)、海底觀測站等）實(shí)施海洋觀測所必須的快速、高效和先進(jìn)的觀測儀器和技術(shù),也屬海洋科學(xué)的研究范疇。海洋科學(xué)是門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。它由物理海洋學(xué)、海洋地質(zhì)與地球物理學(xué)、海洋生物學(xué)、海洋化學(xué)、海洋環(huán)境科學(xué)、河口海岸學(xué)、海洋工程、海洋監(jiān)測與調(diào)查技術(shù)、海洋遙感、海岸帶綜合管理等分支學(xué)科組成，各分支學(xué)科相互聯(lián)系、相互影響，構(gòu)成了一個完整的科學(xué)體系。海洋科學(xué)的研究內(nèi)容不僅涉及地球科學(xué)所研究的氣圈、水圈和巖石圈的科學(xué)問題，而且還涉及生物圈及其它有關(guān)的科學(xué)問題。此外，海洋與氣候環(huán)境變化、生命起源、資源開發(fā)及國家安全等都有著密不可分的關(guān)系，形成了一系列重大的學(xué)科綜合和交叉領(lǐng)域。海洋環(huán)境是多種因素并存且互相影響的一個整體, 必須加以綜合研究方能解決問題, 多學(xué)科交叉與綜合研究是當(dāng)今海洋科學(xué)研究發(fā)展的趨勢；海洋科學(xué)在加強(qiáng)區(qū)域化研究的同時，已經(jīng)向全球化和國際化方向發(fā)展，圍繞著氣候、資源、環(huán)境等重大問題形成了一系列有較大影響的國際海洋科學(xué)研究計劃，與此相伴的是廣泛的國際合作，促使海洋科學(xué)研究不斷的深入和快速的發(fā)展。此外,海洋探測技術(shù)、室內(nèi)分析技術(shù)和海洋信息處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得獲取現(xiàn)場觀測資料的水平不斷提高, 這已成為當(dāng)今推動海洋科學(xué)發(fā)展的動力之一。海洋占地球表面積的71%，自然界的很多現(xiàn)象僅在海洋中發(fā)生。海洋科學(xué)不但在地球系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識中占有極其重要的地位，而且在解決生態(tài)環(huán)境演變、資源開發(fā)利用及國家安全上也發(fā)揮著重要作用。由于歷史的原因，我國的海洋科學(xué)起步較晚；加之投入不足，在客觀上