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　地球系统指的是

大气圈

、

水圈

、陆圈和

生物圈

（包括人类本身）组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统，其间存在着地球系统各组成部分之间的相互作用，物理、化学和生物三大基本过程之间的相互作用以及人与地球系统之间的相互作用。

地球系统科学

研究地球系统在复杂的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；从而建立全球环境变化预测的科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。

今天，人类面临的环境问题的严重性在于它们不再只是局地的或区域的问题，而是跨越国界的

全球性问题

，如

气候变暖

臭氧洞

的形成和加剧，沙漠化和

水资源短缺

，植被破坏和物种大量消失等等，无一不是全球面临的共同问题。这些重大的环境问题就科学内容而言已经远远超过了单一学科的范围，往往涉及大气、海洋、土壤、生物等各类

环境因子

，又与物理、化学和

生物过程

有密切关联。只有从地球系统的整体着手才有可能弄清这些问题产生的原因，寻求解决的办法。

全球环境的别一个重要特点是，重大环境问题主要是人类的不合理开发利用地球资源所造成的，其影响就强度和速度而言已接近自然变化，并正在继续加剧，从而可能对未来人类的生存环境产生长远的不可逆转的后果。这就迫使人们从球角度制定对策，控制和调整自身的行为，使整个

地球环境

朝着有利于人类的方向发展。

同时，观测技术的发展，特别是

卫星遥感技术

，提供了对整个地球系统行为进行长期的、立体监测的能力；计算机技术的发展为收集处理分析地球系统变化的庞大信息、发展复杂的地球系统的数学模式提供了工具。只有技术的发展加上自然科学各分支学科自身的进步，才有可能从整体上研究整个地球系统及其变化。

因此，地球系统科学是为迎接人类面临的基本生存环境问题，即

全球变化

的挑战而兴起的一门基础学科，是全球环境变化研究的理论基础。

从全球环境变化的速度看，地球系统可看作由慢变化和快变化两个系统组成，快变化系统由大气、陆面和上层海洋组成。快系统是驱动地球系统的

热机

，供给动量、水和能量。如云控制着行星反射率和可达地面的辐射能量，驱动

大气运动

，同时也通过海洋和大气之间的动量、热量交换驱动海水的运动。到达地面的

太阳辐射

同时也是供给生物生长的主要能源。蒸发和降水控制地球

水循环

，也控制着地球上生物所需要的淡水。淡水和光的供应控制植物分布；植被和土地利用也是控制地表对太阳辐射的吸收、蒸腾和湍流热输送的主要因子。同时，水体和土地利用影响

生物地球化学循环

，这本身又受到人类活动的支配。因此，一方面能量过程是地球系统变化的动力；别一方面这种动力又要依靠两个

物质循环

过程；水循环和生物地球化学循环，把大气、海洋、陆地和生物圈联结起来。快系统变化的

时间尺度

大约是10~100年，与当前人类面临的

全球环境问题

联系最密切。

地球系统科学关注的另一时间尺度是几千年到几万年的变化过程，它以研究地球系统的形成、演化为主要目标。在这个时间尺度，地球变化同时受太阳辐射能量和

地核

能量

过程所

驱动。整个地球系统可看作是由地核-

地幔

过程、板块动力过程和

太阳驱动

过程这三个子系统所组成。主要的科学问题是研究地球系统在漫长的演化过程中是如何工作的？这里包含了早期

地球史

的研究，如地壳的形成，地核和地幔的形成，大气圈、水圈及生物圈形成，板块动力学，太阳能驱动下岩石侵蚀、风化、

土壤形成

、地貌变化及

古气候

的研究等。

显然，两个尺度的地球系统变化过程是密切联系在一起的，长期的历史演变是近代地球环境变化的背景。

地球系统科学以整个地球为研究对象，但它并非是一门凌驾于所有

地球科学

、环境科学和

宏观生物学

等之上的“超级学科”，而是以学科之间的交叉地带作为其主要研究领域，以学科之间的相互渗透和合作为其研究方式的一门交叉学科，在这里需要有创新的观念、方法和理论。

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