地球科学以地球为研究对象,古老、庞大且复杂的地球本身具有哪些主要特点-

由于地球科学以庞大的地球作为研究对象，并具有很强的实践性和应用性，所以它的研究方法与其他自然科学有较大的差异。它既要借助于数学、物理、化学、生物学及天文学的一些研究方法，同时又有自己的特殊性。

地球科学的研究方法与其研究对象的特点有关，地球作为其研究对象主要有以下特点：

（1）空间的广泛性与微观性

地球是一个庞大的物体，其周长超过4×104 km，表面积超过5×108 km2。因此，无论是研究大气圈、水圈、生物圈以及固体地球，其空间都是十分广大的。这样一个巨大的空间及物体本身由不同尺度或规模的空间和物质体所组成。因此，要研究庞大的地球，就必须研究不同尺度或规模的空间及其物质体，特别是要注重研究微观的空间和物质特征，如不同学科都要研究其相应对象的化学成分、化学元素的特性等。地质学要研究矿物晶体结构，水文学和海洋学要研究水质点的运动等，气象学要研究气体分子的活动等。而且，整个地球系统是一个开放的动力系统，其与宇宙环境（地-月系、太阳系及银河系等）之间总是不断地进行着物质、能量的交换；地球系统中各种自然现象、作用过程的发生、发展和演化与其所处的宇宙环境是分不开的。因此，现代地球科学已开始充分重视宇宙环境对地球系统的影响研究；也就是说研究的空间范围还要超越地球系统，涉及更加宏观的宇宙环境（图0-1）。只有把不同尺度的研究结合起来，把宏观和微观结合起来，才能获得正确的和规律性的认识。

（2）整体性（或系统性）与分异性（或差异性、多元性）

整个地球是一个有机的整体，是由不同层次的、具有紧密联系的子系统组成的统一系统；不仅在空间上地球的内部圈层、外部圈层都表现为连续的整体性，而且地球的各内部圈层之间、内部与外部圈层之间、各外部圈层之间也都是相互作用、相互影响、相互渗透的，某一个圈层或某一个部分的运动与变化，都会不同程度地影响其他部分甚至其他圈层的变化，这也充分表现了它们的有机整体性。然而，地球也是一个非均质体，它的不同的组成部分（或子系统）无论在物质状态还是运动和演变特点上都具有一定的差异，表现出分异性或多元性。例如，不同地区的地理环境、气候环境具有明显的差异，不同地区的水文条件也具有明显差异。固体地球特别是地壳的不同地区或不同组成部分的差异性更为显著，如大陆、海洋、山系、平原等。这种差异性不仅表现在空间和物质组成上，也表现在它们的运动、变化与形成、发展上。

（3）时间的漫长性与瞬间性

据科学测算，目前可追溯的地球年龄长达46亿年。在这漫长的时间里，地球上曾发生过许多重要的自然事件，诸如海陆变迁、山脉形成、生物进化等。这些事件的发生过程多数是极其缓慢的，往往要经过数百万年甚至数千万年才能完成。短暂的人生很难目睹这些事件发生的全过程，而只能观察到事件完成后留下来的结果以及正在发生的事件的某一阶段的情况。但是，有些事件的发生可以在很短的时间内完成。例如，天气现象往往表现为几天、几小时甚至更短的时间，地震、火山爆发等也都发生在极短的时间内。

（4）自然过程的复杂性与有序性

地球演化至今经历了复杂的过程。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。此外，各种自然过程还会受地区性条件的影响而具有地区的差异性。所以，自然过程是极其复杂的，而且这种过程由于其漫长性和不可逆性，依靠人类的力量很难完全重塑和再现其过程，因而更增添了地球科学研究工作的艰巨性。但是，这些复杂的自然过程并不是杂乱无章的，它们都具有其发生、发展的条件和过程，都具有一定的规律可循，这也正是地球科学工作者的重要研究任务。

1. 研究对象

第四纪地质学的研究对象主要是第四纪的沉积物，这也是地球表层最为常见和分布广泛的地质体之一。第四纪沉积物是记录发生在第四纪时期各种地质事件的良好载体，是第四纪地质研究的天然 “实验室”，含有丰富的地质信息。如果我们采用各种手段，如野外观察、室内化学分析、化石分析、矿物分析等，是可以从第四纪沉积物中获得我们所需的各种地质信息的。通过对这些信息处理、分析和研究，就能揭示地球表层在第四纪不同时期的原貌。但是在第四纪时期，地表环境复杂，气候曾发生过剧烈变化，导致了在不同地区和不同时期有着不同的营力作用，因此在地球表层形成了各种成因类型的沉积物。这些沉积物在时间和空间上不仅发生岩性上的变化，而且在厚度、岩相上差异也很大。不仅如此，除极少的沉积物外，绝大多数的第四纪沉积物都是松散未固结的，而且有的尚处在形成之中。可见第四纪地质学的研究对象复杂而多变。

地貌学的研究对象是地表形态，即地形。地形就是地表的高低起伏、坡度、切割程度等方面的特征。地球表面的地貌规模大小悬殊，大到整个球体地球，小到一条冲沟、一个倒石锥等; 形态各异，如突兀的角峰，深切的河谷，平坦的平原，奇特的雅丹，神奇的岩溶; 其成因复杂，有由河流、冰川、风等外部营力塑造的，也有由构造运动、火山活动等内部营力形成的; 地表形态始终处在不断的发展变化之中，随着地表营力的变化，其形态也发生变化，如山脉的高度变化，河谷深度和长度的变化，斜坡的坡度变化，平原的面积变化，等等。因此，地貌学的研究对象也是一个复杂而多变的地质体。

2. 研究任务和研究内容

在工业革命以后，人们不仅对自然资源的需求越来越多，而且还进行了大量的工程建设。在自然资源的寻找和利用以及工程建设过程中，常常会遇到很多的地貌和第四纪地质问题，如开采砂金矿需要研究沉积物的特征，拦河筑坝需要研究河谷形态特征，工程建筑需要研究地貌和第四纪沉积物特征等。人们在解决这些实际问题的过程中，总结出了一些自然规律，如第四纪沉积物分布规律、地貌形成的规律等，并逐步上升到理论，利用这些理论更好地服务于人类。因此，第四纪地质学与地貌学的两个主要任务是:

1)通过各种研究手段，提取各种信息，重建第四纪时期的地质演化历史，探究演变规律，预测未来变化。在第四纪时期，环境、气候、生物、地貌等都发生过重大的变化，这些变化构成了第四纪时期的地质演化历史。我们不仅要知道在这个时期曾经发生过哪些地质事件，而且要探究它们发生的背景和动力机制，弄清这些地质事件的发生过程和规律，其目的就是为了对地表环境未来变化进行预测，为人类服务。

2)将理论研究应用于实践，解决实际问题，减灾防灾，改善人们的生活环境。不管是过去，还是现今，地球表层的自然灾害频繁发生，如干旱、土地沙化、泥石流、滑坡、地震、火山爆发等等，它们对人类生命及生存环境影响重大。通过对这些灾害形成机理的详细研究，可以弄清它们发生的地质背景和规律性，并对它们可能发生的空间、时间、强度进行预报，以减少人们的生命财产损失。人类工程的增多和对自然资源需求的增加，如拦河筑坝、城市建设、地下工程、矿产和地下水开采等，都需要第四纪地质学和地貌学的知识。

根据第四纪地质学与地貌学的研究任务，这门学科不仅要解决一些地质学方面的理论问题，还要解决人类活动所需的实际问题。因此，第四纪地质学与地貌学的主要研究内容包括以下几个方面:

1)第四纪沉积物的岩性、成因、分布及工作方法的研究。第四纪沉积物是赋存各种地质事件信息的重要载体，是天然的数据库。我们不仅要研究第四纪沉积物本身的特征，而且还要研究如何从沉积物中获取这些地质信息的方法。通过对第四纪沉积物的研究可甄别出各种地质事件发生的原因、背景和过程。因此，第四纪沉积物的研究是第四纪地质研究的基础。

2)第四纪气候变迁和海平面波动的研究。第四纪时期的一个非常显著的特征是气候在总体降温的背景下发生剧烈的波动，由此引发冰期(冷期)与间冰期(暖期)、湿润期与干旱期、高海面与低海面之间的频繁波动。第四纪地质学要研究气候波动的空间尺度、时间尺度和变化幅度，及其产生的原因和变化趋势。

3)第四纪生物界的构成和演化，以及人类及其文化演化的研究。第四纪是一个各种生物非常繁盛的时期，不仅种类繁多，而且还出现了人类。人类的出现是生物圈演化的重大事件，给整个生物圈带来重大的影响。我们需要研究生物圈在第四纪的演化特征、重大的生物演化事件、生物演化与环境的关系、人类及其文化演化的动力因素。

4)第四纪地层和年代学的研究。第四纪地层研究是第四纪地质学的一个重要内容，如果沉积物没有时间框架，就失去了地质事件研究基础，因此需要确定第四纪地层的年代，并对其进行划分对比，建立起地层层序。为此需研究第四纪测年的方法和原理、各种测年方法的适用范围和取样要求。

5)地球表层地貌形态特征、成因、分布、演化的研究。固体地球表面的地貌形态复杂，成因各异，而且还处在不断的发展过程中。我们要研究这些地貌的形态特征、规模、形成动力和物质基础、影响因素、分布规律，以及演化过程等，同时还要研究地貌对人类工程以及对地质灾害的影响。

6)第四纪构造运动的研究。研究第四纪断层的活动性，地震和火山的活动规律，构造运动对地貌、气候、环境的影响。

7)应用第四纪地质的研究。将第四纪地质学知识应用于解决人们生活和工作中的实际问题是第四纪地质学的重要目的之一，人类工程、人体健康、生态环境、自然灾害、资源开发等或多或少都受到第四纪地质环境的影响，对这些方面的研究可以提高人类生存环境的质量和减少自然灾害。

3. 与其他学科的关系

地球科学研究的对象是地球的各个圈层，即大气圈、水圈、生物圈和固体地球。对每一个圈层的研究都涉及到一门或一门以上的学科，如气象学和气候学研究大气圈，水文学和海洋学研究水圈，生物学和生态学研究生物圈，地质学和地球物理学则研究固体地球。第四纪地质学与地貌学均属于地球科学范畴，它们以研究地球最近一个时代的演化历史为主要目的，重建这个时期的地球表层及其环境演变序列，以及探究岩石圈与其他圈层间的相互作用。因此，第四纪地质学和地貌学与地球科学的多个学科都有密切的关系(图 1-3)，是一门多学科相互渗透和交叉的综合学科。

图 1-3 第四纪地质学及地貌学与其他学科的关系

地貌学在很大程度上是研究固体地球表面剥蚀(侵蚀)与堆积的关系，而目前的地表形态大都形成于第四纪。第四纪堆积物正是近期地貌演变的天然记录，而一些堆积地貌形态的形成过程，也是第四纪沉积物的形成过程。因此，地貌学与第四纪地质学有着不可分割的联系。

第四纪地质学与地貌学不仅研究的时空范围一致，研究对象和内容相关，而且研究方法亦有许多相似的地方，如区域调查，沉积物岩性、岩相分析，动力分析，以及地球物理方法、同位素测年、遥感等新技术的应用等，都是两者共同的研究方法。