地球系统科学
地球系统科学~知识整理
第一章、地球系统科学1、如何认识一个系统：1物质组成2系统各部分中的过程3系统各部分之间的相互作用－反馈2、地球系统科学的定义地球系统科学：将地球大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈作为一个相互作用的系统，研究它们之间的物理、化学和生物的过程，并与人类生活和活动结合起来，借以了解现状和过去，预见未来。
从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间度从几百年到几百万年。
3、地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）、冰雪圈、生物圈和人类圈组成的有机整体。
是作为相互作用过程的集合，而不是单个部分的组合。
4、水体：天然或人工聚集的水成为水体。
5、水圈：地球表层水体的总称。
（水圈中的水以三相存在，分布于地表、地下和大气中。
）6、生物圈：生物圈是地球上所有动物、植物和微生物等生物有机体及其活动空间的总称。
生物圈占据了包括大气圈对流层下部、几乎整个水圈以及岩石圈表层的薄层范围。
其核心部分，即地表面以上100米至水面200以下米之间，集中了绝大部分生物。
7、冰雪圈。
冰雪圈的5个组成部分：海冰、大陆冰原、季节性雪盖、永动土和高山冰川。
前两者是最重要部分。
相对于液态和气态的水而言，冰和雪具有相对的稳定性。
冰雪圈覆盖全球海洋的7％，多年冰覆盖陆地表面的11％，但其覆盖范围可变。
冰雪圈的分布范围对地球表面温度非常敏感。
水的冰点恰好位于地球表面最高和最低温度之间约一半之处。
冰、雪和冻土分为常年（多年）性和季节性。
季节性冰、雪和冻土产生的季节影响和年际影响非常显著。
因常年性冰、雪和冻土的分布稳定少变，在十到百年尺度以上，可以产生比较固定的影响过程和影响趋势。
冰雪圈的重要性：（1）稳定的对太阳辐射的高反射率，影响地表能量收支。
（2）极地大气－冰－开放海洋的能量交换过程。
（3）约占总水量的2％，占有地球上近80％的淡水资源。
（海平面）补充：岩石圈地球是由一个物质分布不均匀的同心球层构成，它包括地壳、地幔和地核。
2023地球系统科学专业介绍及就业方向
2023地球系统科学专业介绍及就业方向地球系统科学专业介绍地球系统指由大气圈、水圈、陆圈(岩石圈、地幔、地核)和生物圈(包括人类)组成的有机整体。
地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联系、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，从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学就业方向地球系统科学考研的毕业生可以在政府机关、城市建设、国土资源、国防、信息产业、财政金融、公共事业管理、交通、电力、能源、环境保护、气象等部门和领域从事科研、教学、生产及管理工作。
增设21种新专业教育部公布了2022年度普通高等学校本科专业备案和审批结果，新增备案专业1641个、审批专业176个(含150个国家控制布点专业和21种、26个目录外新专业)，调整学位授予门类或修业年限专业点62个。
本次备案、审批和调整的专业，将列入相关高校2023年本科招生计划。
另对部分高校申请撤销的925个专业点予以备案。
教育部积极引导高校开设国家战略和区域发展急需的相关专业，此次新增了地球系统科学、生物统计学、未来机器人、安全生产监管、国家公园建设与管理、医工学、乡村治理、家庭教育、无障碍管理等21种新专业，并正式纳入《普通高等学校本科专业目录》。
为支持高校积极探索推进学科专业交叉融合，培养复合型拔尖创新人才，首次在工学门类下增设交叉工程专业类。
截至目前，本科专业目录共包含93个专业类、792种专业。
据统计，此次专业增设、撤销、调整共涉及2800余个专业布点，占目前专业布点总数的4.5%。
从学科门类看，工学所涉专业数量最多，有1074个;从区域布局看，涉及中西部高校的专业有1503个，占比超过50%。
本科专业类型结构和区域布局结构进一步优化，高校主动服务经济社会发展的意识和能力进一步增强。
怎么选择自己的大学专业1.选择感兴趣的专业学生在进行专业选择时，要选择自己感兴趣的专业，但也不能只依靠兴趣。
《地球系统科学》课程教学大纲
《地球系统科学》课程教学大纲课程名称：地球系统科学 / Earth System Science课程编码：12024007 课程类型：专业选修课课程性质：专业主干课适用范围：06地理信息系统学时数：36 其中：实验/实践学时：课外学时：学分数： 2 先修课程：自然地理学、地理信息系统、遥感概论考核方式：考查制定单位：广州大学地理科学学院制定日期：2006年审核者：夏丽华执笔者：千怀遂一、教学大纲说明（一）课程的地位、作用和任务地球系统科学以全球性、统一性的整体观和系统观，从多种时空尺度研究地球的整体行为，其理论的构建，将使人类更好地认识所赖以生存的环境，更有效地防止和控制可能突发的灾害对人类所造成的损害，更有利于人类与地球的和谐发展。
该学科是在全球变化、地理信息科学和可持续发展等领域深入研究和不断拓展的基础上发展起来的一门新兴学科，本课程以专业选修课的形式，向学生介绍地球系统科学的形成与发展及其基本概念、基本理论和基本方法，并使学生了解其在全球变化、生态环境、资源开发、土地利用、管理决策、灾害防治等方面的应用。
（二）课程教学的目的和要求通过本课程的教学，让学生：1) 树立地球系统科学研究的整体观和系统观，了解地球系统科学的多时空尺度，并理解只有更好地认识人类所赖以生存的环境，才能更有效地防止和控制可能突发的灾难。
2) 了解可持续发展的内涵是以资源的可持续利用和良好的生态环境为基础，以经济可持续发展为前提，以谋求社会的全面进步为目标。
3) 初步了解地球系统科学研究中的遥感和地理信息系统技术，学会常用遥感图像处理软件的基本操作，能够初步运用地理信息系统技术进行空间数据的基本分析。
（三）课程教学方法与手段课程的主要教学方法包括课堂讲授与自学讨论。
课堂讲授部分全部使用多媒体技术授课。
（四）课程和其它课程的联系本课程的先修课程包括自然地理学、地理信息系统、遥感概论，并要求学生具有一定的数学基础。
（五）教材与教学参考书教材：毕思文，地球系统科学导论，科学出版社，2004年第一版。
孙九林院士_地球系统科学理论与实践
２００６年第１期地球系统科学理论与实践●孙九林／中国科学院院士、中科院地理与资源研究所研究员（１０００００）随着人类社会谋求可持续发展的意愿不断加强，地球科学的研究需要回答诸如地球资源还能支持人类社会发展多久，人类生存环境对人类自身发展的极限承载力，全球环境在人类活动干预下的变化趋势，以及如何规范人类活动以达到人与自然协调发展的目的等问题。
回答这些问题，需要把地球的大气圈、水圈（含冰雪圈）、生物圈、岩石圈、地幔和地核以及近地空间视作密切联系的整体，并关注人类活动的影响，理解它们相互作用的过程和机理。
一、地球系统科学的产生与发展１．地球系统科学的定义地球系统科学（ＥａｒｔｈＳｙｓｔｅｍＳｃｉｅｎｃｅ）是２０世纪８０年代初国际科学界为迎接全球环境变化的挑战而提出的一门全新的集成科学。
地球系统科学是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，从而奠定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。
以理解地球系统整体运行与变化为目的的地球系统科学是一个新兴的、多学科交叉的复杂性科学研究领域，是一门新兴的学科。
２．地球系统科学产生的背景２０世纪８０年代诞生的地球系统科学，是人类社会需求和科学发展规律所驱动，基于资源、环境、生态、灾害等一系列全球性环境问题威胁着人类的生存与发展，人类活动在导致地球环境变化中的作用日益增大，并从局部范围步入到全球影响时代，而引起人们的普遍重视。
地球的大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核等各个组成部分是一个具有密切联系而相互作用着的整体，是一个所有的组成要素处在相互作用之中的动态系统。
任一圈层过程都在不同程度上与其它圈层不同时空尺度过程存在着相互影响和制约，任一圈层的结构、功能和行为都是地球系统在局部的反映；其中某一成分的变化都会引起其它成分的响应，往往又是其它成分共同作用的结果。
科学技术突飞猛进，传统学科自身的成熟，促进了学科之间的联系和依赖。
学习简单的地球科学知识
学习简单的地球科学知识地球科学是一门研究地球的形成、演化、结构以及地球系统的学科。
通过学习地球科学知识，我们可以更好地了解地球上发生的自然现象，如地震、火山喷发和气候变化等，以及它们对人类生活和环境所带来的影响。
本文将介绍一些简单的地球科学知识，帮助你更好地了解我们生活在的这个蓝色星球。
第一部分：地球的形成和演化地球的形成可以追溯到约45亿年前，当时的太阳系还是一个巨大的星云。
随着星云的旋转和坍缩，太阳形成并成为太阳系的中心。
在太阳的重力作用下，围绕它旋转的物质形成了行星。
地球是太阳系中的一颗行星，它在约46亿年前形成。
地球在形成后经历了漫长的演化过程。
最早期的地球表面是炽热的岩浆海洋，随着时间的推移，地壳形成并逐渐冷却。
同时，大气层也开始形成，最初的大气主要由水蒸气和二氧化碳组成。
通过地壳的变化和大气层的演化，地球逐渐变为一个适宜生命存在的星球。
第二部分：地球的结构地球的内部可以分为三个主要部分：地壳、地幔和地核。
地壳是地球最外层的部分，分为大陆地壳和海洋地壳。
大陆地壳主要由较轻的花岗岩和岩石组成，而海洋地壳则由较重的玄武岩构成。
地壳的厚度在不同的地方有所差异，平均厚度约为30到50千米。
地幔位于地壳的下方，厚度约为2885千米。
地幔的物质主要由硅、氧、铝、铁等元素组成，具有较高的温度和压力。
地核是地球的中心部分，分为外核和内核。
外核是液态的，主要由铁和镍组成；内核则是固态的，主要由铁和少量的镍组成。
地核的温度非常高，达到了约5700摄氏度。
第三部分：地球系统地球是一个复杂的系统，由大气、水、地壳和生物等多个组成部分互相作用而成。
这些组成部分相互关联，影响着地球上的气候、生态系统和地质活动等。
大气层是地球上最外层的气体包围层，主要由氮、氧、氩和二氧化碳等组成。
大气层的存在起到保温和屏蔽宇宙辐射的作用，同时也对地球上的气候产生重要影响。
水是地球上最重要的物质之一，它覆盖着地球表面的约70%。
水分为海洋水、淡水和冰川等不同类型，通过蒸发、降水和地下水的循环，水在地球系统中发挥着至关重要的作用。
关于地球系统科学的重要概念和原理
一、地球系统科学的概念地球系统科学是研究地球各种自然现象和地球内、外部分相互作用的一门综合性学科，它侧重于地球系统整体性质和规律性的研究。
地球系统科学的出现，标志着科学研究的一个重大转变，即由过去的单一学科分析逐步向多学科交叉融合的态势发展。
地球系统科学的研究内容主要涉及到大气、海洋、陆地、生物圈等多个领域，旨在全面了解地球的动态变化和相互通联，以期更好地保护地球环境、实现可持续发展。
二、地球系统科学的重要原理1. 系统性原理地球是一个复杂的系统，包括大气、海洋、陆地和生物等多个相互关联的要素。
而这些要素之间相互作用，构成了地球系统。
“系统思维”是地球系统科学的核心原理，即以整体的观念看待地球，探寻各个要素在系统之中的相互关系和影响，从而揭示地球系统的整体性质和演化规律。
2. 动力学原理地球系统的各要素之间存在着复杂的动力学过程，包括气候变化、天气系统、海洋循环、地球物质循环等。
研究这些动力学过程，并将其纳入到地球系统的整体框架之中，有助于揭示地球系统内在的规律性和演化机制。
3. 平衡与失衡原理地球系统的内部各个要素之间存在着一种动态的平衡状态，但受到外部因素的影响和内部要素之间的相互作用，也可能出现失衡的情况。
通过研究平衡与失衡的原理，可以更好地了解地球系统的紊乱与稳定之间的关系，及时发现问题并采取相应的措施。
4. 可持续性原理地球系统科学强调地球的可持续发展，即要在满足人类需求的保证未来世代的生存和发展。
地球系统科学研究的重要目标之一是确定可持续发展的策略和措施，以减缓气候变化、保护生态环境、合理利用自然资源等，实现地球生态系统的可持续发展。
5. 多学科交叉原理地球系统科学是一门综合性的学科，其研究内容和方法涉及到地球物理学、地球化学、地质学、气象学、海洋学、生态学等多个学科领域。
多学科交叉原理要求地球系统科学家跨学科合作，充分利用各种技术手段和理论方法，从多个方面深入研究地球系统的结构、动态和演化规律。
地球系统科学中的全球变化
地球系统科学中的全球变化地球是一个极其复杂的系统，人类在地球上的活动不断对地球系统产生影响。
通过对地球系统的全面观察和分析，科学家们发现，人类的活动已经对地球系统产生了重大影响，甚至引发了地球系统的全球变化。
全球变化是指地球系统在各个方面发生的长期、持续的变化。
这些变化涉及了地球的气候、水文、生态、地质等多个方面，而这些方面又相互联系、影响，构成了地球系统的整体运行。
全球变化的发生不仅直接影响人类生产生活，也会带来不可预测的环境灾害，成为人类面临的重大挑战。
气候变化是全球变化中最为人所知，并且最为关注的方面。
气候变化的本质是大气中的温室气体（如二氧化碳、甲烷、氮氧化物等）的增加导致太阳热量在地球上不断积累的结果。
随着地球上的温度不断升高，全球范围内气温、降雨量、海平面等都会发生变化，影响了全球的生态系统、水资源等多个方面。
气候变化的影响不单是眼前的短期效应，而是一个长期的、不可逆转的过程，需要采取积极的、长远的应对措施。
水文变化指的是水循环中各环节的变化。
随着气候变化导致的降雨量改变、蒸发量改变等，地球上的水资源的分布、质量和数量也发生变化。
水文变化不仅对地球的生态系统产生影响，而且直接影响着人类的生产生活。
尤其是水资源的匮乏和恶化将严重限制人类社会的持续发展。
地表系统的变化也在不断影响着全球的生态系统。
人类的活动导致了物种的灭绝、生态系统的崩溃、生产生活方式的变化等，进而影响到了全球生态系统的健康和稳定。
同时，地球的其他地球化学演化也在不断变化：从地球磁场的状况，到地球自转速度的变化，从地壳构造的改变，到海洋扩张等。
这些变化与人类活动的影响一同作用，需要科学界不断进行深入的研究，以便推进更科学、更可持续的社会发展。
地球系统科学研究的目标是构建一个以地球为基础的统一科学研究框架。
通过对地球系统内各个方面的研究，科学家们得以进一步了解和掌握地球系统的本质和运行规律，推进综合科学的发展。
虽然我们无法完全控制地球系统的变化，但通过系统科学知识的发展和应用，能够更好的预测全球变化的趋势和影响，以更优秀的方案应对挑战。
地球系统科学研究的趋势与前沿
地球系统科学研究的趋势与前沿地球是我们的家园，而认识家园的自然环境、地球系统以及自然灾害是我们保护和利用自然资源的前提。
随着科学技术的不断发展和自然环境的复杂变化，地球系统科学研究的前沿和趋势也不断发生着变化。
本文将分别从地震、气候、水资源、自然生态等不同方面，探讨近年来地球系统科学研究的趋势和前沿。
一、地震研究趋势与前沿地震是地球上一种常见的自然灾害，发生了多少次，却无法预测其具体时间和地点。
因此，近年来，地震预测和早期警报技术的研究成为地球系统科学的热门领域。
科学家们通过龙卷风、地形剖面分析等等手段，建立出不同的震源机制模型，进而预测地震的时间和地点。
此外，数值模拟和实验研究也是地震研究的重要方向。
通过模拟地震的物理模型，来模拟、识别地震活动的机制，从而为地震预测、灾害应对和防范提供更加可靠的依据。
二、气候变化研究趋势与前沿全球气候变化已经成为全球关注的话题之一，大气水平的气候变化不仅是全球甚至全地球的共同问题，而且也是很多地方的生态恶化和自然灾害的直接原因。
因此，在气候变化的研究方面，为了预测全球气候状态和变化趋势，发展模拟模型和预测模型是当下研究的重要领域。
此外，为了探究整个地球系统里的二氧化碳循环，同时也为了研究全球气候变化过程中的其他因素，近年来，科学家们开始研究全球碳循环。
三、水资源研究趋势与前沿水资源是地球上最重要的自然资源之一。
然而，全球气候变化不仅会直接影响地球系统的水循环，而且也会给人类的水资源供需带来重大挑战。
因此，为保障地球水资源的可持续发展，近年来的研究重点就是研究水循环和水质量问题，并进一步研究市场化的水资源开发与使用方式。
四、生态环境保护研究趋势与前沿生态环境保护已成为地球系统科学研究的重要方向之一。
生态系统是地球系统中最为脆弱的一环，生态保护防止生态系统的紊乱，我们可以从源头上减小场地污染，将危险物质控制在源头上。
另外，保护地球生态的措施不仅需要技术上的支持，更需要人类社会看起来的参与。
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地球系统科学
地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人类）组成的有机整体。
地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联系、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，从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间尺度从几百年到几百万年。
简介
地球系统科学是从传统的地球科学脱胎而来的。
人类的生活要从环境中获取食物、能源，故必然关心所居住的环境，对所立足的地球产生求知欲，于是逐渐形成了地球科学的各分支，如气象学、海洋学、地理学、地质学、生态学等。
然而，它们是对地球的某一组成部分的分门别类的研究。
随着研究的深入，形成了各自的研究方法、手段和目的。
但是，由于地球的空间广域性，形成它的时间悠久性和组成其要素的复杂性，分门别类的研究尽管有的学科已达定量、半定量化的研究水平，但仍不能完整地认识地球，传统地学面临着挑战。
用系统的、多要素相互联系、相互作用的观点去研究、认识地球，越来越为有识之士所倡导。
于是，在20世纪80年代中期，特别以美国地球系统科学委员会（Earth System Science Committee）在1988年出版的《地球系统科学》一书为标志的“地球系统科学”思想和概念被明确提出。
事实上，上世纪六七十年代在中国兴起的对自然地理各要素进行综合研究的思想，可以看作是（表层）地球系统科
学的萌芽。
只是后者涉及的范围、领域更广，时间更长，系统的方法和现代技术手段更加先进完善而已。
起源
地球系统科学是应人类面临的根本生存环境危机——全球变化的严峻挑战而兴起，在近年诸多高新技术在地学上的应用研究而促进其发展，它反映了现代人类对人－自然界关系的哲学理念。
但是，概念尽管已提出，行动却尚有不少困难。
首先就是面对这个复杂的开放的巨系统，如何能适时地、多周期地获取系统多参数的海量数据？同时，又如何对海量数据进行整合、集成以及选取合适的参数进行数学建模？模型又如何能适时地检验？如何对全世界成千上万的地学实验室、科研机构、大专院校的科学研究和获取的宝贵数据能进行共享、交换？这些问题均有待解决。
地球系统科学又面临困境。
幸运的是，地球系统科学由于现代工程技术科学的参与与支持，将出现一场新的技术革命。
数字地球就是这场技术革命的集中体现，它有望给地球系统科学带来研究方法，手段的革命性变化。
地球系统科学是以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，来研究地球系统的整体行为，使得人类能更好地认识自身赖以生存的环境，更有效地防止和控制可能突发的灾害对人类所造成的损害。
地球系统科学在现代技术，尤其是空间技术和大型计算机发展后出现，致力于对地球的整体探索。
它以地球科学许多分支学科的大跨度交叉渗透，与生命科学、化学、物理学、数学、信息科学以及社会科学的紧密结合为特征。
其研究发展的特点为时空尺度大，综合性强，实用空间大，支持有效监测和预测，研究大量采用高新技术，采集、存储、处理的数据量都极其巨大。
研究现状
地球系统科学的概念最早是由美国国家航空航天局（NASA）于1983年提出的。
1980年代中期以来，地球科学发展迅猛，科学家明确提出地球物理过程与生物过程相互作用的观点，进而形成了地球系统的思想。
1990年代，这一观点逐渐成为地学界共识，美国、英国、日本等国纷纷制定相关计划，更促使了这一学科蓬勃发展起来。
美国已有22所大学将地球系统科学教育纳入课程之内，联合国的《21世纪议程》更将地球科学作为可持续发展战略的科学基础之一。
要解决地球系统科学的一些重大突出问题，将需要有跨过学科边界的有效的和持续的合作。
基于这一思想，英国自然环境研究委员会（NERC）于2002年12月提出了一项地球系统科学研究计划——量化并理解地球系统（QUEST）计划，并于2004年7月发布了该计划的科学计划和实施计划。
QUEST计划为期6年（2003-2009年），其主要目标是提高对地球系统中大尺度过程及其相互作用的定性和定量理解，特别关注大气、海洋、陆地中的生物、物理和化学过程之间的相互作用以及人类活动与它们之间的复杂关系。
QUEST计划主要集中于三个研究主题：现今的碳循环及其与气候和大气化学之间的相互作用；大气成分在冰期-间冰期和更长时间尺度上的自然变化；全球环境变化对资源可持续利用的影响后果。
德国联邦政府教育与研究部和德国科学基金会（DFG）共同策划制定了未来15年（2000-2015年）的超大型研究计划——地球工程学，并已于2000年3月就正式定稿和招标实施。
地球工程学是把地球的整体作为研究对象，该计划将有助于从地史时期的发展过程研究中探索地球的未来状
况。
在这个计划中，进一步明确了地球科学的任务，即与其他科学进行学科间合作，在工业方面为解决紧迫的、与社会发展关系重大的问题和生态问题做出贡献。
该计划的研究目标是认识这些过程及其相互变化关系，以及评估人类对于自然平衡和自然循环的影响。
气象学家叶笃正等以地球系统科学为指南，从整体的角度出发，从1987年开始开展了中国的全球变化预研究。
2001年1月，中国科学院院长路甬祥把对“地球系统整体行为的集成研究”列为21世纪科学家要面对的第九大挑战。
2002年10月，温家宝在中国地质学会80周年纪念大会上讲话时强调，必须实现传统地质工作向以“地球系统科学”为核心内容的现代地质工作的转变。
自然科学基金委地学部于2002年3月提出21世纪初的地球科学战略重点，拟定了“以地球系统各圈层的相互作用为主线，从我国具有优势的前沿领域寻找主攻目标”的优先资助领域战略。
地球系统科学理论
地球系统科学是把地球看成一个由相互作用的地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类社会等组成部分构成的统一系统，是一门重点研究地球各组成部分之间相互作用的科学。
研究目的是了解地球系统所涉及的过程，各组成部分之间的联系和相互作用，维持充足的自然资源供给，减轻地质灾害，调节全球环境变化并使危害降到最小，获取在全球尺度上对整个地球系统的科学理解。
地球系统科学的研究步骤由四部分构成：现象的观测和数据的积累；对观测数据进行分析和解释，从物理、化学和生物学的规律出发，建立有
关地球过程的定量关系；在前两项的基础上建立概念模型和数学（数值）模型（和实验）；验证模型，并对未来的变化趋势进行统计预测和预报。
随机性是复杂地球系统的重要特征之一。
若地球系统中一个系统的状态演化可用一个随时间变化的随机变量来描述，则称该系统为一随机过程。
自组织是地球系统科学的一个重要概念，它是地球复杂系统演化时出现的一种现象。
在地球系统实现空间、时间或功能的结构过程中，如果没有外界的特定干扰，仅是依靠地球系统内部的相互作用来达到的，便可以说地球系统是自组织的。
地球系统科学从系统局部与整体的关系出发来研究地球系统，简单地球巨系统是研究的基础和起点，运用地球系统自组织理论来研究简单巨系统，使对这一类地球系统有个基本的认识。
地球系统科学研究的对象是从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要求在方法论上实现根本转变。
概括地说，凡是不能用还原论方法处理的问题，或者需要用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题。
因此，在面对复杂的地球系统问题时，总是设法把复杂性简化掉，即把复杂性当作简单性处理。
当对象是典型的简单系统，或者属于不够典型的复杂性问题时，这样处理是可行的或近似可行的。
这也是地球系统复杂性研究的主要理论基础。
地球系统科学计算
地球科学发展的一个趋势是：从对局部的个别学科的研究发展为对整个地球系统及其各部分相互关系影响的研究，从定性的研究发展为对地球动力学过程的定量化研究。
先进新技术使地球科学家获得空前丰富观测资料，对这些资料的处理、分析和深入理解，离不开现代计算科学和技术。
在数值模拟技术方面，日本的地球模拟机（Earth Simulator）计划独树一帜。
日本政府为此投入4亿美元研究经费，且有多个大学和研究所的人员长期参与了该项目。
该计划已建成了利用并行计算技术模拟三维黏弹性非均匀各向异性介质中地震轮回三维动力学问题的技术平台（GEOFEM）,内含断层本构关系、断层相互作用、地震波在三维黏弹性各向异性介质中传播与破裂发展的动力学问题等，计算能力极强。
该计划的实施可以完成强地面运动的模拟和预测，对防震减灾意义重大。
美国、澳大利亚的数值模拟技术也发展很快。
澳大利亚政府长期投巨资（近几年已投入近千万美元）资助昆士兰大学以莫拉（P.Mora）教授为首的研究集体，研究开发了微观模拟的格状固体粒子模型地球（LSMearth），现在用该模型已能模拟摩擦、断裂、断层、波动、热作用、水因素等多种与地震有关的现象，在国际上已产生了重要的影响。
美国则在高科技方面投巨资研究地球科学，例如，NASA从2003年开始将执行一个固体地球研究虚拟观测（SERVO）八年计划，其海量数据的模拟也令人叹为观止。
相对而言，我国在数值模拟领域内差距较大，而且长期低水平重复，但近年来，我国在与地学计算有关的数值计算技术和应用数值计算的地球科学前沿问题和计算技术硬件上取得了一些进展。
例如，联想深腾6800已经在世界超级计算机前500名中排名14，另外在软件研究上也开发了并行有限元程序自动生成系统。
但总的来说，国内现代计算技术在地球科学中的应用与世界先进水平还存在差距。