地球科学的起源与发展

《地球科学发现的逻辑》课程读书报告

——地球科学的起源与发展

第一章什么是地球科学

地球科学指一切研究地球的科学，是行星科学的专门分支。各学科通常会以物理、地理、地质、气象、数学、化学、生物的角度研究地球。它和人类的生活息息相关，人们手上所戴的黄金饰品和钻石，都是来自地球的矿产资源；盖房子所用的砂、石、水泥，其原料也是来自地球；所吃的鱼虾，大都取自海洋；气温的变化影响生活甚巨；天体的运行，也时时刻刻影响着我们。因此，地球科学是一门很基础、很重要的的学科。

地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。以陨石撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气

中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣。

第二章地球科学的起源与发展

地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。以陨石撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣。因此地球科学的起源与发展即他所包含的地质学、海洋学和气象学等学科的起源与发展。

2.1 地球科学中的地质学

2.1.1 什么是地质学

在古代人类在利用石器，制造陶器，开发铜、铁、铅、锡等金属矿产时，已经开始初步使用地球物质；在兴修农田水利时，已经在了解土壤性质，在观察火山、地震等自然现象时，已经在探索地壳变动的原因，所以，地质学的经验和知识是在长期的实践中积累起来的。在古希腊，罗马和我国春秋战国时代以至西汉，对于地质作用及地壳中的物质的科学记载和解释已有萌芽。希腊哲学家希罗多德（公元前五世纪）和亚里斯多德（公元前四世纪）等已注意到了地震、火山以及海陆变迁的现象。大约在战国时期成书的我国古籍《山海经》、《禹贡》和《管子》等对于矿物、岩石和土壤以及铁、铜、金、银等矿产都有较为丰富的记载。《管子》一书并已注意到了矿产的共生关系。我国汉代已经开始用煤炭炼铁，发现了陕北的油苗，提出了地圆学说等；公元四世纪，我国已有沧海变桑田的海陆变迁思想。欧洲的中世纪（五世纪到十五世纪）地质学的思想没有得到发展，但是波斯学者阿维森纳(Avicenna,980-1037)却对矿物的形式和分类、山脉的隆起和侵蚀、沉积作用等发表了较为正确的见解。他大致与我国宋代的沈括（1031-1095）同时，沈括于1086-1093年间提出了华北平原的沉积和西北黄土地区侵蚀切割的关系，论述了化石的成因和太行山的升高等地质现象，并根据化石推断了古气候，发现了磁偏角，考察了陕北的石油等。欧洲文艺复兴时期，随着工业的发展和对矿产资源的需求，矿物学和岩石学的知识有了发展。意大利的达芬（Leonardo da Vinci,1452-1519)对化石作了正确的解释，认为它们是被沉积物掩埋的生物残骸。萨克逊人阿格里柯拉（George Agriccla,1494-1555)对矿物学和金属矿脉做了大量研究，他根据矿物外部特征，如晶形劈开、硬度、重量、颜色、光泽等的描述，为矿物学树立了典范。他的名著《金属矿》被认为是总结了当时地质学、矿物学和采矿学及冶金学的巨著。他被誉为“ 冶金学之父”。但是，直到十七世纪中叶，欧洲的地质学思想仍在宗教的严重束缚之下。当时，教会主张天地是在公元前4004 年由上帝创造的，而诺亚洪水（即所谓的全世界洪水泛滥）则发生在公元前2349 年，现存的地表形态都是洪水灾变所形成的。这种思想钳制地质学的发展达一百多年（十七世纪中叶到十八世纪末）。在此期间，地质学和其他科学一样，在同宗教思想的斗争中逐步得到发展，丹麦学者斯台诺Nicolans Steno,1638-1687),意大利学者瓦利斯内里(Antonio Vallisneri,1661-1730）对于层状岩石和褶皱构造进行了研究，认为岩层是一层一层沉积的，斯台诺提出了著名的“ 叠覆律”，即新岩层沉积在老岩层之后，位于下面的岩层比位于上面的岩层沉积时间为早，他还提出了

晶体的“ 面角恒定律”。这两个定律是地层学和矿物学研究的基础。1760 年意大利学者阿尔杜伊（G.Ovanrii1713-1790）根据岩石的结晶和固结程度，将地层划分为第一系、第二系和第三系，德、俄等国的学者也采用了相同的术语。后来德国地质学家魏尔纳(Abraham G. Werner,1749-1817)将位于第一系之上的含化石的地层命名为过渡层。魏尔纳是水成论者，认为地壳中所有的岩石，包括玄武岩和花岗岩都是在原始海洋中沉淀和结晶而成的，火山是煤层的燃烧，魏尔纳对地质学的贡献是第一次对矿物和岩石进行了分类，创造了鉴定方法等1785年（乾隆五十年）苏格兰学者郝屯（James Hutton,1726-1797）发表《地球的学说》，提出了火成论，认为玄武岩和花岗岩不是水成的，是由地球内部火成岩浆冷凝而成，片岩、片麻岩等则是受地球内部热力影响而变质的水成岩。他指出了火成岩岩脉穿插水成地层以及水成地层被火成岩接触时烤焦的现象。郝屯还认为沉积物是大陆岩石被风化和侵蚀的产物，它们被流水带入海洋形成水成岩石，然后又上升到海平面以上，开始新的侵蚀0 沉积旋回；地形不是“洪水泛滥” 以后一成不变，它们在地质作用下不断地发生变化。地球的存在是极其长久的，既看不到它的开始，也看不到它的终结。地质作用的规律和强度，在地质历史时期是一样的，“ 今天是过去的钥匙”。他的这些观点被称为均变论。火成学派的观点受到了水成学派的强烈反对1812年法国生物学家居维叶（Georges Cuvier,1769-1832)根据对巴黎盆地的第三纪地层古脊椎动物化石的研究，提出了灾变论，他认为地层中所表现的古生物的突变现象是超自然的巨大灾变的结果，而新的生物群在每次大灾变之后又被创造出来。他的这种观点受到当时的学者拉马克（Larmarck J.B.1744-1829)的批判。拉马克也在同一地区研究无脊椎动物体系，认为环境对生物的发展起重要作用。二人对古生物学的贡献，使得根据不同的化石特点对比和划分不同时代的地层有了可能。英国地质学者史密斯(W.Smith1769-1839）也在这时根据地层中不同生物化石的特征对比了英国不同地区的地层，于1815年（嘉庆二十年）编制出了第一张《英国地图》。 1830年，英国地质学家莱伊尔（Charles Lyell,1797-1875)发表《地质学原理》一书，使得均变论得到了进一步发展，成为地质学的一条基本原理，一直影响到现在。地质学从十九世纪五十年代已被介绍到我国，并且出版了一些地质译著图书，但由于当时清政府没有注意培养地质科学人材，所以我国的地质事业一直没有发展起来。我国地质科学事业真正开始是在辛亥革命之后，1912年设置地质机构，以推动地质工作的进展，接着相继成立了地质调查所和研究所，在国内进行了大量的调查研究工作，取得了不少成果，并初步形成了自己的理论。但是，地质学的迅速发展则是在 1949年全国解放以后，在党的领导下，成立了地质工作部门和研究机构，建立了地质院校成批地培养了地质科技人材，在全国普遍开展了地质调查和矿产普查勘探，不但积累了大量的资料，编制了各种比例尺的区域性和全国性的以及亚洲的地质图件，而且在矿产资