地球物理论文篇1

当前，城市的快速发展已成为全球的共同趋势。联合国的统计资料[1]表明，人口城市化的趋势在不断地加速发展。图1表示了这种发展趋势。从图1可以看出，1950年的世界人口约为25亿，其中仅有30%的人口生活在城市。到20世纪末，城市人口大幅度增加，已经达到世界人口的50%。根据图1所示数据，预计到2025年，城市人口将占据世界人口的60%。城市数量和城市人口的迅速增长对人居环境提出了严峻的挑战。表1给出了世界上人口在100万以上的城市数量的增长[1]。从1950-1995年期间，全世界拥有百万人口以上的城市数目由83个增加到325个，说明95年城市数量是50年的3.9倍，这种趋势在第三世界国家尤为明显，同一时期城市的数目增加了6.3倍。

表11950-1995年间人口在百万以上的城市数目

Table1Citynumbersofpopulationbeyondonemillionbetween1950to1995

年代195019951995:1950

第三世界城市数342136.3

发达国家城市数491122.3

全世界城市数833253.9

我国的城市化进程与世界同步，近年来呈现出高速发展的趋势。图2给出了我国城市数量增加的数据[2]。

2城市化促进自然科学新领域的产生与发展

我们首先以传统的地理学为例。近几十年来，尤其是第二次世界大战以后城市地理研究发展迅速，内容和影响都超过了传统地理学，成为人文地理学的一门重要分支学科。对城市进行地理学研究始于19世纪。第二次世界大战以后，许多国家的城市需要重建，世界范围内的城市化进程加速，这些都要求对城市进行全面的研究和规划，促使大批地理学家投入城市研究或城市规划工作。新兴的城市地理学的核心问题是研究区域的空间组织与城市内部的空间组织两种地域系统的关系。围绕这两种地域系统，具体的研究内容有：城市化研究、城市分类研究、城市体系研究、城市群和大城市集群区研究、城市综合地理研究等。城市地理学在城市化进程中逐渐形成了独特的研究方法：早期数量方法、系统分析方法、城市信息系统方法、空间抽样调查方法等。此外，地图是地理研究的传统工具。航空像片和卫星像片在城市地理研究中表现出重要作用，是研究城市时空变化关系的基础数据。

附图

图1全世界城市化城市人口百分比[1]

Fig.1Percentageofurbanpopulationamongthetotalpopulationinworldcities

附图

图2中国城市数目随时间的变化[2]

Fig.2NumberofcitiesinChina

以典型的工程科学——建筑学为例，随着城市化现象的迅速推进，建筑学向广度和深度发展。孤立地、狭隘地研究建筑现象已经说明不了问题，满足不了需要。客观实际已经按照系统工程的规律伸展了它固有的领域。城市及其区域已经逐步形成了一个开放的复杂的巨系统。城市化对建筑科学的影响，使得系统的思想进入到传统的建筑科学，进一步突出了新的建筑科学的关系——人与环境的关系[3]。钱学森考虑到中国传统的文化艺术和自然特色等种种因素，形象地提出了山水城市的理念，这一思想对建筑科学的发展，具有深远的意义。

以地球物理学为例，城市化问题使得传统地球物理学的研究方法、研究对象和研究内容面临新的机遇和挑战。20世纪初，地震波证实了地球铁核的存在，证明了2900km深度存在地核与地幔的边界。30年代，地球物理方法发现了地球内核的存在，在此基础上，科学家提出了地球内部分层模型。20世纪中期，各种地球物理勘探方法初步形成。40～50年代，地球物理学的主要研究对象是勘探固体矿产资源，60～70年代在此基础上增加了石油和天然气，80～90年代又增加了水资源。随着工业化进程的加快，环境问题也日益成为地球物理学的研究对象。总而言之，20世纪地球物理学的研究对象是以自然资源为主。20世纪末的全球性城市化发展趋势，使21世纪的地球物理学不可避免地要面对诸多的城市问题。80年代以来，由于地球科学各分支学科的日益成熟和全球环境问题的日益突出，人们认识到地球各圈层相互作用以及人类活动的重要性，地球科学的发展开始进入地球系统科学的新时代。城市地球物理学的发展在这样的时代背景下产生。城市地球物理学是一个全新的概念，是地球科学国际研究前沿的新兴学科。传统地球物理学的主要研究对象是自然现象，而城市地球物理学则主要研究自然现象与人类活动的相互作用。因此，在城市地球物理学研究中，除了自然科学问题之外，还应强调科学与社会的结合、各相关学科的综合及与各社会部门的协调。图3表示了城市地球物理学与环境科学和地理学之间的关系，这三者既有各自独特的研究领域，又有密切相关的交叉研究内容。

附图

图3城市地球物理学、环境科学、地理学之间的关系

Fig.3Relationshipamongurbangeophysics,environmentalsciencesandgeography

3城市地球物理研究的社会需求

(1)城市建设。科学家们预计21世纪的城市在向高空发展的同时，也将向地下索取空间，建设深层地下都市已经在科学家构想之中。20世纪平面式的城市功能在21世纪将从地下、地上两个方面重新进行立体配置。在一系列城市建设活动中，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法对城市地下空间的结构给出定量的描述，为城市规划积累基础数据。

(2)城市灾害。人类大规模的经济—工程活动对环境的影响，已经达到了与自然地质作用相提并论的程度，而且发展速度快、影响范围大。各种灾害无情地破坏着人类的居住空间，给人类的生存造成威胁。这些灾害发生在地学研究的领域，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法对各种起因的城市地质灾害和对环境的破坏进行详细的调查。

(3)城市地下污染。原生环境的缺陷以及由人为因素造成的地下环境污染，在地下水的作用下，对生态与工业构成极大的危害，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法调查地下水的分布，为制定防治规划提供基础数据。

4城市地球物理研究的主要科学问题及其研究方法

城市地球物理学作为一门新兴学科，其主要特点是学科的交叉性及其社会服务性，城市地球物理不仅与地学界的其他学科有广泛的交叉性，而且与地学界以外的诸如人文类、社科类学科也有不可缺少的交叉内容。城市地球物理研究的最终任务是服务于社会，科学研究的核心问题是人与自然的关系问题。具体解释为：

(1)城市近地表结构与地质灾害的相互作用关系。天然与人为的地质灾害对城市构成极大的危害。这些灾害改变和破坏近地表地质结构，近地表地质结构从客观上阻止或促成地质灾害的发生。二者之间的相互作用关系是科学研究的问题之一。

(2)城市近地表结构与地下基础设施和地下建筑的相互作用关系。地下基础设施是城市的命脉，地下基础设施的科学规划以及地下建筑计划需要对近地表结构的观测与评价，大型地下建筑有可能改变城市地下应力场的平衡，二者之间的相互作用关系在未来城市发展中为地学研究提供了一个新的研究空间。

(3)城市近地表结构与地下环境污染的相互作用关系。地下环境污染破坏生态环境、危害人类健康，地下环境污染直接受控于地下水的分布，同时受控于近地表地质结构。对地下水的分布及其浸染走向的研究是防止和治理地下环境污染的重要依据。

城市地球物理学研究方法主要依靠观测技术、数据处理技术以及综合评价系统。观测是地球物理学研究得天独厚的手段，数字地震台阵、地球信息系统、INSAR计划、浅层地球物理观测在地学研究领域发挥了重要的作用。地球物理观测数据起到了透视地下的作用，是实现地下结构定量化与可视化研究的基本条件。针对城市问题的地球物理观测，需要在提高仪器动态范围的基础上获得高分辨率的数据，需要研究城市特定环境下的观测方式。认识浅层介质的复杂性以及地球物理数据的特殊性是研究城市各类问题数据处理方法的出发点。数据处理方法研究应该从基础研究出发，研究地震波场、电磁场、重力场分布规律以获得清晰的三维地下图像。保证足够的信息量是对城市问题做出准确评价与预测的基础，综合性研究在评价和预测中至关重要。地球物理学中各类方法的优化与组合以及与地学研究领域中其他学科的交叉，包括与非地学研究领域相关学科的交叉是开展城市地球物理评价与预测研究的主要方向。

5城市地球物理现阶段主要研究内容

(1)城市条件下地球物理观测方法研究。城市条件下的地球物理观测比常规野外条件下的观测表现出更多的复杂性。需要在已知的典型地下结构的条件下进行足够多的观测方法实验，针对“源”的问题，研究电磁波与弹性波的聚束发射，研究综合方法的同时观测技术以及时移观测技术，并根据已知条件进行数值模拟计算，对比观测数据与理论数据的差别，分别城市条件下观测噪声与干扰的特殊性，发现规律性，为实际的工业性调查提供指导性方案。

(2)城市介质地球物理正演算法研究。城市地下介质除受到地质构造运动外，更多地受到人为因素的改造，演变成为难以保存其原生地质痕迹的、极其复杂的地下介质。其地球物理响应与以往的地球物理观测必将表现出极大的差异。因此，必须以城市地下条件的特殊性为介质模型，研究地球物理正演计算方法，认识城市介质条件下观测数据的基本性质和形成规律。

(3)城市地球物理数据处理方法研究。城市地球物理需要采用非常规观测方式，其观测数据包含了大量意想不到的噪声。认识噪声的特征和有效地消除噪声，保护观测数据的分辨率是数据处理的关键问题。针对时移观测数据研究四维数据处理方法。在信号分析与数字处理方法研究中，需要充分吸收现代数字信号技术，开展适用于城市特定问题的处理方法研究，为综合评价提供准确数据。

(4)城市介质三维可视化研究。城市地下介质覆盖在水泥路面、绿地和建筑物之下。传统的钻井或探槽式观察方法在现代化城市中即落后又不适用。这项研究通过对观测数据的有效反演对城市地下介质实现三维空间可视化描述，提供三维精细成像结果。对典型问题开展有针对性的反演算法研究，为三维精细成像和可视化描述以及综合评价提供有效资料。

6城市地球物理研究需要社会关注

城市地球物理研究如何落实与如何发展是一个非常重要的问题。大专院校和研究机构应该进行必要的学科调整，实现资源共享和优势互补，应该积极参与城市地球物理研究相关工程项目，在学科之间进行经常流。工业、商业与企业部门应该面向用户，以市场为导向，为城市地球物理技术的研究提供场所和经济支撑，同时有必要参与各种研究活动，各学术团体应该相互配合，设立城市地球物理专业委员会，在学术刊物上开辟专栏广泛宣传城市地球物理研究的科研成果，各专业学会之间也应进行广泛交流。政府部门应该做出具体计划，以便各职能管理部门统筹安排，实现资源的合理分配与协调，要选择典型城市和典型项目作为依托，开展研究工作，在基础研究方面需要得到自然科学基金和国家相关部门的支持。

应该充分估计到地球物理各种方法在目前技术条件下的难点，要通过研究地球物理新方法、新技术提出新的认识、加强科技创新尤其是原始性创新。要集中精力利用地球物理数据编制城市地下三维结构的图像，当前城市地球物理研究的主题是“城市三维地图(3-DImagingofUrbanUnderground)”（注：国家自然科学基金委员会.中国内地—香港城市地球物理战略研讨会，香港大学.2001.）。

7城市地球物理研究的技术支撑条件

近20年来，地理信息系统技术的出现，乃至空间数据基础的建设和“数字地球”战略的提出，使得获取地球信息的手段达到了前所未有的高度，不仅使全球的制图和动态性制图成为可能，而且在环境监测、灾害预警预报、区域与城市规划等方面也发挥着极为重要的作用。21世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模似以及数字化的地球信息系统，此外，现代化的观测技术与设施也将成为开展城市地球物理研究必要的支撑条件。

圈层相互作用研究是地球科学20世纪90年代以来的全新发展方向，方兴未艾。这些研究将导致交叉学科、综合学科的兴起与发展，形成整体性的地球系统科学。地球及其各圈层是一个整体。一些地球科学问题固然有区域性的一面，但这种区域性是寓于全球性之中的。在一定意义上，只有更好地了解全球才能更好地了解区域。同时，区域也是全球的窗口，区域性是通向全球性的大门。地球科学方面的“全球变化及其区域响应”研究计划，则为城市问题的研究提供了广泛的科学基础。

8结语

地球不仅在自然力作用下发生变化，而且人类活动作为地球上有关过程的一种作用力将进一步得到深入研究。21世纪将从人—地关系的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境的协调发展提供科学理论基础，使人居环境得到最大限度地改善，同时又要保持地球的“健康”演化。在新千年和新世纪来临之际，地学界应该重新考虑地学发展的方向和重点，使地学研究在人类社会发展中体现出自身的价值。在新世纪，地学在应用研究领域所面临的主要任务是合理地利用地球资源，帮助工业界解决难题，改善地球的可居住性。为此，作为地学领域主要学科之一的地球物理学应该做出应有的贡献。

收稿日期：2002-01-08；修回日期：2002-05-23．

【参考文献】

地球物理论文篇2

引言

《应用地球物理》课程是河南理工大学资源环境学院地质科学与工程系和地球信息科学与技术系以及水文与水资源工程系的必修课。该课程是一门以地球为研究对象的应用物理学，它利用物理学的力学、电学、磁学、热学等方面的原理与方法，通过观测和研究地球内部各部分的物理条件、物理性质和物理状态，从时间和空间两方面找出它们之间的联系和规律，从而达到认识地球，借以实现地质勘查和找矿目标，减少地质灾害[1]。

对于河南理工大学等以煤炭资源为主要主导的矿业类高校来说，本科毕业的学生大部分进入到煤炭系统工作，如何合理地设置应用地球物理课程内容对于学生以后所从事工作具有重要的指导意义。

1 应用地球物理课程现状

应用地球物理课程主要讲授内容包括以下三个部分：一是应用地球物理方法的物质基础及地球物理场的基本概念；二是应用地球物理分析的正演方法；三是应用地球物理的各类勘探方法和应用，包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井和放射性勘探等。其中，第一、二部分是应用地球物理学的基础，第三部分是课程讲授的重点。

由于应用地球物理课程内容庞杂、知识面广、理论公式繁琐、内容抽象，学生在学习过程中普遍反映难度偏大，抓不住重点，难以理解地球物理概念。这已经不适应当前高速发展的矿产资源开发对人才的要求。一个完整、合理的应用地球物理课程，应该同时具有理论性和实践性。既能传授学生相应的学科科学理论体系，又要顾及生产单位对人才的要求，要具有一定的实用性，使得学生工作后能尽快融入到工作环境中，并能把课本上的理论知识应用到实际中去，能够解决生产单位面临的实际问题。

目前，我校应用地球物理课程主要面临如下的实际问题：

（1） 课程内容相对陈旧。21世纪以来，应用地球物理学科发展迅猛，各种新技术、新方法层出不穷。例如物探数据处理技术早已融合了现代信号处理的思想、概念和方法。而课堂上讲授的仍是传统数据处理内容，且部分技术方法已经被生产单位所抛弃，学生在学校所接受的知识过于陈旧，不能满足快速发展社会的需要。

（2） 基础课程开设偏少，导致应用地球物理概念理解困难。应用地球物理具有广泛的理论体系，涉及到数学、物理、电子、信号等领域。如果学生之前没有学过这些基础课程，在听课时，对应用地球物理课本中出现的理论公式难以段时间内消化，造成学习的困难。

（3） 计算机技术对于应用地球物理来说具有举足轻重的地位，尤其是现代地球物理处理技术，更是离不开计算机。例如目前绝大多数地球物理处理软件都是基于unix或linux平台，而学生普遍缺乏该系统的理论学习，与生产单位发展需求脱节。

（4） 实验课对于学生提高应用地球物理的感性认识作用明显，尤其是对实践性很强的应用地球物理课来说，需要大量的实际操作才能深入理解。而目前实验教学大多属于观察、验证性类型，缺少实际地区的实际数据采集、处理和解释的训练，导致学生动手能力差。

2 教学内容改革探讨

针对以上教学过程中出现的问题，结合多年应用地球物理教学经验，提出以下几个课程教学内容改革的想法。

（1） 作为以煤炭为主导的矿业类高校，本科毕业的学生大多进入到煤炭系统工作。因此，在教学过程中，因充分考虑煤矿企业对物探技术的需求。如增强地震勘探在解决煤田构造方面的内容，以及电法勘探对煤矿富水区和采空区的探测内容，使得学生在学校所学到的知识能够跟上现代社会发展的步伐。

（2） 由于课时有限，而应用地球物理覆盖的物探专业知识领域广泛，因此在授课过程中，应有所取舍对。对于应用面较窄的放射性勘探、地热勘探等可作为课余了解内容，而探测效果明显的地震勘探、电法勘探和重力勘探等需要详细讲解。

（3） 课程内容应该与时俱进，保持行业先进性。在保留传统基本理论的基础上，增加应用地球物理新技术、新方法的讲解。将现代信号处理、计算机处理的信息传授给学生，扩大学生的知识面，增强学生就业竞争力。

（4） 重视应用地球物理数值正演模拟。地球物理正演模拟是反演的基础，通过正演模拟可以使得学生更好的理解地球物理场的变化特征，避免空洞的公式推导，提高学生学习的兴趣，使学生更容易掌握地球物理的概念。同时，还能增强学生计算机编程能力，让学生自己上机进行运算模拟，提高对正演模型的理解。

（5） 重视实验课的作用。地球物理实践性很强，应通过实验课程加强学生的动手能力和创新能力，能够使学生把书本上的理论知识和实际应用相结合。通过野外数据实际采集，提高学生对地球物理的理解，提高物探行业的感性认识。为了让学生更好地了解物探仪器设备，河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室（河南理工大学）购置了国际先进的aries三维地震仪、v8电法勘探仪，为学生认识物探仪器提供了有利的条件。实践证明，充分利用好实验课培养学生的动手能力，对于提高学生对地球物理概念的理解作用明显。

3 结语

应用地球物理课程对于资源勘查、地质等本科专业是一门非常重要的基础课程，是煤矿企业的一项重要的技术手段。作为培养人才的矿业类高等院校，应注重学科发展的动向，保持与实际生产密切结合，避免理论与实践脱节，为培养新世纪人才不断努力。

应用地球物理是实践性很强的一门课，在课程学习过程中，实践教学对学生认知地球物理是一个不可缺少的重要环节。通过实践教学，使得学生把课本上说学到的理论知识和实践应用相结合，培养学生的实际操作能力。

参考文献：

[1] 赖旭龙,金振民,国外地质类专业课程体系研究[m].武汉:中国地质大学出版社,2002

地球物理论文篇3

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）07-0111-02

地球物理勘探是指借助专门的仪器和设备对地下介质的地球物理场进行观测，获取地球物理场的相关数据，研究地球物理场的变化规律，进一步达到解决地质问题的目的。[1] “地球物理勘探”这门课程是将地球物理学原理用于地质勘查和矿产资源开发的一门学科，包含了重力、磁法、电法、地震和放射性勘探等多种方法和内容，是一门同时注重理论和实践的课程。[2]对于“地球物理勘探”专业的学生来说，在具备了扎实的数理基础后，至少用两个学年的时间才能完成这些内容的学习；而对于地质专业的学生来说，分配给“地球物理勘探”这门课程的学习时间是非常有限的，通常是一学期40个学时左右的时间。对于这样一门内容丰富，涉及面非常广泛的课程，如何在地质工程专业中开展教学，有效地构建本课程的教学体系，以获取良好的教学效果，是一个值得深思的问题。

一、课程特点分析

（一）理论基础要求高

地球物理勘探方法很多，对于所有的地球物理勘探方法分类，按其勘探过程可以分三个环节来进行：数据采集，数据处理和资料解释。[3]数据处理中涉及的课程有场论、数理方程、数值计算、数字信号分，等等。学生只有具备扎实的理论基础后，才能将地球物理勘探的理论做到融会贯通，对地球物理勘探中第一个环节——数据采集中得到的离散数据进行计算机处理，即数据处理；同时也需要具备一定的计算机图像处理和数据可视化理论，将处理的数据转换为图像，作为第三个环节——资料解释的依据。可见，“地球物理勘探”是一门对于学生数理基础和计算机基础要求都较高的课程，但是地质工程专业的学生，在前期基础课的学习中，基本没有进行这样的知识积累。

（二）与地质知识交叉

在地质工程专业学生由于已经具备一定的地质基础，在建模以及数据的解释方面，不至于与实现地质情况相脱离，而这一点是在地质工程学生中进行“地球物理勘探”课程教学的优势。因此，应该将这一优势有效地发挥出来，扬长避短，在教学过程中重视应用，而对于复杂的理论及计算公式的推导，采用深入浅出的方法。然而，现在我国用人单位对于地质工程专业学生要求都较高，要求有较宽的知识面，因而教学应该与学生就业相联系，让学生既具备一定的数据处理和解释能力，并且能进行一定程度的理论研究，让地质工程专业的本科生在学习中尽可能地向这些目标靠近。

二、教学方法研究

针对目前“地球物理勘探”在地质工程专业中进行教学的现状进行分析，可以通过以下几个方面来构建更为完善的教学体系。

（一）重视教材建设

教材是教学内容的一个载体，是教学大纲内容的具体化的体现，是教师的教与学生的学的主要依据，因而教材于教学来说，具有举足轻重的意义。[4]就“地球物理勘探”课程来说，自20世纪50年展至今，中外各种类型的教材层出不穷， 由先前单一的“地球物理勘探原理”教材，有了许多新的分支，如“工程与环境地球物理勘探”、 “水文地球物理勘探”、“石油地球物理勘探”等适合于不同领域的教材，[5]完全能满足“地球物理勘探”专业学生的学习需求，但是很少有针对地质工程专业的“地球物理勘探”教材。以西安科技大学为例来说，西安科技大学作为一所典型的煤炭类院校，其本科学生就业也主要分布在煤炭系统，故其“地球物理勘探”课程的教育也应将重点放在煤矿地质“地球物理勘探”方面，而到目前为止，还没有这样的一套教材。

（二）充分利用现代教育技术

“地球物理勘探”授课内容具有严密的逻辑性和一定的抽象性，教师和学生在教与学的过程中都会感觉到枯燥。而多媒体课件集声音、动画、视频等多媒体手段于一体，能创设情境，将一些抽象的理论，以生动的视听形式展示给学生，引导学生更生动、直观地感受教学内容；板书作为传统的教学手段，给教师与学生留下了更大的空间，借助板书，教师能将复杂的问题一步步简单化，还原了学习的过程，培养了学生的思维习惯，也能让学生更好地跟上教的节奏，有助于学生理解教学内容。

借助多媒体和板书，实现案例式教学与启发式教学相结合的方式。案例式教学法是在教师的指导下将特定的案例呈现给学生，以提高学生实际操作能力的一种教学方法，以多媒体为载体，结合地质讲解“地球物理勘探”在地质中的应用案例，进行案例式教学，实现课堂教学与实践教学的过渡。启发式教学是指教师在教学工作中依据学习过程的变化，引导学生主动地参与掌握知识的过程的一种教学方法。以问题为主的启发式教学在课程教学过程中引入更多的问题，让学生思考，并将学生的问题反馈回来，实现教与学的和谐发展。

（三）加强实验室建设

由于将本课程用于地质工程专业的教学，故野外实习没有“地球物理勘探”课程的内容，但将实验室的操作当作一种野外数据采集的模拟也基本能满足学习要求，这样的实践教学也十分必要。然而，“地球物理勘探”课程在地质工程专业的教学与实践中仍存在没有足够的教学仪器资源，缺乏对学生从理论到实际地质工程问题转化能力的培养等问题，这些问题已经影响了目前本科高校对人才培养的要求。实验教学作为理论教学的一个延伸，是知识从理论到应用的一个转化过程，也是“地球物理勘探”这门课程一个必不可少的教学环节。引进实验设备，加强实验技术人员队伍建设，加强实验室建设对学生综合素质的培养，增强学生动手能力都有重要意义，同时，也有利于学生更好地适应毕业后的实际工作，更是提高学生适应社会需求的一种手段。

三、结语

综上所述，笔者认为应将对地质工程专业学生的“地球物理勘探”课程作为一门偏重应用型课程进行教学，提出教学改革建议如下：（1）重视教材建设，编制适合地质工程专业的本科“地球物理勘探”教材；（2）采用现代化教学手段，促进教与学的互动，实现教学目标；（3）构建实践教学体系，加强实践教学。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈运泰，滕吉文，张中杰.地球物理学的回顾与展望[J].地球科学进展，2001（5）：636-642.

[2] 方根显.地球物理勘探课程教学内容改革的研究[J]. 东华理工大学学报（社会科学版），2008（3）：273-275.

地球物理论文篇4

[中图分类号] P631 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-103-2

0 引言

应用地球物理学是一门较新的技术领域，在矿床勘探中采用专门的仪器只有一百多年的历史。1870年，瑞典人泰朗和铁贝尔制成了寻找磁铁矿用的所谓“万能磁力仪”，标志着应用地球物理学开始形成。电法勘探工作最早是19世纪初英国人P.佛克斯在已知矿体上观测到了自然电场，电阻率法始于1893年在已知矿体上观测到电阻率异常，以后又相继发展了激发极化法、电磁感应法等分支方法。地震勘探开始于20世纪初，前苏联在相关理论方面取得了成功。 1940年出现多道仪器，并且仪器道数在以后不断增加，地震勘探的理论方法、技术装备都得到了高速发展。

1 地球物理勘探技术概述

1.1 地球物理勘探

地球物理勘探，是以不同岩（矿）石间物理性质的差异为基础，利用物理学原理，通过观测和研究地球物理场的空间与时间分布规律，借以实现地质勘探和找矿目标的一门应用科学。也称勘探地球物理（学），简称物探。

应用地球物理（学）是与理论地球物理学相对应的应用学科，过去被认为等同于勘探地球物理，随着地球物理技术在矿产资源勘探以外的应用，其应用领域已扩展到工程、环境、军事、考古等领域。

地球物理场是指存在于地球周围（或内部）的具有物理作用的空间，可以是天然存在，也可以是人工建立的。

1.2 地球物理勘探应用

目前在地球物理学勘探中应用的岩（矿）石的物理性质（或物性参数）有六种：密度（σ或ρ）；磁性（磁导率μ，磁化率χ，剩余磁性Jr）；电性（电导率σ或电阻率ρ、极化率J、介电常数ε）；弹性（弹性模量，拉梅系数，密度，波速）；放射性；导热性。

应用较为广泛的是前四种。

1.3 对地球物理勘探的客观认识和评价

地球物理勘探为地质研究提供了一个很好的工具，可以解决许多地质问题。但它也不是万能的，在克服钻探法缺点的同时也带有其自身的不足及应用中的限制，因此应该对其有一个客观的认识和评价，主要有：

（1）各种物探方法的物理前提是岩（矿）石间的物性差异，地质效能的高低与地质对象同周围岩石间物性差异的明显程度有关，有差异才有效果，差异越明显效果才越好，反之，差异越小，效果越差；

（2）各种物探方法都是通过观测和分析地球物理场进行地质勘探和寻找有用矿产的，因此属于间接找矿方法，与钻探取岩心提取岩石矿物成分的方法有本质的区别，可靠性降低，分辨能力降低；

（3）各种地球物理场均具有跨越介质存在的特点，可以通过物探方法研究不同深度上地质目标的信息，便于面积测量，但垂向上信息的可靠与详细程度不如钻井资料；

（4）各种地质情况千变万化，各不相同，实际工作中应根据具体的地质、地球物理条件灵活选用适当的地球物理方法，才有可能达到预期的目的，否则就有可能导致错误的结果；

（5）某一种地球物理场的分布可以与地下多种地质背景相对应，因此，当对物探资料作地质解释时是可以有多种合理的解释，即反问题具有多解性；

（6）某一地质目标可能与围岩有多种物性差异，在实际应用中，为减少多解性，提高地质效能，常采用多种物探方法进行综合研究，必要时可以做地球物理、地球化学、地质、钻井、测井等多学科的联合应用，以便能取得令人满意的结果；

（7）应用地球物理学是一门新兴的边缘学科，理论尚需发展、技术仍需改进、仪器设备也在不断更新，这些都需要随着其相邻的学科发展才能实现，不能强求现有的地球物理技术解决它所面临的所有问题。

2 地球物理勘探面临的问题

（1）提高微弱地球物理信号采集与处理水平地球物理勘探技术是依据对观测的地球物理场数据的分析来实现探测目的的。

（2）非均匀地质体的探测与描述几何形体简单、物性分布均匀、埋藏深度较浅且易于发现的矿产资源，今后将越来越少。

（3）综合利用多种信息，减少地球物理反问题的多解性

地球物理勘探是通过在地表、空中或井下局部地球物理场的观测结果，去分析推断地下不能直接观测部分物质的性质和形态。

3 地球物理勘探的发展趋势

3.1 应用范围将更加扩大

原有方法日趋完善，新方法不断形成，使物探的地质效能不断提高，应用范围不断扩大，从单纯的矿产资源勘探，发展到目前在水文、工程、城市与环境等方面的广泛应用，在军事、文化等领域的应用也在研究之中。

3.2 勘探深度将进一步加大

浅层矿产资源的开发对地球物理勘探提出了寻找深部矿产资源的需求，同时地球物理勘探方法在理论、技术、仪器等方面的发展与更新也使之具备了相应的能力。

3.3 地质效能将更趋理想

实现直接找矿是广大地学工作者长期以来的理想，目前这方面的研究已经有了一些进展，如电法、地震勘探都提出了岩性勘探方法和技术，虽然还很不完善，但代表了地球物理勘探的发展趋势。

4 结束语

地球物理勘探面临的地质任务日趋复杂艰巨，勘探目标正从构造型转向隐蔽型，探明并评价油气储层、监测油田开发过程成为物探新的研究内容。一方面要对原有方法不断完善、深化，另一方面要不断探索新的理论。大量试验证明，在多数油气藏上方存在特有的物理化学异常晕带，即“烟囱效应”产生的“还原柱”，能观测到磁化率、极化率和地球化学异常。基于类似的原理，放射性方法勘探油气的试验也取得了不少成功的案例。

参考文献

[1]于克君，汤振清.地热勘探中综合地球物理勘探方法运用探讨[J].2001-07-01.

[2]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术（第1版）[M].北京：地质出版社，1996.

地球物理论文篇5

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0183-02

传统的排球教学是以还原论为指导的教学理念展开的教学，即把排球运动分解成垫球、传球、扣球、发球、拦网等单个技术，先学会单个技术，再学习比赛。也就是把整体分解为部分，认为解决了部分的问题，部分相加就等于整体。在排球教学中认为，学会了垫球、传球、扣球、发球、拦网等单个技术，单个技术一组和就学会了排球比赛。自从复杂系统理论的诞生，这种还原论的教学理念引起了人们的质疑。物理学家李政道讲：“到了21世纪，微观和宏观会结合成一体，不能用以前那种‘无限可分’的方法论，越来越小的研究路子，改变方略，从整体去研究。”“微观的元素与宏观的天体是分不开的，宇宙是一个不可分割的整体。”“一个认识了的基因，并不意味着解开了生命之谜。”从这几句话我们可以得知获得诺贝尔奖的物理学家李政道批判了还原论方法的缺陷，认为宇宙是一个不可分割的整体，应该从复杂整体上去研究，知道部分并不能解决整体的问题。在排球教学中，学会单个的技术不一定能比赛，单个技术的功能相加不等于整体比赛的功能。本文依据复杂系统理论（也叫自组织理论，包括一般系统理论，耗散结构理论，协同学，超循环理论、和谐理论），进化论、生态学、规则论及相关哲学理论，对现在排球教学中存在的不足进行反思的基础上，提出了基于复杂系统理论排球教学理论的构想，为排球教学提供一种新的教学理念和教学理论。

一、复杂系统理论视角下排球教学的理论基础

复杂系统理论视角下排球教学的理论基础是复杂系统理论，复杂系统理论是由很多理论构成的理论群。首先，人们认识到系统整体大于它的部分之和，即当一些元素组成一个系统时，它就会出现一些它的个体（要素）所没有的性质，对此还原论是认为系统等于组成部分之和。其次，人们发现系统具有层次结构和功能结构，研究系统的结构时要考虑层次结构和功能结构的重叠和它们之间的关系。再次，认识到系统处在不断发展变化之中，系统是动态的。第四，系统经常与它的外界环境进行物质、能量和信息的交换。第五，系统在远离平衡的状态下也可以稳定（耗散结构理论、自组织理论）。第六，随机的系统有其内在的确定性（突现），看似完全随机的系统有自组织功能，能突现出若干种特殊的结构来。这些新观念不断冲击经典科学的传统观念，从而使系统论、信息论、控制论、耗散结构论（主要研究非平衡相变与自组织）、突变论（主要研究连续过程引起的不连续结果）、协同论（主要研究系统演化与自组织）、混沌论（主要研究确定性系统的内在随机性）、超循环论（主要研究在生命系统演化行为基础上的自组织理论）等新科学理论也相继诞生。在这样的背景下也就产生了复杂系统和系统的复杂性两个范畴，也就是我们说的复杂系统理论。由于人的复杂性，仅仅依靠以上这些从自然科学得来的理论解决人的问题是不充分的，尤其是在人的精神存在方面，在科学实证科学领域还是一个迷。俗话说：科学终结的地方，就是哲学开始的地方。鉴与此，本研究在复杂系统理论的基础上，结合后现代教学观及相关的哲学思想，主要包括哈贝马斯的交往理论和伽达默尔的解释学，胡伊青家的游戏理论等对现有排球教学进行反思和构想。

二、复杂系统视野下排球教学理论的主要思路

复杂系统理论视野下排球教学的主要思路是按照复杂系统的五个基本特点展开的，即系统的整体性，系统的层次性，系统的动态性，系统的开放性和系统的交互性。

1.排球教学系统的整体性。所谓系统的整体性就是“1+1>2”。排球教学系统是一个整体系统。“在教育活动中，个体生命是一种完整性的存在。所谓“完整性存在”是指个体的生命是由自然与社会、生理与心理、物质与精神、理性与情感、科学与人文等多层次、多因素构成的综合体，缺少任何一个方面都是不健全的。”现在的排球教学在整体性方面可以说是做的非常不到位。首先，在教育形式了，现在的排球教学采用的是分解——整体的教学形式。在教学中先教排球的技术：垫球，传球，发球，扣球，拦网，最后用很少比例的课程将这些技术运用的比赛中。这和工业生产中先生产好零部件，然后再把零部件组装成整体是一样的。但是这种方法对人的教育来说是绝对不可以的。社会科学的创始人孔德提出：非有机体科学（天文、物理和化学）遵循从简单到复杂的研究顺序，有机体科学（生物学和社会学）遵循从复杂（整体）到简单的研究程序，只有把握了有机体整体的性质之后，在研究其部分才能正确理解其意义。所以我们不能仅仅从一个因素或某一角度来看问题，用“头痛医头脚痛医脚”的办法来解决排球教学中的问题，而要从一个整体有机系统的观点来看待排球的教学。

笔者的观点是从整体到分解，最后在回到整体的教学形式，即从游戏性的比赛开始（整体）—在比赛中发现本层次必须的技术或相关的规则—单个技术学习（分解）—再回到游戏性比赛。这里的单个技术教学也不同于传统的教学方式，笔者的观点是单个技术的教学也要结合整体环境，把单个技术看做是整体的部分。例如，垫球的教学，我的观点是让学生结合场地、球网进行练习，让同学从对方场地抛球过来，然后将球垫起，球要保持在本方场地，不能过网，这样才更符合排球技术在比赛中的运用情境。可能有人会提出：“没有技术你怎么打比赛？”难道没有技术真不能打比赛吗？这就要涉及的排球的起源了。排球在1895年诞生的时候，当时是没有技术，也没有规则的，而且比赛是用的篮球球胆，据说当时也开展的很好，否则也不会流传到今天了。人是进化的产物，教育也是一个进化的过程，绝对不是工业生产的过程。总之，排球教学系统是一个整体演化系统。

2.排球教学系统的层次性。教学是一个多层次的、进化性的自组织系统，一个进化的自组织性系统的每一个层次都会创造自己独特的运动方式，即有自己的物质—能量—信息的流动方式，又有自己的组织方式。排球教学也是一样的，假设根据我们国家的学制把排球教学分为小学排球教学、初中排球教学、高中排球教学、大学排球教学。每个层次的教学是不同的，即排球教学系统涉及的要素：学生的身体素质（包括身高、弹跳能力、耐力等）、排球场地的大小、球网的高度、排球的质地（我提出不同层次的学生用不同的球）是不同的。在同一个层次系统的各要素要相互协同。例如，按我的设想，中学的排球教学，要根据中学生的身体素质、认知能力设计符合他们的排球场地、排球、教学内容，各要素要与他们的身心发展相协调。

3.排球教学系统的动态性。用马克思的唯物辩证观点说：世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的，运动是物质的存在形式。同样教学也是运动的，即教学是具有动态性的。但是我们现在的排球教学很多方面却是静态的。排球的教学大纲、教学进度、教案都是固定的，也就是静态的。我们的教学完全是依照大纲、进度、教案来进行的，但是不同的学生的身体素质是不可预知的，学习的能力是不可预知的，在课堂上会发生什么也是不确定的，学生在课上的掌握程度更是不确定的等。既然实际的教学是复杂的、多因素的、不确定的，那么我们这些编写严密的、固定的大纲、进度、教案能适应实际的教学吗？我的观点是我们的教学不能做到绝对的精确，老师比大纲编写者应该更了解学生，更了解实际教学情况，老师应该根据实际的教学情况（包括学生的各方面情况，教学环境等），具体问题具体分析，老师根据前一次课对学生的了解或整个教学环境的了解，编写下一次课的教案，这样就不会脱离教学实际。

4.排球教学系统的开放性。任何系统都是开放的，系统要有不断的物质—能量—信息的输入，否则系统将会走向灭亡。中国清朝的闭关锁国政策已经很好的说明了这一点，邓小平的改革开放政策也证明了系统开放的重要性。普利戈津的耗散结构理论阐述了一种远离平衡态的开放系统，这种系统的一个基本特征是它一直处在与外界不断交换物质、能量的过程中，能够维持着系统的有序结构，或者可能使系统向更高层次的有序化跃进。耗散结构表明系统并不是总是趋向无序或熵增，如果系统是开放的，就能够不断从外界输入物质、能量、信息，就能够使系统保持原有的平衡甚至远离平衡态，系统就会维持原有的有序状态，直至走向更大的有序，即“非平衡是有序之源”。一个自组织系统必然是一个耗散结构。所以，系统创生自组织行为或进化的条件从存在方式上看就是保持开放状态，不断和环境进行物质、能量、信息的交换。因此，排球教学作为一个复杂系统，教学教学大纲、教学进度、教学内容等就不能绝对固定不动，不能具体到每节课，而是要根据教学的实际不断地从外界获得新的物质、能量、信息。如果排球教学中的教学大纲、教学进度、教学内容都预先规定到教学过程中的每一节课，甚至包括场地、器材整个过程都一成不变，那么排球教学就会陷入一种静态封闭状态。

5.排球教学系统的非线性。复杂系统研究对象是一个有机的整体，其内部诸要素是相互依赖相互联系、非线性相互作用。排球教学作为一个复杂系统其中的各要素是非线性相互作用的，教师与学生之间、学生与学生之间、教师与教材之间、学生与教材之间等是在一个非线性的环境中相互作用协同促进排球教学的发展。在排球教学中，根据教学的实际情况，教师与学生之间、学生与学生之间通过平等对话交流形成一个复杂交互的关系网络；教师、学生与教材相互作用，选择适合实际的教学内容；教师、学生与场地器材相互作用，选择适合学生水平能力的场地器材等。

总之，排球教学是一个复杂的系统，排球教学过程是一个由低层次向高层次，由低级向高级演化的系统。从教学的开始到结束排球教学始终是一个整体，在由低层次到高层次，由低级到高级的教学过程中始终包括学生的情感、场地、器材、技术、战术、环境等个子系统相互作用、协同演化发展。

参考文献：

[1]乌杰.和谐社会与系统范式[M].北京：社会科学文献出版社，2006.

[2]张天宝.走向交往实践的主体性教育[M].北京：教育科学出版社，2005.

[3][比]伊·普里戈金，[法]斯唐热.从混沌到有序——人与自然的新对话[M].曾庆宏，沈小峰，译.上海：上海译文出版社，2005.

[4][德]赫尔曼·哈肯.协同学—大自然构成的奥秘[M].凌复华，译.上海：上海世纪出版集团，2005.

地球物理论文篇6

【正文】

盖亚假说（gaia hypothesis）是由英国大气学家拉伍洛克（james e.lovelock）在 20世纪60年代末提出的。后来经过他和美国生物学家马古利斯（ lynn margulis）共同推进，逐渐受到西方科学界的重视，并对人们的地球观产生着越来越大的影响。同时盖亚假说也成为西方环境保护运动和绿党行动的一个重要的理论基础。本文将对盖亚假说的提出和发展、盖亚假说的科学内涵及其争论、由盖亚假说所导致的新的地球系统观和盖亚假说给人们的启示等方面进行阐述和讨论。

一、盖亚假说的提出和发展

60年代初，正在美国国家喷气动力实验室工作的拉伍洛克接受了美国国家航空航天局（nasa）关于火星上是否存在生命的研究课题。他提出了一种直接分析火星上的大气构成，而不用把航天器降落到火星表面来定点寻找生命是否存在的想法。他认为如果一个行星存在生命，必定要求其大气既作为生命有机体的一种原料资源，又作为生命有机体的一种废物排放之地。行星大气对生命有机体的这两种用途将改变大气构成，使其远离化学平衡态。如果观测到的一个行星的大气构成远离化学平衡态，则可能存在生命。带着这种想法，他开始考察当时已知其大气构成的火星和金星，发现这两颗行星的大气构成都接近化学平衡态。大气的主要成分是一般不进行化学反应的二氧化碳。因此，两者都不应该存在生命。为了肯定这一预言，他开始考虑有生命存在的地球大气的构成，发现其远离化学平衡态，如大气中高达21％的活性气体氧气和1.7ppm（百万分率）沼气能共存（由于在阳光下沼气和氧气会起化学反应，形成二氧化碳和水，要维持沼气1.7ppm的比率，每年需要5 亿吨沼气由能产生沼气的生物体排出），而二氧化碳只有万分之几。

正是在这个时候，即1965年秋的一天，盖亚想法出现在他的脑海里，即地球大气的这种独特的和不稳定的气体混合比率为什么在相当长的时间内能维持不变呢？是否地球上的生物不仅生成了大气，而且调节大气，使其保持一种稳定的气体构成，从而有利于生物体的存在呢？

当时他对这种控制系统的性质还没有任何想法，只是认为地球表面的有机体必定是这个系统的一部分，并且气体的构成可能是被调节的因素之一。后来，他从天体物理学家那里得知，恒星随着年龄的成熟，发热能力会增大；自从36亿年前地球上有生命以来，太阳的发热能力已经增强了25％。然而地球却保持了有利于生命存在的温度。在如此长的时间内，地球的气候是否会被有效地调节呢？此时，一种涉及整个行星和行星上生命的控制系统概念在他的大脑里牢固地建立起来。

但这时他没能继续推进他的这种观点，而是推进他的更小的目标，说服喷气动力实验室研究生命科学的同事们接受大气分析是探测其它行星上是否存在生命的有效方法。他当时并没有意识到，如果他们接受他的观点就意味着承认火星上几乎不可能存在生命。这可能导致取消去火星上直接探测生命是否存在的海盗号飞船计划。

尽管这样，nasa对他的这种危险的观点还是很宽容的，并允许他在这方面继续工作。他的一个天文学同事赛甘（carl sagan）是icarus（航程无限的洲际宇宙火箭）杂志的主编，虽然不同意他的通过大气分析来探测行星上是否存在生命的观点，但同意在其杂志上发表他的有关论文。而他把地球作为一个自调节系统的文章是在1968年美国航空学会会议上首次发表的。但把地球作为一个超级有机体并用盖亚（gaia）来命名则是1972年的事。他接受了在英国家乡的邻居、小说家勾尔丁（wil-liam golding）的建议，用盖亚这个古希腊地球女神的名字来命名。随后他与杰出的生物学家马古利斯合作来发展他的盖亚假说。

但拉伍洛克和马古利斯关于盖亚假说研究论文的发表遇到了阻力。《科学》和《自然》等重要科学刊物虽然对他们的论文很感兴趣，但不能通过同行评审。在这些评审者看来他们的观点是危险的。尽管他们的论文没能在这些重要的刊物上发表。但拉伍洛克常常被邀请参加各种学术会议，并以会议文集的形式发表他们有关盖亚假说的研究论文。1989年美国地球物理联合会选择盖亚作为学术会议的主题，几百名科学家和学者参加了会议，并于1993年出版了《科学家论盖亚》（scientistson gaia）大型文集。从此尽管科学界对盖亚假说有不同的观点，但以此为主题进行研究的科学家越来越多，特别是近年来nasa在全球生态学、生物圈学和地球系统科学的名义下支持此类研究，使得其影响也越来越大。一些科学哲学家、环境保护主义者和政治家等也从各自的角度关注和讨论盖亚假说，有关的论文和书籍也越来越多。

二、盖亚假说的科学内涵及其争论

现代科学把地球作为一个超级有机体的思想并不是拉伍洛克最先提出的。早在1785年被称为地质学之父的哈顿（james hutton）就指出：“我认为地球是一个超级有机体并且应该用生理学的方式对它进行恰当的研究”〔1〕。 他利用血液循环和氧与生命之间的联系等生理学的发现来看待地球的水循环和营养元素的运动。然而，到了19世纪哈顿的这种把地球作为一个整体来进行研究的观点被抛弃了。地球科学和生命科学分离了。地质学家认为，地球环境的变化只不过由化学的和物理的过程所决定；而生物学家则认为不管地球环境如何变化，对有机体来说，只是个适应的问题。甚至达尔文也没有认识到，我们呼吸的空气、海洋和岩石或者是生命有机体的直接产物，或者被生命有机体大大地改变了。

直到1945年，被称为现代生物地球化学之父的俄国科学家沃纳德斯基（vladimir vernadsky）才认识到生命和物质环境是相互作用的，大气中的氧气和沼气是生物的产物，并建立了一种生命和物质环境两者共同进化的理论。但这种共同进化论很象精神上的朋友关系，生物学家和地质学家保持朋友关系，但不是密不可分的关系。这种共同进化论不包括由地球上的生物和其物质环境所构成的系统主动地调节地球的化学构成和气候；更重要的是，它没有把地球看作一个活着的有机体，更没有把它看作一个生理的系统。

盖亚假说把共同进化论向前推进了一大步。它认为地球上的生命和其物质环境，包括大气、海洋和地表岩石是紧密联系在一起的系统进化。它把地球看作一个生理的系统，拉伍洛克甚至直接把盖亚假说称为地球生理学。正象生理学用整体性的观点看待植物、动物和微生物等生命有机体一样、地球生理学是把地球作为一个活的系统的整体性科学。拉伍洛克认为这种地球生理学是一种硬的和严格的科学。它主要研究诸如大气和温度调节系统的性质。它也是行星医学（planetary medicine）这个实际经验领域的基础。它不能打破现代科学思想和实验的诚实传统。它是哈顿和沃纳德斯基有关思想和理论的继承和发展。

作为一个科学假说，盖亚假说不仅是要描述世界的真实图景，更重要的是它能刺激人们有效地提出问题和预测，随后的研究或者证实其预测，或者拓宽有意义的研究领域。这样，盖亚假说就有效地推动了研究的进展。盖亚假说的预测有些已经得到证实，有些还在研究之中有待证实。例如，1968年根据盖亚假说预测火星上没有生命，1977年海盗号飞船予以证实；1971年预测有机体产生的化合物能把一些基本元素从海洋转移到大陆表面上来，1973年二甲基硫和甲基碘被发现；1981年预测通过生物地增强岩石的风化，二氧化碳可以控制调节气候，1989年发现微生物大大加速了岩石的风化；1987年预测气候调节通过云密度的控制与海藻硫气体的释放相联，1990年发现海洋云层的覆盖与海藻的分布在地理上是相配的，此预测还需要进一步的证实；1973年预测在过去的2 亿年里大气里的氧气保持在21±5％的水平，这一预测在证实中；1988 年预测，太古代的大气化学由沼气主导着，此预测在证实中；等等。总之，盖亚假说在预测和证实的意义上完全遵循现代科学产生以来的传统，并大大拓展了研究的视野。

盖亚假说也引起了科学界的激烈争论。第一类争论是由对概念的理解不同引起的。盖亚假说的核心思想是认为地球是一个生命有机体。但对生命是什么，不同的学科有不同的定义。物理学家把生命定义为一个系统通过吸收外界自由能和排除低能废物，而使内熵减少的一种特殊状态。新达尔文主义生物学家把生命定义为一个有机体能够繁殖后代并通过在其后代中的自然选择来修正繁殖错误。生物化学家把生命定义为一个有机体在遗传信息的指导下，利用阳光或食品等自由能而生长。而盖亚假说或地球生理学家把生命定义为一个有边界的系统、通过与外界交换物质和能量，在外界条件变化的情况下，能保持内部条件的稳定性。

盖亚假说对生命的定义在物理学家和生物化学家各自对生命定义的范围内，因此，他们从概念上往往不反对盖亚假说。而新达尔文主义生物学家则反对和嘲笑盖亚假说。他们说，地球不能繁殖，不能在与其它行星的竞争中进化，怎么能说地球是生命有机体呢。而拉伍洛克争辩说，新达尔文主义生物学家对生命的定义太狭窄。他指出生命大体有繁殖、新陈代谢、进化、热稳态、化学稳态和自我康复（医治）等特性，但不是所有的生命形式都完全具有这些特性。正象微生物和树木没有热稳态特性，人们仍把它们作为生命有机体一样，地球没有繁殖特性，同样也可以作为生命有机体。

1985年拉伍洛克接受美国物理学家罗瑟斯坦（jerome rothstein）的建议，把盖亚形象地比作美国西海岸的红杉树。一颗红杉树97％以上的部分是死的，只有树皮下和木质之间的形成层和树叶、花和籽是活的。同样，地球绝大部分是死的，只有散布着各种生命有机体的地表的“形成层”才是活的。另外，树皮和大气也分别起着相似的作用。

第二类争论是由对盖亚假说所包含的不同层次的含义的理解不同引起的。盖亚假说至少包含5 个层次的含义：一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；二是地球上的各种生物体影响生物环境，而环境又反过来影响达尔文的生物进化过程，两者共同进化；三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接，从而保持地球生态的稳定状态；四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生物圈；五是认为各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。对于前两层含义（常常被称为弱盖亚假说）一般没有争论；而对于后三层含义（常常被称为强盖亚假说）就有很大的争论。其争论表现在如下几个方面：

第一，如果把盖亚作为一个负反馈调节系统，那么怎样理解该系统的目标，是某种意义的设计呢，还是系统本身的自发状态呢？拉伍洛克认为这个系统本身有一种稳定状态。但盖亚假说的批评者认为，盖亚假说没有独立的目标定义，即大气服务于不管大气如何行为的目标。

第二，如何理解盖亚的自动平衡态。盖亚假说的批评者指出，地球产生以来，大气中的氧气、二氧化碳和沼气的含量已经发生了很大的变化，它怎么能保持自动平衡呢？而拉伍洛克则解释说，盖亚作为一个活的系统，其稳定态不是永远不变的，而是一种动态的稳定。在外界条件变化很大的情况下，这个系统通过自动调节，只产生微小的变化，从而保持有利于生命存在和进化的条件。

第三，如何理解模型的功能。尽管拉伍洛克及其合作者和支持者根据盖亚假说，能得到一些预测，并且有些预测已经得到了证实，但把盖亚作为一个整体系统来研究，只能建立计算机模型和进行模拟实验。拉伍洛克及其合作者为盖亚假说研制了名为雏菊世界（daisy world ）的模型并进行了大量的模拟实验，来研究和说明地球生态系统的结构、行为和运动机制。盖亚的批评者则认为模型只是研究的一个工具，不能代替对地球生态系统的实际研究。如果盖亚假说主要是通过模型研究而不是通过实际研究，那么就很难说它是“科学的”。

应该看到，盖亚假说作为一个具有科学革命意义的学说，在科学界引起激烈的争论是一种正常现象。正是这种争论已经并将继续推动其向前发展。

三、一种新的地球系统观

盖亚假说不仅具有上述科学意义，而且具有很大的精神意义。拉伍洛克用盖亚来为其学说命名本身就表明这个假说的精神价值。在古希腊神话中，盖亚是宇宙浑沌的女儿，是地球母亲，其他许多神都是她的后代。很显然，地球母亲的思想，作为一种世界观在古希腊时期就出现了。到了中世纪，地球母亲的世界观有时被象征性地或隐喻性地来理解，上帝通过她创造地球上的各种生命形式。随着现代自然科学的兴起，地球母亲的观念变为一种浪漫的和富有诗意的传统，而离开了自然科学。但作为现代地球科学、大气科学、生态学和微生物学等领域交叉最新成果的盖亚假说，又复活了地球母亲的观念，并赋予其现代意义，这是一种新的地球系统观。

盖亚假说认为，地球不仅容纳了千百万种生命有机体，而且它本身也是一个巨大的生命有机体。岩石、空气、海洋和所有的生命构成一个不可分离的系统。正是这个系统的整体功能使得地球成为生命存在之地，也就是说，生命要依靠整个地球的规模才能生存。地球上物种的进化与其物理和化学环境的进化紧密地联系在一起，构成单一的和不可分割的进化过程。

盖亚假说的提出与拉伍洛克“从上到下”的系统思维方式密切相关。作为要探讨其它行星上是否存在生命的大气学家、拉伍洛克没有采用“从下到上”的传统的还原论的思维方式，即没有采用从最小的生命形式开始，逐渐扩展到大的生命系统的方式，而是站在地球之外，把整个地球作为一个系统，并把地球系统与火星系统和金星系统相比较，从而提出盖亚假说的。拉伍洛克指出：“当我们从外层空间向地球运动的时候，首先我们看到的是包围着盖亚的大气；然后看到的是诸如森林生态系统的边界；然后，看到的灵活着的动物和植物的皮；进一步是细胞膜；最后是细胞核和dna。 如果生命被定义为能够主动地维持低熵特性的自组织系统，那么，从每一个层次的边界之外来看，这些不同层次的系统都是活着的。”〔2〕正因为拉伍洛克把地球作为一个整体， 并采用“从上到下”的系统的思维方式，才能提出盖亚假说。这也表示盖亚假说是一种新的地球系统观。

盖亚假说作为一种新的地球系统观的意义在于，它能直接或间接地帮助回答当今人类所面临的生态问题和世界观问题。首先，全球生态环境恶化是人类当今面临的最严重的问题之一。盖亚假说启示人们，环境问题是涉及整个地球生态系统的问题，要解决这个问题不仅需要用系统的或整体的观点和方法来认识人类生产和生活方式对生态环境影响，而且需要人类共同行动。同时，盖亚假说也从道义上启示人们，包括人类在内的所有生物都是地球母亲的后代，人类既不是地球的主人，也不是地球的管理者，只是地球母亲的后代之一。因此，人类应该热爱和保护地球母亲，并与其他生物和睦相处。

第二，盖亚假说对于回答生命的目的问题给人们新的启示。生命的存在依赖于整个地球生态系统，它是一个能进行自我调节的负反馈系统，其目标就是体内平衡的状态，即各种生物及其环境和睦的平衡状态，从而使生命在全球范围内健康成长。人类只有与盖亚和睦相处，致力于她的健康，欣赏她的美丽和报答她的恩惠，才能发现生命的意义。

第三，盖亚假说对于回答所谓宇宙设计问题给人们新的启示。盖亚假说认为，地球本身有一定的次序和结构，从而形成一种体内自动平衡态。这只是事物进化的一种方式，而不需要有意的设计。同样，宇宙本身也有一定的次序和结构，而不必需要有意的设计。

四、盖亚假说的启示

盖亚假说的发展及其影响能给人们许多启示，下述三点特别值得注意：

第一，盖亚假说作为一个具有科学革命意义的假说提出后，在很长一段时间里为现存的科学建制不能接受，通过提出者百折不挠的努力，才逐渐被科学界接受。拉伍洛克自从60年代中期产生盖亚思想以来，30多年来孜孜不倦地为推进其假说而奔走、呼吁和开展研究，才使其假说在科学界影响越来越大。在其论文不能在《科学》和《自然》等重要科学刊物上发表的情况下，没有泄气，而是寻找其它途径宣传其假说。例如，利用各种学术会议，宣传盖亚假说。拉伍洛克知道，这些会议的组织者让他到会讲盖亚假说，主要是为了调节一下会议沉闷的气氛。但即使这样，他也去讲，这毕竟是传播盖亚假说的一种途径。

第二，盖亚假说作为一个跨学科性的新假说提出后，要得到发展，需要与相关专业的科学家合作。拉伍洛克提出盖亚假说后，找到生物学家马古利斯，并长期合作，共同推动盖亚假说的研究与发展。这种不同学科、志同道合的研究者长期合作，对盖亚假说的发展也是极为重要的。特别难能可贵的是他们的这种合作研究是在长达20多年的时间里得不到美国国家科学基金和其它基金资助的情况下进行的（当然，这一情况也说明，现存的以学科为基础的科学基金资助体系，不利于资助跨学科的研究）。

第三，盖亚假说作为一个具有重大科学意义的假说的提出和发展，必然引起人们观念的变革，从而在一定意义上指导人们的行动；但盖亚假说本身并不是判断人们的行为正确与否的最终的道德标准。盖亚假说本身体现了一种新的地球系统观，西方一些生态环境保护组织和绿党也纷纷把它作为环境保护运动或生态抵抗运动的理论基础或精神动力。这的确在一定意义上支持和促进了生态环境运动。但盖亚假说本身并不能解决人们应该如何对待生态环境的最终的道德判断问题。事实上，在一些生态环境保护主义者利用盖亚假说来说明其行动的合理性的同时，一些以盈利为目的的企业家也利用盖亚假说来为其浪费资源和污染环境的行为辩解。他们说，既然地球是一个具有自动调节能力的巨大系统，那么，多利用一些资源或多排放一些污染，地球会利用其自我调节能力，使其保持平衡态。

针对这种辩解，一些盖亚假说研究者，包括拉伍洛克本人也对地球生态系统的自我调节能力进行计算机模拟研究，但这种模拟研究很难得到公认的结果，更不要说地球生态系统自我调节的真实能力究竟有多大了。但即使得到真实调节能力的数据，也不能说服这些企业家。他们会说，如果污染超过地球系统的调节能力，这个系统又会达到一个新的平衡点，使这个系统恢复自我调节能力，等等。

由此可见，盖亚假说与其它重大的科学假说或理论一样，尽管能使人们对自然界有新的理解，也能为人们行为的合理性提供一定意义的支持，但其本身并不是人们行为的最终的道德标准。要解决人类所面临的生态环境问题，还必须考虑人文和社会等多方面的因素。

【参考文献】

〔1〕　stephen h. schneider and penelop j. boston, edit. ,scientists on gaia, cambridge, massachusetts: the mit　press,1993, page 3.

〔2〕　james lovelock, the ages of gaia: a　biography　of our living earth, new york: bantan books, 1990, page 27.

地球物理论文篇7

【正文】

盖亚假说（gaia hypothesis）是由英国大气学家拉伍洛克（james e.lovelock）在 20世纪60年代末提出的。后来经过他和美国生物学家马古利斯（ lynn margulis）共同推进，逐渐受到西方科学界的重视，并对人们的地球观产生着越来越大的影响。同时盖亚假说也成为西方环境保护运动和绿党行动的一个重要的理论基础。本文将对盖亚假说的提出和发展、盖亚假说的科学内涵及其争论、由盖亚假说所导致的新的地球系统观和盖亚假说给人们的启示等方面进行阐述和讨论。

一、盖亚假说的提出和发展

60年代初，正在美国国家喷气动力实验室工作的拉伍洛克接受了美国国家航空航天局（nasa）关于火星上是否存在生命的研究课题。他提出了一种直接分析火星上的大气构成，而不用把航天器降落到火星表面来定点寻找生命是否存在的想法。他认为如果一个行星存在生命，必定要求其大气既作为生命有机体的一种原料资源，又作为生命有机体的一种废物排放之地。行星大气对生命有机体的这两种用途将改变大气构成，使其远离化学平衡态。如果观测到的一个行星的大气构成远离化学平衡态，则可能存在生命。带着这种想法，他开始考察当时已知其大气构成的火星和金星，发现这两颗行星的大气构成都接近化学平衡态。大气的主要成分是一般不进行化学反应的二氧化碳。因此，两者都不应该存在生命。为了肯定这一预言，他开始考虑有生命存在的地球大气的构成，发现其远离化学平衡态，如大气中高达21％的活性气体氧气和1.7ppm（百万分率）沼气能共存（由于在阳光下沼气和氧气会起化学反应，形成二氧化碳和水，要维持沼气1.7ppm的比率，每年需要5 亿吨沼气由能产生沼气的生物体排出），而二氧化碳只有万分之几。

正是在这个时候，即1965年秋的一天，盖亚想法出现在他的脑海里，即地球大气的这种独特的和不稳定的气体混合比率为什么在相当长的时间内能维持不变呢？是否地球上的生物不仅生成了大气，而且调节大气，使其保持一种稳定的气体构成，从而有利于生物体的存在呢？

当时他对这种控制系统的性质还没有任何想法，只是认为地球表面的有机体必定是这个系统的一部分，并且气体的构成可能是被调节的因素之一。后来，他从天体物理学家那里得知，恒星随着年龄的成熟，发热能力会增大；自从36亿年前地球上有生命以来，太阳的发热能力已经增强了25％。然而地球却保持了有利于生命存在的温度。在如此长的时间内，地球的气候是否会被有效地调节呢？此时，一种涉及整个行星和行星上生命的控制系统概念在他的大脑里牢固地建立起来。

但这时他没能继续推进他的这种观点，而是推进他的更小的目标，说服喷气动力实验室研究生命科学的同事们接受大气分析是探测其它行星上是否存在生命的有效方法。他当时并没有意识到，如果他们接受他的观点就意味着承认火星上几乎不可能存在生命。这可能导致取消去火星上直接探测生命是否存在的海盗号飞船计划。

尽管这样，nasa对他的这种危险的观点还是很宽容的，并允许他在这方面继续工作。他的一个天文学同事赛甘（carl sagan）是icarus（航程无限的洲际宇宙火箭）杂志的主编，虽然不同意他的通过大气分析来探测行星上是否存在生命的观点，但同意在其杂志上发表他的有关论文。而他把地球作为一个自调节系统的文章是在1968年美国航空学会会议上首次发表的。但把地球作为一个超级有机体并用盖亚（gaia）来命名则是1972年的事。他接受了在英国家乡的邻居、小说家勾尔丁（wil-liam golding）的建议，用盖亚这个古希腊地球女神的名字来命名。随后他与杰出的生物学家马古利斯合作来发展他的盖亚假说。

但拉伍洛克和马古利斯关于盖亚假说研究论文的发表遇到了阻力。《科学》和《自然》等重要科学刊物虽然对他们的论文很感兴趣，但不能通过同行评审。在这些评审者看来他们的观点是危险的。尽管他们的论文没能在这些重要的刊物上发表。但拉伍洛克常常被邀请参加各种学术会议，并以会议文集的形式发表他们有关盖亚假说的研究论文。1989年美国地球物理联合会选择盖亚作为学术会议的主题，几百名科学家和学者参加了会议，并于1993年出版了《科学家论盖亚》（scientistson gaia）大型文集。从此尽管科学界对盖亚假说有不同的观点，但以此为主题进行研究的科学家越来越多，特别是近年来nasa在全球生态学、生物圈学和地球系统科学的名义下支持此类研究，使得其影响也越来越大。一些科学哲学家、环境保护主义者和政治家等也从各自的角度关注和讨论盖亚假说，有关的论文和书籍也越来越多。

二、盖亚假说的科学内涵及其争论

现代科学把地球作为一个超级有机体的思想并不是拉伍洛克最先提出的。早在1785年被称为地质学之父的哈顿（james hutton）就指出：“我认为地球是一个超级有机体并且应该用生理学的方式对它进行恰当的研究”〔1〕。 他利用血液循环和氧与生命之间的联系等生理学的发现来看待地球的水循环和营养元素的运动。然而，到了19世纪哈顿的这种把地球作为一个整体来进行研究的观点被抛弃了。地球科学和生命科学分离了。地质学家认为，地球环境的变化只不过由化学的和物理的过程所决定；而生物学家则认为不管地球环境如何变化，对有机体来说，只是个适应的问题。甚至达尔文也没有认识到，我们呼吸的空气、海洋和岩石或者是生命有机体的直接产物，或者被生命有机体大大地改变了。

直到1945年，被称为现代生物地球化学之父的俄国科学家沃纳德斯基（vladimir vernadsky）才认识到生命和物质环境是相互作用的，大气中的氧气和沼气是生物的产物，并建立了一种生命和物质环境两者共同进化的理论。但这种共同进化论很象精神上的朋友关系，生物学家和地质学家保持朋友关系，但不是密不可分的关系。这种共同进化论不包括由地球上的生物和其物质环境所构成的系统主动地调节地球的化学构成和气候；更重要的是，它没有把地球看作一个活着的有机体，更没有把它看作一个生理的系统。

盖亚假说把共同进化论向前推进了一大步。它认为地球上的生命和其物质环境，包括大气、海洋和地表岩石是紧密联系在一起的系统进化。它把地球看作一个生理的系统，拉伍洛克甚至直接把盖亚假说称为地球生理学。正象生理学用整体性的观点看待植物、动物和微生物等生命有机体一样、地球生理学是把地球作为一个活的系统的整体性科学。拉伍洛克认为这种地球生理学是一种硬的和严格的科学。它主要研究诸如大气和温度调节系统的性质。它也是行星医学（planetary medicine）这个实际经验领域的基础。它不能打破现代科学思想和实验的诚实传统。它是哈顿和沃纳德斯基有关思想和理论的继承和发展。

作为一个科学假说，盖亚假说不仅是要描述世界的真实图景，更重要的是它能刺激人们有效地提出问题和预测，随后的研究或者证实其预测，或者拓宽有意义的研究领域。这样，盖亚假说就有效地推动了研究的进展。盖亚假说的预测有些已经得到证实，有些还在研究之中有待证实。例如，1968年根据盖亚假说预测火星上没有生命，1977年海盗号飞船予以证实；1971年预测有机体产生的化合物能把一些基本元素从海洋转移到大陆表面上来，1973年二甲基硫和甲基碘被发现；1981年预测通过生物地增强岩石的风化，二氧化碳可以控制调节气候，1989年发现微生物大大加速了岩石的风化；1987年预测气候调节通过云密度的控制与海藻硫气体的释放相联，1990年发现海洋云层的覆盖与海藻的分布在地理上是相配的，此预测还需要进一步的证实；1973年预测在过去的2 亿年里大气里的氧气保持在21±5％的水平，这一预测在证实中；1988 年预测，太古代的大气化学由沼气主导着，此预测在证实中；等等。总之，盖亚假说在预测和证实的意义上完全遵循现代科学产生以来的传统，并大大拓展了研究的视野。

盖亚假说也引起了科学界的激烈争论。第一类争论是由对概念的理解不同引起的。盖亚假说的核心思想是认为地球是一个生命有机体。但对生命是什么，不同的学科有不同的定义。物理学家把生命定义为一个系统通过吸收外界自由能和排除低能废物，而使内熵减少的一种特殊状态。新达尔文主义生物学家把生命定义为一个有机体能够繁殖后代并通过在其后代中的自然选择来修正繁殖错误。生物化学家把生命定义为一个有机体在遗传信息的指导下，利用阳光或食品等自由能而生长。而盖亚假说或地球生理学家把生命定义为一个有边界的系统、通过与外界交换物质和能量，在外界条件变化的情况下，能保持内部条件的稳定性。

盖亚假说对生命的定义在物理学家和生物化学家各自对生命定义的范围内，因此，他们从概念上往往不反对盖亚假说。而新达尔文主义生物学家则反对和嘲笑盖亚假说。他们说，地球不能繁殖，不能在与其它行星的竞争中进化，怎么能说地球是生命有机体呢。而拉伍洛克争辩说，新达尔文主义生物学家对生命的定义太狭窄。他指出生命大体有繁殖、新陈代谢、进化、热稳态、化学稳态和自我康复（医治）等特性，但不是所有的生命形式都完全具有这些特性。正象微生物和树木没有热稳态特性，人们仍把它们作为生命有机体一样，地球没有繁殖特性，同样也可以作为生命有机体。

1985年拉伍洛克接受美国物理学家罗瑟斯坦（jerome rothstein）的建议，把盖亚形象地比作美国西海岸的红杉树。一颗红杉树97％以上的部分是死的，只有树皮下和木质之间的形成层和树叶、花和籽是活的。同样，地球绝大部分是死的，只有散布着各种生命有机体的地表的“形成层”才是活的。另外，树皮和大气也分别起着相似的作用。

第二类争论是由对盖亚假说所包含的不同层次的含义的理解不同引起的。盖亚假说至少包含5 个层次的含义：一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；二是地球上的各种生物体影响生物环境，而环境又反过来影响达尔文的生物进化过程，两者共同进化；三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接，从而保持地球生态的稳定状态；四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生物圈；五是认为各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。对于前两层含义（常常被称为弱盖亚假说）一般没有争论；而对于后三层含义（常常被称为强盖亚假说）就有很大的争论。其争论表现在如下几个方面：

第一，如果把盖亚作为一个负反馈调节系统，那么怎样理解该系统的目标，是某种意义的设计呢，还是系统本身的自发状态呢？拉伍洛克认为这个系统本身有一种稳定状态。但盖亚假说的批评者认为，盖亚假说没有独立的目标定义，即大气服务于不管大气如何行为的目标。

第二，如何理解盖亚的自动平衡态。盖亚假说的批评者指出，地球产生以来，大气中的氧气、二氧化碳和沼气的含量已经发生了很大的变化，它怎么能保持自动平衡呢？而拉伍洛克则解释说，盖亚作为一个活的系统，其稳定态不是永远不变的，而是一种动态的稳定。在外界条件变化很大的情况下，这个系统通过自动调节，只产生微小的变化，从而保持有利于生命存在和进化的条件。

第三，如何理解模型的功能。尽管拉伍洛克及其合作者和支持者根据盖亚假说，能得到一些预测，并且有些预测已经得到了证实，但把盖亚作为一个整体系统来研究，只能建立计算机模型和进行模拟实验。拉伍洛克及其合作者为盖亚假说研制了名为雏菊世界（daisy world ）的模型并进行了大量的模拟实验，来研究和说明地球生态系统的结构、行为和运动机制。盖亚的批评者则认为模型只是研究的一个工具，不能代替对地球生态系统的实际研究。如果盖亚假说主要是通过模型研究而不是通过实际研究，那么就很难说它是“科学的”。

应该看到，盖亚假说作为一个具有科学革命意义的学说，在科学界引起激烈的争论是一种正常现象。正是这种争论已经并将继续推动其向前发展。

三、一种新的地球系统观

盖亚假说不仅具有上述科学意义，而且具有很大的精神意义。拉伍洛克用盖亚来为其学说命名本身就表明这个假说的精神价值。在古希腊神话中，盖亚是宇宙浑沌的女儿，是地球母亲，其他许多神都是她的后代。很显然，地球母亲的思想，作为一种世界观在古希腊时期就出现了。到了中世纪，地球母亲的世界观有时被象征性地或隐喻性地来理解，上帝通过她创造地球上的各种生命形式。随着现代自然科学的兴起，地球母亲的观念变为一种浪漫的和富有诗意的传统，而离开了自然科学。但作为现代地球科学、大气科学、生态学和微生物学等领域交叉最新成果的盖亚假说，又复活了地球母亲的观念，并赋予其现代意义，这是一种新的地球系统观。

盖亚假说认为，地球不仅容纳了千百万种生命有机体，而且它本身也是一个巨大的生命有机体。岩石、空气、海洋和所有的生命构成一个不可分离的系统。正是这个系统的整体功能使得地球成为生命存在之地，也就是说，生命要依靠整个地球的规模才能生存。地球上物种的进化与其物理和化学环境的进化紧密地联系在一起，构成单一的和不可分割的进化过程。

盖亚假说的提出与拉伍洛克“从上到下”的系统思维方式密切相关。作为要探讨其它行星上是否存在生命的大气学家、拉伍洛克没有采用“从下到上”的传统的还原论的思维方式，即没有采用从最小的生命形式开始，逐渐扩展到大的生命系统的方式，而是站在地球之外，把整个地球作为一个系统，并把地球系统与火星系统和金星系统相比较，从而提出盖亚假说的。拉伍洛克指出：“当我们从外层空间向地球运动的时候，首先我们看到的是包围着盖亚的大气；然后看到的是诸如森林生态系统的边界；然后，看到的灵活着的动物和植物的皮；进一步是细胞膜；最后是细胞核和dna。 如果生命被定义为能够主动地维持低熵特性的自组织系统，那么，从每一个层次的边界之外来看，这些不同层次的系统都是活着的。”〔2〕正因为拉伍洛克把地球作为一个整体， 并采用“从上到下”的系统的思维方式，才能提出盖亚假说。这也表示盖亚假说是一种新的地球系统观。

盖亚假说作为一种新的地球系统观的意义在于，它能直接或间接地帮助回答当今人类所面临的生态问题和世界观问题。首先，全球生态环境恶化是人类当今面临的最严重的问题之一。盖亚假说启示人们，环境问题是涉及整个地球生态系统的问题，要解决这个问题不仅需要用系统的或整体的观点和方法来认识人类生产和生活方式对生态环境影响，而且需要人类共同行动。同时，盖亚假说也从道义上启示人们，包括人类在内的所有生物都是地球母亲的后代，人类既不是地球的主人，也不是地球的管理者，只是地球母亲的后代之一。因此，人类应该热爱和保护地球母亲，并与其他生物和睦相处。

第二，盖亚假说对于回答生命的目的问题给人们新的启示。生命的存在依赖于整个地球生态系统，它是一个能进行自我调节的负反馈系统，其目标就是体内平衡的状态，即各种生物及其环境和睦的平衡状态，从而使生命在全球范围内健康成长。人类只有与盖亚和睦相处，致力于她的健康，欣赏她的美丽和报答她的恩惠，才能发现生命的意义。

第三，盖亚假说对于回答所谓宇宙设计问题给人们新的启示。盖亚假说认为，地球本身有一定的次序和结构，从而形成一种体内自动平衡态。这只是事物进化的一种方式，而不需要有意的设计。同样，宇宙本身也有一定的次序和结构，而不必需要有意的设计。

四、盖亚假说的启示

盖亚假说的发展及其影响能给人们许多启示，下述三点特别值得注意：

第一，盖亚假说作为一个具有科学革命意义的假说提出后，在很长一段时间里为现存的科学建制不能接受，通过提出者百折不挠的努力，才逐渐被科学界接受。拉伍洛克自从60年代中期产生盖亚思想以来，30多年来孜孜不倦地为推进其假说而奔走、呼吁和开展研究，才使其假说在科学界影响越来越大。在其论文不能在《科学》和《自然》等重要科学刊物上发表的情况下，没有泄气，而是寻找其它途径宣传其假说。例如，利用各种学术会议，宣传盖亚假说。拉伍洛克知道，这些会议的组织者让他到会讲盖亚假说，主要是为了调节一下会议沉闷的气氛。但即使这样，他也去讲，这毕竟是传播盖亚假说的一种途径。

第二，盖亚假说作为一个跨学科性的新假说提出后，要得到发展，需要与相关专业的科学家合作。拉伍洛克提出盖亚假说后，找到生物学家马古利斯，并长期合作，共同推动盖亚假说的研究与发展。这种不同学科、志同道合的研究者长期合作，对盖亚假说的发展也是极为重要的。特别难能可贵的是他们的这种合作研究是在长达20多年的时间里得不到美国国家科学基金和其它基金资助的情况下进行的（当然，这一情况也说明，现存的以学科为基础的科学基金资助体系，不利于资助跨学科的研究）。

第三，盖亚假说作为一个具有重大科学意义的假说的提出和发展，必然引起人们观念的变革，从而在一定意义上指导人们的行动；但盖亚假说本身并不是判断人们的行为正确与否的最终的道德标准。盖亚假说本身体现了一种新的地球系统观，西方一些生态环境保护组织和绿党也纷纷把它作为环境保护运动或生态抵抗运动的理论基础或精神动力。这的确在一定意义上支持和促进了生态环境运动。但盖亚假说本身并不能解决人们应该如何对待生态环境的最终的道德判断问题。事实上，在一些生态环境保护主义者利用盖亚假说来说明其行动的合理性的同时，一些以盈利为目的的企业家也利用盖亚假说来为其浪费资源和污染环境的行为辩解。他们说，既然地球是一个具有自动调节能力的巨大系统，那么，多利用一些资源或多排放一些污染，地球会利用其自我调节能力，使其保持平衡态。

针对这种辩解，一些盖亚假说研究者，包括拉伍洛克本人也对地球生态系统的自我调节能力进行计算机模拟研究，但这种模拟研究很难得到公认的结果，更不要说地球生态系统自我调节的真实能力究竟有多大了。但即使得到真实调节能力的数据，也不能说服这些企业家。他们会说，如果污染超过地球系统的调节能力，这个系统又会达到一个新的平衡点，使这个系统恢复自我调节能力，等等。

由此可见，盖亚假说与其它重大的科学假说或理论一样，尽管能使人们对自然界有新的理解，也能为人们行为的合理性提供一定意义的支持，但其本身并不是人们行为的最终的道德标准。要解决人类所面临的生态环境问题，还必须考虑人文和社会等多方面的因素。

【参考文献】

〔1〕　stephen h. schneider and penelop j. boston, edit. ,scientists on gaia, cambridge, massachusetts: the mit　press,1993, page 3.

〔2〕　james lovelock, the ages of gaia: a　biography　of our living earth, new york: bantan books, 1990, page 27.

地球物理论文篇8

哲学基础。早在中国古代的道家，很早就认为万物总是相生相克，有阴就有阳，有明就有暗，自然之理。而在西方的辨证法哲学也认为事物总是既对立又统一的发展着的。

随着现代科学的发展以进步，我们知道，人类生活的地球是因为和太阳的引力作用而围绕着太阳旋转的，按照万物相生相克的原理和对立又统一的发展的关系，既然太阳和地球有引力作用，而又没有相互吞噬掉，即它们之间是不是也应该有排斥力呢？那么太阳和地球之间的引力和排斥力又是如何产生的呢？我认为地球的万有引力来源靠的是地球内部核心物质的高速旋转力而产生的，一旦地球内核不转了，我们也可能就没有了重量，哈哈黑洞的中心点转速应该超过光速，所以光也跑不了， 黑洞可能并不象现在普遍认为的把物质压缩到一个点上，可能只是仅仅靠一些超级物质，产生了超级巨大的能量和引力，并可以轻松转化物质，不知道这是不是黑洞的本质呢？

这样黑洞虽然引力大的可怕，但也就不再那么神秘和不可理解了是不是呀！

星体之间既相互吸引又相互排斥。这也可能是黑洞没有吃掉我们太阳系的原因吧。也就是说黑洞可能会抢夺物质，但并没有把物质压缩到一个原点上。那么我们地球的核心有没可能会是一个迷你的超过光速旋转的“小黑洞”呢？仰望星空我们看得到的恒心的中心，会不会都是有一个“小黑洞”呢？

关于这点我们可以从黑洞，中子星，太阳{恒星}，地球{行星}，它们之间的相似程度看到它们彼此的密切关系：1都是圆形{黑洞现观测不到但普遍这么认为}2都有自转3都有万有引力4都有磁场5都有时空漩涡……太像了，也许黑洞，中子星，恒星，行星，它们之间只是一个能量级别的差距……我认为关键是：地球的“小黑洞”中心点和太阳的“黑洞”中心点又是通过超过光速旋转的点而相互排斥的，但它们又疯狂的想吸引对方所拥有的物质，渐渐的把开始混沌的空间拉成现在极度寒冷和接近真空.....

请看以下分析：

（1）早在三百多年前，英国著名科学家牛顿创造了万有引力定律，但他却无法解释万有引力是如何产生的，后来甚至猜想地球的核心可能有一个“永动机”来解释地球万有引力来源。而近代有些科学家也提出了地球核心是靠物质衰变的永动机原理来解释地球的磁场现象，其实都是在为地球核心存在超高能量物质找寻理论依据，最近科学家观测发现越到地球的核心地方，地球的自转速度越快，观测证据显示地球的内核自转可能要比地球外壳快，一年相差约2度。虽然数值很小，但却充分说明了地球自转的能量来源问题，即地球的自转是靠地球内部自身能量带动的，而不是外力来推动的，否则的话以地球的构造应该是地壳自转速度快过地核。

（2）离地心越近重量越大……我们知道地球一个赤道略鼓而两极略扁的球体，如果按照质量引力理论应该是两极重量略重，赤道重量略轻呀！可事实为什么是物体在两极重赤道轻呢？有人认为是离心力的作用，但在同一纬度的地方为什么物体在高山上略轻而在平原上会略重呢？于是又有人说是大气压力的作用，但为什么重力加速度的数值会随海拔高度增大而减小，随纬度的升高变大呢？可见应该是离地心越近重量越大，也就是说把1000吨和1吨重的同种物质放在地球任何一个引力点上，排除其它干扰，它们重量的变化比率都应该是一样的。1997年诺贝尔物理学奖得主斯坦福大学美籍华人物理学家朱棣文教授领导的一个小组通过“坠落”原子而精确算出了单个原子所受的重力加速度并发现这一重力加速度与由数十亿原子组成的重力加速度相同，这一结果被物理学界视为意大利学者伽利略著名的“比萨斜塔试验”的现代翻版。可间万有引力应该不是物质质量间的相互作用力，而是由一个由星体核心超能量物质提供的一个场的概念。在地球核心物质提供的引力场内，一般情况下任何一点的引力大小是不会变的，越靠近地球核心引力场越强，物质的重量越大。

（3）一个有趣的天文现象，行星离太阳之间的距离是以密度来划分的即：

密度（g/cm3）1.水星5.432.海王星1.金星5.253.地球5.524.火星3.955.木星1.336.土星0.697.天王星1.298.海王星1.64。

这里似乎地球不不符合.但如果加上月球[g/cm3.350]的密度，月球的体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/80左右.和地球平均一下又符合了.[天王星1.29海王星1.64都已确定都有大量的卫星，但暂无它们卫星数据]

即太阳系行星的平均密度越大离太阳就越近，行星的平均密度越小离太阳就越远，而不是由行星的质量来决定的。如果按质量引力理论，行星离太阳距离不是应该质量越大引力越大，离太阳越近吗？可事实却不是这样的。

（4） 还有行星自转的越快离太阳越远，说明可能是星体自转的越快它的能量越大，排斥力也越大。

（5）今天就连小孩子都知道宇宙在逐渐扩大。{宇宙大曝炸理论}也就是说，星系在渐渐互相远离。但是如果说按质量万有引力定律学说，星系应该互相靠拢才对呀。但如果它们之间若除了引力还有相互排斥力存在，那理所当然会相互远离而去了...最新观测显示地球以每年7厘米左右还远离太阳，月亮以每年2厘米左右远离地球…美国国家航空航天局的钱德拉以及欧洲宇航局的XMM-牛顿X射线天文观测站天文学家认为，一颗接近太阳大小的恒星受到另外一颗恒星的作用改变了轨道并开始靠近黑洞，在黑洞的强大重力作用下，这颗恒星被拉伸，撕裂。这个黑洞吞噬了这颗恒星约1%的质量，并将剩余部分抛向宇宙空间。德国马克斯・普朗克天体物理研究院的天文学家将这一过程描述为“大卫王与巨人哥利亚之战”，可惜结果是大卫王失败。{注为什么这个黑洞只是吞噬了这颗恒星约1%的质量，并将剩余部分抛向宇宙空间，排斥力作用吗？

（6）很好解释了地球磁场产生的原因。一直以来地球磁场产生的原因有多种说法：如永磁体说、电流说、发电机理论.....等。但假如说地球核心有一个超高速旋转的“小黑洞”为地球提供强大的磁场，这个问题便非常简单了。

（7）地球核心内部小黑洞的可能大小。理论上，太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米该值的含义是，只不过史瓦西半径只是解决了{黑洞}大小问题，却没设定它是自转的，而我认为这个点应该是超高速旋转的.

（8）时空漩涡。为什么说地球核心可能是一个高速度旋转的小黑洞呢？那就是时空漩涡。据美国宇航局网站报道，科学家们经过仔细的检测，发现地球周围确实存在时空漩涡，并且其各项参数和爱因斯坦广义相对论预言的完全符合地球附近空间存在的时空漩涡，在其它大质量天体附近也一样存在，如中子星，黑洞和活动星系核等，只不过那里的时空漩涡更加剧烈，规模更加大而已。

地球物理论文篇9

网球运动源于宫廷贵族,一直以来有很多文化传统和约定俗成,即使是已成为大众体育活动项目的今天,这些传统和俗成依然保留。所以大众网球活动不论是在文化体系的物质层面、制度层面还是精神层面,都极具文化特征。它的所有内涵如技术、战术、规则、运动员的动作表情、比赛的环境气氛等可以被认同与理解,从而形成具有各个民族特性的世界网球文化体系。

一、网球文化的概念

网球文化是人们通过从事网球活动所形成的网球物质、制度、精神三个层面的财富总称。根据文化哲学的区分,网球文化结构区可分为物质文化、制度文化、精神文化三个层面。物质文化实际是指人在网球生产活动中所创造的全部物质产品,以及创造这些物品的手段、工艺、方法等。制度文化是人们为反映和确定一定的社会关系并对这些关系进行整合和调控而建立的一整套规范体系。精神文化也称为观念文化,以心理、观念、理论形态存在的文化。

网球文化所展现在世人面前的主要有两个方面:一面是有形的、可见的物质产品,网球的这一面是在不断变化中逐渐完善、发展的,在这一过程中,它日臻完美、功能越来越丰富、使用也越来越方便,在变革中不断提升;它的另一面则是无形的各种价值的总和,这一切最终体现为网球文化。

二、网球文化的演进过程

网球文化是伴随着网球游戏的创立而产生的,也伴随这项游戏的升华而完善发展形成的文化体系。最初在法国宫廷产生,带有一种宫廷气息的纯娱乐健身性的象形文化。随着现代网球运动的传播、推广、充实、完善,分阶段地逐步形成组合性的现代网球文化的当代体系。以1912年国际网球联合会创立于巴黎为标志,世界各国网球赛事频繁展开,表现为以竞技性为本体特征的跨国网球文化初步形成,规则与竞赛制度文化建立并走上国际化轨道。随着这种文化性(文化、知识、智慧、科技、人文、修养、素质、道德品位、制度创新)的不断发展、演进,世界性网球文化形成完整体系,物质与精神的社会价值观加速提升,使网球文化成为一种艺术化、国际化、产业化、人文化多元素交融下的高水平竞技文化(表1)。

三、现代网球文化的维度特征

从网球运动的发展的历史来看,它具有深厚的文化底蕴。学界认为文化大致包含三个层面:器物、制度和观念。笔者认为可以把网球文化分析得更细致一些,分为七个维度:器物、规则、技术、风俗(风格)、战术、理念和语言。各个维度是一个有机的整体,始终处于密切联系和相互作用之中(表2)。

四、网球文化的发展趋势

文化哲学把文化结构区分为物质文化、制度文化、精神文化三个层面。物质文化实际是指人在物质生产活动中所创造的全部物质产品,以及创造这些物品的手段、工艺、方法等。制度文化是人们为反映和确定一定的社会关系并对这些关系进行整合和调控而建立的一整套规范体系。精神文化也称为观念文化,以心理、观念、理论形态存在的文化。它包括两个部分,一是存在于人心中的文化心态、文化心理、文化观念、文化思想、文化信念等,二是已经理论化对象化的思想理论体系,即客观化了的思想。

中国网球运动文化的主体形式是外来传入的。随着社会的发展,人与人之间的交往日益密切,网球文化的发展也日益多元化和国际化,网球文化作为一种社会意识形态而存在并与社会的发展相适应,这种发展的趋势主要表现为:

1.网球信息文化的发展趋势

随着世界经济一体化的趋势,网球文化形式内容将更丰富多彩,在网球运动面向全球各地域国家和民族发展的过程中,网球运动进一步成为跨国的运动,在不断地改革发展创新中得到提高。

2.网球制度文化的发展趋势

从西方网球制度的成功经验可以看出,它们数十年来保持着大师级人才辈出的局面,其成功要诀主要得益于稳定而优化的制度环境,因此我们应该研究符合自身发展的文化内容与规律,制订中国网球文化的法则和法规制度,加快职业化的进程,提高举办网球一级赛事的水平,完善网球俱乐部制度等,让网球运动的开展更加规范,更加普及。

3.网球人本文化的发展趋势

网球文化是一个民族的系统文化。按照控制论的观点,只有开放并不断产生对外交流的系统才可能促进自身系统的完善和增长。本土网球文化和通过网球全球化发展而遭遇到的非本土体育文化的交流形成体育文化传播的互动性,正是在体育文化互动过程中才可能充分表现本土体育自身的文化特性,求得相互认同。

4.网球器物文化的发展趋势

网球器物本身就是一种文化,它是一种特殊的文化现象,运用物质手段调节网球文化的发展,随着生产技术的不断进步,生产手段的不断更新,网球器物的发展也会呈现多元系列、多样化产品,这样必然会带来网球器物的革新,进而会对网球制度、信息、人本等文化有所影响。

总之,网球文化的发展是多维度的,每个维度都需要与世界体育体制和世界体育发展趋势接轨。从器物到人本,从观念到制度,本土网球文化与非本土网球文化的碰撞才会产生出本土网球文化的新形式,从而在体育全球化发展的过程中网球文化能更好地融入社会生活。

参考文献:

[1] 杨芳,雷少华.对网球运动的社会文化审视[J].体育与科学,2005,(2):71-73.

[2] 朱征宇,陈德志.珠江三角洲地区“网球热”的文化思考[J].广州体育学院学报,2007,(6):32-34.

[3] 薛岚,董大肆.论球类运动的文化属性[J].体育与科学,2006,(12):19-21.

地球物理论文篇10

美国古生物学家乔治·波尔纳在他于2008年出版的著作《谁在咬恐龙？昆虫病菌和白垩纪之死》中提出一种理论：恐龙是被带有病菌的吸血昆虫给灭绝的。他说：“我们并不是说传染病菌的吸血昆虫是造成恐龙灭绝的唯一原因，其他地质和气候灾难也可能扮演了一个角色。然而，它们都无法解释这样一个事实，那就是恐龙是在很长很长时间、甚至数百万年时间中逐渐灭绝的。只有昆虫和疾病才能给出合理的解释。”这个假说被叫做“蚊子绝杀恐龙论”。

此外，还有“中毒论”（从白垩纪开始，地球上的被子植物开始快速发展，其中不少植物含有毒素，恐龙因为吃错食物，体内的植物毒素积累过多，最后灭绝），“哺乳动物竞争论”（就像现代的猫鼬会破坏鸟类和爬行动物的蛋一样，一些早期的小型哺乳动物进化出了吃恐龙蛋的能力，整整一代恐龙在离开巢穴前死亡），“臭氧层破坏论”（大气臭氧层被食草类恐龙放的屁里的甲烷破坏，恐龙被直接暴露在紫外线下，最终灭绝）。凡此种种，不一而足。

撇开这些稀奇古怪之说，下面本文作者将“正经八百”地介绍由古生物学家讲述的地球生命发展史上的那个最迷人的故事——恐龙时代的终结，以及他们提出的一些重要的恐龙灭绝假说。

①居维叶推测地球上曾经有过一个“爬行动物时代”

人类研究化石的历史已经有多个世纪，但直到18世纪，法国自然科学家居维叶开始对化石研究感兴趣，化石对于地球历史研究的意义才充分为人们所理解。

1796年，居维叶对猛犸象和美洲乳齿象的化石遗骸进行了详细的描述，并在与仍然生活在地球上的大象的骨骼和牙齿进行比较之后，发现了一些属于不再存在于这个世界上的生物的化石——一些已灭绝动物的化石。他指出，这些化石证据表明，在我们人类出现之前，存在着另一种占领整个地球的生物，但后来发生了某种巨大的灾难，导致了这种生物的彻底毁灭。

在接下来的几年里，居维叶形成了他的“灾变说”理论，用以解释地球上的这段历史。他对巴黎盆地的地质地貌进行研究后指出，它是由一层层的沉积层构成的，每一地质层里都包含有各个不同地质时期形成的动植物化石。他还注意到，在每一次灾难性事件（例如洪水灾难等）之后，原来的动植物群都会突然被另外的动植物群所取代。

居维叶对他新发现的各种奇怪爬行动物的化石（包括翼龙和沧龙等）进行了详细的描述。这让他产生了一个大胆的推测：地球上曾存在着一个“爬行动物时代”，那时统治地球的是爬行动物，而不是如今的哺乳动物。

居维叶提出的这一见解开创了化石勘探的新时代。在19世纪的前30年里，英国的一些收藏家和地质学家有了更多令人惊讶的新发现。英国多塞特郡莱姆里杰斯的玛丽·安宁先后发现了鱼龙、蛇颈龙和翼龙的化石。鱼龙是一种体形与海豚相像的巨大海洋爬行动物，蛇颈龙长有与海龟相像的鳍状肢和长长的脖子，它们都是当时生活在海洋里的爬行动物。

英国地质学家巴克兰对当时生活在陆地上的巨无霸食肉类恐龙斑龙的牙齿和骨骼进行了描述，这些化石是从牛津郡斯通斯菲尔德的采石场中发掘出来的。吉迪恩·曼特尔是英国苏塞克斯郡的一位全科医师，也是一位业余地质学家。他发现了一种巨大食草恐龙化石的牙齿，并在与居维叶商讨之后将这种恐龙命名为禽龙。

这些新发现的化石证据证明了居维叶的推测。在地球历史上曾经有一个被称为“中生代”的时期，这一时期的地球生物主要是生活在陆地上和海洋里的巨大爬行动物。

②理查德·欧文杜撰“恐龙”一词

这些令人惊讶的发现引起了科学界和普通人的极大兴趣。新发现的恐龙化石或被收藏家视若珍宝争相收集，或被捐赠给博物馆。

当时英国有一位名叫理查德·欧文的年轻医学家，他对居维叶的研究产生了很大的兴趣。19世纪30年代中期，欧文来到法国，对许多恐龙化石进行研究并提出了自己的观点。从1840年至1842年，欧文通过新成立的英国科学进步协会发表了他的详细的研究报告。

欧文的研究报告之所以出名，原因之一是他在报告中首次杜撰了“恐龙”这一术语（意为“可怕的蜥蜴”）。凭借着他条理明晰的论据，以及在解剖学上的不凡见解，欧文对居维叶的直觉推测大为认同。他认为，在地球历史上的中生代时期，地球上生活着大量如今已经灭绝的庞然大物——恐龙，那是一个爬行动物走向巅峰的辉煌时代，地球的海陆空都被大量巨大的爬行动物所占领：如今由巨鲸和海豚占领的海洋生态圈，那时是庞大海洋爬行动物的天下；翼龙占据了天空；各种食草和食肉恐龙则是陆地上的霸主。

巨大的恐龙是如何灭绝的？19世纪上半叶居维叶和他的“灾变论”占据了主导地位，到19世纪下半叶，地质学家查尔斯·莱伊尔提出的“地质均变说”和达尔文提出的“自然选择”理论成为当时的流行理论。

③古生物学家提出恐龙灭绝之谜的多种理论

到20世纪，随着大量化石的发现，以及利用岩石样本检测年代方法的改进，人们的眼界更为宽广。更多的数据证明，居维叶的“灾变说”所推测的景象是历史上真实发生过的。对令地球生命突然中断的物种大灭绝事件，人们作出了各种各样的解释，包括《圣经》上的灭绝事件是天命注定的观点。

在当时人们对达尔文理论存有争议的氛围下，古生物学家更为公开地对大规模灭绝事件的原因进行推测，一些人以非达尔文主义的模式来解释灭绝事件。

物种老化是其中之一。该理论认为，生命发展是以阶梯式持续上升的，新出现的物种总是优于之前的物种。例如，恐龙代表了中生代的爬行动物生命形式，而更年轻的岩石证据显示，它们被代表更“高级”的生命形式——哺乳动物所代替。对恐龙骨骼结构越来越“奇异”的解剖学发现，例如晚期恐龙特化的脊骨和角，以及牙齿消失等，也支持了这一观点。这些都表明恐龙作为一种物种日益老化，或者说日益“衰老”（过分特化也被认为是日趋灭绝的证明）。

20世纪20年代，美国研究脊椎动物的古生物学家威廉·狄勒·马修将恐龙灭绝归咎于环境变化。他提出，在白垩纪与第三纪之交（即K-T界线）这一时期，地球从有利于恐龙生存的多沼泽的湿润环境渐渐演变为有利于哺乳动物生存的日趋干燥的环境。这条边界线标志着大约6500万年前，白垩纪时代的结束，新生代的开始。马修将这一变化与拉拉米造山运动联系在一起，跨越K-T界线的整个地质时期经历了剧烈的地质活动，山峰叠起，大陆抬升。

还有一些人追随马修的思路，将哺乳动物崛起、恐龙灭绝归咎于气候变化。这些理论认为，环境变化导致恐龙后代繁殖比例失调，恐龙最终走向灭绝。实际上，如今也有一些卵生爬行动物（如鳄鱼）后代孵化的性别会受到气候变化的影响。气候变化影响果真如此大的话，当时剧烈的气候变化很可能导致所有孵化出来的恐龙都为同一性别，灭绝的命运也就无可避免了。

从20世纪60年代开始，美国生物学家凡瓦伦等建立的气候变化导致恐龙灭绝的科学模型引起了人们的极大关注。该模型显示，K-T时期，哺乳动物渐渐取代了恐龙，其间历时约700万年，这一变化是由世界范围内海平面下降引起气候恶化而导致的。

④阿尔瓦雷茨父子提出小行星撞击理论

1977年，新的发现导致恐龙灭绝原因之争又有了一种新的理论。沃尔特·阿尔瓦雷茨和路易斯·阿尔瓦雷茨父子在意大利古比奥附近发现了一些岩石样本，他们在标志了K-T界线的黏土中发现了高含量的铱。由于陨石中的铱含量远高于地球地壳岩石中的铱含量，他们认为这些铱一定来自于天外陨石（详见相关链接《父子团队探索恐龙灭绝之谜》）。

之前的一些研究曾提出，当时在我们太阳系附近曾发生过超新星爆发事件，但化石样本中缺乏这类事件的化学线索。最终阿尔瓦雷茨父子得出他们的结论，认为一颗体积很大的小行星撞击了地球，含有大量铱元素的陨石物质汽化蒸发，导致出现K-T界线的黏土层中铱元素含量大大超过常规的现象。

到20世纪80年代，阿尔瓦雷茨父子和他们的同事提出了成熟的小行星撞击理论：当时，一颗直径约为10千米的小行星穿过地球大气层，撞击在地球地面上，释放出相当于数亿吨TNT当量的能量，小行星汽化蒸发时喷射出的大量物质形成遮天蔽地的尘云，导致产生了K-T物种大灭绝事件，地球上所有的恐龙在这次事件中死亡。但这一全新的假设遭到了来自古生物界的质疑。

但是，随着时间的推移，世界各地发现了越来越多铱含量异常的地点，这一事实支持了阿尔瓦雷茨父子的理论。此外，小行星撞击造成的其他一些事实也支持了这一理论，例如由太空物质碎片形成的厚厚的岩床，撞击点遗留下来的玻璃状硅微粒和石英微粒等，都是曾经发生过的高能量撞击事件留下的痕迹。更具有说服力的是，将那些陨星喷射物质厚度和密度相对都高于其他地方的多处地点，以及最终落在中美洲的陨星撞击点连接起来，正好形成小行星进入地球的轨迹线。

1991年，墨西哥尤卡坦半岛发现的直径为180～200千米的希克苏鲁伯环形陨石坑，令阿尔瓦雷茨父子的小行星撞击理论的声望达到了巅峰。小行星撞击在大陆架上，累积于大陆架沉积层富含碳酸盐和硫酸盐的岩石层中的大量气候敏感气体被释放出来，产生了种种灾难性后果：阳光被遮蔽，气候变冷，酸雨频降，等等。

虽然小行星撞击理论得到了越来越多的支持，但另一个恐龙灭绝理论也引起了人们的关注。这一理论的主要依据是导致形成印度德干地盾的三次超级火山大爆发。德干地盾由多层凝固的玄武岩熔岩构成，在K-T界线一段较短的时期内，印度超级火山的多次爆发喷射出了大量火山物质。

父子团队探索恐龙灭绝之谜

1977年，沃尔特·阿尔瓦雷茨在意大利古比奥附近进行地质样本的收集工作。收集到的样本令他大感兴趣，因为它们形成于6500万年前，是跨越了白垩纪（K）和第三纪（T）这两个地质年代的化石样本。他在一层白色石灰石和一层微红色砂岩的中间发现了一层2厘米厚的灰白色黏土，他还在白色石灰石中发现了白垩纪的浮游生物化石，在微红色砂岩中发现了第三纪的浮游生物化石。沃尔特想知道：中间的黏土层是经历了多长时间形成的？他的父亲路易斯·阿尔瓦雷茨是一位曾获得过诺贝尔奖的天体物理学家。他建议：或许可以通过测量黏土层中所含的陨石微尘的数量来测量时间。陨石微尘以持续并可预测的速率降落地球，测量黏土中的铱含量是当时采用的方法之一，因为铱来源于陨石碎片。

阿尔瓦雷茨父子在黏土中发现了大量的铱，甚至远远超过需要数百万年才能积累起来的数量。这一发现导致阿尔瓦雷茨父子提出了一颗巨大小行星撞击地球的理论。该理论认为，含有丰富铱的小行星在撞击地球时汽化蒸发，产生大量尘云，最终沉降地面，在具有特别意义的黏土层中留下了它们的痕迹。

图为沃尔特（右）与他的父亲路易斯在意大利古比奥的一处岩石层前，他们在这些岩石里寻找恐龙灭绝之谜的线索。

⑤万森·库尔提欧等人提出超级火山爆发理论

对于印度德干地盾火山爆发与恐龙灭绝之间关系的推测是在20世纪70年代初期提出来的。1981年，万森·库尔提欧和格尔塔·凯勒等人建立了火山与恐龙灭绝的研究模型，并开始搜集相关数据。早期建立的模型主要被用于研究超级火山爆发时产生的各种气体导致地球突然变冷与大规模物种灭绝之间的关系。

火山爆发理论与小行星撞击理论之间的主要争议在于：铱含量异常、微球粒结构的形成等究竟是地外小行星撞击造成的结果，还是地球火山爆发造成的结果？

根据获得的各种数据资料，小行星撞击理论似乎更为成熟一些，而火山爆发理论对于撞击形成的一些地貌特征似乎未能给出合理的解释。库尔提欧和凯勒目前似乎也接受了小行星撞击理论，但他们同时提出，火山爆发也是大规模灭绝事件的触发因素之一。

我们知道，K-T物种大灭绝事件导致地球生命的75%死亡，包括陆地上非飞行类的所有恐龙，包括鱼龙、蛇颈龙和沧龙在内的海洋中的许多爬行动物，以及会飞的爬行动物翼龙等。但同样有意思的是，另一些物种却幸存了下来，如会飞的恐龙（演变为如今的鸟类）、哺乳动物、蜥蜴、蛇类、龟类、鳄鱼，以及多种多样的鱼类等。

小行星撞击理论和火山爆发理论都描述了迅速变化的环境对地球的全球性影响。无论出现哪一种情景，都有可能导致大量动植物灭绝。但是，根据现有的证据，小行星撞击导致恐龙灭绝的可能性更大一些。

探索恐龙灭绝理论的科学家

理查德·欧文

被称为“英国的居维叶”的理查德·欧文曾是一位解剖学家，他杜撰了英文“恐龙”一词，意思是“可怕的蜥蜴”。欧文促成建立了英国伦敦的自然历史博物馆，该博物馆于1881年正式对外开放。

乔治·居维叶

居维叶是法国自然科学家，是比较解剖学和古生物学的开拓者。通过将如今生存在世界上的动物与动物化石进行比较，以确立灭绝动物曾经存在的事实——这是“灾变说”最具影响力的组成部分。根据居维叶的灾变理论，地球过去曾受到短暂、突然而且相当剧烈事件的影响。

玛丽·安宁

英国多塞特郡莱姆里杰斯的玛丽·安宁是一位自学化石知识的化石收集者和化石交易者，她先后发现了多种恐龙化石。她早在12岁时就发现了鱼龙化石和蛇颈龙化石。她是英国古生物学早期历史中的重要人物之一。

沃尔特·阿尔瓦雷茨

美国古生物学家沃尔特·阿尔瓦雷茨和他的父亲路易斯·阿尔瓦雷茨共同提出了小行星撞击造成恐龙灭绝的理论。他们在白垩纪-第三纪（K-T界线）的黏土层中发现了含有通常在陨石中大量存在的铱元素，从而提出了小行星撞击事件造成恐龙灭绝的理论。

万森·库尔提欧

万森·库尔提欧是一位法国地球物理学家，他反对小行星撞击造成大规模物种灭绝的理论，赞同洪水-火灾造成物种灭绝的灾变论。他认为，发生于6500万年前的K-T物种大灭绝事件是由印度德干地盾超级火山大爆发造成的。

恐龙灭绝理论发展简史

科学家花了200多年时间研究地球地质变化和恐龙化石，目的是想要搞清楚：到底是什么杀死了曾经称霸地球的恐龙一族？

1750年

意大利地质学家阿尔杜伊诺被誉为“地质学之父”，他把地球地壳分为原始纪、第二纪和第三纪。隔开不同类型的地层之间的地质时期为大规模物种灭绝事件发生的时间。

1796年

法国自然科学家居维叶将大象的化石遗骸与目前存活在地球上的大象的骨骼和牙齿进行比较，首次证明一些化石属于某种已经在地球上灭绝了的生物。

1842年

理查德·欧文杜撰了“恐龙”（意为“可怕的蜥蜴”）一词，并证明了曾经代表爬行动物巅峰时代的恐龙在中生代大规模灭绝。

1980年

阿尔瓦雷茨父子在发现6500万年前的黏土层中含有大量铱元素之后，提出了小行星撞击理论。该理论认为，一颗小行星撞击地球，导致产生K-T物种大灭绝事件。

1981年

万森·库尔提欧和格尔塔·凯勒等人提出了德干地盾火山爆发，地球表面产生大量温室气体，导致恐龙灭绝的理论。

1991年

墨西哥尤卡坦半岛发现的形成于K-T界线的希克苏鲁伯环形陨石坑，为阿尔瓦雷茨父子的小行星撞击理论提供了证据。

与恐龙灭绝相关的名词解释

小行星

绕太阳轨道运行的小岩石块或金属体，大多数在火星和木星轨道间的小行星带中。此外，太空中还有一些存在与地球碰撞风险的近地小行星。

铱元素

铱元素来源于以持续并可预测的速率降落地球的陨石微尘。小行星中铱元素的含量远高于地球表面。

K-T物种大灭绝事件

白垩纪-第三纪（K-T）物种大灭绝事件，发生在大约6500万年前。物种大灭绝事件是指大量动植物物种在一个相对较短的地质时期内消失。

德干地盾

地球物理论文篇11

一、引言

地球物理学专业的课程大都具有理论基础要求高、难度大、实践性强、知识面广等特点，学生普遍反映该专业课程的学习有一定困难。而微课程是一种新型的教学资源，具有短小精悍、情景真实、主题突出和目标明确等特征，正成为教学改革的重点和热点。2008年，美国圣湖安学院的David率先提出了微课程的概念并开展了研究实践。自2010年以来，微课程在我国中小学、高等院校和高职高专等教育领域也有广泛应用。但在地球物理学专业相关课程的教学过程中，对微课程的利用还较为有限。本文对微课程在地球物理学专业的应用前景进行探析，以期微课程在地球物理学专业的教学中能够发挥更好的作用，切实提高教学效果并激发学生学习本专业的兴趣。

二、地球物理学专业课程建设的现状

国内北京大学、同济大学、中国矿业大学、中国地质大学、中国石油大学、吉林大学、成都理工大学和长江大学等高校均开设有地球物理学专业。各高校在地球物理学专业课程建设方面均开展了大量工作。同济大学的环境与工程地球物理、中国地质大学的地球物理勘探概论、吉林大学的钻井地球物理勘探、成都理工大学的地球物理测井原理及应用和长江大学的地震勘探原理等课程均已建设成高水平的精品课程，为切实提高教学质量，激发学生学习兴趣，提供了丰富的学习资源。冯t等对勘探地震学中的形象化教学方法进行了探讨。董守华等对煤田地球物理测井原理教材建设与实践工作进行了总结。相关学者在地球物理学课程建设方面开展的教学改革工作，在实际教学中取得了较好的效果。地球物理学专业的微课主要有中国石油大学（北京）李景叶的地震勘探原理之导论，中国矿业大学岳蕾的平面电磁波的极化等。在微课程建设方面，国内地球物理学专业开展的相关工作还较为有限。

三、微课程的应用前景

微课程正在成为我国教育教学资源建设的重点和热点。鉴于微课程的显著特征，笔者认为在地球物理学专业中微课程有以下应用前景。

1.学生学习专业课程的新资源。微课程具有碎片化和微型化的显著特点，同时作为微课程核心教学资源的微视频具有生动形象的特征。这为学生在接受常规的课堂教学之外，提供了一种新的学习专业课程的新资源。地球物理学专业的学生普遍反映专业课程的学习有一定的困难。该专业微课程的建设和应用，使得学生可以根据自身对相关专业课程知识点的掌握情况，以及自己的时间安排，合理地学习专业课程知识点的微课程。微课程不仅是对课堂教学内容的合理补充，便于学生对教学内容进行巩固和复习，还让学生更充分地利用碎片时间学习专业知识，更有利于培养学生自主学习的能力。地球物理学专业微课程的建设和应用，能够为学生提供一个良好的学习专业课程的新资源。

2.教师提升教学能力的新平台。微课程不仅仅是一两个知识点，而是一门课程完整的知识点的呈现，这就需要有完整的教学设计、学习单元、反馈测评和拓展资源等教学环节。地球物理学专业课程的理论性强、知识面广，该专业微课程的建设对教师教学能力提出了更高的要求，要求教师在短时间内，一般为5～10分钟，通过通俗易懂甚至是幽默风趣的语言，将具体的知识点做详细讲解，同时还要配合以文字和动画等可视资源。这就需要教师不仅对所讲授课程有深刻的理解，同时还要仔细分析怎样才能更好地吸引学习者的眼球，怎么才能将复杂的地球物理勘探原理通过浅显易懂的语言进行描述。另外，对课件的制作也提出了更高的要求，微课程的课件需要做到动静结合、图文并茂。

四、认识和建议

微课程建设将会是今后地球物理学专业课程建设的主要任务之一，地球物理学微课程是该专业学生学习相关课程的新资源，同时有利于提升教师的教学能力。但在微课程建设过程中，需要注意课程系统的顶层设计，不能仅仅是一系列零散的微视频。

参考文献：

地球物理论文篇12

文章编号：978-7-5369-4434-3（2012）03-215-02

与生俱来的好奇心，是人类观察和认识世界的动力，关注地球以及宇宙的人们已经发现：地球及整个宇宙都是由永恒运动的物质构成的。地球内部的不稳定核素自发地进行衰变，其所释放的能量是地球物质运动的主要能源，它们足以引发岩石熔融、岩浆活动、火山喷溢，以及全球性的构造运动等各种作用过程，而地球化学面对的就是这样一个经历了几十亿年发展变动，至今仍在持续演化的地球。

一、地球化学的内涵

地球化学是研究地壳、地球以及太阳系各层次天体的化学组成、化学作用与化学演化的科学，它研究地球乃至宇宙中元素与核素的起源、分布、相互作用、迁移与聚集的规律与演化历史。地球化学脱胎于地质学和化学，并与其它相邻学科（如大气科学、海洋科学、空间科学、环境科学、天文学、物理学、生物学等）相互渗透与结合，产生了一系列分支学科，建立了自己的理论系统，构成了完整的学科体系，完善了一整套研究方法，与地质学、地球物理学和大地测量学一起成为固体地球科学的四大支柱学科。地球化学既肩负着解决当代地球科学面临的基本问题―天体、地球、生命、人类及元素的起源与演化的重大使命，又有责任为人类社会提供充足的、可持续发展的能源、矿产资源和良好的生存环境。

二、地球化学发展简史

地球化学产生于20世纪，但是地球化学的萌芽思想却源远流长。大致在20世纪40年代末期和50年代初期，地球化学才发展成为一种独立成型的学科，地球化学的发展大致经历的三个主要阶段：

（一）经典地球化学阶段

20世纪40年代第二次世界大战之前，着重研究元素的丰度、分布和迁移，研究的手段主要是无机化学、晶体化学和分析化学的方法。美国化学家克拉克是地球化学的奠基者，他着重研究化学元素在地壳当中的分布和丰度。俄罗斯矿物学家维尔纳茨基开创了生物地球化学和同位素地球化学研究领域，发表《地球化学概论》一书。挪威地质学家戈尔德施密特开创了微量元素地球化学的研究，指出了微量元素在矿物和岩石中的存在形式和分布规律。

（二）近代地球化学阶段

20世纪第二次世界大战之后，随着各项科学技术（宇航技术、高温高压实验技术、核物理探测技术等)的发展，地球化学的研究领域不断扩展，朝着地球内部和宇宙空间发展，形成了以地幔为研究对象的深部地球化学和研究陨石、月球、宇宙尘的宇宙化学。除研究元素以外，还发展和注重同位素研究，建立了同位素地球化学。在研究手段上更加注意了物理化学的热力学和动力学的理论和方法，发展了各种地球化学的模式研究，形成了地球化学全面发展的新时期。

（三）现代地球化学阶段

20世纪70年代以来，地球化学进入了现代地球化学发展阶段，现代地球化学中各种精密、灵敏、高效的分析技术不断引入，微区、微量分析（X光荧光分析、等离子光量计、精密质谱仪、电子探针等）和实验模拟技术不断得到改进；随宇航、超深钻、深海探测等研究的进展，人类得以更全面深入地观察和认识地球；基础科学成果的引入和广泛运用，提高了地球化学的理解能力和认识深度；电子计算机的普及及电子技术的不断提升，使地球化学“正在进入一个对自然过程进行全面、广泛的数字模拟的阶段；在解决与人类息息相关的诸如矿产资源、能源、环境以及地震问题方面地球化学提供了重要途径，做出了实际成果。

三、地球化学的发展前景

（一）由经验性转向理论化、由定性研究转向定向研究

地球化学已有可能将对地壳和地幔中化学作用的研究与模拟实验研究相结合，即将逆向研究与正向研究相结合；不断引用相邻学科的最新理论和技术，使地球化学研究继续由定性研究向定向研究发展。

（二）对同一科学问题进行综合探索

为避免单项研究造成的结论的多解性，研究正在向与地球化学科学系统内其他学科及其相邻学科间密切结合的方向发展，即重视对同一科学问题进行综合探索。

（三）积极参与重大科学问题的研究

以地球化学理论、方法的不断发展为支持，地球化学参与重大科学问题研究的能力不断增强。如已积极参与地球和生命的起源、地幔柱的活动、地球动力学、造山带形成、地壳和大气圈的形成和演化等重大基础性课题的研究等。

（四）为全球变化研究和生态环境保护提供理论依据

通过对海洋沉积物、冰芯、黄土―古土壤、泥炭和树轮等对象元素和同位素组成的测定，可以恢复古气候和古环境的演变；通过多种地球化学示踪剂的研究，可以阐明元素的生物地球化学循环的机制、过程和速率；进一步识别全球变化中自然作用和人类活动的份额。

（五）为人类社会的可持续发展提供新的洁净能源与矿产资源

天然气水合物将是21世纪最具有开发利用前景的新能源。天然气水合物的地球化学特征、形成环境、找矿与勘探的地球化学标志、开发与利用的地球化学研究，将是地球化学在新世纪的重大任务。寻找大型、超大型矿床和矿产密集区，开发利用丰富的海水和海底矿产资源，发现和利用各种岩石、矿物、元素和同位素的资源和特殊性能，不断满足人类社会日益增长的广泛需求，地球化学任重而道远。

（六）进一步增强防灾减灾和人群健康的社会功能

地球化学独特的研究思路与预测方法，对各种地质灾害和工程灾害的成因、演化过程及其预警发挥了重要作用。今后还将为地震监测与预报、火山喷发与预警、泥石流与滑坡的预防和治理、大型工程稳定性研究等方面作出新贡献。地球化学环境与人类的健康与疾病的关系，一直是地球化学研究中备受关注的领域，生物地球化学省某些元素丰度的异常与地方病的成因联系，已进行过深入系统的调查和综合治理研究。进一步研究不同的生物地球化学省形成过程中化学元素的迁移转化规律、赋存状态与形态及元素转化动力学，因地制宜地采取改造生物地球化学食物链等防治对策，为地方病的防治提供科学依据。

参考文献：

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