地球科学:人类的家园与挑战

作者: 刘嘉麒

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2022-04-02 17:00:00

刘嘉麒院士从地球的构成、历史、资源、灾害等多个角度,探讨了地球科学在人类生存与发展中的重要性,强调了保护地球和自然环境的重要性。

各位朋友你们好,我是刘嘉麒。在广袤的宇宙中,星球数以万计,但是只有地球上有人类。地球是个有生命的星体,核素是它的细胞,岩浆是它的血液,地震是它的脉搏,火山是它的喉咙。在太阳系的八大行星当中,地球是最有生气、最有作为的天之骄子。

组成地球这个星球的岩石,主要是火成岩、沉积岩和变质岩,但沉积岩和变质岩的母岩最终还是火成岩。在火成岩当中,最主要就是火山岩。所以火山作用是地球形成的一个非常重要的地质作用,是地球的灵魂。

地球(的结构)是分层的,中间是一个地核,然后再往外面是地幔,地幔外边是地壳。然后在地球的表层还有好多的层圈,比如大家最熟悉的水圈,地球表面有71%都是被水掩盖着的。之外还有生物圈、大气圈等。

地球形成已经有46亿年了,这46亿年来,地球经历了很多的变化。5.14亿年前的时候,当时华北板块和华南板块还是分开的,一个在西边,一个在东边,两者相距很远。2.5亿年前的二叠纪时期,泛大陆开始解体,古海洋也开始分割,华北和华南在逐渐靠拢。基本上形成了现在大陆和海洋的格局。

现代的地球大家都比较熟悉,有七大洲和五大洋。以前大致都说是三大洋:太平洋、印度洋和大西洋。实际上还有在北极的北冰洋,在南极附近的南大洋。大家可能不太熟悉南大洋,现在学界已经普遍认可围绕着南极洲的这片海洋就是南大洋,它大致有3800多万平方公里。

中国是一个很大的国家,中学地理老师常常会教我们说,中国有960万平方公里的土地,这是没问题的。但是我们中国不光有土地,我们还有300多万平方公里的领海。从领海往外划是200海里的专属经济区,所以我们国家不光有960多万平方公里的陆地,还有300多万平方公里的海洋,这是我们应该知道的。

地球的46亿年被划分成了很多地质时代,分别是宙、代、纪、世、期。在画地层的时候,又分别叫宇、界、系、统、阶。地球从冥古宙到古生代、中生代、新生代,我们现在处在新生代第四纪的全新世。

从38亿年前开始,地球上就有了最低等的生物。从低等生物逐渐地发展,无脊椎动物进化成脊椎动物,一直到现在的人类,还出现了一些高等的植物,这是一个长时间演化的过程。

人类的生存离不开地球,比如说人类需要周围有水、空气、土地和生物。人类所面对的气候、环境、生态和灾害,人类所需要的资源和能源,都跟大自然密切相关。没有大自然,也就没有人类。

人类最需要的一种资源就是水,虽然地球上71%的面积是被海洋覆盖的,但是海水是咸水,不能被人类直接利用。海水占了整个地球水的96%以上,陆地淡水只有2.5%。而这些淡水中又有70%多冻在南北极的冰川里,不能直接被人类所索取。

能被人类索取的水,一个是地下水,一个是地表水。地表水就是湖泊、河流、大气降水,这些地表水只占地球上淡水资源中的0.6%。所以虽然地球上水很多,但是能被人类直接利用的水是很宝贵的,我们必须要珍惜水资源。现在全球有70多亿人口,其中30多亿人都生活在水不够用的环境中。

我们整个社会的发展还需要大量材料,像金属材料、非金属材料等。材料包含光学的、半导体的、保温的、抗压的、抗腐蚀的、有吸附性的、纳米的、复合的等等,这些材料的原料基本上都是来自自然界。

社会发展还需要矿产和能源。人类整个社会的发展过程,从过去的工业化到现在的现代化,都是靠消耗这些资源发展起来的。现在全球工业化一共发展了二百多年,这二百多年里,西方国家先走在前边,但是他们的发展消耗了自然界中的大量资源。我们国家这几年的发展,也消耗了大量的资源。像印度这样的国家要继续发展,也需要大量的资源。

人类还面对着一些自然灾害,尤其最近几年,大家可能感觉到自然灾害发生率比较高,造成的损害也比较大。自然灾害的类型比较多,大家比较熟悉的就是地质灾害,比如说地震,火山喷发、泥石流、滑坡、塌陷等等。

除了这些灾害,还有自然界中可能发生的其他灾害,比如火灾、爆炸或者是毒物泄漏。总之,人类除了在地球环境中生存,还要面临很多灾害,这些灾害现在发生的频率越来越高,种类也越来越多。

我国的地质、地理处在一个自然灾害比较多的环境中。比如气候环境,中国处在东亚季风带。东亚季风使天气异常的情况经常发生,导致气象灾害特别多。我国的地质背景也造成地震发生比较多。中国是个自然灾害比较多的国家,要引起我们的重视。

地球科学在重大工程中的作用非常重要。社会还在不断地发展,在发展过程中也需要跟地球打交道,也需要利用自然界的资源。我国建造的一些机场、码头、道路、城市等等,都需要运用地球科学的知识,利用地质的资源。

地球科学需要和其他学科联动,包括数理化、气象、环境、生态和人文学科,同时又要联合信息、光学、电子、纳米、遥感、大数据、云计算这些现代技术。可以说,地球科学是一门非常广阔,非常综合的科学。

每个人都离不开地球科学,就像现在大家都离不开手机,制作一个手机需要二三十种矿物原料。科学发展需要各门科学的广泛合作,中国是一个地大物博,自然现象比较齐全的国家,在研究地球科学方面的自然条件非常优越。

地球科学必须要和大自然打交道。这个过程需要研究人员爬山涉水、四海为家,在无人区或者其他条件艰苦的地方,需要研究人员付出很大的努力,也会遇到很多风险。这就提醒我们,在从事这种工作的时候,尤其是到一些非常艰苦、危险地方,一定要做好充分的准备。

大自然是美的,我们在大自然中会受到美的熏陶、艺术的感染,也能使身体强壮,心胸开阔,因此跟地球、跟大自然打交道非常有意义。地球是人类的母亲、人类的家园,要保护她、爱护她。

我们要做到厉行节约、文明消费、节能减排、保护环境,在这个过程中再学一点地球科学知识,对自然界的认识更加深刻,在保护自然环境方面更加自觉。

地球科学要研究自然、认识自然,它是一门将今论古、谈天说地、上知天文、下知地理、博大精深的科学。希望大家不管是做哪门科学,都要学习这方面的知识。

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