User:Dan310546/沙盒/地球科學/地球科學
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 专题  科学史 |
地球科学（英語：earth science, geoscience）泛指一切研究地球的科学。地球科學是自然科學中形式科學的一個分支，並且同樣擁有許多分支學科。或者可以將地球科学看作是行星科学中一個獨特的分支，但地球科學的歷史要悠久許多。它和人类的生活息息相关，人们手上拿著的手機，汽車使用的汽油，建造城市的砂、石、水泥，都是来自地球的矿产资源；所吃的鱼、虾，大都取自海洋；沒有一天不受到天氣冷暖乾濕的影響；天体的运行與氣候的變化，更關乎到我們文明的生存。
地球科學的範圍很廣，可以包括對地質、岩石圈和地球內部大尺度構造的研究；對大氣圈的研究；對水圈到生物圈的研究；以及對地球所在的太陽系、宇宙的研究。地質學探討地球的歷史與各部分組成，包括其演化和各種礦學、岩石以及礦產的分布；氣象學分析大氣的組成、構造和運動；海洋學研究海水的運動、海水的物理與化學性質及海底地形；而有關地球起源、太陽系的形成和天體的運動變化，乃至宇宙的演化，均屬天文學的研究範圍。以隕石撞擊地球為例：高溫高壓撞擊地球的結果，勢必引起地形與地質的變化；飛揚在大氣中的粉塵微粒會遮蔽陽光，大氣和海水溫度因而降底。因此，看似簡單的天文事件，卻引起地質、氣象和海洋的變化，可見各領域關係密切、環環相扣。
學科特性 编辑
地球科學具有注重野外調查、時空範圍、強調地域特性和廣大的整合性，分述如下：
強調野外調查或觀測 编辑
野外調查或觀測是研究地球科學的首要工作，調查岩層分布、記錄天氣變化、觀察潮汐起落和觀測星星、月亮、太陽等，都屬野外調查。經過詳細的觀察、分析、歸納，整理出地球科學的理論。所以，野外調查為研究地球科學最基本的工作。
有些大自然的變化，所進行的時間很長，影響範圍很廣。如果學者想在實驗室模擬自然界的現象時，便受到很大的限制。所以他們常在戶外進行調查，所需要的時間，通常是非常久的。
時空尺度範圍廣大 编辑
地球科學探討事物所用的時空尺度範圍很廣，地表的天氣現象分秒之間瞬息萬變，所用的時間單位小至分、秒；而星球從誕生到滅亡的過程，則以數億年計，因此時間尺度從秒、分、時乃至數億年，皆有例可尋。而在電子顯微鏡下觀察，礦物晶體中各原子間的距離較適合以Å來表示，但各星系的距離卻可遠達數百萬光年以上。可見，空間尺度所涵蓋的範圍也是近乎無所不包。
重視地域性 编辑
地球科學有非常強的地域性，例如臺灣由於位在第一大洋太平洋和世界第一大陸塊歐亞大陸之間，所以天氣變化多端。而中國大陆的天氣相對而言，便非常穩定。
整合性 编辑
地球科學是一門「上通天文，下知地理」的學科，舉凡人們腳下所踩的土地，分秒所呼吸的空氣，和我們生活息息相關的海洋以及朝夕相處的星星、月亮、太陽、乃至整個宇宙，都是研究的對象。科學家用各種理论來研究地球，例如，數學幫助計算彗星的運動軌跡、氣團的移動和地震的規模；物理學用來研究地球的重力場、星體間的引力作用、鋒面或洋流的移動；藉由化學知識，可以分析岩石的化學組成；而生物學的原理，則幫助了解化石所隱含的意義，更進而建立演化的架構。所以地球科學是一門整合性的學科。
研究领域 编辑
地球圈層 编辑
地球科學中普遍將地球分為四個領域：岩石圈（地圈）、水圈、大氣圈和生物圈; 分別對應於地球的岩石、水、空氣和生命。 此外還包括冰雪圈（對應於冰），是水圈的一部分；土壤圈（對應於土壤），是岩石圈的最外層。
領域種類 编辑
- 自然地理學，涵盖了地貌学、土壤学、水文学、气象学、气候学和生物地理学[1]。
- 地质学主要研究地球地壳（岩石圈）的状态和演变，主要分支学科包括矿物学、岩石学、地球化学、地貌学、古生物学、地层学、构造地质学、工程地质学和沉积学[2][3]。
- 地球物理学和大地测量学主要研究地球的形状、受力，以及地球的磁場和重力場。地球物理學家探索地球的內地核、地幔構造以及岩石圈的地震活動[3][4][5] 。主要分支學科包括地球動力學、地磁學、構造物理學、地震學和勘探地球物理學。
- 土壤科学，涵蓋了地殼受到成土作用形成的最外層（土壤圈）。主要分支學科包括土壤學和土壤生態學[6]。
- 生态学，涵蓋生物相與自然環境間的交互作用。這一領域區別了地球科學與其他太阳系內的行星科學，地球是目前所知唯一擁有生命的行星。
- 水文学和海洋学（以及湖沼學）研究地球水圈中水的運動、分佈和質量，主要分支学科包括地表水文學、水文氣象學、水文地质学[7]、物理海洋学、海洋化學和海洋生物学。
- 冰川学，涵盖了地球上的冰（冰雪圈）。
- 大气科学研究地表至散逸层（高约1000 km）之间的地球大气层。主要分支学科包括气象学、气候学、大气化学、大气物理学和大氣電學。
地球的大氣 编辑
地球的大氣由78.0％的氮氣，20.9％的氧氣和0.92％的氬氣組成。剩下的0.1%主要為二氧化碳和水蒸氣。地球大氣層可以分為對流層、平流層，中氣層、熱層和外氣層5個部分，其中75％的氣體位於最底的對流層內。
地球的電磁現象 编辑
地球擁有遠比其他類地行星強大的固有磁場。地磁場近似一個磁偶極子產生的磁場，磁軸與自轉軸夾角11.4度，在地表產生的磁場強度可達0.25－0.65高斯。地磁場的來源目前由發電機理論解釋，可以將地球視為一個巨大的電磁鐵，由電流帶來磁場。地球外核有著液態鐵鎳流體[8]，流體對流造成的電磁感應維持了地球磁場[8][9]。地磁場的存在也使得地球產生地殼中的大地電流、大氣中的電離層以及大氣外的磁層與范艾倫帶。
地磁場保護地球周圍和地表不會直接暴露於太陽風和宇宙射線的高能帶電粒子，不過磁場本身亦會受到影響而產生地磁擾動，嚴重時會干擾各樣電磁通訊。另外，透過分析不同年代含鐵岩層形成時的殘磁，可以發現過去地磁場的長期變化。地磁場有過許多次地磁逆轉現象，但很難發現規律，每次時間間隔數千年至數千萬年不等。
地球科學分支 编辑
地球科學分支與相關交叉學科。
自然地理學 编辑
地質學 编辑
- 礦物學（Mineralogy）
- 岩石學（Petrology）
- 沉積學（Sedimentology）
- 結構地質學（Structural geology）
- 歷史地質學（Historical geology）
- 地層學（Stratigraphy）
- 行星地質學（Planetary geology）
- 應用地質學（Applied geology）
地球化學 编辑
- 同位素地球化學（Isotope geochemistry）
- 岩石地球化學（Petrogeochemistry）
- 水文地球化學（Hydrogeochemistry）
- 有機地球化學（Organic geochemistry）
- 勘查地球化學（Exploration geochemistry）
- 宇宙化學（Cosmochemistry）
地球物理學 编辑
- 地球動力學（Geodynamics）
- 地震學（Seismology）
- 火山學（Volcanology）
- 地磁學（Geomagnetism）
- 地電學（Geoelectrics）
- 地熱學（Geothermometry）
- 構造物理學（Tectonophysics）
- 地質年代學（Geochronology）
- 勘探地球物理學 (Geophysical survey)
- 大地測量學（Geodesy）
土壤科學 编辑
海洋科學 编辑
大氣科學 编辑
- 氣象學（Meteorology）
- 氣候學（Climatology）
- 動力氣候學（Dynamic climatology）
- 應用氣候學（Applied climatology）
- 古氣候學（Paleoclimatology）
- 大氣物理學（Atmospheric physics）
- 大氣動力學（Atmospheric dynamics）
- 大氣化學（Atmospheric Chemistry）
太空科學 编辑
- 太空電漿物理學（Space plasma physics）
- 電離層物理學（Ionospheric Physics）
- 遙測學（Remote sensing）
- 空間資訊科學（Geoinformatics）
天文學 编辑
- 天文測量學（Astrometry）
- 天文物理學（Astrophysics）
- 天體力學（Celestial mechanics）
- 行星科學（Planetary science）
- 太陽物理學（Solar physics）
生命 编辑
- 生物地球化學（Biogeochemistry）
- 生物地理學（Biogeography）
- 生態學（Ecology）
- 地質考古學（Geoarchaeology）
- 地質微生物學（Geomicrobiology）
- 古生物學（Paleontology）
系統 编辑
未解決的地球科學問題 编辑
部分至今仍未解決的地球科學議題舉例如下：
參見 编辑
參考資料 编辑
- ^ 1(b). Elements of Geography – 2nd Edition, by M. Pidwirny, 2006. physicalgeography.net.
- ^ Adams & Lambert 2006，第20頁
- ^ 3.0 3.1 Smith & Pun 2006，第5頁
- ^ WordNet Search – 3.1. princeton.edu.
- ^ NOAA National Ocean Service Education: Global Positioning Tutorial. noaa.gov.
- ^ Duane Gardiner, Lecture: Why Study Soils? excerpted from Miller, R.W. & D.T. Gardiner, 1998. Soils in our Environment, 8th Edition. nau.edu.
- ^ Craig, Kendall. Hydrology of the Watershed.
- ^ 8.0 8.1 Oldroyd 2006，第160頁
- ^ Demorest, Paul. Dynamo Theory and Earth's Magnetic Field. (PDF). 2001-05-21 [2007-11-17]. （原始内容 (PDF)存档于2007-02-21）.
- ^ McKinnon, W. B. The Strangest Terrestrial Planet. Science. 2014-04-12, 336 (6078): 162–163. PMID 22499928. doi:10.1126/science.1220825.
- ^ Canup, R. M. Forming a Moon with an Earth-like Composition via a Giant Impact. Science. 2012-10-17, 338 (6110): 1052–1055. PMID 23076098. doi:10.1126/science.1226073.
- ^ Wired: Was the Earth a migratory planet?
- ^ Marty, B.; Zimmermann, L.; Pujol, M.; Burgess, R.; Philippot, P. Nitrogen Isotopic Composition and Density of the Archean Atmosphere. Science. 2013-09-19, 342 (6154): 101–104. PMID 24051244. doi:10.1126/science.1240971.
- ^ Martin, Paula; Hunen, Jeroen van; Parman, Stephen; Davidson, Jon. Why does plate tectonics occur only on Earth? (PDF). Physics Education. 2008-03-01, 43 (2): 144–150 [2015-03-03]. doi:10.1088/0031-9120/43/2/002.
- ^ Garcia-Castellanos, D.; Villaseñor, A. Messinian salinity crisis regulated by competing tectonics and erosion at the Gibraltar arc. Nature. 14 December 2011, 480 (7377): 359–363 [2015-03-03]. PMID 22170684. doi:10.1038/nature10651. Author Publications Link
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