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国内外研究状况

    认识地球层圈的物质结构和演化，揭示地球与生命起源，了解我们所处的地球环境，一直是国际地球科学的研究热点。近半个世纪以来，政府间和科学界陆续启动了多项大的跨国研究计划，例如“国际岩石圈计划”、“国际地圈-生物圈计划”、“国际地质对比计划”、“国际十年减灾计划”、“长期地球观测系统计划”和“全球变化与陆地生态系统”等。这些大规模跨学科研究计划的实施，为认识和了解地球内部结构和外部环境变化开辟了新的信息源，一大批新发现和新理论应运而生。例如，地幔超柱事件与超大陆聚合和裂解、板块再组织与大陆增生事件、大陆边缘再造与大规模成矿、核-幔动力学与地球磁极变化、海底天然气水合物分解与全球变化、早期生命演化与水岩反应、地幔对流与地表环境变化、全球变化与人文生态响应等。二十一世纪的地球科学研究呈现明显的全球性、交叉性、综合性和高技术发展趋势，并特别注重深部地球过程和表层地球过程及其环境和生态效应研究。阐明地壳地幔物质组成及其相互作用动力学、岩石圈板块运动学及其与资源形成、演化、分布和循环的关系是当前地球科学基础研究的前沿方向。在经济全球化趋势加速的形势下，加强对地球深部和表层物质物理化学性质的认识及其与资源和环境演化之间的关系，直接关系到我国自然资源和环境的利用、保护和可持续发展。
    当前，地球系统科学研究以地球岩石圈-水圈-生物圈-大气圈之间的相互作用为主题，一方面以地球不同层圈结构和性质及其与生命起源、资源形成和环境演化之间的关系为主线，研究地球各圈层之间的相互作用对大、中、小不同时空尺度环境变化及其对生态系统的影响，揭示各个地质历史时期地球环境变化对生态演化的制约；另一方面以地球环境与生态系统为主线，研究地球表层地球化学特别是生物地球化学循环对环境以及对生命、人和社会的影响、以及人类活动对地球环境的反馈。有关热点和前沿研究领域包括：(1) 化学地球动力学与地球形成和演化：在综合应用地球化学和地球物理方法研究地球内部的化学和物理结构和性质的基础上，加强对深部地球的探索，查明壳幔物质循环的途径，机制及其效应；研究大陆碰撞造山过程、动力学机制及对上地幔和地球表层系统的影响；不同尺度的流体活动过程、壳幔流体再循环途径、规模及其效应；核幔边界层与超级地幔柱；不同地质条件下的同位素分馏机制，痕量元素分配规律，以及微区谱学分析新技术等；(2) 生物地球化学过程与环境生态效应：从不同时间尺度上研究地表生物地球化学过程与环境生态效应，包括生源要素的生物地球化学循环及生态效应、温室气体的地球化学循环对全球气候变化的影响及其生态响应、污染物的环境生物地球化学过程及环境效应、地球化学过程与人体健康等；(3) 生命起源、演化和地球重大环境事件：生命起源、演化与地球环境的变化密不可分，地球重大环境事件是关系生物圈存亡兴衰的主导因素。有关研究方向包括地球历史时期重大转折事件的成因、古环境效应和地球化学指示，超大陆形成、裂解过程及其环境-生物响应等.
    地球不同层圈之间的物质循环及其动力学过程是地球系统科学的重点研究领域之一，它对地球动力学和全球变化有重要影响。壳幔物质循环和生物地球化学循环是目前国际上壳幔相互作用及其环境效应研究的两个主流方向。如地幔柱的产生与地壳物质再循环进入地幔有关，板块运动速度及地幔粘滞度与水的再循环有关，而地球温室气体浓度变化实质是地球各圈层之间的碳循环问题。将地球物质科学与化学、物理学和生物学相结合，研究地壳地幔物质在地球不同层圈之间发生发展的化学和物理过程、基本规律及其地球动力学和环境效应，是地球系统科学研究的前沿和热点。了解地球不同层圈之间的物质分布和循环过程，不仅是探索地球及其它类地行星的起源和演化的必要组成部分，也是探测矿产和自然资源、研究环境和生态演化规律、制定环境保护政策以及准确预报各种地质灾害的理论基础，具有重大的科学意义和应用价值。
    加强多学科交叉互补，强化以化学地球动力学和同位素地球化学为理论和方法的地球系统科学研究，是二十一世纪研究地壳地幔物质转换过程及其内部和外部环境效应的发展方向。因此，当前壳幔物质与环境的研究应该是在化学、物理学和生物学的理论基础上，应用地球化学、地球物理学和生态地质学相结合的方法，研究地球不同圈层中的物质分布、精细结构及运动和循环的动力学过程；认识元素和同位素体系在地球圈层的形成和演化过程中的化学行为和环境效应；解决地球动力学和全球变化过程研究中关键的时间-空间问题、二者的内在联系及其生态响应。