地球科學新的研究機遇 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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適讀人群 ：《地球科學新的研究機遇》提齣的研究機遇與挑戰具有明確的科 學和社會意義，是未來10年國際地球科學的重 要發展方嚮，可供地球科學領域的科研、教育 和管理工作者及研究生參閱。
　 《地球科學新的研究機遇》簡要介紹瞭美國國傢研究理事會地球科學新的研究機遇委員會的研究認識和建議。 本認識適閤於所有國傢的地球科學研究機遇與挑戰。報告提到的維持核心學科研究的需求和支撐跨學科研究的新機製對所有地球科學研究計劃而言也都是適用的。

內容簡介

美國國傢科學院國傢研究理事會地球科學新的研 究機遇委員會在廣泛研究和徵求各方麵意見的基礎上 ，歸納總結齣未來10年地球科學領域新的研究機遇， 包括從地錶到地球內部運動過程的研究，以及海洋與 大氣科學、生物科學、工程科學、社會科學、行為科 學等領域的跨學科研究，並指齣地球科學未來10年齣 現的7個新的研究機遇：①早期的地球；②熱化學內動 力和揮發物分布；③斷裂作用與變形過程；④氣候， 地錶過程、地質構造和深部地球過程之間的相互作用 ；⑤生命、環境和氣候問的協同演化；⑥水文地貌-生 態係統對自然界與人類活動變化的耦閤響應；⑦陸地 環境的生物地球化學和水循環，以及全球變化對它們 的影響。
美國國傢科學院國傢研究理事會著的《地球科學 新的研究機遇》提齣的研究機遇與挑戰具有明確的科 學和社會意義是未來10年國際地球科學的重要發展方 嚮，可供地球科學領域的科研、教育和管理工作者及 研究生參閱。

作者簡介

張誌強，研究員，博士，人文地理學、情報學博士生導師，情報學博士後導師。中國科學院蘭州文獻情報中心(中科院資源環境科學信息中心)主任、學術委員會主任，中國科學院大學教授，西北師範大學兼職教授。《地球科學進展》(月刊)常務副主編、《天然氣地球科學》(月刊)常務副主編、《圖書與情報》(雙月刊)副主編、《科學觀察》(雙月刊)編委等。國傢自然科學基金委員會地球科學部專傢谘詢委員會學術秘書。長期從事生態經濟學與可持續發展、資源環境科學發展戰略、科技戰略與科技政策、科技情報學理論方法應用等方麵的研究工作。獲得省部級以上科技成果奬勵14項。獨立及閤作齣版專著(編著)18部、譯著8部，發錶學術論文280多篇。 鄭軍衛，中國科學院蘭州文獻情報中心研究員，博士碩士生導師，《天然氣地球科學》(月刊)雜誌編委、編輯部主任，《地球科學動態監測快報》執行主編。長期從事能源地球科學學科情報研究和地球科學發展戰略研究，曾負責或作為骨乾參加各類研究項目／課題20餘項。發錶學術論文40餘篇，參與編寫專著4部，齣版譯著1部(第二譯者)。獲甘肅省科技進步二等奬1項．甘肅省情報學會一等奬1項。

目錄

中文版序
Preface For Chinese Version
譯者序
前言
摘要
緻謝
第1章 21世紀的地球科學
1.1 地球科學資助趨勢
1.2 NROES研究方式
1.3 地球科學的重大挑戰
1.4 地球科學相關性
第2章 地球科學新的研究機遇
2.1 早期的地球
2.2 熱化學內動力和揮發物分布
2.3 斷裂作用與變形過程
2.4 氣候、地錶過程、地質構造和深部地球過程之間的相互作用
2.5 生命、環境和氣候間的協同演化
2.6 水文地貌-生態係統對自然和人為變化的耦閤響應
2.7 陸地環境生物地球化學和水循環以及全球變化的影響
2.8 地質年代學最新進展
第3章 認識和建議
3.1 長期研究者驅動的科學
3.2 早期的地球
3.3 熱化學內動力和揮發物分布
3.4 斷裂作用與變形過程
3.5 氣候、地錶過程、地質構造以及深部地球過程之間的相互作用
3.6 生命、環境以及氣候的協同演化
3.7 水文地貌-生態係統對自然和人為變化的耦閤響應
3.8 陸地環境生物地球化學和水循環以及全球氣候變化的影響
3.9 地質年代學研究設施
3.10 跨機構和跨國閤作與協調
3.11 培養下一代和多樣化的研究團體
參考文獻
附錄A 背景資料清單
附錄B 貢獻者名單
附錄C 委員會成員及職員簡介

精彩書摘

第1章21世紀的地球科學
地球科學在21世紀人類所麵臨的嚴峻挑戰中的作用將變得日益突齣，這些挑戰包括尋找自然資源以維持地球日益膨脹的人口，減輕那些影響巨大人口和已建的大量基礎設施的自然災害，並在一個不斷變化的地球生存環境下實現可持續的環境管理。本報告采用NSF的地球科學術語：地球科學相當於國內的固體地球科學。——譯者注（earth sciences）是整個地球科學（geoscience）的一部分，研究重點為地球固體錶麵、地殼、地幔和地核，包括固體地球與大氣圈、水圈和生物圈之間的相互作用。地球科學的研究主題涵蓋瞭從直接實踐應用到社會生存（如探測和開采水、礦物以及燃料等資源供應品），到對地球起源、演化和未來的基礎性科學研究，這通常對重要的社會決策製定提供資訊。
每個新的10年，地球科學都會有發展。在過去的200年裏，地球科學在多個方麵扮演瞭突齣的角色：明確瞭生命的曆史；揭開瞭行星地球錶麵演化的麵紗；量化瞭諸如地震、火山和海嘯等自然災害的類型；找到瞭礦物和化石燃料資源；描述瞭氣候係統的曆史特徵。期待在未來10年及以後，這些角色將獲得實質性擴展，在地球科學領域推動廣闊的基礎研究需求以及在學科方麵培養研究人員和從業人員，這種提升將遠遠超齣目前的能力。
雖然這種加速的需求在地球科學領域顯而易見，並且EAR研究計劃受充分認識本學科重要性以及對人類必須麵臨的挑戰做齣貢獻的眾多機遇所引導，但現實情況是地球科學在支撐基礎和應用研究與教育的美國各級教育係統和聯邦機構受到的重視程度比保證的要低（National Center for Education Statistics，2011）。在全國各地，高中和大學課程很少強調對有關地球科學和環境科學進行學習(Hoffman and Barstow，2007)，這限製瞭吸引高素質的學生進入這一領域。隻有美國聯邦政府機構和教育機構通過積極的努力，認識到在解決目前和不久的將來地球科學麵臨的挑戰中對有纔能的學生提供更好的教育、培訓和職業跟蹤的價值和需求時，纔可能剋服這種自我限製的形勢。
在NRC 2001年報告——BROES的基礎上，EAR和地學學部（GEO）通過繼續資助地球透鏡計劃——重大研究裝備和設施建設（Major Research Equipment and Facilities Construction MREFC）項目，在提升地球科學在NSF的地位方麵嚮前邁齣瞭一大步。該項目是地學學部地球科學處第一個重大研究裝備和設施建設（GEO/EAR MREFC）項目，為此地球科學處已經從NSF主要資助諸如物理學、天文學和大氣科學等傳統科學學科的經費中吸引瞭大量的外部資源（2億美元）用於設施建設。地球透鏡計劃經過2003~2008年的設施建設，目前已實施瞭從第一階段到至少2個五年規劃建設階段的一半 (Williams et al.，2010)。
在創建高度分布式設施方麵，地球透鏡計劃是對MREFC計劃的創新，許多數據收集節點分散在美國各地（與諸如天文望遠鏡或物理加速器等典型本地化的設施形成對比），其包括3個對北美大陸提供前所未有的觀測數據的關鍵設施，即闆塊邊界觀測站（Plate Boundary Observatory，PBO）、美國地震監測颱網（USArray），以及位於深部的聖安德烈斯斷層觀測平颱（San Andreas Fault Observatory at Depth，SAFOD）。地球透鏡計劃設施建設準時按預算完成瞭5年MREFC階段任務，這在聯邦政府機構支持的大型設施建設史中是罕見的。正如本報告後麵所描述的，來自地球透鏡計劃各組成部分的科學成果迅速呈現，並且對EAR甚至GEO而言，該項目是一個巨大成功。
這一成功為EAR提供瞭一個明確的機遇，使其作為一個與物理科學、天文科學和生物科學中許多重大舉措同樣的重大研究活動發起者贏得認可。地球科學不僅在21世紀發揮關鍵作用，而且目前地球科學已經證明內部組織能力提升瞭重大倡議的任務和資助水平，這些倡議是該領域應對未來挑戰所需要的。在本報告後麵確定的新興研究機遇將需要可比性的努力來達到其目標；地球透鏡計劃已經錶明地球科學界和EAR可以成功地應對這些挑戰，而NSF將需要認識到在該學科基礎研究方麵加強投資的重要性和可行性。在21世紀，地球科學必須加入美國尋求的大科學活動行列；如果能將擴大基礎認識的新機遇作為解決21世紀社會挑戰的基礎，其不可能仍保持泛泛的發展。
1.1地球科學資助趨勢
本報告是為應對聯邦政府對地球科學基礎和應用研究資助下降的背景而發布的，同時強調追求對研究投資可以提供巨大迴報的定嚮新研究機遇的重要性。在一些支持地球科學研究的聯邦政府部門和機構中，NSF是唯一一個主要任務為資助基礎研究和教育的機構。隻有NSF通過其EAR部門對研究者驅動的、所有地球科學核心學科基礎研究提供主要資助。雖然實質性的地球科學研究是由DOE、USGS和NASA推動的，這些計劃的重點大部分是戰略性重點和任務導嚮。例如，在這些計劃的“美國總統2011財年”地球科學活動預算中強調氣候變化和可再生能源資源研究。DOE和USGS已確定增加對碳捕獲與封存、氣候變化以及地熱研究和開發的資助。NASA將增加對地球觀測衛星的資助。NSF的GEO提供瞭所有針對整個地球科學的聯邦政府資助的約63%，將獲得2001年BROES報告發布時EAR資助水平 2倍左右的預算。
整個地球科學研究的聯邦政府資助趨勢受到瞭顯著關注。圖1.1展示瞭所有機構的資助趨勢，並描繪齣針對基礎研究和應用研究的資助在總的研究資助中所占百分比的下降態勢。伴隨整個研究資助百分比的這種下降態勢，針對大學的地球科學研究資助相對增加，這是NSF和EAR發揮主導作用的領域。
圖1.1美國地質學會（AGI）統計的聯邦政府對整個地球科學的資助趨勢
（資料來源：AGI，2009）
1.2NROES研究方式
在本報告中，NROES確定齣地球科學新的研究機遇，因為這涉及NSF的EAR部門的責任。特彆地，委員會開展瞭4項工作：
（1）確定未來十年中地球科學高優先級新的和正在齣現的研究機遇，包括錶層地球過程和深部地球過程以及與諸如海洋與大氣科學、生物科學、工程科學、計算機科學、社會科學和行為科學等領域間的跨學科研究。
（2）確定支持這些新興和潛在的研究機遇的關鍵儀器和設施。
（3）描述EAR與聯邦政府其他機構計劃、行業和國際計劃之間在這些新領域和新興領域加強閤作的機會。
（4）建議EAR可以幫助培養下一代地球科學傢、支持年輕研究人員，並增加在該領域弱勢群體參與的新途徑。
該委員會並沒有被要求評價現有的EAR計劃或製定預算建議。在沒有首先獲知該報告被公布的情況下，這些問題不能得到解決，因此以下各部分給齣瞭為委員會的做法提供信息支撐的有關地球科學地位的觀點。
1.3地球科學的重大挑戰
2008年NRC的報告《地球的起源和演化——變化行星的研究問題》本書譯者也曾翻譯該報告，並於2010年在科學齣版社齣版。——譯者注確定瞭21世紀 10個將推動現代地球科學發展的重大研究問題：
（1）地球和其他行星是如何形成的？
（2）地球“黑暗時期”(地球誕生後的最初5億年)究竟發生瞭什麼？
（3）生命是如何起源的？
（4）地球內部如何運動及其如何影響地錶？
（5）地球為何擁有闆塊構造和大陸？
（6）物質特徵如何控製地球演化過程？
（7）什麼原因引起氣候變化，氣候變化幅度能有多大？
（8）生命如何改變地球，地球又如何塑造生命？
（9）能夠預測地震、火山噴發及其後果嗎？
（10）流體流動和搬運如何影響人類環境？
NROES承認上述問題是該領域的基礎問題，迴答這些問題將采取持久和認真的努力以及對具有能以目前認識為基礎和剋服目前局限性的新一代研究人員的準備。
EAR的基本作用是支持獲得類似上述提到的重大問題引發的獲取地球係統基本知識的基礎研究，以及促進可以直接用於國傢戰略需求的認識。與麵嚮任務機構的密切閤作對將基本認識延伸到應用研究和過程領域至關重要。2001年BROES報告（NRC，2001）確定瞭在5個最終會影響人類福祉的主要領域EAR資助怎樣的地球科學基礎研究：
（1）自然資源的發現、利用和保護——燃料、礦物、土壤、水。
（2）自然災害的特徵描述和減輕——地震、洪水和乾旱、滑坡、海嘯、火山。
（3）基於地球科學的工程——城市發展、農業、材料工程。
（4）環境管理工作——生態係統管理、適應環境變化、修復、減緩人類的不良影響。
（5）齣於國傢安全的陸地監視——武器控製條約核查、精確定位、測繪、地下遙感。
在過去的10年中，隻是增加瞭這些問題的重要性和相關性，種種跡象錶明，這一趨勢將持續貫穿21世紀。BROES報告對基礎研究在地球科學每個方麵的角色進行瞭詳細描述，這裏不再重復，因為NSF和EAR緻力於支持地球科學基礎研究這點是明確的。委員會著重指齣瞭一些當我們進入21世紀第2個10年時應加強關注的問題。
1.4地球科學相關性
世界人口預計在2011年底將達到70億人因為本報告完成於2011年，在報告寫作時還沒到2011年年底，故該年的世界人口數據為估計值。——譯者注，2050年將約為92億人，對食品、燃料、原材料和水的需求持續增加。這些人口的大部分將繼續集中在活動的海岸帶附近，而滿足這部分人群的需求及認識伴隨的對環境的影響是地球科學所做貢獻的一個關鍵領域。這些人口對能源的需求是巨大的。2008年，世界能源總消費量為474×1018 J，相當於年平均耗電率為15×1012 W。作為參照，從地球內部到地錶的能量通量估計為46×1012W。基於可以找到滿足消費需求能源的前提，所有的預測都預期瞭能源消耗的穩定增長。化石燃料，如石油、天然氣、煤炭將是從陸地儲層中獲得能源的主要來源。隨著容易找到並開采的化石燃料的大量開發，石油勘探和開發公司對受過專業訓練的地球科學工作人員的需求穩步增長。這包括對具有廣泛地震學、地球物理學、水文學、岩石流體相互作用以及計算機建模技能的地下勘探專傢和油藏管理專傢的需求。核電站同樣需要富集在地質地層中的核原料，而水電站涉及龐大的地質工程工作，需要在水文地質和地形演化方麵的堅實基礎。不斷增長的能源需求將提高整個21世紀地球科學培訓和研究的重要性。
地球科學傢緻力於識彆岩石物質、礦物和礦石，其服務於建築材料和關鍵行業方麵的社會需求。對擴大材料供應以及減緩發現和開采這些材料的長期環境影響的不斷發展的需求將繼續貫穿21世紀，再次推動對成岩過程、流體岩石相互作用、熱液體係、流域水文學和構造曆史方麵的地球科學知識的需求。對礦石分布和沉積過程中生物作用認識的提高，進一步推動瞭對地球生物學培訓和知識的需求。
淡水供應是人口增長所伴隨的最大挑戰之一，而對水資源的明智決策需要有關運行於近地錶環境的復雜水文係統，以及它們對自然和人為改造如何響應的知識。一套涉及麵廣的地球化學、地球物理學和地球生物學方法是調查含水層和地下水係統的核心。增加可開展水管理的專業人員總數和提高可用於水管理的分析工具將是21世紀的持續需求。
土壤提供瞭用於農業、水過濾，以及建築業和製造業活動的必要資源，而認識這些具有生物活性、復雜結構的多孔介質要求EAR資助對淺

前言/序言

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