第一章 地学的分科、特征和研究方法

1.1地球科学的分科体系

一、地学分科可以从不同角度来讨论

1.按照地球上各种变化的性质，地球科学可以分为地球物理学、地球化学和地生物学三个方面。

地球物理学包括大气物理、大地物理、海洋物理，还有更专门的地磁学、高层大气物理学等。地球物理学是介于地球科学与物理学之间的边缘科学。

地球化学着重研究化学元素以及原子在地球上的迁移和转化规律。地球化学有狭义、广义之分。狭义地球化学是研究地球，特别是地壳的平均化学成为及其异常的分布规律；广义地球化学研究的内容更为广泛，包括地壳的各种化学形成过程，以及表生带地球化学和大气地球化学等等。

地生物学联系环境对生物进行研究。研究生物与环境关系的科学，叫“生态学”。生态学最早是研究生物个体与环境的关系，叫个体生态学，后来发展到研究生物的群体，即生物群落与环境的关系，称为群落生态学；慢慢又发展到人类生态学，从社会角度去研究，叫社会生态学。总之，生态学有一个发展的过程，西方报纸称70年代为生态学的时代，实际上是指人类和社会生态学对当代发展的影响很大，应该特别加以重视。还有古地生物学，这门科学研究生物进化与环境的关系及其在地壳中留下的残迹（化石）。

2.对地球科学的分科，还可以从研究对象或范围来探讨，主要是指研究某个地圈或地圈的某个部分。研究大气圈的科学包括大气物理学和气象学等；研究水圈的科学有陆地水文学和海洋学等；研究生物圈的科学有地生物学等；研究土壤层的科学有土壤学、土壤地理学等。研究岩石圈及其发展史的科学有地质学、地层学和地史学等；研究相当于地球表层的地理环境的科学叫地理学。

3.还可以从研究方法来讨论地学的分科，像地图学就是如何把地学的研究表示在地图上，地图学以测量学为基础。此外，使用航空摄影方法来进行地质学或地理学研究的叫航空地质学或航空地理学，它先用飞机进行飞行摄影，然后根据航空像片对照各地的具体情况来进行判读研究。也可以使用卫星获得卫星图像，并对其进行地学判读研究，这是遥感地理学或遥感地质学。遥感技术涉及很多数学问题和物理问题，要求地学、物理学、数学三方面相互结合。还有着重于应用数学方法来研究的学科，如数学地质学或数学地理学。

上述三种分科方法是基本的分科方法，实际上分科之间常常是相互交叉的，有的还形成一些边缘性分科。

4.地球是人类生存的空间环境，这个环境可以影响到人类的生活，影响人类再生产的进行，例如“三废”排放，导致环境污染。城市与农村比较，多种疾病发病率高，称为“城市病”或“文明病”。其中包括：城市环境紧张、交通混乱、上下班紧张，导致神经系统有关疾病乃至消化系统疾病发病率增高；心血管系统、呼吸道系统病多；还有某些癌症，也是城市病。这些都是由于环境变坏影响到人的健康和劳动力的素质，因而影响生产。三废处理问题虽不属于地学的直接研究内容，但与地学关系密切，因而在环境科学与地学中间形成一个边缘科学，叫环境地学。近年来，地理学、地质学都在开展环境地学研究。

环境科学问题既带有地域性，又带有全球性，狭义的环境研究偏向于考虑三废污染问题。广义的环境科学则包括全面的环境问题研究。全球环境问题研究与全球发展战略研究的结合促使近年来发展了一门全球学。

5.地质学与地球物理学结合形成一门把地球当作整体来研究的地球学。地球学偏向于从全球的自然属性去综合研究地球；全球学则是从人地关系角度去研究全球的现状、存在问题和未来发展情况，即所谓世界系统的自然、社会和人文的综合研究。

6.地学可以为生产实践服务，所以，地学有它的应用学科，形成应用性地学分支。如经济地质学主要是研究矿藏的地质学，可包括煤地质学、石油地质学等。经济地理学主要是研究生产力的布局，某一地方生产力如何合理安排，以求避免发生重大的战略性布局错误。另外还有工程地质学（为工程服务的）和天气预报学。近几年来，地理学还发展了区域发展和开发研究（即一个区域的工农业、交通、居民点、第三产业等如何综合布局，产业结构如何调整，以及如何逐步高级化等）。

实际上，地学的各分科还在不断分化。这里着重介绍一下地理学和地质学的分科。

二、现代地理学是一个科学体系，可从下列四方面分科

1.三分法：地理学以地理环境为研究对象，地理环境有自然部分、经济部分和社会文化部分，因此地理学可分为自然地理学、经济地理学和人文地理学，其中人文地理学带有社会科学的性质。

2.三层次：地理学可分为三个层次，最低层次是部门地理学，即部门自然地理学、部门经济地理学和部门人文地理学，例如，地貌学、气象气候学、植物地理学等都是部门自然地理学，农业地理学、工业地理学、交通运输地理学、服务行业地理学是部门经济地理学，等等。由这个最低层次的部门地理学再合并、综合，就有了综合自然地理学、综合经济地理学、综合人文地理学。综合人文地理学相当于行为地理学。这是第二个层次。第三个层次就是在自然、经济、人文综合基础上发展的综合地理学。

3.三重性：每一方面的地理学研究都有三重性。第一是基础理论，相当于通论，即通用的研究原理和方法。第二是建立一个应用理论，第三是把这二者结合在区域研究上，注重为实践服务。比如部门地理学中的地貌学，应该有一个通论部分，有一个地貌学应用理论部分，然后把地貌学的这两部分应用在一个区域研究上，这个区域研究要结合实践来进行。综合自然地理学也可分作这样三个部分。综合地理学也应有三个部分，首先是理论地理学，应用理论部分是建设地理学，第三部分现在着重在区域发展战略和国土整治开发研究上。

4.三时段：三时段的意思是在时间上地理学有不同阶段的研究。对地史阶段的研究叫古地理学，此时人类尚未出现。对历史年代的研究叫历史地理学，这时地理学就有自然地理与人文地理的区分。研究现代任何时间的地理叫时间地理学。国外提出的时间地理学仅限于行为地理学的时间性问题，可把其推广到各方面地理学研究，这里所指的时间是指区别于地史阶段和历史年代的现代任何时段的时间。

地理学还有一个分科，即区域地理学，像中学里学的中国地理、世界地理，就是区域地理学，是把一个区域的自然、经济和人文特点进行综合论述。最后，地球表层还可分为城市和乡村两种类型。近年来城市地理学已成为地理学的一个重要生长点，而农业地理学正在扩大研究范围，发展为乡村地理学。

三、地质学的分科

地质学这个大的科学体系分为：

1.静力地质学（从静态方面去研究岩石圈），包括结晶学（介于地质学和物理学、化学间的边缘科学）、矿物学、岩石学等，还有岩相学研究岩石的分相特点。当然，不论晶体、矿物、岩石和岩相都有其形成过程，纯形态结构和分类的静态研究是不够的。

2.动力地质学，包括外动力地质学（外动力主要来自太阳辐射影响，也包括万有引力作用）和内动力地质学（内动力来自地球内部，主要能量来源是放射能）。外动力地质过程是指发生在地球表层的过程，如河流、海洋、大气、万有引力对地球表层的作用等。内动力地质学讲地震、地球的构造、形成特点等等。研究地壳构造特点的是地质构造学。地质构造有其区域组合，不同地方组合特点不一样。研究地质构造在一定地史背景上的区域组合叫大地构造学。

3.历史地质学，历史地质学研究地球的发展史，包括两个方面：研究地层发生顺序的地层学和研究地质发展留下的古生物遗迹的古生物学。

4.此外，如前所述，还有区域地质学、经济地质学、矿藏地质学、工程地质学、数学地质学、遥感地质学、天体地质学等等。

近年来，地质学强调综合研究。除了上述的地球学是在地质学与地球物理学基础上发展起来的综合方向外，还开展整个岩石圈的综合研究，即联系上地幔的发展，开展地壳的大地构造研究。海底扩张和板块学说就是这种综合研究的理论概括之一。

1.2地球科学的特征

1.地球科学是以一定的空间为研究对象的空间科学，在地球这个空间中，存在着多种多样的运动形式，包括机械、物理、化学、生物等，形成各种复杂的过程，因此，数、理、化、生的基本规律是地球科学的基础。学习地学的人，应该有数、理、化和生物学的基础知识。

2.地学除了理论研究外，还有区域研究。特别是研究海陆表面上下的地理学，更重视区域研究。理论应该适用于全世界，区域研究却有地区特点。地学研究中常出现全球空间的广阔性与观察者一般只能对有限区域进行实地考察的矛盾，不少地学假设和理论常常只是局部区域的观察总结。因而还要求进行综合各种局部区域的通论研究。由此可见，只有局部区域的具体地学研究是不够的，地学的理论研究应该没有国别。

3.地学具有综合性，需要的基础知识极广，既要研究地学中的一些专门问题，更要研究综合问题。大地构造理论就是一个综合问题。19世纪40年代以前，偏重于搞分析，40年代后，许多有远见的科学家宣传搞综合。有综合思想的科学家，在研究经济建设的组织管理时，注重节约，重视搞软科学，提倡保护环境，维持生态平衡，能使经济建设取得更好的效果。

4.地学是自然条件和资源开发利用研究的基础，它的实用性是十分突出的。例如，找矿必须学地质学；要对一个地域的工农业生产、交通、第三产业进行战略性部署和区域规划，必须有地理学作为基础，预报天气必须有气象学方面的知识；预报地震，必须有地球物理学的知识，等等。

5.地学理论研究还不够充分、成熟。地球科学的发展，相对于数、理、化来说，水平还不够高，许多问题还存在争论，需要更充分的实际资料、创造性的思维和加强理论概括才能找出解决办法。例如，中国的黄土怎么形成的，便有各种观点，哪一种观点更切合客观实际，还有待研究；又如，中国东部有没有第四纪冰川？目前仍有争论，要有更多的科学论据才能证明其有无。

6.地学与人类的实际生活有密切关系。学点气象学知识，你就有可能做半天天气预报。日常生活中也有许多地学问题，不懂就会出错。某些电影由于不注意地理背景，或者缺少地理知识，因而常常出现错误。例如，电影《大河奔流》，故事讲的是黄河泛滥区。黄泛区没有山，没有石头，可电影里却出现用小车一天就能把石头运回来的镜头。电影的编导如果了解故事发生地区的地理背景就不致出现这类差错。又如，我国一些影剧布景中，画月亮也屡出现常识性错误，就是因为这些编导虽然知道地球、月球等在自转、公转，但对这些天体运动的真实表现——普通天象却知之甚少的缘故。

1.3地球科学的研究方法

地学研究方法有下列四种：相关研究法；形态结构研究方法；演化研究法；专门的研究方法和技术。第一种方法相当于研究功能，第二种方法相当于研究形态，目前的地学研究常把功能和形态分开，把二者结合起来的研究还很少。第四种方法中有定性法、定量法、地图方法、航空法、遥感法等。下面对前三种方法加以简单介绍：

一、相关研究法

包括地学相关法，就是研究地球各方面的确定性关系，研究在什么样的条件下有什么样的关系。例如，四川泸州，在400米以下，可种荔枝、龙眼、香蕉、橄榄。这些水果一般适宜于南亚热带气候，而一般把四川盆地看成中亚热带。泸州虽属四川盆地，但它在400米以下，具有南亚热带气候的特点，应大力发展荔枝、龙眼、香蕉、橄榄等的种植，而可以不必去种四川到处都可种的水稻、柑桔。由此可知地学相关法就是根据组成部分的相互关系知识，由一个组成成分推导其它组成成分的特点，进而用以指导生产。平衡和循环法，如研究地球水分的循环和平衡，氧、氮、磷等元素在自然界中的循环。生态系统法，把自然界的某一部分看作是一个生态系统，考察它的输入和输出，研究系统内部的“态”是如何把输入转变为输出的，找出输入与输出的关系。

二、形态结构研究法

地学上的形态结构研究方法有两种。一种叫类型法，就是说研究各种“地体”的类型，如土壤分类、地质构造分类、土地分类等。还有一种叫区划法，就是根据类型组合，把地表看成是各种类型的镶嵌结构，按镶嵌组合的关系进行分区。如自然区划，大地构造分区等。区域发展战略研究就是以自然的镶嵌结构为基础，拟定一个相应的生产力布局结构和消费结构，也即拟定一个与之相应的合理的产业结构。因而，在这里，需要一种将形态结构研究法与地学相关法相结合，可以建立一种地域结构的对应变换的研究方法。这一方法将在第八章作相应说明。

三、演化研究方法

演化研究法就是研究地球及各种“地体”在时间上如何变化。通常把时间过程分为三个阶段：地质年代、历史年代和现代。演化研究法重点是以溯因法为基础，把观察到的同一类事实看作一个历史过程的不同阶段的产物，把这一系列事实搜集起来加以排列，重建其发展过程。这个方法在生物学、社会学、地学研究中广泛应用。可以地貌中侵蚀沟的发育规律为例，这种侵蚀沟的发育可以黄土高原为典型。黄土高原水土流失非常严重，这主要是侵蚀沟的作用。侵蚀沟有下列几种类型：最小的是纹沟，雨水降落后，坡面留下一些小沟，沟很小，犁耕完，沟就消失了。第二种叫浅沟，犁耕后沟型还可见，大约小于50厘米深度。冲刷再大，就叫切沟。犁耕已不能通过切沟，但人可以走过去。再大一点就叫冲沟，人已不能过去。这时沟坡还是陡坡。进一步发展陡坡就变成凹形了，即宽沟。再发展就开始在沟底出现阶地，叫做涧。这就是侵蚀沟发展的历史。最大的涧和最小的纹沟看起来没什么联系，但把中间阶段联系起来，就可以推导出侵蚀沟是由纹沟开始逐步演变发展的。这种方法在地貌学上叫形态比较法，也是一种溯因法。

地球表层留下了一系列的“记忆痕迹”，我们可以根据记忆痕迹，用溯因法重建演化过程。地球上的记忆痕迹有地壳晶体异常、矿物形成序列、形态及所含杂质、岩相、地质构造和大地构造、土质与土壤剖面、化石及残余物种（活化石）、各种物质中的同位素组成比例、古地磁等。还有一种时空结构记忆痕迹，它们是：树木年轮、海洋的贝壳纹理、岩石韵理、冰川纹泥等。

地学的研究对象有下列特点：其所研究的不同组织水平各有自己的约束规律，具有历史影响。地学的研究要特别考虑到历史影响，这一点与物理、化学的研究很不相同。在地质学上有一种研究方法叫现实主义原则，就是以今论古，或以古论今，今古规律一样，服从于所谓连续均匀的时间变化特点。这个原则认为，可以用我们今天所研究的地质学规律，去推导古代的一些规律，反之亦然。但是，有时现代的过程跟过去的过程不完全一样。地球表面的过程，一种是正熵过程，它服从于热力学第二定律；还有一种是负熵过程，像生物进化，它遵循演化不均匀的时间进程。在地球进化过程中，原来的正熵过程，随着地球组成的复杂化，也可以在其后的地质年代获得一些新的特征。

地球科学关于历史年代的研究大概有两种方法。一是解释学方法，解释学就是研究解释的一般规律。解释学的一般规律是主体解释者有其主编偏见，他对于不同解释的对象有一个主观理解，并主要用现代科学观点进行解释。客体是被解释者，也就是历史遗物。历史遗物所反映的是古代的事物遗留下来的痕迹和古代人的认识水平。要改变解释者的主观认识，需要一个反馈的研究过程。当两者达到一致时，这个解释才能完成。但这个一致不是一次能达到的，要经过多次的反复。还要把古代人的潜台词表达出来。古代人写书，或建造一个史迹，有些是直接告诉我们的，有些还有潜台词，所以对历史文献和史迹的解释还有发掘潜台词的任务。就是通过一个反馈过程把古代人的认识特点和潜台词解释出来。

另一个方法还是溯因法。经常把面对的事实分作四种类型：残遗部分、现代成分、先锋成分，以及退化成分等，若是能够把这四种成分区分出来，便能讨论如何从残遗成分演变为现代成分，预测先锋成分如何进一步发展，并把退化成分识别出来，不把它误认为是发展方向。

现代地学研究即时间地学研究。地貌学上的形态比较法就是时间地学研究法。一些现代的地貌过程都可用溯因法和形态比较法加以确定。还有一种是结构分析法，即通过预测和一定的人为努力，实现人们所期望的合理结构。例如，连云港的发展战略研究就是采用结构分析预测进行的。连云港未来的产业结构应该怎样？有三种观点：一种是按现有产业比例加以预测，认为应以轻纺工业为主；第二种认为连云港的产业结构还未定型，由其自然发展去确定；第三种是我们的预测。根据陇海线特别是其中西段是中国机械工业地带，但却还脉有钢铁基地，因而可以在连云港建一个钢厂。连云港是陇海路的东端，符合上述的各种条件，同上海宝钢一样，建一个靠进口铁矿的钢厂以满足陇海路中西段机械工业发展的要求。这就是使用结构分析法预测产业结构的未来发展。要实现这一未来发展，还须有人为的努力，如通过宣传，以获得上级重视和投资等，才能实现产业结构的转化。

还有专门的研究技术方法，这里就不再叙述了。

【内容提要】本章介绍地学可从不同的角度进行分科，还在这基础上着重介绍地理学和地质学的分科。地学与物理学和化学比较有很多不同的特征，并有自己的一些专门研究方法：（1）相关研究法，（2）形态结构研究法，（3）演化研究法，（4）专门的研究技术方法。

【习题】

1.1地学如何从不同角度进行分科，地学的各个分科的简要研究内容。

1.2简述地理学的分科体系。

1.3简述地质学的分科体系。

1.4地球科学有哪些共同特征？

1.5什么是溯因法？举例说明溯因法在地学研究中的意义。