情敌非要我负责鲤鱼乡:二十一世纪地球科学展望(转载)

二十一世纪地球科学展望
人类社会已进入2l世纪，2l世纪头一、二十年将是人类社会发展史上一个巨大变革的时期。在这个期间，人类将经历一场全球性科技革命，以高新技术为主要标志的科技进步日新月异，经济和社会发展主要依靠知识创新和知识的创新性应用的趋势愈来愈明显，科技进步日益成为推动人类进步的一种重要力量。在这种背景下，作为资源工作知识支撑的地学研究和地学工作在经历了以板块构造和行星探测双重革命为主要内容的一段重大发展时期之后，也正处于一个建立新的知识体系的起点上。面对这种新的巨大变革，一个席卷全球、寻找未来对策的浪潮正在掀起，震荡着全世界地学界。
一、许多国家地学主管部门加强管理，重新制定或调整地学科技发展战略和科技政策，全球地学工作将沿着为国家持续发展提供全新的地学信息方向发展
冷战结束以后，国家安全概念由战争转向国家经济安全和生态安全。国际政治、经济、科技发展战略与政策已发生重大变化与调整；1992年世界地球首脑会议提出的可持续发展战略，对全球社会经济与科技发展走向产生了重大的导向性影响；以信息与知识经济为标志的新产业革命使冷战后的经济战正在演变为一场科技战。随着全球社会经济的迅速发展，各国都遇到了资源、环境、自然灾害方面的挑战，向地学提出了更多的新的任务与要求。在这样的国际大背景下，21世纪地学面临着如何发展的问题。为此，各国纷纷调整和重新制定21世纪新的发展战略，重新确立或调整今后的科技发展方向和重点领域，着眼于长远利益，着眼于2l世纪，把工作重心转移到增强自己的综合国力建设上，强调发展经济和科技事业的建设，走科技兴国、强国之路，把科技发展看成国家经济发展的发动机和增强综合国力的关键因素，为21世纪科技大发展注入新的动力。
虽然各国的发展战略有所不同，但是，各国制定的新的发展战略的基点都把发展地学作为国家经济持续发展的基础和增强综合国力的关键：试图通过新的战略使21世纪从不可持续增长转向可持续发展的世纪，以可持续的方式调查和负责管理其自然环境和天然资源。这是地学工作变革的指向和路标。在科技方针政策上由以往强调"科学研究功能"向强调"社会服务功能"转变。因此，最近几年，国际地质调查工作通过工作方向重大转变与调整正在实现由以往的"供给驱动型"向"需求驱动型"转变，试图使地学为人类社会可持续发展提供新的地质调查知识。在这个转变过程中，世界上几乎所有国家地调所都进行了机构调整、紧缩预算和裁减人员。这是地学和地质工作方向发生重大转向过程中的一次短暂战略调整性的萎缩。
上述发展战略的重大转变最突出表现在美国、英国、加拿大和澳大利亚等国家，现以美国、英国为例进一步说明。
目前在于改善人类生存条件的计划，不论是与资源有关的计划，与灾害有关的计划还是与环境变化有关的计划，都要依靠旨在增进我们对地球作用过程认识的基础研究的成果。
--《固体地球科学与社会》，美国国家研究委员会，1993
早在90年代初期，美国国家研究委员会就制定了固体地球科学新的发展战略：固体地球科学与社会，确立了地学为社会服务的四大任务和目标：1)了解全球系统所涉及的过程，特别关注地球系统各组成部分之间的联系和相互作用；2)提供充足的自然资源(水、矿产和燃料)；3)减轻地质灾害；4)调节全球和区域的环境变化，并使其影响降至最低。在这一战略指导下美国地调所成立了专门研究组，多次制定其发展战略。1995年美国共和党人认为，地调所在当代社会经济中作用不大了，提议撤消该所。虽然经过激烈论战，地调所保留下来了，但这一论战给全球地调所提出了一个极其现实的问题，即地调所应如何适应社会需要，为保持国家持续发展提供地学信息。它们从这次论战吸取的一个教训是地调所的生存和发展取决于它们工作适应整个社会的能力，而且必须为它们自己的未来作准备。这些难得的教训导致它们重新制定了一个新的战略，即《美国地调所战略计划(1996-2005)》。整个战略的核心是地调所要根据社会需要确立自己未来的发展方向，提出了工作重点大转移的战略思想：从以往重点研究调查非再生资源转移到目前人类社会发展所关注的灾害、水、和受污染的环境上。
为了实现这个战略目标，美国地调所提出将把工作重点放在经过精心选择的七项工作上，以便对日益变化的国家需要做出反应。　这七项工作是：水量和水质、灾害、地理和制图信息、受污染的环境、土地和水的利用、不可再生资源、环境对人体健康的影响。
为配合上述战略计划的实施，美国地调所还制定了各个专业领域方面的一系列的战略。其中地质和矿产资源两个专业领域的战略目标也发生了战略转轨。例如美国地调所地质处把深入了解人类与自然环境相互作用作为2000-2010年的战略目标，并针对下世纪头十年国家面临的紧迫任务提出了7个科学目标和6项工作。
7个科学目标是：
▲ 为减灾规划进行地质灾害评价。
▲ 提供地质灾害短期预测并快速查明灾害后果的特性。
▲ 进一步提高从全球地质、经济和环境的角度对国家能源和矿产资源的认识。
▲ 预测气候易变性对环境的影响。
▲ 建立生态系统结构和功能的地质框架。
▲ 解释人类健康与地质作用过程之间的联系。
▲ 确定地下水资源与有害废物隔离的她质控制条件。
根据以上目标，又提出6项工作任务：
▲ 大大提高公众查找、检索和使用地质处图件和资料方面的能力。
▲ 保持充实一个一流水平的地球系统科学图书馆。
▲ 有效传播地质处科学工作所获得的知识。
▲ 增强科技人员队伍的活力和灵活性。
▲ 促进跨学科研究(或译"多学科"研究)。
▲ 建立所内外评审制度。
该战略强调目标和任务要由社会驱动，需求驱动；战略目标以广泛深入了解人类与自然环境相互作用为中心；特别强调跨学科调查研究：要把短期研究和长期研究有机地结合起来；强调地质处要开发应用新技术；把地质调查信息的传播应用摆在重要位置。
根据上述可见，经过调整以后的美国地质调查所的使命是：通过向国家提供可靠的地球科学信息，在最大限度减少自然灾害造成的生命财产损失，管理能源、矿产、水和生物资源，提高和保持生活质量，以及合理和可持续发展经济等方面为国家做出贡献。完成这一使命要求地调所对一系列广泛的全国性地球科学问题能快速、及时地预见和做工作。地调所地质处制定的这个科学战略，正是为了使其工作在充满挑战的21世纪第一个十年中能够符合国家利益的需要，最大限度地服务于国家。美国土地管理局1997年制定了其战略计划，提出了未来3-10年的目标。美国国家科学基金会1998年制定了"1998-2002年科学计划"，实施不到三年，最近又重新制定新千年的发展战略，即"2000年后的地学：探索和预测地球的环境和可居住性"，把探索和预测地球的环境作为2l世纪地学工作的主题。特别需要指出的是美国国家基金会一向提倡基础前沿研究，这次提出的新战略除继续开展基础前沿研究以外，还强调了应用研究，而基础研究的重点又是围绕地球环境展开的，这是史无前例的。
基础前沿研究的重点是：
（1）地球构造，
（2）地球动能和动力学，
（3）地球新陈代谢；
在应用方面将加强
（1）预测灾害事件，
（2）评价环境质量，
（3）预测较长期的变化等的研究。
美国地质调查所到2005年的工作重点
更多地重视：
● 长期跨学科研究
● 减灾研究
● 资源质量和可供量
● 国际矿产／能源研究
● 非传统学科
● 区域和全国研究
● 集成地理空间数据
● 应用研究和开发
● 技术转让
● 参与有争论的问题
● 因问题而设的研究课题
● 涉及人口中心的研究
● 多风险评估数码产品
● 快速事件反应
较少地重视：
● 单学科研究
● 救灾研究
● 资源分布和数量
● 国内矿产和能源研究
● 传统地学学科
● 局部研究
● 只生产地理空间数据
● 基础科学研究
● 封闭式技术
● 回避有争论的问题
● 因人而设的研究课题
● 荒漠地区的研究
● 单风险评估
● 纸产品
● 事件后反应
主管英国地学工作的英国自然环境研究委员会深感在新的形势下不仅与美国的差距正在拉大，而且在西欧还面临着有可能被法国、德国抛在后面的危险，80年代后期以来，先后组织制定了一系列的地球科学战略，1989年提出了"到2000年的地球科学前沿：英国的研究重点"；1994年调整了战略，分别发布了海洋科学与技术、大气科学、陆地和淡水科学技术四个学科战略。在新千年到来前夕，1998年英国又重新组织制定了新一轮科学技术发展战略(未来5-10年的发展重点)，包括大气科学技术战略、地球科学技术战略、海洋科学技术战略、陆地和淡水科学技术战略、地球观测战略及极地科学战略，指导全国地学工作沿着为国家持续发展提供地学信息的方向发展。在上述战略思想指引下，作为英国地学工作主管力量的英国地调所最近也提出了2000年后的新战略：可持续发展的根基。
英国地调所作为世界上第一个地调所，其成立的目的是支持产业革命，主要任务是进行系统的地质填图，以查明矿产资源的分布，支持工农业发展。在过去30年，社会发展面临的问题已经改变，要求加强调环境，自然资源和灾害管理，要解决这些新问题要求更复杂的地学知识，而大量的高新技术已经导致提高了对环境及其过程的认识，全球范围信息技术和通讯的广泛应用，革新了对新发现的解释和传播。针对这一迅速变化的情况，英国地调所重新制定了新的战略，以满足2l世纪的挑战和机遇。整个战略的核心是为国家持续发展提供全新地学信息，从以往偏重于查明矿产资源的分布转移到环境和地质灾害上，使地学知识基础成为可持续发展的核心。为了适应过去30年里社会面临问题性质的变化，最近试图依靠近170年的地学知识的经验以及新的战略将英国地调所的科学置于国家决策制定过程的核心，对管理全国资源、解决废物处置和污染问题，减少自然灾害的危险作出贡献。
德国研究联合会地学综合研究评议委员会最近制定了地球科学战略，提出?quot;地球系统：由逐步了解到地球管理"的新思路，把地球科学的研究与地球系统和地球管理有机地联系起来。
日本地学一直比较落后，但近20多年来，　它抓住板块构造研究机会，大力发展地学。最近，又顺应地学向地球系统科学发展的机遇，抓住与气候有关的地球系统科学研究作为突破口，制定了"全球变化预测研究计划"的构想。
此外，一些国际地学组织和团体也纷纷制定了新的战略，例如国际地科联在其四十年历史中从未正式制定过指导全球地球科学活动的战略计划。为了适应地球科学领域发展的变化，增强我们对全球环境控制因素的认识，改善人类的生存条件，2000年4月，国际地科联战略规划委员会于2000年4月发布了新的战略，即《地科联的科学和组织战略》，整体战略的中心思想是，地学研究在经历了20多年以板块构造、地壳演化及矿产资源和能源为主的研究阶段之后，应把战略重点放在满足社会持续发展上。在科学研究的新方向上，确立了五个优先发展的研究方向：
(1)降低社团对自然灾害的脆弱性；
(2)减轻废物和污染的影响；
(3)了解全球环境变化；
(4)生物多样性：
(5)管理资源和维护环境。
上述各国新的发展战略和科技政策，　同以往发展战略和科技政策相比不同之处在于：
(1)进一步证实了地学的发展已进入一个新的第三次重大转折时期(战略转移)--建立新的知识体系的时期，协调入与自然的关系已成为人类认识地球的新起点，给地学带来了新的任务；保证人类社会持续发展的条件，已成为地学长期追逐的目标。地学将从矿产时代进入到环境时代。其社会功能将由"矿产型"拓宽为"社会型"；地学正进入一个以建立地球系统科学知识体系为标志的新的转折时期。除研究岩石圈以外，还要研究大气圈、水圈和生物圈的演变过程以及它们之间的相互作用。
(2)把地球科学技术在国家整体利益的作用提高到了前所未有的高度。各国都要求地球科学技术的发展要保证国家持续发展，成为国家持续发展的根基，符合国家利益需要，最大限度地服务于国家，否则有可能失去资助；要求科学研究要与国家目标结合，为此，要求确定国家优先发展领域，使国家的资金绝大多数流向国家优先发展领域上。　　(3)一些国家地学研究的国家总目标由以往重点解决矿产资源转变为保证国家经济安全和生态安全上。各国不约而同地把发展地学的突破口放在解决社会发展和人类生存的重大科学问题上，尤其是全球环境和区域环境问题上。这样，地学正在成为解决人类生存环境的关键学科，其社会功能进一步升级和拓展。
(4)在这种新的任务和新的目标面前，　地学目前的认识能力和知识水平已有所不及。地学只有适应社会需要，通过不断拓宽研究领域，建立新一代的地学知识体系，才能解决围绕当代社会发展和人类生存环境提出的种种社会的、科学的问题。因此，最近几年，国际地学研究与地学工作方向在全球范围内出现了重大转变，地质行业本身也正在发生重大变化；世界上几乎所有的国家地调所均面临机构调整、预算紧缩和人员裁减的局面；国际地学组织和国家地调所正自觉或不自觉地由以往的"供给驱动型"向"需求驱动型"转变，试图使地学为保证人类社会经济可持续发展提供新的地学知识基础。
根据上述可见，21世纪初全球地学研究和地学工作将沿着全新的方向发展。它既面临着比以往任何时候都更富有挑战性的复杂局面，　又展示出前所未有的发展和突破机会。现在世界地学的发展竞争在一定意义上已转化为发展战略，科学决策和科学管理上的竞争，谁在科学战略和科学决策上占优势，谁就占领了战略制高点，就会赢得竞争中的胜利。
我国应如何顺应这次全球地学研究和地学工作方面的重大战略转变，找出对策，发展中国地学，很值得我们研究。
二、资源与环境问题已成为保证和平时期国家经济安全与生态安全的战略核心
资源是人类社会活动文明的物质基础，是人类可持续发展的重要支柱。但是，资源是有限的，社会发展却是无限的，可持续发展就是要用有限的资源去满足社会的无限发展，即社会要持续发展需要强有力的资源保障，但资源的分布极不平衡，各国资源的保障程度差异很大。一国的资源短缺往往会影响其它国家经济发展和政治安全。例如最近几年发达国家的一些机构纷纷预测21世纪资源的保障程度，以后都发生了相同的警告，即21世纪资源严重不足是国家安全的最大威胁，不是核战争，而是水资源，能源和矿产资源的不足。例如，美国著名的矿床学家在31届地质大会上发表了题为《下世纪矿产资源勘查的新前景》，他认为，21世纪前50年全球需要矿产资源相当于现在的5倍，并且对所有的化学元素的都有需求(2000年只利用87种元素)；Robin Brett预测，如果中国以与美国同样方式消耗能源的话，到21世纪，全球需要3个地球的资源才能满足需求；据联合国教科文组织A．S．Nagy博士预测，过去100年，世界人口增加了3倍，用水量增加了6倍，现在全世界l／3缺水，到2l世纪水危机将更加严重，因此，他认为，21世纪导致人类社会和经济体系崩溃的原因不是来自核破坏，而是来自水资源；Robin Brett对水资源的预测也得出相同的结论：随着人口的增长，我们将看到由于水的问题而引起的战争。水不仅是一种商品，而且是一种政治武器，深刻影响人类生存安全；特别需要指出的是，世界一些机构也纷纷预测中国21世纪资源问题，他们认为中国缺水将威胁全球安全和引发政治问题。例如世界著名的观察研究所对中国水资源研究后认为，21世纪头10年，中国缺水严重，要求进口更多粮食，总进口需求量远远超出可出口的供应量，将使世界粮食价格上涨，使第三世界城市出现严峻的社会和政治问题，紧接着美国国家智力委员会(NIC)(原先重点研究苏联军事战略问题的权威单位)，针对中国缺水引起全球粮食安全问题，进行了大型多学科评价，他们利用智能卫星对中国耕地面积重新进行估计，并由Sandia国家实验室计算机模拟评估中国各个河流、盆地未来缺水的程度，得出如下结论：2010年以后中国将要大量进口粮食，2025年需进口1.75亿吨，2030年需进口2亿吨，这一数量相当于目前全世界粮食出口量，在能源方面，美国著名的兰德公司"空军项目"对中国能源安全也进行了评估(项目名称：中国防御力量的现代化及其对美国空军的影响，项目负责人：美国空军航空和空间部副总参谋长和太平洋空军总司令)，他们得出的结论是：
1.到2020年中国的60％的石油和至少30％的天然气将从国外进口；
2.中国对进口能源的依赖程度对世界政治安全将构成威胁；
3.中国能源供应在美国势力面前的脆弱性不会减少(即中国国家安全受控于美国)。
面对资源短缺问题，美国霸权主义有增无减，例如，今年6月克林顿在发布美国海军勘探长期战略时宣称"以美国为中心，向西、向东、向南，向更远的潜在水域勘探我们的大陆的时候到了"。除了资源不足以外，资源分布极不均衡，资源最丰富的地区在亚洲、非洲和拉丁美洲，但是，资源消耗最高的却是北美和西欧。以美国为例，美国人口仅占世界人口的5%，但每天消耗掉的资源却占全球资源消耗量的30%。这些都埋伏着对抗与战争的导火线。
目前，尽管全球在以史无前例的速率消耗矿产资源，但许多非燃料矿产却供大于求。之所以存在这种奇特的现象，部分原因是由于需求量波动比矿业生产的矿产供应量的波动更大。矿床发现速率必然下降，资源短缺将会再次出现。而每一项新技术或者新理论都会使地球的一些部分再次成为找矿靶区，剩下的处女地将会不断消失
--《固体地球科学与社会》，美国国家研究委员会，1993
总之冷战结束以后，随着全球经济的迅速发展，各国都遇到了资源、环境、自然灾害方面的挑战。为此，各国都作出了迅速反应，把资源和环境问题作为和千时期国家经济安全和生态安全的战略核心。1992年，在巴西里约热内卢召开的联合国环发大会(又被称为地球首脑会议)上通过了"2l世纪议程"，把资源与环境问题提高到了前所未有的高度。21世纪议程中专辟一章，即第10章"土地资源综合规划和管理"。这里的"土地"实际上是"国土"，世界各国庄严承诺：必须在可持续发展的旗帜下实现对国土资源的综合规划和管理。2000年5月5日闭幕的联合国可持续发展委员会第八次会议上更是做出了关于国土综合规划和管理的决议，要求成员国关注土地退化问题，并切实开展相关的科学研究和技术开发。以美国为首的西方发达国家采取了双重战略，使自己更多地占有这些资源，以便保持其主导世界的能力；一个战略是在建立全球的所谓"新的安全体系"的同时，建立资源网，在全球拉开了一场大规模的资源争夺战的序幕。另一个战略是，加强对资源与环境的研究，把环境和自然资源研究纳入国家级科技开发计划，例如美国联邦政府最近制定了九大科技战略计划，其中，"环境和自然资源战略计划"是该九大科技战略计划之一。
该计划的国家目标是：
1）改善环境质量；
2）使美国更健康，更安全；
3）使经济更强大；
4）提高国家安全；
5）加强教育与培养。
为了实现这些目标，确定了以下重点领域：
1) 生态系统研究：
2) 观测和资料管理；
3) 环境变化的社会经济效益；
4) 环境技术；
5) 科学政策手段。
又如欧盟委员会1998年12月批准了欧盟第五个研究开发框架计划，该计划由四大主题计划构成，其中"能源、环境和可持续发展"主题计划是该四大主题计划之一。
矿床研究方面的重大挑战
（1）了解大型矿床的成因及其与较小矿床的关系。世界的任何一个矿种都不成比例地大部分来自少数几个特别大的矿床，美国有幸拥有一些特大型矿床。
（2）确定成矿和改造过程的时间和延续时间。由于分析技术的新进展，这一研究领域极有希望取得飞速进展。成矿过程时间确定和延续时间方面的更好的信息将改善矿产资源评估和矿产勘查。
（3）了解水-岩石相互作用的热力学和动力学，以便预测矿床的环境性状。这一研究领域与在矿山的环境管理和废弃矿山地点的恢复有关系。
（4）进行旨在调查矿床与地壳演化关系的大陆复原研究。这一研究领域可应用于矿产评估，并会证明对圈定隐伏矿床也是有用的。
－－美国《矿产资源调查计划》，1995
在这种背景下，　世界不少国家都把资源提高到国家持续发展的经济安全的高度对待。西方一些国家重新制定和开展了新一轮矿产资源调查与研究。例如美国，作为世界上矿产资源主要消费国，冷战结束以后，以利用国外资源为主，矿产资源供应虽然得到了保障，
但考虑到：
1)因矿业生产和利用而诱发的与环境影响有关纠纷；
2)因矿产品市场重大变化而诱发的社会破坏：
3)因原材料竞争而引起的贸易争端；
4)因地区性政治动乱而导致战略物质供应中断：
5)因地区冲突和战争，导致矿产供应中断等因素，　仍一直关注和忧虑矿产可供性问题。为了确保美国在国家危机期间矿产资源充足供应，美国国会1995年责成美国地质调查所制定了国家级的《矿产资源调查计划》，确定了未来矿产的研究方向，以保证美国国家矿产资源可持续发展；加拿大地质调查所制定了1996-2001年矿产地学计划，以保证经济持续增长对矿产资源的不断需求：澳大利亚为了自身的经济安全和保证矿产资源的出口，制定了世界级矿床预测勘查战略计划等。
总之，冷战结束以后随着军事对抗，军备竞争相对降低之后，国际政治冲突有可能转移到与资源有关的一系列问题之上。　如何保证资源供给，便成为国家经济安全的关键。这样，国家安全的概念发生了根本性的变化，由原先军事意义的国家安全概念转移到国家经济安全上。
如上所述，资源是人类活动的物质基础。资源的开发利用促进了人类社会的发展和世界经济的繁荣，但同时，它也带来了很大的负效应，其中最突出的负效应是出现了一些严重的"全球性"环境生态问题。这样，国家生态安全也成为举世瞩目的全球性问题。
人类社会未来的许多活动都需要了解地球,如何控制这些活动却面临重大决策。目前，不断膨胀的世界人口需要更多的资源；所面临的又自然灾害造成的损失日趋惨重；给空气、水和土地带来的污染日益严重。
--《固体地球科学与社会》，美国国家研究委员会，1993
由于国家安全的概念延伸到生态安全，世界许多国家都把主要科研力量投入到有关生态安全研究上。美国把揭示和预测全球各种现象的科研工作作为支撑其国家安全保障活动的科学技术问题给予有力的推进。例如，美国正在使一些原先服务于军事目的单位和项目致力于全球环境变化研究，过去负责原子能和核聚变的能源部，现已伸展到环境研究领域，用巨大的投入进行观测世界所有海洋的二氧化碳吸收量，观测大气放射等核心项目的研究。出于国家生态安全的考虑，美国在全球变化研究方面也投入大量资金。美国的一些重大环境研究项目还要向总统和国会提交评价报告。例如，1990年美国国会通过了《全球变化研究法案》，规定国家科学技术理事会的政府机构即全球变化研究委员会要向总统和国会提交评价报告，
其内容包括：
1)综合评价和解释该计划的发现，讲座与这些发现有关的科学不确定性；
2)分析全球变化对自然环境、农业、能源生产和利用、土地资源和水资源、运输、人类健康和福利、人类社会体系及生物多样性的影响；
3)分析全球变化的现今趋势并预测未来25-100年的主要趋势。
特别需要指出的是，美国政府把当今全球环境总是看作是威胁所有美国人的健康、繁荣昌盛和工作的一件大事。为此，美国政府1998年发表了题为《环境外交-与美国外交政策》的报告，通过外交途径向环境问题(如全球气候变化、臭氧耗竭、海洋和空气污染、资源恶化)作斗争。克林顿政府把环境作为外交手段，进行全球的、地区的和双边合作，与严重的、不断增长的环境威胁作斗争，把国与国之间的双边关系扩大到包括环境问题上，建立新的地区体制，对付共同面临的环境挑战。为了贯彻这个环境外交政策，美国国务院己在一些驻外大使馆设立地区环境中心。另外，环境合作现在已成了美国与日本、印度、巴西和中国这样一些国家之间发展关系的一个重要组成部分。
美国副总统戈尔谈全球环境问题
"我们的武器库中所有导弹和大炮都不能保护我们人民免受海平面上升，毒化的空气，或带农药食物的危害。如果人民没有一个适于居住的环境，我们促进民主、自由贸易和世界稳定的努力将会落空"
鉴于生态安全的考虑，当前环境问题关注的重点已由以往局部地方的工业公害转移到全球和区域环境问题上。就环境而言，地学与环境科学目标正在趋同。全球规模和区域范围的环境问题成为地球科学研究的重要内容。地球生态环境学应运而生。
当前人类关注的十大地球环境问题是：
1. 大气污染问题；
2. 酸雨与酸性沉降物问题；
3. 温室效应与全球气候变化；
4. 平流圈臭氧层的耗蚀；
5. 水污染与淡水资源危机；
6. 土壤资源破坏与生态恶化；
7. 全球森林衰退；
8. 生物多样性资源的锐减；
9. 海洋污染与海洋环境保护；
10.固体废弃物污染和有毒有害化学物质的越境转移。
－－国土资源部国际合作与科技司科技战略小组，2001年
需要指出的是，不同国家关注的环境问题有一定差别。发展中国家和发达国家，由于处在经济和社会发展的不同阶段，进一步发展的社会条件和自然条件都有很大区别，他们所关注的环境问题就侧重于不同的方面。发达国家关注全球气候变暖、臭氧层的破坏以及野生动物的保护等问题，而发展中国家严重关切的则是生态环境问题。1991年通过的《发展中国家环境与发展部长级会议<北京宣言>》指出："土地退化、荒漠化、水旱灾害，水质恶化与供应短缺，海洋和海岸资源恶化，水土流失，森林破坏和植被退化，是发展中国家面临的严重的生态环境问题，也是全球环境问题的一个重要部分，应予优先考虑解决?quot;应该说，从1991年北京宣言到现在，情况并没有明显的变化，因而可以预料，这些问题也仍将是发展中国家21世纪的主要环境问题。
三、未来社会经济发展对地学提出的重大科学挑战
任何科学的发展必须服从社会需要，否则就得不到发展，地学也不例外。近一百年来，地学与地质工作之所以得到大发展，主要是全球工业化对矿产资源的需求所致。地球科学适应了社会工业化发展的需求，带来了近百年来经久不衰的全球矿业大发展，为人类社会经济发展、物质文明建设、社会财富的生产和积累作出了巨大贡献。因此，当时地学在社会中的作用主要是通过研究地球、指导寻找矿产资源，以保证人类社会发展对资源的需求。
随着社会的发展，当前和今后影响地学和地质工作方向的社会经济需求也在发生变化。最近，为了满足不断变化的社会需求，更好地服务于国家和社会发展，美国地调所以"地球的未来：下世纪的科学挑战"为标题，
提出了未来最重要的十大科学挑战：
(1)安全、清洁的水；
(2)自然灾害：
(3)城市增长：
(4)传染病；
(5)生物入侵；
(6)全球变化；
(7)自然物质的生命循环：
(8)水利基础设施；
(9)海岸带的水；
(10)信息储存。
从全球范围来看，21世纪初，社会经济发展对地学和地质工作提出的科学挑战主要是人口增长和城市化；环境污染和土地退化；水资源危机和水质；能源危机：全球变化；新材料的需求，水利基础设施、海岸带的水以及信息储存等等。
人口增长和城市化 据预测，若按现在的人口增长趋势继续下去，世界人口到21世纪初将达到70亿，到2050年之前将达到100亿。世界人口的这种增长对人类和社会的影响是巨大的。另外，目前正在发生有史以来人口的全球性最大一次迁移，农村人口势不可挡地向城市地区迁移。据联合国的统计数字：1950年人口过500万的城市全世界只有6座；到2000年这类城市达到60座，全球70亿人口的大约一半居住在城市。到21世纪初，人口向城市迁移趋势将进一步加大，城市人口将超过农村人口。
为了满足这些新兴城市的需要，地学和工程科学将面临巨大的压力。正如P.马休尔(1992)所说的那样："全世界特大型城市人口的飞速增长已经对自然环境产生了影响，而且即使是各方面都十分健全的城市，那也是自我毁灭。"地学部门将不得不在地质灾害方面和在不破坏自然环境条件下如何寻求发展方面，提供更多的地质调查基础信息。
另外，比任何其它所有商品都重要得多的是居民和城市都需要的水，许多城市已经在水的数量和质量方面面临严重的问题，以及面临由于地下水位下降造成的建筑物和街道下陷与遭到破坏所带来的工程和结构问题。
总之，在未来50年内世界人口的持续增长，特别是城市居民的比例增加，社会开始经历与城区可持续增长和发展有关的挑战。在21世纪，应重点开展下列研究：
（1） 了解大城市地区的土地利用变化；
（2） 评价这些变化对区域生态系统和资源的影响：
（3） 提高和应用对自然和人为引起的地貌变化的速率、类型和影响进行监测、分析和预测的技术；
（4） 为决策者提供准确的数据和更好的知识，以改进政策和规划的制定。
环境污染和土地退化 环境污染和土地退化在很大程度上是由人口增长和人口向城市迁移造成的。不过，它们也是50年代到80年代期间西方发达国家迅速工业化的结果。这种工业化带来了长期的、暗中为害的、往往是看不见的，使地球生物圈发生缓慢退化，危及到人类在地球的可居住性。如工业化带来的温室效应，臭氧层的破坏以及酸雨和环境化学定时炸弹效应等就是例证。此外，陆地和海洋中的区域性放射性污染似乎是正在成为环境的最新危害。环境污染和土地退化说到底是地表地质作用过程造成的，但这种作用过程机理至今人们知之甚少。
水资源危机与水质 近百年来，人类对陆地淡水资源的用量迅速增长，这种增长与工业革命和随之而来的人口膨胀密切相关。　从1900年至1990年，世界人口从16亿增至53亿，人均耗水量从每年360m3增至570m3。与此相应，全球总耗水量大幅度增加，从每年600km3猛增到3000km3,增幅达4倍之多。3000km3的全球年耗水量，在平均年径流(约41000km3)中约占8%。单单就此而论，人类对淡水的利用似乎是适度的。但是，考虑到大部分年径流是呈洪水形式，而且，为了保护河流、湖泊与湿地生态系统需要维持适当的水量，加之淡水的资源量和需求量有明显的时空变化，实际情况并不那么乐观。二十一世纪，中国将出现水危机，这绝不是危言耸听。据有关资料显示，我国虽有水量2.8万亿立方米，但人均淡水资源量仅2300立方米，相当世界人均的四分之一，被列为世界上最贫水的13个国家之一。目前，我国有15个省、自治区、直辖市人均水资源量低于严重缺水线，有7个省、区人均水资源量低于生存的起码线。全国600多个城市中，有400多个城市供水不足，其中有103个城市严重缺水。日缺水量约1600万立方米，年缺水量约60亿立方米。专家预言，2010年后我国将进入严重缺水期，2030年我国缺水将达到400亿立方米至500亿立方米。这表明，现在的缺水现象是水资源危机的黄色信号，更大的危机还在后头!
除了解决水危机以外，安全、清洁的饮用水是健康生活的关键。依靠水质处理场和氯化作用消毒对安全饮用水非常重要，但要保证长期不断地获取安全而又清洁的水资源，这些是远远不够的。作为饮用水源的土地不断被城市侵占，微生物病菌对消毒的抗阻，水中养分过剩，对健康可能具有负面影响的新的合成化学物质的激增，等等，都向安全、清洁的水资源供给提出了挑战。为此，在21世纪需要努力：
（1）保护饮用水源：把饮用水供给作为一个整体系统(包括水源区、地下水井和地表水输入)进行研究；通过设计计算机模型等工具及进行有助于居民发现、管理和保护水源区等的研究，帮助公众保护饮用水源。
（2）防治水污染：不断开发和生产新的化合物极大地改善了食物质量、人类健康状况和人们的日常生活，但这些化合物可能进入到水环境之中，并危及人类健康。乙酰氨基苯、咖啡因、可待因、17b-雌二醇、磺胺甲哑唑等化合物都已在水中发现。这些物质在水中少量存在对人类或水生生物的影响目前尚不清楚，需要加强与健康和环境科学机构的合作研究。
（3）养分：21世纪早期一个重大的科学问题将是水中养分富集，即存在可能引起水生植物不断生长的过量的营养氮和营养磷，而水生植物会消耗其他水生生物所需的溶解氧。应该通过测量由主要河流带入到海岸区的氮磷，确定进入河流的养分中有多少向下游运移，而又有多少损失或转化为有害的形式。
能源危机 石油自本世纪60年代成为世界第一大能源以来，其重要战略价值经久不衰。我国能源的资源结构不理想，石油、天然气等后备资源严重不足。现在虽居世界第五大石油生产国地位，但已经连续8年净进口，且进口量急剧上升。随着经济发展，我国石油供应对国际市场的依赖程度还会不断增加。
全球变化 尽管这种变化的性质、规模和周期性(短期与长期)方面的争论还在继续，但似乎一致同意这样一种观点，即世界将经历巨大全球变化，诸如在下个世纪全球气温上升和大气层中CO2，甲烷含量增长共同造成气候变化和海平面上升，气候变化与经济和社会安定有关，例如，天气变化直接影响到诸如面包、谷类制品以及青菜和果品等主要食品的价格，而海平面上升幅度达1米或更多。这种变化即使适度上升，那也将会对全世界的沿海地区产生重大影响。如在东亚和东南亚地区大约有12.5亿人居住在沿海低地区，即使海平面适度上升，对这些地区经济和社会的影响也是巨大的。城市化和城市人口增长也是气候局部变化的原因。据在市区观测到的结果，过去一个世纪气温平均上升了1～2℃。
"新材料"需求 传统金属和燃料资源的消费形式在变化。耗用率或使用强度的曲线表明，许多金属的人均消费量(用单位国内生产总值(GDP)耗费的单位金属表示)要经历一个与有关国家工业成熟程度有关的周期。在高度工业化国家，耗用率表明许多金属的数值在下降，即随着GDP的增加，人均消费量下降。这种消费格局表明，由于使用塑料、陶瓷和复合材料、新制造技术、再生金属以及对它们的重复利用这些总体影响，全世界对金属的总需求量最终会下降。但在发展中国家人口增长的驱动下，总需求量以过去的速率继续增长。这些将会对像加拿大这样传统的资源生产和出口国家以及依赖资源出口的发展中国家产生明显的影响。
另外，在人口增长和城市化过程的驱动下，非金属工业材料和建筑材料的产量和消费量明显增长。有些人预测，在今后的几十年，世界将由一个金属和燃料社会转变成一个以信息、服务和新材料经济占主导地位的社会。果真如此的话，这种发展变化显然会对地质调查和地质工作产生重大影响。
水利基础设施 以往的水利基础设施，如大坝、堤岸和航海系统等，主要是解决农业用水电力、航海、预防洪水、城市和工业用水及废物稀释等。这些仍然是水利基础设施的基本目标，但这些水利基础设施建立以后彻底改变了下游及河口以及近海的生态环境，甚至影响了洋流循环，导致气候变化。这些挑战要求科学家与水管理者合作工作，预测水利基础设施的管理变化会如何影响其传统目标，以及如何为新的环境目标服务。美国地调所的科学家正在探索改变或调整这些体系的物理后果和生物后果。
海岸带的水 海洋和海岸线事实上是有限的。大海不可能为不断增长的人口提供无限的鱼类，也不可能吸纳人类活动所产生的无限的废物。随着海岸带附近人口的增长，水质和生态系统受到影响，脆弱的海岸线不仅容易遭到侵蚀而且发生海水倒灌等现象，此外海岸带水中养分过剩产生了负面影响，藻类的繁盛、缺氧带等就是实例。即使在废水清除之后，在海底已经沉积的被污染的沉积物仍可能被风暴卷起，继续对近海生态系统产生负面影响。目前需要确定、表征和量化这些沉积物和有关污染物分布的位置及其对环境的影响。
储存信息 在2l世纪，人类将继续面临诸如人口过剩、城市增长、污染、森林退化和自然灾害等的挑战，这些问题都有一个至关重要的地球范围。因此，对地球空间数据和信息的需求将不断增大。这一潜在需求已经增加了对下列问题的关注，即这些数据如何综合、如何管理及如何使各种用户可以获取。在美国，作为国家最大的民用绘图机构，美国地调所已将把各种来源的多层地理空间数据(如高程、水文地理和运输等)综合到信息获取渠道畅通的国家数据库之中。此外，地理信息系统(GIS)的应用至关重要。在下一世纪应努力：
● 收集、综合、管理和归档保存地理空间数据，确保国家可以获得；
● 投资加大促进信息技术发展；
● 培训用户应用和分析数据，提高决策水平。
总之，随着社会的发展，当代社会正面临着人口、资源、环境诸方面的严重挑战。在这些社会挑战面前，地学除要继续解决矿产资源问题外，还必须帮助解决当今社会发展所面临的许多重大问题：减轻自然和人为灾害，安全处置有毒害的放射性废物，以及为自然资源的合理利用、环境污染的综合治理、生态环境保护、国土整治、农业发展提供地学知识和服务。特别需要指出的是，由于人类活动对地球的影响已经达到了与自然地质作用相当的程度，人与自然关系的协调已成为人类认识地球的新的出发点。所有这一切，使地学的任务和目标都发生了变化。总的说来，其变化主要表现在：不断拓宽服务领域，加强了在土地利用规划、灾害预防、生态建设和城市发展等方面的应用。
四、高新技术开发和应用导致了地学工作的重大变化， 以高新技术为先导发展地学正成为21世纪地学发展的关键
二十世纪七十年代以来，掀起了技术革命的新浪潮，高新技术群迅速崛起。其成果不但应用于经济领域，带来了一场产业革命，而且也广泛用于与地球科学有关的科学领域。特别是，九十年代以来，以空间技术和信息技术为先导的高新技术群迅速发展，不仅引起了地学工作方式，科学研究方式和思维方式的巨大变化，而且引起了有关学科领域的全面发展和变革，从技术装备到科研机构编制，从人才素质到后勤保障都发生了深刻的变化，呈现出许多新的特点。就技术而言，一方面产生了一批先进的高新技术装备与仪器，另一方面传统的技术手段也彻底改变了面貌。在地球科学技术研究方面，目前已进入应用高新技术解决资源环境问题的新时代。一方面高新技术的出现使地球科学技术出现了许多以高新技术为手段的新的前沿，新的突破，带来新的发展。另一方面针对当前前沿研究面临的重大资源环境问题研制和发展高新技术，一旦这些高新技术有所突破，又围绕着这些重大高新技术的突破组织攻关，并在生产中形成新的领域，使科技社会化。由此不断推动和促进地球科学技术向前发展。
现在，借助于现代科学技术，尤其是空间技术、信息技术和大型数字电子计算机的发展，地球科学技术拥有了包括资源卫星、气象卫星、巨型计算机、加速器质谱仪(AMS)、同步加速器光源、全球定位系统、自动化多级质谱仪、可移动式红外光谱仪等一系列先进技术手段。所有这些技术手段使地球科学技术形成了相互配套和补充的六大技术体系：
科学技术的六大技术体系是：
对地观测与探测技术体系、深部探测技术体系、灾害监测与治理技术体系、矿产资源综合利用技术体系、测试、分析与实验技术体系以及信息技术体系。
这六大技术体系的形成和发展，标志着地球科学技术进入了一个新的历史时期，而且是衡量一个国家地球科学技术现代化水平的基本标志。
正是由于高新技术在地球科学技术发展中起到先导作用，所以世界主要国家在国家发展战略和研究计划中都把发展和应用高新技术列为科技发展优先领域，或重点领域，在这些领域中又突出关键技术。例如美国由于地球环境问题严重，气象异常频繁出现，把研制和开发用以揭示和预测全球各种现象的对地观测监测技术作为支撑其国家安全保障的科学技术给予有力推进。从八十年代以后，开发了以解决地球环境问题为目的大型观测系统。目前，利用对地观测高新技术已经建成或正在建设一系列的对地观测和探测地球的各种过程的四维观测网络，如地球观测系统(EOS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球气候观测系统(ECOS)、全球海洋观测系统(GOOS)、全球环境监测系统(GEMS)和平流层变化探测网络等。全球和国家尺度有关地球系统变化的长期观测、监测与信息网络正在形成，给虚拟地球的产生提供海量信息的基础。包括地球最近几年对地观测技术得到了进一步发展：
从各国发展战略和文献分析来看，国外在21世纪将大力发展下列高新技术：
1.对地观测技术
1999年底和2000年初美国等国家新一代地球观测传感器将发射上天，这些传感器在技术设计上针对了当前地学研究和国土资源调查中对空间数据的实际需求。其中，对地质体的光谱测量接近传统的试验室光谱测试，达到lOnm分辨率，　对地球表面的制图能力与高空摄影相差无几，可望取代部分航空摄影调查项目，最重要的是可以以几天为周期，重复获取全球地表高分辨率数据，这对动态监测和合理规划国土资源意义重大。
需要特别指出的是，地球预测卫星是获取地面和地下资源信息的主要现代化手段之一，而且随着发展这一手段的作用越来越大。1997年全球还只有9颗地球观测卫星，提供的图像精度只有20-30米。而到2000年有31颗地球预测卫星环绕地球飞行。它们不仅可以提供精度达l米的立体地面图像，而且还能获超光谱的地球物理图像。13颗Landsat类卫星可以提供南北极向轨道上连续的多光谱图像，这类图像对于了解大面积的结构关系很有价值，可广泛应用于不同尺度的土地管理和土地利用规划中。12颗高精度的地球观测卫星将提供地球任何地方1米精度的立体图像，从而可以有效地鉴别、测量和填绘人的目标，对提高耕地管理和城市规划的水平极有帮助，这种高精度卫星图像资料正在进入商业化。4颗超光谱卫星将采用近于连续的频谱捕捉反射光中的所有信息，这种连续频谱的测量资料对于识别矿床和植被覆盖以及测定应力将有重大的改进。2颗雷达卫星具有穿透云层、全天候获取目标雷达图像的特点，对于评价洪水及其它灾害、测定土壤湿度、进行断层填图和取得森林区之下的地貌图像有特殊的效果。在对地观测中，最引入注意的是美国EOS对地预测系统，80年代初，针对全球变化研究对建立长期的数据采集系统的实际需求，美国国家航空航天局(NASA)开始规划地球预测系统(EOS)计划，并于90年代初实施。这一投资近85亿美元的庞大计划由三部分组成：一系列卫星组成的天基观测系统，用于长期采集连续的多参数数据；数据和信息系统；多学科科学研究计划。EOS计划的目标是建立一个综合的、持久的、完善的、全球尺度的地球观测系统，进行一系列探索性研究，通过超级计算机等手段，用大量的观测数据建立地球系统模型。显然，地球观测卫星系列是最基本和最重要的环节，EOS卫星系列计划由10颗卫星组成，并在今后的10年内陆续发射上天，构成连续15年的数据采集系统，其规模在地球观测卫星发展史上是空前的。EOS卫星系列原计划90年代中后期发射，虽然几度因故推迟，但在新世纪来临之际，1999年12月18日，EOS系统的"旗舰"-Terra卫星(即以前的EOS-AMI)，终于发射上天。Terra卫星上的5个传感器载荷的数据采集将提高人类对陆地、海洋、大气作用过程及能量转换模型的研究，同时，高空间分辨率数据也将为"数字地球"工程提供重要的数据源。由这些传感器每天发回的海量数据，将通过超级计算机等手段，定量模拟地球动态过程，并把地球上的大气圈、水圈、岩石圈等自然营力和人类活动产生的影响作为整体进行研究，将全球变化研究建立在长期的观测数据基础之上，使迄今的全球变化研究水平得到进一步提高，除EOS计划外，美国还启动了两个引人注目的计划：
(1)新千年计划
NASA启动了新千年计划(NMP)，它是由政府部门、产业界和学术界合作进行空间技术研究与开发的计划，其目的是通过一系列太空飞行试验，开发21世纪的对地预测技术，其中包括开发体积更小、成本更低、性能更优的地球观测卫星系统，降低未来空间计划实施中的成本和风险。
NMP计划的第一颗卫星，地球观测1号卫星(E0-1)已于2000年4月发射。E0-1轨道高度705km，与太阳同步，倾角98.2°，通过赤道当地时间与Landsat7仅相差一分钟，对全球覆盖一次周期16天。E0-1的重点是开发和试验一系列先进的技术和陆地成像仪器，其中，轻型材料、高性能集成式探测器阵列及精确的光谱仪等重大技术进展将会在E0-1飞行中得到验证。为了确保目前的Landsat数据在未来的连续性，E0-1将携带3种传感器系统，采集多光谱和高光谱数据。三个传感器载荷分别是高级陆地成像仪(ALl)、Hyperion、LEISAR大气校正仪(LAC)。Hyperion是推扫式传感器，有一个望远镜，两个光谱仪，光谱分辨率lOnm，覆盖范围400--2500nm，空间分辨率30m，机上标定系统的绝对辐射标定精度达到6%。Hyperion数据的分辨率相当于目前的机载成像光谱系统，最引人注目的应用是定量矿物填图，对资源大调查中超前提供面上的基础地质信息意义重大。
(2)NEMO计划
海军地球图观察者计划(NEMO)是由美国国防部高级研究计划局(ARPA)和海军研究办公室(0NR)联合资助的由产业界和政府部门合作实施的、军民两用的地球观测卫星及数据处理、应用计划，由海军研究实验室(NRL)负责实施。NEMO卫星定于2000年中发射，轨道高度650km，与太阳同步，轨道倾角97.81°，通过赤道当地时间10：30am，对地球重复覆盖周期7天，可以以一周为周期提供地球的动态数据。NEMO卫星上有两个传感器系统，海岸带成像光谱仪(C01S)和全色成像相机这些探测技术进步，给预测地球变化的科研工作进展带来了根本性的影响。也就是说，大规模的预测系统使及时取得大范围的预测数据成为可能，高速计算机模拟系统的使用，替代了不可能进行的全球规模的实验工作，使再现和预测多过程连锁反应引起的复杂的全球现象成为可能，并一直在世界上占据着绝对的领先地位。
最近，美国的海洋大气局(NOAA)提出"为了21世纪的挑战"(Providing for 21century Challenge)计划，在该计划中提出"气候预报高水平化"、"实现从季节到数年度的气候预报"、"揭示和预测10年到100年的变化"等三个项目。
除了加强地球遥感卫星以外，航空物探等技术也将得到进一步发展，例如最近美国科学基金会、空军科研办公室、国家航空及航天管理局、国防填图署和美国地质调查所共同确立了《航空物探与精确定位》项目，并已得到美国科学研究委员会管理局批准。该项研究强调航空物探与精确定位技术相结合开发研制出高精度定位，高分辨率的航空物探技术方法。这是因为地学家过去采用的测量技术手段由于定位精度不够，使得他们无法准确地模拟地球物理过程，因而也就不能准确地理解自然灾害和非再生资源的分布等。另外，有些地区由于难以通行或环境恶劣、或者由于资金的限制，无法利用常规的地面调查方法开展工作，而从卫星或飞机上采集数据虽然可以克服这些困难，卫星虽然可以覆盖全球，但其空间分辨率较低，　而且从设计，发射到采集数据是一个较长的过程，如果能用飞机代替卫星，则更具有现实意义。例如，航空磁测已被地学界应用多年，对区域地质填图，识别区域形变模式，研究地震活动断层，寻找金属和油气资源等方面起子重要作用。但是要进一步扩大航空物探的应用领域，必须解决精确定位的问题。因此，航空物探和精确定位相结合的问题显得日益迫切。
旨在扩大矿产资源数据系统(MRDS)的美国地调所美洲矿产资源研究中心
美国地调所美洲矿产资源研究中心(CIMRI)采集整个中、南美洲矿床、矿地和矿点的数据资料，并通过矿产资源数据系统(MRDS)使政府、产业界和公众能够获得这些数据资料。该研究中心向拉美机构提供MRDS软件，以及对它们的人员进行培训，使他们能够知道如何输入数据和如何维护这个系统。目前许多拉美国家都安装了MRDS系统并在使用。这些国家包括阿根廷、玻利维亚、哥斯达黎加、多米尼加共和国、厄瓜多尔、圭亚那、牙买加、墨西哥、秘鲁和委内瑞拉。由于将MRDS系统换成西班牙语或者英语版本，以及提供了西班牙语说明书，所以美国地调所能够接收到由外国机构输入进MRDS系统的记录。MRDS网络使有关矿产地的数据资料实现了标准化，并在一些外国基地成为国家数据库。
MRDS数据库涵盖了世界各地11万多个矿产地的信息，而其中1万多个是在美国-墨西哥边境地区。墨西哥获准进入北美自由贸易区协议(NAFTA)，可能会加速美国-墨西哥边境地区的经济发展和贸易．这两个国家边境地区的矿山、矿地和矿点是墨西哥和美国地方经济和国民经济的财源。其中的一些矿区还可能是潜在的环境污染源；而另外一些矿区则是环境治理物质的潜在来源。MRDS系统中关于矿山和矿床分布和特征的数据资料，对于工业和城市发展规划及提高边境居民生活质量来说是至关重要的。公众可以通过美国地调所矿产资源信息办公室获得这些数据资料。这些数据资料不久将作为美国地调所的数字化数据资料系列出版物以CD-ROM形式发表。
2.信息技术
近十年来，信息技术在地学领域得到了广泛的应用。随着信息技术的迅速发展，其应用不仅已经遍及地学工作各个领域的数据采集、处理、管理、成果输出等全过程，而且深入到解决跨学科、跨领域的信息共享、集成等问题。近年来，在地学工作领域方面，所使用的计算机从仪器设备的内置单片机、掌上计算机、PC；工作站、巨型机等无所不包。现在的大型数据库技术、高速并行处理技术、图示技术、大容量存储技术、可视化与虚拟现实技术、：计算机模拟技术、网络通讯技术、人工智能技术(专家系统、语音与手写识别)、电子出版等技术已广泛应用于地学工作的全过程，即信息采集、处理、管理表示与服务等全过程。
其主要进展有：
（1）建立国家、地区及全球空间数据基础设施(NSDI、RSNI及GSDl)已成为地学工作信息化的重要基础
1994年4月美国总统克林顿签发了实施国家空间数据基础设施--NSDI的12906号执行令以后，在全球掀起了建立空间数据基础设施的浪潮。为避免重复，在统一标准下加快信息资源的积累，在更大范围内以实现信息共享为目的的空间数据基础设施计划的实施已成为国家、区域和全球信息化的重要基础工作。除美国外，目前英国、加拿大、澳大利亚、新西兰、荷兰、马来西亚、日本、韩国等国家先后开始实施NSDI。欧洲、亚洲、美洲、非洲、中东地区都组织了区域性空间数据基础设施的相应机构。关于全球空间数据基础设施GSDI的问题已经召开了三次会议，成立了由执行委员会和咨询委员会组成的指导委员会和4个工作组(运行管理、技术、通讯与宣传、法律与经济)。数据是空间数据基础设施的重要组成部分。基础地理、土地利用、土地覆盖、地籍、地质、海洋等地学信息是国家空间数据基础设施、基础数据集的重要组成部分。美国联邦数据委员会提出了空间数据框架的概念，目的是要提供一个通用的基础，各种信息可以在此基础上进行精确的采集、配准或集成。它们在对全国5000多个用户广泛调研的基础上确定了数据框架。其基本数据集包括大地测量控制、正射影象、高程、交通、政府单位和地籍信息；澳大利亚空间数据基础设施的实施中提出了基础数据集的概念。除基础地理信息外，地质、海洋、土地、水等信息纳入基础数据集中；加拿大已经多次召开了国家框架数据的研讨会，提出了框架数据与核心数据的概念。虽然框架与核心数据的内容还需进一步确定，但至少要包括用于空间参考的定位数据、基础地理信息以及可以向全国范围所有用户提供的土地、地质等公用的专题数据。根据上述可见，测绘、土地、地矿和海洋等资源信息构成了国家空间数据基础设施的最主要的内容。因此，资源工作部门和资源工作信息对建立国家空间基础设施具有举足轻重的作用。事实上，建立NSDI已成为领域信息化的重要内容。
(2)网络特别是INTBRNBT网正在成为地学信息晨务与信息获取的重要基础设施
以往信息服务主要通过图书馆、资料馆的手工借阅以及纸介质信息产品的销售方式进行。　随着信息技术的发展，特别是网络技术、元数据技术和光存储技术的开发和应用，信息服务的方式已发生了革命性变化。网络技术，特别是INTERNET的发展，为在世界范围内发布信息提供了基础设施。元数据技术已成为在浩如烟海的信息资源中有效地寻找、存取所需信息的重要技术手段。而光存储技术的应用特别是CD-ROM在网络带宽不够，传输海量信息有困难的情况下是对网络信息服务的一种补充，而且是与没有连网地区的用户进行信息交换和信息发布的重要手段。据1998年统计，在世界上最大的计算机互联网上，大约已有1000个WWW服务器的主要内容为地球信息科学。
在资源领域网络建设和应用方面美国处于领先地位，除美国以外，现在澳大利亚、加拿大、英国、法国等发达国家的地学部门，网络技术也得到了广泛的应用。
美国资源网络建设和应用的基本情况
美国地调所早在1983年就安装了远程通讯网，1985年扩展成与多个局部网、七十多台小型机相连的覆盖全国范围的地学网络。1988年开始，它又与几个全国和国际范围的网络相连。目前该所研究人员可以随时与几千所大学与研究单位(包括美国宇航局(NASA)的空间物理分析网、国家基金会网)相联。九十年代初，该所将原来以小型机为结点的分布式网络改造成为以工作站及局部网为基础的分布式系统。在地调所的地学信息系统中，全国煤炭数据库、分布式水资源信息系统、联邦财务系统都实现了网络信息发布。1993年6月开通了它的WWW服务器。1997年初，服务器个数达到140多个，提供的在线信息达4001万页，用户约为20万。每月浏览图形信息的用户达11000个，输出了20万页关于科学专题的信息。1999年，分布在全国的WWW服务器数目已达14类(包括陆地与海洋地质、地球物理、地球化学、遥感、水文地质、生物、环境、实验分析、地质灾害、土地利用、信息服务与产品等300多个)。
最近，美国、加拿大、澳大利亚等发达国家随着空间数据基础设施计划的实施，己先后建立了信息交换网络体系。在网上提供大量的资源信息。1995年美国的空间数据交换网络体系已开始工作。到1999年12月31日，该信息交换网络已包括122个服务器上的179个数据库的描述性信息。此外，许多重要的国际研究计划，如全球变化等，设立了自己的网站发布信息。现在，大多数国家已与INTERNET连网，网络正在成为发布地学信息的重要基础设施。
此外，越来越多的网络信息资源的提供者应用元数据建立信息资源目录以方便用户查找与获取信息。
美国国际地球科学信息网络中心CIEIN是1989年成立的非官方组织。目的是为科学家、决策者和公众提供有关信息。它也是世界数据中心。该中心保存了大量的地球科学数据。由于存在多种描述现存数据的元数据的标准与格式，该中心还制定了兼容多种格式的元数据标准，并建立了元数据库。欧洲多用途基础地球信息网络MEGRIN 1993年成立以来，现在已拥有19个国家测图机构，并在INTERNET网上建立了地理空间数据描述目录GDDD，内容包括这些测图机构所生产的九类标准产品的元数据。1997年，INTERGRAPH在INTERNET上开设了世界上第一家全天候服务的数据商店，为存取来自英国地调所(BGS)等政府部门的以地图为基础的数据提供服务。随着国家空间数据基础设施的建立，这项服务将提供对包括580个政府数据集的地球空间数据资源的存取能力。综上所述，元数据可成为实现数据共享，特别是实现网络数据共享的重要技术。
(3)数据库模型研究正在从研究建立单个数据库的数据模型向研究建立专题或领域数据模型发展
数据模型是建立数据库最重要的工作，是数据库逻辑设计的主要内容，是数据库结构的基础。以往数据模型的研究立足于研究建立单个数据库的数据模型，但目前总体上是向研究建立专题或领域数据模型发展。发生这种变化的原因主要有两个，一是已建数据库存在的问题影响数据的应用。二是随着技术的发展，刺激了深入应用数据资源的需求。与资源工作有关的地学数据库经历了六十年代的试验研究，七十至八十年代的大发展，到九十年代已在地学的各个领域建立了一大批基础数据库。但是，正如英国地调所BGS在分析建立总体地学数据模型的必要性时指出的那样，这些数据库许多是由项目建立起来的，因此数据结构都是为不同的应用目的而设计的，很少考虑更广泛的应用。这种现象还导致同类数据被存储在不同的系统中，而且具有不同的数据结构与格式。另一方面，有些专业的数据，虽然建立了全国范围的数据库，具有相同的结构与格式，但是，由于专业单一仍然很难与其他相关的数据库进行集成与分析。
导致数据模型研究发生变化的第二方面的原因是应用需求。在积累大量数据的基础上，八十年代末，GIS技术的成熟与广泛应用，极大刺激了应用新技术在更广的范围内对多种信息进行综合分析的需求。这就使得现有数据所存在的上述问题越来越突出。从九十年代开始的新的关于数据模型的研究热点正是在解决上述供求矛盾，实现在更大的范围内综合更多种类的数据的形式下提出的。
这种研究有两个主要目的：一是解决现存数据的利用，二是保证新积累的数据能够遵循相对统一的标准。总的目标是解决数据集成与共享的问题。
在资源工作领域，目前所见到的领域数据模型主要是英国的地学数据模型与澳大利亚的地学数据模型，　主要专题数据模型包括1997年发布的澳大利亚的国家地籍数据模型1.0版本、英国的存储地质图数据的标准模型、美国的数字地质图数据模型草案4.3版本。
英国的地学数据模型包括公用数据(地理数据、钻孔、样品、位置数据、岩性地层、岩石类型及岩体数据)、地质、工程地质、岩石、生物地层、地球物理、地球化学以及水文地质。澳大利亚的地学数据模型由于经费等多方面的原因内容比英国要少一些。主要包括地质、地球物理、钻孔和矿产资源。二者都是采用实体－关系图的方法描述所涉及的地学数据及其相互关系。　澳大利亚的地学数据模型还发布了据此模型生成的数据字典，可用于建立各种相关的数据库。
专题模型虽然内容限于某个专题，但并不限于某个数据库。如，各种数字地质图数据库的建立都可依据该模型建立与软硬件环境有关的数据库的结构。使得所建数据库的数据易于转换、集成与共享。
(4)世界发达国家在资源工作各个领域都建立了基础数据库
据不完全统计，美国、加拿大与澳大利亚地调所建立的主要类型的地学数据库包括：
文献资料数据库。
各种比例尺的基础地理信息数据库，包括数字高程模型、地形数据库、数字正射影像图数据库、全国地理名称信息系统等。
基础地质数据库：如地质图数据库、地质名称数据库、钻孔数据库、放射性年代数据库、岩石分析数据库、古生物数据库、海洋地质数据库、国家数字地图集等。
矿产资源数据库，包括分布在全国范围的固体矿产、石油等矿床、矿点数据和油田数据库。
水文钻孔数据库、水资源数据、水质数据及水监测数据。
地籍数据库及土地利用、土地覆盖数据库。
环境与地质灾害数据库：地震、滑坡、崩塌等数据库。
地球物理数据库：航磁、重力、人工地震数据库等。
地球化学数据库，包括全岩地球化学、水系沉积、勘探地球化学数据库等。
航片与卫星影像数据库等。
(5)CIS已成为资源工作信息集成管理、综合分析的有力工具
由于GIS具有多种空间数据的处理和分析能力，为资源工作提供了对地理、地质、土地、地球物理、地球化学、环境、灾害以及遥感等多源资源信息进行集成管理、综合分析、解释以及成果表达的有力工具，使他们能够以一种全新的综合的方法研究解决资源中的各种问题。现在，美、加、澳在其第二代填图计划中明确规定采用GIS技术，确立了GIS作为地质矿产领域信息的支柱技术的地位。
现在，GIS在土地利用、土地规划、地籍、基础地学研究、资源评价、资源利用管理、环境与灾害的监测与评价等方面得到了越来越广泛的应用，已经成为地学信息化的不可缺少的技术。
目前，GIS正向着多维，开放、网络化的方向发展。随着其性能的不断提高，解决资源工作问题的能力不断增强，必将发挥越来越大的作用。
(6)区域地质和资源调查工作实现了全过程的信息化
现在发达国家已经解决了区域地质调查和资源调查全过程信息化的技术问题。这种信息化并不是仅仅将传统工作流程简单的实现信息化，而是在采用数据库技术管理地质调查的成果，并可根据区域、地层、构造、岩石、矿产、地球物理、地球化学、土地资源等属性对地质图的信息进行灵活检索，还可根据用户需求派生出各种不同的应用图件。地质图不再只是一张复杂的，除专业地质人员外，别人很难看懂的固定图件。这是对传统地质填图的重大变革。
现在美、加、澳实施的第二代地质填图计划中，都明确提出要在数据采集、管理、分析、存储、成果输出等填图的各个阶段及信息服务全面采用数字技术。美国地调所为此成立了数字填图委员会，组成若干工作组制定各个阶段所需的标准，以便开发出性能价格比更高、更灵活实用的野外填图系统与GIS分析工具。到目前为止，上述填图计划都有一批项目已经完成，每个项目都建立了基于GIS的数据库。
上述国家第二代填图计划的实施过程具有以下特点：
● 为地质调查全过程信息化组织制定一系列标准。如：地学数据模型标准、空间定位标准、野外数据采集标准、数字地质图数据库标准、数字地质图出版标准及元数据标准等；
● 基本上解决了野外数据采集的计算机化问题；
● 采用GIS技术完成室内资料整理、分析及图件的编辑；
● 提供两种输出：建立数字地质图数据库与硬拷贝地质图。
● 建立了适应新技术的完整的工作流程。
(7)掌上计算机和CPS的开发应用实现了野外数据采集的计算机化，使野外数据的采集发生了根本性变化
国外早在八十年代中期就开始开发野外地质数据采集的计算机技术。从编码表格、到编码与自由文本混合式描述，从格式化的记录本发展到野外电子记录本，建立原始资料数据库。野外数据采集的硬件设备从无(用笔填写编码表格，从室内输入计算机建立数据库)到便携式计算机，再到掌上计算机。1991年，加拿大布列颠、哥伦比亚省地调所的区调人员已开始在野外使用由加拿大安大略地调所开发的在掌上计算机上运行的FIELDLOG系统采集数据。1992年掌上计算机的功耗、重量(普通5号电池可支持机器运行1个星期以上。重量500克左右)及图形能力方面的重大突破为野外数据采集的计算机化奠定了硬件基础。1996年微软推出了可用于掌上机的操作系统WINDOWS CE。它所提供的文字处理、电子表格、简单图象处理、与袖珍GPS联接实现动态自动定位、收发电子邮件、上网浏览、无绳压感笔输入等方面的功能为提高数字野外记录本的性能提供了良好的应用软件开发平台，实现了野外数据采集的计算机化。除加拿大外，目前美国和澳大利亚也分别开发了基于掌上计算机的野外地质数据采集系统PENMAP，并应用在地质填图的实际工作中。现在，掌上计算机的重量更轻、功能更强，也可配备手写体识别软件，从而使地质人员从敲击键盘中解脱出来，很适于野外工作。不久，当野外记录本实现语音识别功能时，它将像罗盘、放大镜和地质锤一样成为野外工作必备的随身工具。
(8)光盘存储技术已广泛应用于资源工作的资料保存，只读型光盘CD-ROM已成为资源工作信息交换和传播的重要介质
光盘是八十年代中后期出现的海量(大容量)存储设备，　它利用激光聚焦性好的特点，聚光后形成微小光斑，使光盘表面物质烧蚀，形变成磁化，达到存储信息的目的。其主要特点是存储密度高、容量大、可移动装卸，可实现多盘控制、对保存环境要求低。光盘表面涂有保护膜，可进行擦洗，对灰尘、温度、湿度没有特殊要求；可靠性高，平均无故障工作时间为100000小时以上；保存寿命长。一般都在10年以上，长者可近100年。由于光盘的上述特点，九十年代中就已成为地学领域资料信息存储的理想介质(姜作勤，1996)。CD-ROM只能写一次读多次的特点，更适合资料的保存，因此，即使在网络技术发展的今天，CD-ROM依然是存储各种资源工作科学数据进行发布与出售的重要介质。
(9)计算机辅助彩色地学图件的编辑出版已纳入生产流程，从根本上改变了地学图件出版的传统工作方式
图件是资源工作成果的主要表现形式，是为社会经济发展服务的重要手段，因此在资源领域中具有特殊的地位和作用。自从有了资源工作，填图与编图即已开始。
采用数字制图技术、进行计算机辅助编制图不仅可大大减少编图工序和时间、降低成本，而且可实现信息共享、缩短修编周期，灵活的生成满足不同应用要求的图件。因此，数字制图技术的研究与应用得到了世界各国的普遍重视。早在六十年代初期，人们就开始研究数字制图技术。在资源工作中，发达国家如美、英、德等国于七十年代初期先后开始将数字制图技术用于辅助编制各种资源工作图件。八十年代开始，加拿大、法国等国家甚至像泰国等第三世界的国家都在不同程度上采用这种新的技术生产资源工作图件。到九十年代中期，在发达国家如美国，数字制图技术已纳入生产流程，这种新的生产方式已占统治地位。
3．地球探测技术
当前的探测技术虽然得到了发展，　但很难适应21世纪社会对地学调查的要求，为此，最近美国国家科学基金会(NSF)、美国地质调查所(USGS)和美国国家航空和航天局(NASA)一道，联合发起了一项新的、雄心勃勃的开创计划，称之为"地球探测"(Earthscope)计划。其目的是拓展地球科学的观测能力，采集实时数据，并将其输入电脑中。这些数据与新的和现有的信息相结合，为揭示北美大陆结构、演化和动力学特征，深入认识地震和断层系统、火山和岩浆作用过程以及将构造作用与地表过程联系起来，将提供前所未有的良机。
"地球探测"是一套分布式、多用途仪器和观测台网的组合，它使我们能够大大加深对北美大陆结构、演化和动力学特征的理解。该计划包括以下四个部：
● USArray(美国地震阵列)：大陆规模的地震阵列将提供岩石圈和地球深部的相关三维图像；
● SAFOD(圣安德列斯断裂深部观测站)：横穿圣安德列斯断裂的钻孔观测站直接测量板块边界地震发生的物理条件；
● PBO(板块边界观测站)：固定排列的应变仪和GPS接收机可测量板块边界规模的实时变形；
● InSAR(合成孔径干涉雷达)：构造活动区合成孔径干涉雷达图像可进行大范围的空间连续应变测量。
这些观测技术的集成将产生固体地球概要图，为包括地震和地震灾害、岩浆系统和火山灾害、岩石圈动力学、区域构造、大陆构造及演化、地壳流体等在内的地球科学的综合研究奠定了基础。下面简单介绍其四个组成部分的情况。
（1） USArray
USArray将大大提高大陆岩石圈和地幔深部地震成像的分辨率，这些图像与各种地质资料相结合，能够解决大陆结构、演化和动力学等等许多悬而未决的重大问题。可以获得从全球规模到岩石圈、地壳，直至局部规模的连续尺度的成像能力。其核心是由400台宽带可移动遥测地震仪构成的地震阵列，按照规则的测网采集实时数据，测点间距为70km，密集而均匀分布，口径1400km。地震阵列将记录来自本地、区域和遥远地区地震的信号，可分辨出数十公里量级的地壳和上地幔，提高分辨下地幔和核-幔边界构造的能力。在地震阵列中还布设了约50台大地电磁测量系统，提供岩石圈温度和流体含量的有关信息。在每一个测站布设测量l-2年内可移动地震阵列将遍及全国；在8-10年内多维排列将覆盖整个美国大陆。当这项计划完成时，2000个地震台站得到三维图像的覆盖范围将是前所未有的。USArray首先在美国境内实施，此后将与加拿大、墨西哥的科学家合作，把地震阵列延展到邻国和大陆边缘。
USArray第二个重要组成部分是利用约2400台便携式地震仪(宽频带、短周期和高频探测仪)，按照灵活的发射-接收排列方式进行测量。在规模较大的可移动地震阵列测量相同地点，对于关键的目标，利用便携式地震仪可以进行高密度和短期测量，采用天然地震和炸药作为震源。使用便携式地震仪可以对许多重要的地质目标进行调查，其中包括断层的深度、活动火山之下岩浆岩的规模、地壳构造与地幔结构之间的关系、地体边界的形状、沉积盆地和造山带的深部结构、大陆裂谷的结构和岩浆垂直运动。USArray与有关的地质、地球化学和大地测量研究相结合，可以解决大陆动力学、大陆构造和地震作用等各种重大问题。
USArray第三个组成部分是扩大了美国国家地震台网，该台网是由USGS操作的。由大陆台网构成的相对密集、高质量的观测站(间距300-350km)对地球深部构造层析成像是很重要的，它们提供了长期连续观测的平台，为可移动地震阵列的校准建立了固定参考点。
(2)SAFOD
SAFOD的目的是直接采集断裂带样品(岩石和流体)，测定断裂带的各种性质，监测深部蠕动和地震活动断裂带。拟在圣安德列斯断裂带，靠近1966年发生里氏6级帕克菲尔德地震震中将要打一口4km深的钻孔。钻孔孔位离圣安德列斯断裂足够远(根据地质观测、微震位置和地球物理图像确定)，这样使钻进和偏斜井的取芯可穿过垂直深度3km的断裂带，沿断裂带直到另一侧未扰动的围岩。
甚至在经过数十年的深入研究之后，有关圣安德列斯断裂和其他大的板块边界断裂内物理化学作用过程等许多基本问题仍悬而未决。SAFOD将深入地了解深部断裂物质的成分和物性以及控制断裂行为的基本规律。它还有助于直接了解地震诱发和传播时的应力条件。圣安德列斯深大断裂带内的钻进、采样和井下测量，可在震中深度上对大的活动断裂带的成分、物理状态和力学性质进行直接观测，这将显著加深我们对地震的认识。除了断裂带的岩样和流体样品供实验室分析外，在活动断裂带内及其邻区还计划进行大量的进下地球物理测量和长期监测。观测站方式的监测活动包括地震能量积聚作用的近区、宽动态范围的地震观测以及周期性地震发生期间孔隙压力、温度和应变的连续监测。
利用有代表性的断裂带性质和物理条件直接评价地震作用过程中的流体压力、岩石内摩捧、化学反应、原位应力和其他参数，将为在实验室和计算上模拟地震创造机会。
(3)PBO
PBO为大地测量观测台站，用于研究板块边界变形引起的三维应变场。
为了解决板块边界动力学、活动构造、地震和岩浆活动等各种科学问题，沿太平洋／北美板块边界将布设连续记录、遥测应变台，以显著增强SCIGN、BARD、EBAR、NBAR、SBAR、PANGA和AKDA特别台站的数据采集能力。
PBO由两个部分组成。一是GPS接收机组成的骨干网，提供整个板块边界地带的长波长、长周期概要图。该网从阿拉斯加伸展到墨西哥，从西海岸延伸到北美科迪勒拉的东部边缘。GPS接收机的间距约为100km，如果可能，将采集的数据与InSAR数据结合，以确定应变场的区域成分。二是在活动构造现象发生的地区例如沿圣安德列斯断裂系和年轻的岩浆系周围，布设密集的台站。要求这些地区具有最高的时间分辨率，在其周围布设钻孔应变仪和GPS接收机综合台站，仪器间距5-10km。为覆盖美国本土西部大部分构造活动区和阿拉斯加南部，需要1000多个观测站(应变仪加GPS接收机)，完成骨干网需要大约300台GPS接收机。
(4)InSAR
由NASA、NSF和USGS共同实施的专用InSAR卫星将在广阔的区域范围内开展空间上连续的应变测量。
这一新增的能力将能够：
(1)概略地填绘地震和火山喷发之前、期间和之后的地表位移；
(2)对这些地质系统演化进行成像，加深对断裂充填和地震破坏力学性质的理解：
(3)填绘宽构造地带的应变积累，特别是突出反映应变积聚地带；
(4)推断可能喷发的火山系统的岩浆来源、运移和动力学特征；
(5)改进我们对地壳和上地幔流体的认识．
InSAR图像还为填绘由石油开采和抽取地下水诱发的地面沉降，以及为研究由断裂运动引起的多孔弹性效应和其他形式的地壳变形提供了一种手段。
InSAR将有助于PBO研究，其原因在于空间上连续但时断时续的InSAR图像可以作为连续GPS点测量结果的补充。专用InSAR卫星将大大提高PBO的科学目标。最优配置是，整个板块边界具有密集的空间覆盖(100米)和时间覆盖(每8天覆盖一次)，这样在所有类型地带，向量解的精度可达1毫米。现有和计划的国际SAR卫星尚不能提供所需的数据。
因此,在科学团体间共享这些数据，对迅速促进InSAR和PBO科学的发展是至关重要的，而在以往计划和现有的SAR中，情况并非如此。NASA认识到这一主要作用，将尽可能发挥SAR卫星的作用，并在SAR研究开发中，长期处于领先地位，重要的是，地球科学团体与NASA、NSF和USGS联手，尽早开始这一科学使命的规划。
现在高新技术革命正以磅礴万均之势，全方位地向人类社会各个国家，各个领域加速扩展、渗透，成为经济发展的生产力和社会进步的推动力。邓小平同志通过对当代科技发展的敏锐观察指出，2l世纪是高科技发展的世纪前。国家科技部长朱丽兰说，整个世界正在被技术革命所塑造。科技的发展改变着公众的意识，对发展观念的认识，对财富本质的认识，改变着国家的战略。地球科学也不例外。高新技术的迅猛发展及其在地球科学中的扩大应用，正在引起地球科学技术的革命，使地球科学研究的范围向"宏观更宏，微观更微"扩展，真正形成了地球科学"上天、入地、下海"的态势。确实，没有这些高新技术，也就没有今天的地球科学。特别需要指出的是，高新技术在地球科学中的应用，使人们对地球的整体探索成为现实，能够立体地、动态地探索地球系统的结构和运动形态，使地球科学的理论研究有踏实的实测资料为基础。从而促进地球各圈层运动的研究从定性向定量，从局部向系统化，从三维空间向四维时空，从各向同性向异性介质发展，从线性向非线性发展。
总之，现在高新技术的发展不仅正与地球科学的前沿融为一体，而且对地球科学的发展起到了先导作用。使当代许多高新技术在地球科学研究中有其广阔的用武之地，并有许多重大发现。例如，1996年美国地球物理学会宣布了同人类持续发展关系很大的四大发现：
(1)地球两极向外喷射带电的氧、氮、氢和氨气气流，这种气流会形成扰乱电子装置的风暴，破坏航天器的电子装置，改变卫星轨道并扰乱横贯大陆的电子系统等；
（2）北极冻土中储存的碳已开始大量泄露并进入大气中，这将影响土地、水和空气；
（3）火山运动机理的新见解；
（4）木星的第三颗卫星表面逸出氧气。科学家认为，可能有大量氧气在其表面以液态漂浮或被封存在其冰层下，其氧量可与地球上的一样多。
此外，1996年科学家还发现，地球内核的自转速度快于地球本身自转，这比以往所认识的一体化单一的自转速度来是一幅复杂得多的图景，对于研究地磁场的产生、地球整体的演化过程将会产生重要的影响，也同人类文明有着间接的关系。
展望2l世纪，将是一个更加灿烂辉煌的空间与信息的时代。就对地观测而言，全球在轨的人造卫星将超过3000颗，星罗棋布，在电离层以内形成多层次的网络，其中提供遥感、定位、通信传输的数据和图像服务的将近500颗。1997年运行中的对地观察卫星约22颗，未来10年已列入各国发射计划的还有56颗，其中直接对陆地、海洋和大气运行的20多颗，其他属于地球行星科学实验卫星，总投资约180亿美元。世界各国已建成遥感卫星地面接收站30个，近年还有可能增加。在信息技术方面，正在大力开展信息处理专用软件系统，例如美国航空航天局己成功地开发自动制图系统，能和全球定位系统结合，从资料输入到专题地图输出仅需10多分钟。为了快速处理数据和推广应用，美国宇航局还投资3亿美元，正在开发新一代的高速因特网，速度达10亿字节／秒，比目前快1000倍。主要是用来传输对地观测系统(EOS)获取的图像和海量数据，估计对地观测系统计划实施后每天数据量可高达1X1012字节，遥感卫星数据量将增加400倍，要求计算机数据处理能力增加10000倍，处理速度达到100亿次／秒。可见，仅就来自国际遥感卫星这一个方面的信息源而言，可提供国土资源科学技术使用的信息资源是极丰富的。
从卫星的空间探测，到全球地震台网和全球陆地观测系统等观测网络以致到对大陆、大洋的超深钻探，已经构成了对地球的全球立体观测探测网络；从80年代陆续推出和开始实施的一系列大型国际国土资源科学技术合作研究计划，如国际岩石圈计划(ILP)、深海钻探计划(DSDP)／大洋钻探计划)0DP)、世界气候计划(WCP)、国际地圈生物圈计划(1GBP)等，已形成了对地球全球立体研究网络。
五、地球系统科学已成为解决当代环境与资源问题的科学基础
地球系统是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈(包括人类本身)组成的一个地球整体。它包括了自地心到地球的外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统，其间存在着地球系统各组成部分之间的相互作用，主要是物理、化学和生物三大基本过程之间的相互作用以及人与地球系统之间的相互作用。
从1983年美国宇航局首次提出"地球系统科学"概念到现在短短的十几年中，地球系统科学已成为国际地学界和各国地学发展的主要科学目标。美国国家科学基金会地学部最近一份战略报告中明确指出："地学的中心科学挑战在于了解和预测地球系统内物理子系统、生物子系统和人类子系统的基本过程及其相互作用"。日本最近实施的"地球变化的预测"计划强调要对地球系统各种过程进行研究、观测和模拟。英国在其"1994-2000年地球科学战略"中也提出它的战略目标是要推进关于地球过程的知识和认识。
今天，人类面临的环境问题的严重性在于它们不再只是局部的或区域的问题，而是跨越国界的全球性问题，如气候变暖，臭氧洞的形成和加剧，荒漠化和水资源短缺，土地退化与污染、植被破坏和物种大量消失等等，无一不是全球面临的共同问题。这些重大的环境问题就科学内容而言已远远超过了单一学科的范围，往往涉及大气、海洋、土壤、生物等各类环境因子，又与物理、化学和生物过程密切关联。只有从地球系统的整体着手才有可能弄清这些问题产生的原因，寻求解决的办法。
全球环境的另一个重要特点是，上述重大环境问题主要是人类的不合理开发利用地球资源造成的，其影响强度和速度已接近自然变化，并正在继续加剧，从而可能对未来人类的生存环境产生长远的不可逆转的后果。这就迫使人们要从全球角度制定对策，控制和调整自身的行为，使整个地球环境朝着有利于人类的方向发展。这样，1983年美国国家航空和宇航局(NASA)任命了一个地球系统科学委员会(Earth System Sciences Committee)，该委员会于1988年出版了《地球系统科学》一书，首次提出了"地球系统科学"的观点，认为全球变化是地球的各个组成部分－地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈(包括人类社会)－之间相互作用与反馈的结果，对这些相互作用和反馈过程的科学认识需要将地球作为一个统一的动力学系统宋研究。因此，把地球作为一个相互作用着的各个组成部分或子系统组成的连续的、统一的有机整体-地球系统，并运用一般系统论的原理研究地球系统的整体行为，只是近十余年的事。
地球系统科学是研究地球系统在复杂的相互作用中运转的机制，地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而建立全球环境变化预测的科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。因此，地球系统科学是为迎接人类面临的基本生存环境问题，即全球变化挑战而兴起的基础科学，也是当今人们利用、保护环境和资源的理论基础，或知识体系。
在过去的10年，对地球系统的研究取得了重大的突破，它揭示了一个甚至在20年前几乎没有预测出的、影响深远的一系列发现：地球内部缓慢的作用与海洋和大气系统的较快运动之间，存在有令人惊奇的耦合关系。另外，有一些标志表明，大洋盆地外形的微细变化深深地影响着大洋的环流；构造作用的波动会影响二氧化碳循环发生混乱；火山爆发的频度和地震机制与地幔流体的动学相关联；海洋和地幔间的流体循环肯定影响着火山活动的特性，甚至可能是板块构造活动的媒体。因此，搞不清这些复杂的相互作用，对全球性的各种现象就不可能实现高准确度的预测。近年来，由于人们已揭示和掌握了厄尔尼诺与异常气候之间关系等各种现象之间的部分相互作用，使人们对厄尔尼诺现象的预测获得成功。
当前国际上对地球系统研究重点放在以下领域：
1．过程研究
主要放在两个时间尺度上：一个是10-100年的时间尺度，另一个是几千年到几万年的时间尺度。
10-100年的时间尺度上地球系统科学的主要内容和科学目标是：研究人们赖以生存的地球系统中快变化系统的变化规律及人类活动对地球环境的影响，提高人们对未来几十年到百年尺度地球环境变化的预报预测能力，为社会和环境协调发展提供科学依据。
这种时间尺度的地球系统科学研究，在方法论上必须突破传统的学科界线，不仅注重地球系统非生命行为(即通常地球科学各分支学科的研究对象)之间的相互作用，而且要力求从生命世界同非生命世界之间的相互作用中揭示地球系统变化的规律和机理。同时，又必须重视人在地球系统变化中的作用，实现自然科学和社会科学的联合研究，这是一个全新的研究领域。
地球系统科学关注的另一时间尺度是几千年到几万年的变化过程，它以研究地球系统的形成、演化为主攻目标。在这个时间尺度，地球变化同时受太阳辐射能量和地核能量过程所驱动，整个地球系统可看作是由地核－地幔过程、板块动力过程和太阳驱动过程这三个子系统所组成。主要的科学问题是研究地球系统在漫长的演化过程中是如何工作的，这里包含了早期地球史的研究，如地壳的形成，地核和地幔的形成，大气圈、水圈及生物圈形成，板块动力学，太阳能驱动下岩石侵蚀、风化、土壤形成、地貌变化及古气候研究等。
地球系统科学是应人类面临的根本生存环境危机－全球变化的严重挑战而诞生的。地球系统科学的提出标志着地球科学从传统地学观念向地球系统科学的转变。当然，地球系统科学并不能代表传统地学各学科自身的发展，相反要求它们能更深入精确地研究和提供地球系统各组成部分自身的规律性知识。另外，地球系统科学以整个地球为研究对象，但它井非是一门凌驾于所有地球科学、环境科学和宏观生物学等之上的"超级学科"，而是以学科之间的交叉地带作为其主要研究领域，以学科之间的相互渗透和合作为其研究方式的一门交叉学科。
从全球环境变化来看，地球系统的变化可归结为地球系统的物理过程、化学过程、生物过程和它们之间的相互作用引起的。因此，要研究全球环境的变化并作出预测，除强调从整体上研究地球系统以外，还要强调研究系统中的各种作用过程，认识各种地球作用过程，对了解人类以生存并对环境管理和利用，是极端重要的。因为尽管组成地球系统的各种物理要素维持着人类的生存，但它们也给生命和财产带来了威胁。各种灾难性事件可以造成巨大的破坏，如火山爆发、地震、潮汐波、洪水、飓风、龙卷风及其它发生在大气圈上部和下部的各种猛烈风暴，而持续时间较长的一些现象也是如此，如干旱和有害藻类的大量发育。通过提高对导致这些事件的各种过程的了解，就可以在灾害事件发生之前更加准确地加以预报，就可以改进针对这些事件而形成的减灾系统，人类也可以学会如何控制自己的行为从而把危险减小到最小程度。因此，过程研究成了地球系统研究的核心领域。
现代环境，是在数十年到数百万年的所有时间尺度上发生变化的系统的瞬间缩影。人们要对现代环境形成机理有所了解，并对其未来发展作出预测，就需要知道这个"缩影"以前的面貌及未来变化轨迹。但是，以往我们对地球各种现象及各种作用的研究主要是定性研究，静态描述，对过程研究了解不够。现在我们已进入了研究地球系统科学的时代。地球系统提出的基本问题就是要认识地球系统的作用过程，也就是说要"认识地球内部发生的作用过程与水圈、大气圈、生物圈中发生过程之间的耦合和反馈关系，特别是随着预测地球系统性状的迫切需要，形成对地球系统各个基本作用过程进行科学认识的巨大挑战。这样，对构成地球各种现象的每个过程进行深入和专门研究的所谓"过程研究"便成为当今地球科学优先主题。
随着高新技术在地球科学研究中的应用及数理化方法向地球科学的渗透，一大批实时、实地观测技术的发展，使我们获得有关地球过程的精确连续数据成为可能；现代数学、物理、化学、生物学和有关工程技术科学理论、方法的引入，大大增强了对地球科学的预测能力。当前地球科学研究已从以往对地球的现象的定性研究、静态描述转向对地球系统过程的精确定量的动力学研究，突出表现在各国在制定2l世纪地球科学研究计划发展战略时，都采取了短期研究和长期研究结合起来。短期研究针对国家的紧迫问题，采用快速、创造性和灵活的工作手段进行研究；长期研究目的是对地球基本的作用过程有一个更深入的了解和认识，从而可以不断为解决国家面临的一些更复杂和更困难的问题提供依据，并使科学得到重大进展。
例如，美国国家研究委员会(1993)提出《固体地球科学与社会》国家报告，该报告明确指出，了解全球地球系统所涉及的过程，特别注意地球系统各组成部分之间的联系和相互作用，是固体地球科学今后发展的重要任务之一。这份报告还强调，固体地球科学研究的目标是了解整个地球系统的过去、现在和未来的行为，以保证人类社会持续发展的条件。根据上述任务与目标，该报告提出了今后固体地球科学研究的5个研究领域，即(1)全球古环境与生物演化；(2)全球地球化学循环和生物地球化学循环；(3)地球内部和地球表面的流体；(4)地壳(大陆和大洋)动力学；(5)地核和地幔动力学。而研究这五个领域第一个目标就是要了解它们的作用过程。又例如，最近美国地调所地质处在确定2000-2010年的发展战略时，美国地调所地质处的7个目标把认识人类与地球之间相互作用的研究摆在极重要的位置。为了开展这一重点工作，提出了需要对正在进行中的地质作用过程和事件(从平凡事件到灾害)有不断深入的理解，运用建模的方法预测这些作用过程和事件的未来的发生频率和后果。这方面的工作成果可为政府制定政策和土地管理决策服务。由于这些作用过程运行的时间尺度极为多样，对过程变化的响应有很强的非线性，因此对过程研究要采用实验、模拟和观测与监测等先进的技术手段。又如美国自然科学基金会地球科学部1998-2000年研究计划，把促进对地球系统的了解作为地学部三大工作目标之一，为此它们把《基本的地球系统过程》作为优先研究主题，并提出一系列过程研究的新领域。
国外许多学者已认识到，要揭示地球变化现象及开展预测的调查工作不仅必须进行过程研究，而且要把它与监测和观测工作以及模拟工作形成一个整体，即对构成地球各种现象的每个过程都要进行深入和专门的过程研究；为掌握全球和区域地球现象进行多种尺度的观测或监测；为再现和预测多种因素过程所构成的地球现象进行模拟。如果不进行整体研究，就无法对各种地球作用过程或地球现象的预测取得进展。因此，日本在最近拟实施的"地球变化的预测"的计划中，强调了对地球各种过程研究，并认为它是实现预测地球变化的关键，制定出了将过程研究、观测系统和模拟系统等三部分功能保持一致的跨国大型科研计划。
由于地球观测技术和地球物理技术的应用和发展，使我们对地球动力学的认识和对各种地球作用过程随时间变化的监测，已成为可能。
星载机载观测系统以数米到数千米的空间尺度，运用广阔范围的电磁波段，提供了覆盖地球表面的手段。通过这些手段，我们不仅能更有效地利用现存的数据，而且通过实时观测还能发挥新一代地球观测仪器研究过程的优势；由于使用这些技术，今后几年在地球科学的一系列过程研究领域内将取得显著进展。现在的和将来的过程研究数据，对于探测直至毫米尺度的构造变形，对于监测火山膨胀和喷发，自然和人为诱发的沉降、滑坡、地震，以及地表单元的填图，都是必不可少的。
美国自然科学基金会地球科学部研究计划：
《基本的地球系统过程》的优选研究主题
（1998－2002）
基本的地球系统过程
上部地壳与气圈过程
下部地壳与气圈过程
陆表环境过程地壳动力学过程（合作项目中－美Indepth项目）
地球内部动力学过程
海洋物理、化学与生态
地球系统相互作用
大气圈与陆地之间的相互作用（合作项目－贝加尔湖钻探计划－解决全球气候变化）
古气圈与海洋相互作用（合作项目-热带海洋－全球大气圈过程合作研究计划）
地球系统的历史（气候－环境－生物关系与全球变化）
地球环境（确定、分析、模拟不同尺度的物理、化学地质过程间的相互作用等）
生命与地球系统的物理组分的相互作用　（合作项目－极端环境下的生命活动）
减灾
海岸的环境过程
在地球外部二、三百米的地方，在岩石圈和水圈之间，发生着许多关键性的相互作用。探测技术(电阻率、电磁、地震、雷达、Y射线等技术)新的综合，将能产生高分辨率的浅层(0-100米)地下图像及其物理、化学和生物特性的图像。地震成像技术的完善，现已为提供较深层段(0.1-1千米)的更精确数据作好了准备。这些工作切中地球物理勘探、建筑、废物和供水业之需。在都市区，非侵入成像对场地勘察是极为重要的。
如果不了解较深层的作用过程，　就永远不能充分理解地表的作用过程。现有的和研制中的地震技术，可以对地球内部进行全球性的测图，其详细的程度将能查明下述作用的主要控制条件，如地球内部对流作用，地幔和地核间的相互作用，以及地核的动力学。
到目前为止，绝大部分地球物理特性的测量方式是静态的。测量技术的进步现已允许做到，例如，以天为尺度监测火山活动，以月为尺度监测构造活动，同时，随时间变化而进行的地震观测，也能测量出内地核的差异活动。特别是卫星观测技术的开发，将不仅能监测和减小自然灾害，还将带来对地球深部动力学的洞察。例如，已有能力根据地球随时间变化的磁场的卫星测量值，宋估计外地核的流动，使我们在认识磁场的产生、稳定性和倒转等问题的进程中，跨出重要的一步。地球科学界在这一核心科学相关的一些领域，处于有利的位置。
总之，地学工作的许多基本手段和方法在过程研究方面将在下个十年发生戏剧性的变革。空间遥感技术将越来越多地应用于监测和量化地质作用过程以及与自然灾害和地质景观演化相伴随的变化；日益广泛应用的计算机技术将大大提高模拟和认识这些作用过程和变化，并成为评价人类活动对地表和近地表环境所造成影响的重要手段。
2．过程的相互作用研究
国际上在地球系统研究中，除注意过程研究以外，还特别注意过程的相互作用，它们共同构成了地球系统研究的核心领域。
地球系统之间的相互作用，实际上是地球各系统之间的界面相互作用。因此，近年来，地球系统内部的各种"界面过程"日益成为地球科学研究的焦点或核心领域之一。
地球系统内部存在着各种各样的不同空间和尺度的界面。固体地球内部的界面如核幔边界、壳幔边界、板块边界、断裂带、构造过渡带等；地球表层的界面如海一气界面、陆一气界面、海-陆界面(河口海岸带)、海水-海底沉积物界面、悬浮体-海水界面、河水-海水界面等。在这些界面上进行着一系列的界面过程(interface processes)和不同子系统间的相互作用。这些界面过程及相互作用已日益成为许多研究计划的重要内容，如国际地圈生物圈计划(1GBP)的各核心计划中就特别关注有关界面过程和相互作用的研究。其中海岸陆地-海洋-相互作用(LOICZ)被列为IGBP的一项核心计划予以研究。
70年代末以来，美国航天局利用SLR和VLBI技术组织全球规模的地球动力学计划(CDP)，通过对大量观测资料的分析研究，在板块间和区域性地壳运动速率的验证、地球引力场和地球模型的测定以及地球内部物理结构的研究方面，取得一批具有世界影响的重要成果。例如，实时、定量地测到板块的运动，验证了刚性板块的假设。1992年，美国航天局在完成CDP计划后，又开始实施固体地球动力学(DOSE)计划，作为CDP的后续。在80年代中期，西欧提出的WEGENER计划，主要利用地中海地区的SLR网，研究该地区的地壳运动，包括欧亚、印澳、非洲和阿拉伯板块的相互作用。近年来该计划已延伸到中亚，并开展海平面变化、冰川后期地壳反弹的研究。最近，作为DOSE计划的一部分，美国、加拿大与瑞典、挪威、芬兰合作，在后三个国家建立GPS网，监测该地区地壳运动与海平面变化，主要研究冰川后期地壳反弹效应。而由欧洲联盟牵头的东南亚联盟GPS计划也在近期提出，并在1994年12月进行了第一次联测。该计划将研究东南亚地区的板块运动和地壳形变，以及与自然灾害的关系。
现在人类活动正在各种尺度(局部的、区域的、全球的)上改变和开发利用地球的物理、化学、生物和地质环境。要了解人类是怎样与地球环境相互作用，以及人类是如何影响地球环境，就需要对地球系统有全面的了解，以便改进探测、预测、减缓，甚至改进利用自然和人类的环境变化，详细掌握地球各种相互影响的作用过程的知识，对于维持国家繁荣和人类健康也是必不可少的。
六、结 语
作为资源工作知识支撑的地学在经历了以板块构造和行星探测双重革命为主要内容的一段重大发展时期之后，正处在由传统地学向以地球系统科学为基本内容的现代地学转变的重大转折时期，并将沿着目前已经开拓的全新方向走向繁荣，在解决人类社会可持续发展和生存环境方面的未来发展中日益显示出带头学科的趋势。特别需要指出的是，这一重大转折时期是地学历史的三大转折时期之一，第一次转折期又称地质-生物知识革命时期，发生在19世纪，由于达尔文的进化论，打破了神学对地学的统治，这一时期，改变了人类思维方式，使人对地球、生命等的认识发生了革命性的变化，由神学进入了进化论；第二阶段，即工业革命阶段，地学的发展保障作用以及人类作为地球营力的作用研究，保护生态环境将成为地学各学科共同的前沿或关注的焦点，这样，当代对自然资源的管理正在向"生态系统管理"的方向发展，探索利用生态系统的原理和方法来管理自然环境和资源已是时代的需要，我们在这方面差距还相当大，如何加大国土资源科技力量势在必行。
随着现代地学的建立，地学内部各分支学科也将经历着兴衰更替的变化：一些传统学科在建立新知识体系中将得到进一步发展，并与其他学科交叉形成新兴学科，地球生态学、环境地学、地质生态学、地球化学工程学、水文地质学等应用学科将沿着目前已开拓的道路走向繁荣，并将在认识和利用自然以造福人类的进程中占有越来越重要的地位；高新技术在地学中的应用将进一步发展，高分辨率的观测系统、高灵敏度和高准确度的分析测试系统、不同条件下的实验模拟和数值模拟以及数字化的地球信息系统将进一步完善和发展。
中国不仅是地球表面重要而独立的一部分，而且拥有一支在世界上实力较强的地学队伍。在21世纪开端，中国将继续面临比世界其他国家更为严重的人口、资源、环境的多重压力。我国西部大开发战略的实施更加重了我国地学解决重大资源问题和促进西部开发的历史责任。然而，我们现在和将要面临的重大资源和环境问题，除少数是长期没有解决的问题外，大多数是由于经济、社会发展而出现的新问题，对它们的解决已远远超出现有的知识和技术体系，因此，迫切需要发展新的理论和新的技术，获取新的科学信息，增进对地球系统及其变化的认识，重视与重大资源环境问题有关的地球系统基本过程，重视造成资源环境问题的人类因素及其对社会经济的影响。为此，我国的地学界应及时抓住这次机遇，在科技兴国和可持续发展战略框架下，从国情出发，调整科技发展战略，把科技发展的战略目标放在应用高新技术，加强地球系统研究上，在资源、环境、灾害和地球信息系统建设方面，提炼出对国家经济安全、社会发展具有带动性的，并具有全球意义的发展方向和重大科学问题，继续进行学科交叉和技术集成研究，为全球经济发展带来的资源、环境和自然灾害等问题的解决提供重要理论基础和有效途径，为国家的决策者提供事关人类社会生存发展及国家安全的科学基础与咨询，提高人类管理地球的能力，使我国从资源大国走向资源强国。面向21世纪，迎接知识经济的时代，建设国土资源部科技创新体系，将对国土资源科技管理工作、我国经济和社会发展的作用更加显著，影响更加深远。为此，我们将依据《国土资源部科学技术发展"十五"计划和2015年远景规划纲要》，继续开展国土资源科技创新研究，争取到2010年，使国土资源的主要工作依靠科技进步得到快速发展，国土资源科技工作总体上达到国际先进水平，建立起系统的、完善的国土资源科学技术体系；在一些领域提出具有国际影响的新发现、新理论和新方法，形成若干新技术生长点；使科技基地建设和人才培养能适应国土资源工作不断发展的需要。
肖庆辉