高中地球科学/地球科学及其分支
- 定义和描述地球科学作为一个拥有许多分支的通用领域。
- 识别地质学作为地球科学的一个分支，该分支涉及地球的固体部分。
- 描述海洋学作为地球科学的一个分支，该分支有几个细分，涉及海洋的各个方面。
- 定义气象学作为地球科学的一个分支，该分支涉及大气。
- 了解天文学是地球科学的延伸，它考察太阳系和宇宙的其他部分。
- 列出地球科学的其他一些分支，以及它们与地球研究的关系。
地球是我们赖以生存的伟大星球。人类只是在最近才开始理解这个星球的复杂性。事实上，就在几百年前，我们才发现地球只是浩瀚银河系中的一小部分，而银河系又是更大宇宙中的一小部分。地球科学研究地球的方方面面。我们的地球有熔化的岩浆、冰封的山峰、陡峭的峡谷和高耸的瀑布。地球科学家研究我们头顶的高层大气，以及我们脚下深处的地球核心。地球科学家研究地球上大陆一样大的部分，以及像最小的原子一样小的部分。在所有这些奇观中，地球科学家力求理解我们赖以生存的美丽星球（图 1.9）。
由于地球如此之大，科学如此复杂，地球科学家专门研究地球的一个很小的方面。由于所有分支相互关联，专家们协同合作，共同解答复杂的问题。让我们看看地球科学中一些重要的分支。
地质学是研究构成地球的固体物质的学科。任何固体，比如岩石、矿物、山脉和峡谷，都是地质学的一部分。地质学家研究这些物体的形成方式、成分、它们之间的相互作用、它们如何侵蚀以及人类如何利用它们。地质学有如此多的分支，以至于大多数地质学家都成为某一领域的专家。例如，矿物学家研究矿物的成分和结构，比如石盐（岩盐）、石英、方解石和磁铁矿（图 1.10）。
火山学家勇敢地面对火山的高温和熔岩。地震学家研究地震以及造成地震的地球力量。地震学家监测全球范围内的地震，以帮助保护人民和财产免受伤害（图 1.11）。对化石感兴趣的科学家是古生物学家，而将其他星球的地质与地球地质进行比较的科学家被称为行星地质学家。有些地质学家只研究月球。一些地质学家寻找石油，另一些则是土壤专家。地质年代学家研究岩石的年龄，并确定不同岩层的形成方式。地质学中有如此多的专业，以至于你几乎可以想到与地球相关的任何东西，都会有相应的专家（图 1.12）。
海洋学是研究海洋环境中所有事物的学科。地球表面 70% 以上被水覆盖。大部分水存在于海洋中。近期的技术使我们能够到达海洋最深处，但海洋的大部分仍然未被探索。有些人称海洋为最后的疆域。但它已经是人类活动深深影响的疆域。随着人口的不断增长，我们正在以多种方式影响着海洋。过度捕捞导致鱼类和其他海洋物种的数量急剧下降；污染物正在污染水域，温室气体导致的全球变暖正在融化厚厚的冰盖。随着海水变暖，海水膨胀，再加上冰盖融化，导致海平面上升。
气候学家帮助我们了解气候以及它将如何响应全球变暖而变化。海洋学家研究广阔的海洋，帮助我们了解水世界中发生的一切。与地质学一样，海洋学也有许多分支。物理海洋学是研究海洋本身的过程，比如波浪和洋流（图 1.13）。海洋地质学利用地质学研究海洋地震、山脉和海沟。化学海洋学研究海水中的天然元素和污染物。
气象学家并不研究流星，而是研究大气！也许地球科学的这个分支名字很奇怪，但它对像人类这样的生物非常重要。气象学包括研究天气模式、云层、飓风和龙卷风。利用雷达和卫星等现代技术，气象学家致力于预测天气。由于预测技术的更加准确，气象学家可以帮助我们为重大风暴做好准备，还可以帮助我们知道什么时候应该去野餐。
气候学家和其他大气科学家研究整个大气层，大气层是围绕地球的一层薄薄的气体层。大部分大气层位于距离地球表面约 10-11 公里的范围内。地球的大气层比火星的稀薄大气层密度更大，火星的平均气温为 -63° C，而地球的大气层不如金星的浓密大气层，金星的大气层中二氧化碳含量很高，导致金星非常热，上层大气还会降下硫酸雨。地球的大气层密度适中，足以使赤道到两极之间的温差均衡，并且含有足够的氧气供动物呼吸。
在过去的几十年里，研究大气中气体的气候学家发现，人类通过燃烧化石燃料，正在向空气中排放大量危险的二氧化碳（图 1.14）。通常情况下，大气中只含有少量的二氧化碳，而过量的二氧化碳会导致它吸收来自太阳的热量，从而导致地球变暖，我们称这种现象为全球变暖。气候学家可以帮助我们更好地了解气候以及它在未来可能会如何因温室气体和其他因素的不同含量而变化（图 1.15）。
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天文学家已经证明，我们的地球和太阳系不是宇宙中唯一的行星系。到 2007 年，人们已经发现了 100 多个太阳系以外的行星。虽然没有人能确定到底有多少个，但天文学家估计有数十亿个其他行星。此外，宇宙中还有黑洞、其他星系、小行星、彗星和星云。地球对我们来说似乎很大，但整个宇宙要大得多。我们的地球只是宇宙中一个无限小的部分。
天文学家利用地球上的资源来研究地球以外的物理事物。他们使用各种仪器，如光学望远镜和射电望远镜，来观察人眼无法看到的东西。宇宙飞船在太空中长途跋涉，向我们发送来自遥远地方的信息，而轨道上的望远镜则从黑暗的太空中观察天体（图 1.16）。
天文学家提出了各种各样的问题。天文学家可以研究地球以外的物体或能量如何影响我们。小行星的撞击可能会对地球上的生命造成可怕的影响。来自太阳的强大能量爆发，称为太阳耀斑，可以使电网瘫痪或干扰无线电、电视或手机通信。但天文学家也会提出更大的问题。宇宙是如何形成的？是否有其他行星可以供我们居住？是否有我们可以利用的资源？宇宙中还有其他生命吗？天文学也依赖于地球科学，当科学家将我们对地球上生命的了解与在其他星球上寻找生命的可能性进行比较时。
地质学、海洋学和气象学代表了地球科学的很大一部分，而天文学则代表了地球以外的科学。然而，仍然有许多较小的科学分支涉及地球或与地球科学有很大的关联。大多数科学分支在某种程度上都与其他科学分支相连。研究热带雨林中猴子的生物学家必须关注为雨林带来降雨的水循环。她必须了解猴子所吃食物的有机化学，以及猴子之间的行为。她可能会检查热带雨林中树木生长的土壤。她甚至必须了解热带雨林的经济状况，才能理解其破坏的原因。这仅仅是一个例子，说明所有科学分支都是相互关联的。
以下是一些与地球科学直接相关的科学分支的例子。环境科学家研究人类与地球的相互作用方式以及这种相互作用的影响。我们希望找到更好的方式来维持环境。生物地理学是研究生物种群随时间推移在空间上的变化的科学分支。这些科学家试图解释历史上物种迁移的原因。生态学家关注生态系统，即特定地方所有生命形式及其环境之间复杂的相互关系（图 1.17）。他们试图预测生态系统中一个部分受到破坏时可能发生的连锁反应。
与海洋学家不同，湖泊学家研究内陆水域，如河流和湖泊。水文地质学家关注土壤和岩石颗粒之间发现的地下水，而冰川学家则研究冰川和冰。
没有地理学家的探索，这些科学研究都不可能实现。地理学家探索地表特征，并与绘制地图的制图师合作。地层学是地球科学的另一个领域，它研究地表以下的岩层（图 1.18）。这有助于我们了解地球的地质历史。每个兴趣都对应一个科学分支，每个分支都与其他分支相关联。
- 地球科学的三大主要分支是什么？
- 哪个科学分支研究地球以外的恒星和星系？
- 列出地球科学家重要的职责。
- 你认为气象学家的研究重点是什么？
- 一位生态学家注意到一个重要的珊瑚礁正在消亡。她认为这与当地一家发电厂的污染有关。哪种类型的科学家可以帮助她分析水中的污染物？
- 天文学家
- 研究宇宙、星系和恒星的科学家。
- 地质学
- 研究地球的岩石、过程和历史。
- 气象学
- 研究大气、天气和风暴。
- 海洋学
- 研究海洋领域及其所有方面。
- 大气科学
- 研究大气及其变化。包括气象学和高层大气物理学。
- 生态学
- 研究地球上栖息的生命形式、它们的起源及其与上述内容的相互作用。
- 因此，我们必须利用系统科学的方法，才能全面了解地球系统及其整体变化。
- 为什么地球科学如此重要？
- 你最想探索地球科学的哪个分支？
- 我们今天面临的最大问题是什么？哪些地球科学家可以帮助我们解决这个问题？
- 哪些其他科学分支或社会与地球科学相关，并对地球科学至关重要？