绪 论
地球是人类在宇宙中生存、发展的唯一家园。地球科学是研究地球系统并预测其未来行为的唯一科学。
1．地球科学的研究对象、内容和任务
地球是宇宙中正在运动和演变的一颗星体，她独特的圈层结构和地表环境成为人类赖以生存和发展的唯一家园。因此，了解和研究地球是人类的共同愿望。在六大基础自然科学（数、理、化、天、地、生）之中，地学是不可缺少的重要环节。
地球科学以整体的地球作为研究对象，包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围，是由固体地圈（包括岩石圈、地幔和地核）、大气圈、水圈和生物圈（包括人类本身）组成的一个开放的复杂巨系统，称为地球系统。地球系统内部存在不同圈层（子系统）之间的相互作用，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。因此，地球科学是一个庞大的超级学科体系群，根据实际研究的不同圈层范围、内容特色和服务目的，传统上划分出众多的一级和二级学科分类体系（表0-1）。
上表的第Ⅰ栏中，大气科学研究大气圈的组成、结构和气候过程；海洋科学研究水圈海洋部分的物理、化学、生物现象的运动过程；地理科学研究地球表层的地理环境及其发展演变规律；地质科学研究地球的物质成分、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。其中，后两者都涉及地球的物理、化学、生物作用过程和不同圈层之间相互关系，具有更高的综合性。第Ⅱ栏反映了地学与其他基础科学之间的交叉渗透关系。第Ⅲ列出了为人类直接服务的地球科学分支学科。应当说明，不同栏中列出的学科内容是互相有关或重叠包容的，例如第Ⅲ栏中的许多实用性分支学科也是地理科学和地质科学的研究范畴，第Ⅱ栏中的地球化学与第Ⅰ栏中的所有科学都有密切关系。
20世纪后半叶，地球科学各级分支学科和边缘学科雨后春笋般地大量涌现，显示了地球科学与人类生产、生活的需求关系日益密切，推动了研究领域广度和深度不断发展。但随着人们对地球系统的物理、化学、生物作用过程以及不同圈层之间的相互作用关系了解日益增多，越来越意识到过细的专业划分和彼此分割的单学科研究无法解决人类面临的资源、环境、灾害等重大问题。
80年代初期，我国著名学者钱学森（1983）提出了建立地球表层学的设想。“地球表层”是指岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的相互交错、渗透部分，大体相当于自岩石圈顶部（大陆地表往下5～6km，海洋往下4km）至大气圈平流层（同温层）底部（地表往上约20km）之间的范围，是地球上与人类活动关系最密切的地理环境。因此，地球表层是地球圈层结构中的特定部分，与周围的地球圈层其他部分之间存在物质-能量交换关系，本身也构成一个开放的复杂次级巨系统。地球表层学就是研究这样一个复杂的物质体系的学科，是一门跨地理学、地质学、气候学、工农业生产技术、技术经济和国土经济学的新学科。
国际上近年流行的地球系统科学诞生于80年代中期。地球系统科学强调地球的整体概念，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈看成是具有有机联系的“地球系统”，把太阳和地心作为两个主要的自然驱动器，人类活动作为第三促动因素。发生在地球系统中的重大全球变化是在上述三个力的作用下，通过物理、化学、生物过程相互作用的结果。因此，地球系统科学同样反映了更高层次的学科间大跨度交叉渗透特征，是当代地球科学进入一个重大转折时期的标志，因而受到普遍重视。联合国21世纪议程更认为，地球系统科学是可持续发展战略的科学基础。当然，地球系统科学并不能代替传统地球科学各分支学科的自身发展，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。
地球科学的根本任务，是正确认识地球系统的基本特征和自身发展规律，合理地开发利用自然资源，保护和改善生存环境，有效防治自然灾害，协调人与自然的关系，为人类社会的可持续发展服务。