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这些神话传说的真实性难以考证，但至少反映了人类对远古历史所流传下来的朦胧记忆或对环境变化所持的信念。
人类对环境演变的认识更多地是来自于对周围自然环境的观察与总结。
古希腊时期的Xenophanes（BC614）被认为是西方世界最早注意到陆地上存在海洋蚌壳并提出海陆变迁思想的人，亚里士多德（BC384,322）也认为海陆是按着一定规律周期性变化的。
在宗教统治的中世纪时期，西方世界中关于海陆变迁的思想因为与《圣经》中关于创世纪的记载相矛盾而被为期150天的诺亚洪水论所取代。
直到文艺复兴时期，海陆变迁的思想才又被达?
芬奇（1452,1519）根据意大利北部岩石中所见到的螺蚌重新提出，并引发出延续数百年的海陆变迁说和洪水说的辩论。
我国科技的发展没有经历西方中世纪的黑暗时期。
在相当于西方希腊罗马时期之后就开始了漫长的向近代科学转变的过程，尽管一直没有产生出现代概念下的科学，但许多思想在当时都处于世界先进水平。
追求天人和谐、与自然共生、以主动的适应环境为特色的人地关系思想是中国古代地理学思想的精髓。
在环境演变方面，我国古代学者做过多方面的观察与研究，有些方面对现今的研究仍具有借鉴意义。
例如，在环境变化规律及人与环境的关系方面，战国末期的《吕氏春秋》中对气候异常的特点及对人类的影响就有规律性的概括，如:
“孟春行夏令，风雨不时，草木早槁，国乃有恐。
行秋令，民大疫，疾风暴雨数
第1章地球系统科学与全球变化研究2至，藜莠蓬蒿并兴。
行冬令，水潦为败，霜雪大挚，首种不入。
”《吕氏春秋》同样注意到人类活动对自然的破坏及保持自然平衡的重要性，指出“竭泽而渔，岂不获得，而明年无鱼;
焚薮而田，岂可不得，而明年无兽。
”
在研究方法上，例如北魏的郦道元在《水经注》中采用史料记载与实地考察相结合的方法，系统地研究了我国河湖水系演变的历史及原因;
北宋的沈括通过将古地图上的水系与水系现状进行对比研究水系变化;
元代的于钦利用古河堤推断古河道的位置;
明代的杨慎和清代的刘献庭分别从古今物候的差异推断气候变化。
这些工作均充分地体现了作为重建环境演变历史基本方法的“将今论古”思想，至今仍有重要的科学价值。
清代姚觐元等利用涪陵石鱼题刻资料总结出石鱼“或三、五年或十余年一出”的结论，实质上是关于长江枯水位周期变化规律的探讨。
二、过去全球环境变化研究的兴起
全球变化的概念是20世纪80年代才提出的，但与全球变化有关的某些科学思想及全球变化的某些研究内容却可以追溯到19世纪早期至20世纪初期，与地质学和自然地理学等学科的发展同步。
最初是从对过去环境变化研究入手的，主要是依据地质时期全球变化所形成的残余信息推断过去全球环境变化的历史，对导致全球变化的具体过程很少涉及，有关成因机制的解释多带有假说的性质。
科学的全球变化研究的开始首先表现在一系列研究原理与方法的建立方面。
由莱伊尔（CharlesLyell,1797-1875）所发展完善的均变论（Uniformitarianism,PrincipleofUniformity）
为地质学、以及过去全球变化研究提供了最基本的原则。
这一思想被后人概括为“现在是过去的钥匙（Thepresentisthekeytothepast）。
”Gressly（1838）的相（facies）概念和Walther（1893,1894）的相对比定律（WaltherLaw）在环境状态与状态的产物之间建立其联系。
古脊椎动物学的奠基人居维叶（GeorgesC.L.P.Cuvier,1769-1832）于1812年提出的“部分相关法则”为根据残存的环境信息复原环境提供了理论依据。
居维叶在环境变化的方式上持突变的观点，与以莱伊尔、达尔文等为代表的渐变论相对立。
若干重要发现证明了过去全球变化的客观存在。
如阿伽西（LouisAgassiz,1804-1873）的大冰期理论（1837）首次把冰川的进退与全球性的气候变化及生物变化有机地联系了起来，并说明了地球上气候可能变化的程度;
而A.彭克（AlbrechtPenck,1858,1945）等的四次冰期模式（1909），证明全球性的气候变化曾发生过多次。
在环境演变的成因方面，米兰柯维奇（MilutinMilankovitch）从天文因素出发对冰期的成因予以解释（1920）。
达尔文（CharlesDarwin,1089,1882）在其著名的《物种起源》（1859）中阐述了以均变论为指导思想的生物进化论，揭示了生物演化的规律。
魏格纳（AlfredWegener,1880,1930）提出了关于地壳演化规律的大陆漂移说（1912）。
这些理论或假说对发生在地球上的全球变化的可能原因给予解释，但未能说明全球变化发生的具体过程。
虽然早在古希腊时期，柏拉图就已注意到人类毁坏森林、水土流失、泉水枯竭等后果。
但在进入近代地理学时期以后人们才真正开始有关人类活动所导致的环境变化、以及环境变化对人类影响的科学研究。
近代地理学的创始人洪堡（AlexandervonHumboldt,1769,1859）、以及美国的乔治?
珀金斯?
马什（GeorePerkinsMarsh,1801,1882）、俄罗斯的沃
第1章地球系统科学与全球变化研究3耶柯夫（AleksandrIvanovichVoeikov,1842,1918）等都曾十分注意人类活动导致的水土流失、土地退化等地表景观变化问题;
本世纪初，瑞典化学家SavanteArrhenius（1903）不仅指出在地质年代中CO对地球气候有调节作用，而且提出，煤的燃烧能导致大气圈的全球2
变暖，首次论证人类活动导致全球变化的可能性。
从洪堡、拉采尔（FriederichRatzel,1844,1904）开始，许多地理学家就把城镇、村落、田地和作物等人类活动的产物看作为一种景观要素（文化景观），德国地理学家奥托?
施吕特尔（OttoSchlü
ter,1872,1952）十分注重研究人类活动所引起的自然景观被文化景观替代的变化过程（1920，1928），他运用地名、史前文物的发现、历史上的著作，研究了公元500年前后中欧原始景观的重建和创立文化景观的殖民化过程，并在一幅地图上用浓淡不同的几种颜色表示清除森林的历史次序。
在环境变化对人类的影响方面，18世纪末至19世纪初，英国的马尔萨斯（ThomesRobert
Malthus,1760,1834）发表了著名的《人口论》（1798），指出了以几何级数增长的人口与以算术级数增长的粮食之间的必然矛盾，这实际上阐述了一个在一定的生产技术水平下环境对人类的承载能力问题。
20世纪初期俄罗斯的沃耶柯夫关注气候对作物产量的影响问题。
以亨丁顿（EllsworthHuntington,1876,1947）的研究为代表的地理环境决定论者中有许多人讨论了环境变化对人类社会的影响的问题，亨丁顿在《亚洲的脉动》（1907）一书中认为气候干湿变化引起北方民族阶段性的向中原扩张。
1930年代以后，大陆漂移说、米兰柯维奇假说、地理环境决定论等许多思想因缺乏证据等原因而遭到冷落或批判，长期处于沉寂的状态。
三、地球观的变革与地球系统科学和全球变化研究
20世纪60,70年代以来，地球科学研究的重大进步和伴随着世界经济快速发展而出现的严重资源与环境问题，促使人类的地球观发生革命性变革，并对地球科学研究和人类与自然环境关系的行为产生深刻影响。
这种变革主要表现在以下四个方面。
（一）地球是一个有机联系的整体
19世纪初期建立起来的近代地球科学是以圈层为研究对象的，如研究大气圈的气象学、研究岩石圈的地质学、研究大洋的海洋学等，人们试图通过逐一解剖地球的各圈层的每一细节而认识整个地球。
但人们通过对地球各个组成部分长达一百多年的研究之后，于近几十年更明确地认识到自然过程不仅仅局限在地球的各个圈层内部，而且也发生在各个圈层之间，地球的各个组成圈层是相互联系的，每一个圈层在接受其它圈层影响的同时，也对其它圈层产生作用，各个圈层之间以一定方式相互作用组成更为复杂的系统，从而真正认识到地球是一个有机联系的整体。
对地球系统思想的形成具有里程碑意义的科学事件包括:
1896年瑞典的化学家SvanteArrhenius从温室效应的原理出发首次做出了如果大气CO加倍2将使地球温度增加（近5?
）的气候预报;
1926年WladimirI.Vernadsky提出了生物圈的概念，指出地球表层最强的化学营力发生在地球的生物圈内;
1960年代，魏格纳（1912）提出的大陆漂移说复活并与海底扩张说一道发展成为板块运动理论，使得与岩石圈演化有关的一系列地质现象得到了相互关联、协调一致的解释，第一次成功地回答了“地球是怎样
第1章地球系统科学与全球变化研究4活动的”问题，成为地质学的一次革命;
1979年在日内瓦召开的第一次世界气候大会上，“气候系统”的概念被全面接受，并被理解为:
气候系统由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈组成，气候变化是上述圈层综合作用的结果。
20世纪80年代中期提出地球系统的概念，地球系统是这些相互作用着的复杂的子系统的集合，而不是单个组成部分的堆积。
与之相对应，科学研究呈现明显的综合与交叉的趋势，以圈层为基础的地球科学研究正在向基于地球系统的综合研究转变，并因此产生了被认为是21世纪地球科学突破的方向所在的地球系统科学。
（二）地球是一个以变化为特征的行星
20世纪60年代末、70年代初，随着放射性同位素、古地磁、稳定同位素和深海钻探、冰芯获取等技术应用于过去环境演变研究之中，解决了绝对年代测定、连续沉积序列的获取以及环境定量标定等一系列问题，并获得了一系列革命性的重大发现，来自深海沉积、巴巴多斯珊瑚礁阶地和东欧黄土和古土壤序列的研究结果，为米兰柯维奇理论提供了证明，对第四纪期间长尺度全球变化的认识得到进一步深入。
在相当长的时间内，人们普遍认为地球环境的变化只在地质时期存在长时间尺度（指用来计量一个过程或一种环境状态的基本时间单元）的变化，而在短尺度上的自然地理环境并不存在变化，20世纪初气候学家就认为气候是不变的，用一个地区30年的气象记录的平均值就可以代表该地区的气候状况。
60年代末、70年代初全球性的气候异常及其所造成的严重社会后果，促使人们关注短尺度气候变化问题的研究。
对短尺度变化问题认识的深入是60年代以后全球变化研究的另一个重要进步。
不同时间尺度的全球变化使人们认识到，地表环境的变化是地球系统自身的一个特性，这种变化跨越了从年际以下到数十亿年的各个时间尺度，自地球诞生以来一直延续至今从不停止，地球环境有着多种的平衡状态，“变化”作为地球的重要特征进一步被地球科学研究者所认识。
（三）人类正在成为全球环境变化的驱动力
工业革命以来，特别是20世纪中期以来，在世界范围内的经济发展的同时，出现了日益严重的环境污染和一系列公害事件、由全球气候异常而造成的全球粮食问题以及资源危机，人口、资源、环境与发展的问题尖锐地提到全人类面前。
人类活动所导致的环境变化、以及环境变化对人类影响问题的科学研究自20世纪60年代以来受到特别重视。
从1970年代开始，土地荒漠化、水土流失、森林锐减和物种灭绝等一系列与人类密切相关的土地利用问题受到高度重视。
1970年代中期人们在南极发现较大范围的臭氧洞，此后发现其有不断加深的趋势。
1980年代中期，英美科学家基于大量现代气象台站的观测记录指出了全球变暖趋势，并倾向于主要将其归结于人类活动的影响，特别是人类在近100多年来向大气排放的大量温室气体的影响。
从1970年代到1980年代，国际上对全球问题的关注从环境污染扩大到更为广泛的领域。
1982年7月美国国家宇航局在WoodsHole召开的一次专题讨论会上，哈佛大学教授R.Goody提出:
“人类居住在以变化为特征的行星上„这是一个罕见的时间，
第1章地球系统科学与全球变化研究5一个物种，即人类己有能力在全球的规模上改变其环境，而且可在其单个成员一生时间内办到”（T.F.马隆，J.G.罗德尔主编，1990）。
他的讲话指出了进行“全球变化”研究的原因，也说明了人类开始“全球变化”研究的时机。
至此，人们已清楚地意识到，人类本身有意和无意的行为已有使地球环境趋向恶性发展以至于达到不可收拾的可能，人类活动所引起的环境变化已不再是局地性问题，人类正在以各种连自己还没能认识得很清楚的方式，根本性地改变使生命得以在地球上存在的各种系统和循环，人类造成的变化甚至超过了自然变率，其范围和影响赶上了许多巨大的自然强迫作用（SteffenW,EliottS，2004）。
人类成为了继太阳能、地球内能之后的驱动地球系统变化的第三大营力，成为引起环境变化的一个重要因素。
原本一直处在变化之中的自然环境与人类活动引起的变化相互叠加，会对人类产生更大的影响。
正因为如此，诺贝尔获得者Crutzen等（2000）建议命名“人类世”这一新的地质世，更是反映了重视人类活动在全球变化中的作用的地球观。
对人类赖以生存环境的关注，是推动全球变化研究的一个巨大动力，全球变化规律及人类在全球变化中作用成为关注的热点。
（四）可持续发展观
在20世纪初以前的绝大多数时期，认为自然环境是人类历史与社会发展决定性因素的地理环境决定论一直占统治地位。
自20世纪20、30年代之后，长期占统治地位的地理环境决定论受到激烈的批判乃至全盘否定，但同时也助长了虚无主义的无定论和极端的人定胜天论的发展。
地理环境决定论和“人定胜天论”两种从表面上看来截然对立，实际上却都是以人为中心的，且基于共同的地球观，就是，自然环境具有无限的资源供人类开发利用，自然环境是稳定不变的，不仅自然环境本身不会改变，更不会因人类的开发利用而发生变化。
直到20世纪60年代之后，人类活动所导致的环境问题和资源问题日趋显著，在检讨现代的资源、环境等诸多问题产生的主要原因时人们才认识到，地球的空间与资源都是有限的，地球的平衡状态具有脆弱性，人类的生存与发展终要受到地球资源供给能力的有限性与自然系统本身的脆弱性的制约，人类不能超越这种限制，更不能改变地球系统本身的运行规律和条件。
人类在考虑如何满足自身发展需求的同时，也必须确保地球系统自身的稳定，目前人类的生产和生活方式加剧了自然环境的脆弱性和有限性，是不可持续的，为此，可持续发展、人地和谐的自然观等思想由此产生，并开始指导人们未来的发展行为。
总之，人类的需要与科学发展是全球变化研究兴起的两大动力，人类的需要与科学发展的可能相结合，极大地促进了地球系统科学和全球变化研究的发展，并使其迅速地发展成为一个跨越众多地球分支学科界线的独立学科。
四、全球变化研究的意义
研究全球变化的理论和现实意义主要表现在以下几个方面:
（一）全球变化研究是人类社会实现可持续发展的科学基础
当今人类正面临着有史以来最为严重的危机，这种危机是全球性的，这种危机不仅仅是人口爆炸、资源短缺、环境污染，更为严重的是地球整体功能的失调、紊乱，是人类赖以
第1章地球系统科学与全球变化研究6生存的全球环境的变化，全球变化是人类面临的一个客观现实，已经在我们的周围悄然发生，并正在改变我们的生存空间，人类要想完全改变全球变化的趋势，至少在数十年的时间里是做不到的，开展全球变化研究是人类社会所面临的挑战。
全球变化研究，不仅考虑其科学内涵，更关心如何与生存空间的可持续发展紧密地结合起来，为人类社会的可持续发展提供科学背景和依据（WillSteffen，2004）。
在进一步加强地球系统规律性的内容研究的同时，更加强调关注社会问题，加强地球环境对人类活动的影响及社会经济对全球变化的适应性研究。
未来的可持续发展必须与对未来环境的变化有机地结合，可持续性是人类适应全球变化的准则，人类对环境的适应必须符合可持续性。
全球变化研究是实现可持续发展的科学基础，其所取得的科学认识是对可持续发展的重要科学贡献（GisbertGlaser，2004），致力于解决有碍可持续发展的地球系统的变化是全球变化研究的发展方向。
（二）深化对地球系统的认识，促进地球系统科学发展
地球系统是全球变化研究的科学基础。
全球变化研究从整体上认识动态变化的地球系统，与传统的以地球的单个圈层为对象的地球科学的分支学科体系有本质的不同，这样的认识体现了人类对地球系统认识不断深化的需求。
随着全球变化研究的深入，人们会对地球系统有更深刻、更全面的认识。
全球变化研究表现出强烈的学科交叉的特点，构成了新的学科生长点。
全球变化研究对所有的传统地球科学学科都是机遇，也是挑战。
以地理学为例，在过去的100多年里地理学的区域性被过分的强调，忽略甚至排斥对时间问题的研究，使得区域研究成了一种静态的描述。
在相当长的时间内，与时间有关的地理学问题长期未受到应有的重视，很多地理学家认为自然环境的变化是地质时期的事情，并不认为现代自然地理环境存在着变化，一些与时间有关的地理学科如历史地理、古地理在学科归属的问题上也遇到麻烦，似乎只有历史学家、考古学家、以及地质学家才有资格研究过去时期的地理学问题。
全球变化研究的兴起也为地理学的发展提供了新的机遇。
全球变化研究以地球系统思想为理论基础，在认识上，与地理学一贯强调的综合性思想相对应;
在研究领域上，与自然地理学有很强的相似性，有人甚至称正在进行的国际地圈生物圈计划的研究计划如同一部自然地理学大纲。
全球变化研究强调在观测分析与模拟基础上的过程研究，通过深化对地球系统过程的认识，来增进对地球系统各主要要素的相互作用的认识，正是地理学所一直关注的、但同时也是十分薄弱的环节，远较自然地理学基于现象对应关系的相关研究更深刻。
当前全球变化研究的一个重要特点是重视人类活动所导致的全球变化和全球变化对人类的生存与发展的影响，把人类活动看成是全球变化的驱动因子之一，同时把全球变化看做是实现可持续发展的科学基础，这正是作为地理学核心的人地关系研究的具体体现。
总之，全球变化研究必将强化地理学的综合传统、生态传统，强化地理学的时间维研究、过程研究，推动地理学的观念的变革和研究方法的更新。
使得地理学在时空耦合的综合观念的指导下获得进一步发展。
地理学，特别是自然地理学，应以全球变化研究为契机进行革新:
从建立在圈层基础之上的部门自然地理学转变为建立在地球系统之上的普通自然地
第1章地球系统科学与全球变化研究7理学，从描述（形态）的自然地理学转变为基于过程研究的自然地理学，从静态的自然地理学转变为动态变化的自然地理学，从无人的自然地理学转变为包含人的因素在内的自然地理学。
全球变化的地理学研究意味着从时间维认识地理环境的过程、区域特征的形成、以及人地关系等问题，建立起地理科学是时空耦合的综合科学的观念，从而全面完整地认识地理学。
（三）改变人类的观念、促进应用基础科学和有关社会科学的发展
举例来说，全球变化研究有助于人类对资源、自然灾害等概念认识的深化。
从全球变化的观点来看，资源是动态变化的，是有限的，其可更新性是相对的，对资源的过度、掠夺性开采和高消耗浪费，必然引起环境的恶化，产生灾害性的后果。
这些认识必将促进人类生产和消费观念的变革，促进与资源、环境、灾害等有关的应用基础学科的发展。
全球变化也关注全球变化对环境影响、社会影响、以及对策和政策评估研究，这些研究会促进有关决策科学的发展，提高人类应付全球变化的能力。
人类是大地的产物，依赖于自然地理环境而生存。
地理环境作为一种不以人的意志为转移的客观因素伴随于人类社会发展的始终，对人类的发展进程产生深远的影响，并在人类社会的历史中留下深刻的烙印。
因此，大哲学家康德说:
“地理是历史的基础”。
研究过去全球变化的重要意义之一，在于其有助于考古和历史文化现象的解释。
如北美洲的印第安人的祖先来自亚洲，他们所以能够从亚洲迁徙到美洲，是由于最后冰期时期海平面下降导致白令海峡出现陆桥，成为联系两个大陆的通道。
另一方面，全球变化意味着人类赖以生存的资源的变化，构成了文化变化的驱动力，世界文明古国的兴亡、中国历史上的兴衰等有些难以从社会因素来解释的现象，可能从环境演变的角度找到原因。
第2节全球变化的科学内涵
一、全球变化的科学含意
“全球变化”（GlobalChange）是指由自然和人为因素引起的、影响地球系统功能的全球尺度的变化。
全球变化跨越了不同的时间尺度，既包括发生在全球尺度上的系统性变化，也包括由局地尺度上相同类型的变化累加而成的累积性变化。
气候变化是全球变化最重要的表现之一，但全球变化不仅仅是气候变化，其内涵比气候变化丰富得多，许多自然和人类活动驱动的地球系统的变化能够在任何气候变化都不参与的情况下产生显著的后果。
全球变化即包括自然驱动的变化，也包括人类活动引起的变化，由于人类活动对环境影响程度的日趋加剧，人类活动具有改变地球系统运行状态潜在可能，人类活动可能驱动着全球变化中的某些过程，人类活动的过程，在规模和影响上已与某些巨大的自然营力相当，且许多在加速变化，在自然变化之上，能够清楚地识别出人类活动导致的地球的陆地表面、海洋、海岸带、大气的变化，以及生物多样性、水循环和生物地球化学循环的变化，地球系统正在已前所未有的方式变化着。
阈值和突变是地球系统动力学的突出特点，当全球变化超过某一临界值时，则可能在短时期发生从一种状态跳跃到另一状态的突变。
全球变化在改变人类赖以生存的资
第1章地球系统科学与全球变化研究8源环境的同时，也对社会经济产生深刻的影响。
具体而言，全球变化的科学内涵可以从以下三个方面来理解。
（一）以地球系统为基础
在全球变化中，全球的含义包括空间规模上的全球尺度和思想认识上全球观点两个方面。
所谓全球尺度是指过程或事件本身的空间尺度大约相当于地球半径以上，或虽然过程或事件本身的空间尺度没有达到上述规模，但其影响却是全球性的。
全球变化研究从地球系统的思想出发，集中研究那些把系统中所有部分紧密地联系在一起的、并控制着地球系统变化的过程和机制，而不是孤立地把地球的某一圈层和某一地区的现象或过程作为研究的中心。
因此，以地球系统的概念为基础的全球变化显著地有别于那些建立在对地球各圈层研究基础之上的地质学、大气科学等地球科学的传统分支学科，全球变化研究超越了各分支学科的界限，是建筑在各分支学科基础之上的交叉研究。
（二）以发生在各种时间尺度上的动态变化为核心
地球系统是一个具有多个稳定状态的系统，不同状态之间的变化是地球系统的固有特
0征。
全球环境变化自地球诞生以来一直延续至今从不停止，这种变化跨越
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