专题：地球生物学前沿

地球生物学（geobiology）研究地圈．生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程．地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系．地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化．我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系．但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的．生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环境,这是一个重大科学问题．地球生物学对此作出了肯定的回答．生命与地球的协同演化这一概念符合地球系统科学的总体观,也符合人与自然协调发展的科学发展观．     

生物地球物理:地球物理方法在研究生物地球化学过程中的应用和发展

微生物广泛参与了其所处地质环境的物理和化学性质改造过程.监控微生物与地质介质之间相互作用的过程并了解其机制对近地面环境工程中土壤及地下水污染整治等实际应用有着至关重要的作用.地球物理勘测成像技术不仅能够在传统应用中测量和表征地表以下的物理特性变化,大量直接有效的证据表明这些方法还可以捕获孔隙介质中的生物地球化学变化的动态过程,包括监测微生物、微生物活动以及它们与矿物之间的相互作用.生物地球物理(Biogeophysics)作为勘探地球物理的一个新兴分支学科,包含了微生物学、生物地球科学以及地球物理勘测等多个学科,侧重于研究微生物与地质介质相互作用对地球物理场的影响.过去十几年在生物地球物理领域的研究充分表明和验证了地球物理勘测方法的独特优点(最小化侵入、时空连续及跨尺度运用),并为将传统勘测方法用于探索跨时间空间各尺度的地下生物地球化学动态过程提供了理论及实验依据.本篇综述将系统介绍生物地球物理学科的理论背景、发展和研究前沿.首先讨论微生物及其活动引起的孔隙介质中物理化学性质的变化.其次,将侧重于探讨微生物活动对包括地电法、电磁法、探地雷达以及地震法等不同地球物理场的响应.最后将讨论生物地球物理领域的机遇、挑战和潜在应用.     

地球生物学前沿:进展与问题

地球生物学是地球科学与生命科学的交叉学科,其核心任务是探讨生物与环境的相互作用和协同演化.在分析国际地球生物学的研究进展、中国科学院学部地球生物学前沿论坛成果以及本专辑代表性论文的基础上,本文简要评述了重大地质突变期的地球生物学、地质微生物与全球环境变化以及极端环境地球生物学这三大主题的主要研究进展和存在的科学问题.在重大地质突变期的地球生物学方面,人们已经认识到生命的起源、辐射、灭绝和复苏等重大生命事件的发生与地球深部过程以及受其影响的海-陆-气环境过程密切相关;但对于地质历史时期生物与环境是如何协同演化的,其具体的机制和动力学过程是什么,还知之甚少.在地质微生物与全球环境变化方面,各类地质微生物功能群不仅灵敏地响应地质环境的变化,而且通过元素循环和矿物转变对地质环境产生重要影响;但人们对不同地质微生物功能群是如何通过协同作用而改变地质环境的,还了解得很少.在极端环境地球生物学方面,人们从深海、冰川冻土、地下水、洞穴和热泉等极端环境中发现和分离出一些重要的微生物,并开展了许多生物学的研究;但真正能上升到极端环境地球生物学的研究很少,极端环境微生物的地球化学功能还远未查明.地球生物学将大大拓展生物过程研究的时空范畴,在资源领域和全球变化领域有广阔的应用前景.地球生物学需要多学科的协同研究,包括加强地质微生物的研究,加强生物地球化学循环的数据库建设和定量化模型研究,加强各类典型地质环境条件的研究,加强生物过程与物理化学过程的耦合研究.     

编者按

正地球生物学(geobiology)研究地圈-生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程.地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系.地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化.我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系.但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的.生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环     

生物成矿作用的研究意义

生物成矿概念由来已久,但是真正的研究始于上世纪80年代中期,经过20年的发展,生物成矿学已逐步成为生物学、有机化学、有机地球化学、地层学、矿床学等多种学科相互渗透、彼此交叉的一门边缘学科,是一个全新的并有极好发展前景的科学领域。本文旨在通过大量的资料对比,对生物成矿作用的发展,生物成矿作用的特点,影响生物成矿作用的因素和生物成矿的找矿意义等进行了阐述。     

我们，只有一个地球

生命发展与环境变化 宇宙虽大,却只有一个地球。 相比宇宙150亿年的寿命,46亿岁的地球还算比较年轻。大约在42亿年前,大量陨石撞击地球的动荡局面才结束。逐渐稳定的环境为生命起源提供了可能。根据地球上迄今为止最古老的生物活动痕迹判断,约在38亿年前地球上出现了生命。由单细胞生物到多细胞生物,由原核生物到真核生物,由简单到复杂,从海洋到陆地,生物逐步进化。     

氧循环与宜居地球

氧是影响地球宜居性的重要因素,其与复杂生命体的形成和演化有着千丝万缕的联系.研究全球氧循环有助于我们了解地球系统的演化过程,剖析地质历史时期地球宜居性的形成,从而帮助我们预估地球系统的未来变化.近几十年来,氧循环的研究在地质学、地球化学、地球生物学、海洋科学和大气科学等领域取得了重大进展,这丰富了我们对地球系统的认识.然而,这一系列的研究工作都是在各自领域独自开展的,由此导致我们对氧循环这一关键科学问题的理解较为片面,对地球科学各个圈层之间的相互作用缺乏完整的认识.本文提出了地球系统五大圈层相互耦合的理论框架,阐明了氧循环在地球系统科学中起到的纽带作用,全面总结了多时间尺度上氧循环的研究,特别关注了大氧化事件、大灭绝事件以及大气氧含量和物种进化之间的潜在联系.深入理解地质历史时期氧循环与生物多样性之间可能的联系,对探索地球宜居性的历史演化和未来具有深远的意义.自从进入人类世以来,地球系统在人类活动的强迫下已逐渐偏离其既定轨迹,氧循环也因此产生了强烈的响应.我们认为如果不及早干预,人类活动对氧循环的干扰可能会大大降低地球的宜居性.     

地球:我们的变化着的行星--IUGG动态

本文概述了国际大地测量学与地球物理学联合会(IUGG)的历史发展,介绍了IUGG的近况。IUGG作为一个致力于研究地球及把研究所获得的知识应用于造福人类社会的科学组织,近年来在推动地球科学各相关学科的交叉融合、加强国际合作、关心与帮助发展中国家或地区地球科学的发展以及探讨地球科学未来的发展趋向等方面,开展了许多活动,这些活动对于认识人类赖于生存的、不断变化的行星地球、促进人与自然的和谐相处以及人类社会的发展具有重要的意义。     

生物大灭绝研究三十年

历次生物大灭绝除具有若干共同特征外,各自更存在许多特点,重视和阐释产生各大灭绝的环境差异与不同板块、相区、剖面中不同门类、类群和属种应对大灭绝的适应差异,是深化理解大灭绝的重要内容.化石采集、系统分类和精时地层研究是探索生物大灭绝的根基和关键;从生物多样性的丧失和生态系的变革这两方面来揭示大灭绝后的生物世界;从地球系统学的视角来探索大灭绝发生的复杂机制,重视多种外因(包括古气候,如古温度)的剧变对生命演化的影响.气候变化既可导致生物大灭绝,也可能有利于生物大辐射,笼统地说"由全球变暖或变冷引发大灭绝"是不合适的.就古温度而言,聚焦研究大灾变前的温度,温度剧变的幅度、历程和频率等四方面尤为重要.与其他学科的交叉研究是探索同期环境背景和生物演变的综合途径.大灭绝带给物种的选择压力是通过其自身适应和应对策略体现的,所以,在探索生物与环境的协同演化的同时,也要探讨生物门类之间和物种本身对环境剧变的适应演化.     

地球系统科学

地球系统科学（earth system scierce）是从整体论的观点出发,研究地球这个大系统内具有有机联系的子系统,即各圈层内部以及图层之间的相互作用和运动变化的全过程、形成机制以及可能发生的发展变化趋势。     

华南中二叠统栖霞组海相烃源岩形成的地球生物学过程

华南中二叠统栖霞组海相烃源岩是中国南方四套区域性烃源岩的重要组成部分,对其形成机制的研究具有重要的科学和经济意义.前人的研究成果表明中二叠世栖霞期具有较高的初级生产力和相对缺氧的环境,但是对于高生产力和缺氧环境的形成机制一直存有争议.本文利用地球生物学正演评价的思路,整合研究程度相对较高的四川广元上寺剖面的研究成果,对华南栖霞组海相烃源岩的形成过程进行了阐述.利用现实主义原理,恢复了栖霞期的古洋流格局,认为较高的生产力是海平面上升诱发的赤道上升流的结果,其营养元素来自沿赤道自西向东的赤道潜流.高生产力输出大量有机质而消耗水体中的可溶氧,形成栖霞组独特的古氧相特征.在水体较深的生境型中,有机质经过厌氧氧化作用而被保存,成为栖霞组海相烃源岩的物质基础.地球生物学为研究栖霞组海相烃源岩的形成机制提供了新的思路.     

保护地球环境与“净化”人类生存空间的思考

人类生存环境与可持续发展是当代地球科学领域乃至人类最为关注的问题之一,因为近年来人类生存的空间受到严重破坏。本文通过对当代国际上和我国环境科学的发展与进程,存在问题与前景的概要分析,提出了环境的监测,治理与保护是一个四维空间的问题,而且是各向异性的,并涉及到众多学科领域,地球物理学在四维环境科学研究中在着重要作用,环境科学的综合研究已为必然,环境地球物理学已形成了一个新的学科分支,为了形成一个社会     

人类圈与地球系统

作为最新地球圈层的人类圈和地球系统是现代地球科学中两个重要的基本概念。正确而深刻地认识这两个概念对全球环境变化和持续发展等问题的研究具有重要的意义。目前对它们及其相互关系尚缺乏统一的认识。本文主要讨论：（１）对地球系统的三种理解；（２）人类圈与人类活动、生物圈和智慧圈等的基本区别；（３）人类圈与地球系统的关系，并主张人类圈是现代地球系统中五个地球圈层之一。     

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年，是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物．主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理，以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文．中文版为双月刊，在国内外发行，并由美国地球物理学家联合会（简称AGU）同步发行英文网络版．作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生．     

地球去气作用

利用地质学、天文学、地球物理学、古生物学资料进行约束，对地球的去气作用进行研究发现：太阳系的部分冷物质，通过吸积作用形成早期地球.在碰撞动能转变的热能作用下，造成了早期地球的表面熔融.在熔融状态的高温高压作用下，构成地球表面物质的结晶水排出地表进入原始大气；在高温高压下分解的碳酸盐、硫酸盐、卤化物等产生的二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等气体进入原始大气，和水蒸汽一道共同组成原始大气.当地球内部在重力势能和放射能的作用下继续熔融时，地球表面固化为原始岩石圈.后来，地球除表面岩石圈外，整个地球完全熔融.地球内部物质熔融形成的水和二氧化碳等气体，被岩石圈圈闭.只有当冰川形成和消融，引起造海和造陆作用，导致火山喷发和地震时，这些气体才可能排出地表.这些气体的排出，受地球内部的熔融状态、冰川形成的位置（是在海洋或是在陆地）、生物的演化、太阳光的强度等因素的综合影响.     

2001年地球物理学的一些进展

简要回顾了2001年地球物理学的一些进展。指出在用地球系统科学研究整个地球的结构、演化和动力学过程中，地球物理学作为地球科学中主要提供地球内部信息和资料的学科，将成为地球系统科学研究的一个重要内容。讨论了现在的地球和空间科学研究以及环境监到等地球物理技术在反恐怖活动以及在国家军事方面的重要意义及应用。在21世纪能源危机日益严重的情况下，中国急需进行油气资源的二次创业，而天然气水合物研究是能源研究的一个新方向。     

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年,是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物．主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理,以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文．中文版为月刊,在国内外发行,并由美国地球物理学家联合会（简称AGU）同步发行英文网络版．作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生．     

与集成的地球相连接

在 2 0世纪 70年代 ,宇航员发回了对地球科学具有深远影响的地球照片。以美丽图片所展示的地球 ,吸引着非专业人士和地球科学家 ,可以看作为一个单一的集成系统。那些图片揭示了这个星球的大气、海洋、生物和地质系统之间的关系——提高对这些过程的认识需要一种综合方法。来源于地球科学各个学科的综合技术和信息决定了我们如何能够成功地预测地球过程。地球科学家面临着利用数量不断增长的各类数据和对超出人类时间尺度变化的数据进行分析的挑战。对地球过程的理解可以为我们提供减轻我们的行为对地球所造成的影响的工具 ,以及通过优化利…     

土壤-微生物-植物系统中矿物风化与元素循环

土壤是地球关键带的重要组成部分,土壤-植物系统是连接岩石圈、生物圈、大气圈和水圈的纽带.土壤作为地球上生物多样性最丰富的生境之一,在地球表层生物地球化学过程中担负重要的作用.本文主要从地球生物学的角度来探讨土壤生物在地球表层(风化壳)岩石矿物风化、物质转化与运输中的作用及其相关机制,包括土壤微生物对岩石矿物的风化,以及土壤-根系的相互作用和土壤-微生物-根系相互作用对岩石矿物风化的影响.     

海相碳酸盐烃源岩评价的地球生物学方法

中国前侏罗纪海相烃源岩评价的难点,在于其通常处于高-过成熟阶段,因而多数传统评价方法不适用.唯一常用的参数TOC（%）,在用于评价碳酸盐岩烃源岩时,其下限值在国内尚有争议.本文旨在寻找另一种途径以补充对此类烃源岩的传统评价方法,为此研究了中上扬子地台及黔湘桂盆地的19个显生宙剖面.我们应用了地球生物学途径,以追踪从生物生活阶段（初级生产力）到死后沉积阶段,再到埋藏保存阶段,有机碳（OC）的产出聚积.应用了四个生物学与地质学的参数,以代表上述三阶段有机碳的产聚状况.本文讨论了上述参数的一系列替代标志,并予以综合,从而建立了与TOC及其他传统方法评价不同的地球生物学评价体系.我们以四川广元剖面为例,进行了地球生物学评价.结果显示,碎屑岩中用地球生物学方法得出的优质烃源岩与高TOC烃源岩一致;但在碳酸盐岩中,地球生物学参数所选中的烃源岩,其TOC范围很广,为0.03%~1.59%,多数小于0.3%.因此我们认为,目前将华南前侏罗纪碳酸岩烃源岩的下限设为0.3%或0.5%,尚有可以进一步商榷之处.