地幔流和板块运动

地幔粘度变化和板块运动的新资料暗示,作者以前的关于驱动和阻止板块构造的力的理论需要修改。在地幔中,与板块运动有关的流动可能遍及整个地幔,而不是几乎完全在地幔顶部的薄的软流层中。本文的第一个任务是计算作用在半球板块上的粘滞转矩,该转矩是由在板块边界之下地幔中的垂直点力产生的。这个原始问题是足够简单的,即使软流层和中间层的粘度给的不同时也是这样,并允许使用一系列有关的球谐级数项来计算。它表明:岩石层和软流层中的力是作用于板块上的转矩的主要来源,特别是当软流层粘度低的时候;按早先给定的项数给定截断项数时,会严重地低估软流层中力的作用。这些结果被用来指导如何近似地取更真实的边界条件。对于真实边界条件,用前述原始问题相同的方法,精确计算将太费时间。第二个任务是估计驱动和阻止地球板块运动的实际转矩。它包括“洋脊推力”驱动机制的重新计算,该机制给出围绕地心的总转矩为零,它与Archimedes原理一致,而同Davis和Solomon的新近结论相反。重新计算不影响仍具有非零合力的“下插板块拉力”,其主要部分被板块系统相对于平均中间层的非零平均角速度平衡(本文认为,在中间层中存在“热点”)。这个角速度与观测资料符合得很好,对于驱动中未用的资料,它也给出了一个近似检验。对于每一板块帮发现了驱动转矩和阻止转矩之间的不吻合。本文提出的方法比其它已知的最佳的方法吻合程度要好一些。两者的共同结论是“下插板块拉力”应该对年龄和速率加权;最重要的阻力是整个板块区下方抗剪切流的粘滞阻力,而不是早期著作中所说的俯冲带的局部摩擦。     

现代地球系统科学——可持续发展战略的科学基础

人类的发展战略正在发生根本性地转变,用可持续发展战略代替以传统工业为基础的发展战略已成为国际社会的共识。讨论了现代地球系统科学及其与可持续发展的关系等问题,认为在现代地球系统演变过程中,全球环境是基础,人类圈为主导;现代地球系统科学是可持续发展战略的科学基础;实施可持续发展战略必须协调人类圈和全球环境的关系等。     

人类圈·智慧圈·人类世

文章讨论了人类圈、智慧圈、人类世及其关系。作为独立地球圈层的人类圈是以人类为自然实体的地球圈层,它是由需求圈、技术圈和思维圈构成的统一整体,它的研究拓宽和加深了人们对地球以及地球科学概念的理解,对推动人地关系的协同共进有着重要的意义。智慧圈强调智力在现代地球演变中的巨大作用,这是重要的,但狭义智慧圈只是人类圈的一个构成部分,而广义智慧圈则是人类地球的一种可能的未来状态。人类世强调人类在地质和生态中的核心作用,这也是重要的,但作为新的地质时代,它是否能在科学上站得住脚,还需要进行论证。     

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。     

最新的地球圈层──人类圈*

把人类作为最新地球圈层来研究是地球科学中一个重大理论问题。文中从人类圈的内涵、功能和结构、演化的主要阶段以及提出人类圈的主要依据等方面论证了人类已成为地球的最新圈层。接着论述确认最新地球圈层的重大意义:拓宽对地球系统的认识,将地球系统科学从纯自然科学推进到跨自然科学和社会科学两大领域的现代地球系统科学阶段,以便从现代地球系统结构演变的角度来讨论全球环境恶化的根源及可持续发展的基本条件等问题。     

地球进化三定律与持续发展研究

地球是个有机整体，该整体不仅在不停地运动和变化，而且还在不断地进化，这种进化有其固有的规律。当前，由人类圈和全球环境构成的现代全球系统正处在新的突变期。为此，把现代全球系统演化同地球长期进化联系起来研究，对克服全球问题和实现持续发展是十分重要的。本文主要讨论地球进化的阶梯式上升（ｓｔｅｐｐｅｄｒｉｓｅ）、循环形式递增（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｓ）及进化与条件优化相依（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）三定律，以及该三定律与持续发展的关系。     

地球表层系统非线性演化模式

本文运用结构、功能和历史相结合的系统方法,研究地球表层系统的环境、演化分期及各演化期的形成,提出一个强调突变在演化中起重大作用的地球表层系统非线性演化模式。     

人类圈与全球变化

全球变化是国际科学界和各国政府密切关注的重大课题。由于它异常复杂,其中许多重大理论问题还有待探索。本文把全球变化与人类圈的研究联系起来,用人类圈与其它地球圈层关系的演变来解释当今的全球变化,主要讨论(1)全球系统与地球系统的联系与区别;(2)地球的最新圈层:人类圈;(3)当代全球变化的性质、原因和前景。     

当代地球系统的突变性质与确立“人法地”文明观

现代地球系统即为包括人类圈在内的五元地球表层系统。自本世纪５０年代以来,它已进入了一个具有突变性质的新时期,本文从变化速度,逆向巨变,较低水平人类圈的迅猛膨胀和确立“人法地”文明观等方面分别讨论了这一重要时期的表象,实质,根源和前景。     

板块运动驱动力的大小

以全部岩石圈板块处于动力学平衡为条件,可估计贡献给板块运动的各种驱动力的绝对大小。本文采用的方法是,先从已知参数估计出洋脊推力和下插板块拉力,然后解所有板块这些力的转矩的平衡方程。洋脊的推力是根据洋底年龄、海洋板块的深度和厚度,以及横向密度变化来估计,而下插板块的拉力是根据下行板块和周围地幔的密度差、下插板块的厚度和长度来估计。目前,计算的结果表明下插板块的拉力大约比洋脊推力大五倍;然而,具有短而浅的下插板块,但洋脊长的北美和南美板块似乎是由洋脊推力驱动。作用在太平洋板块上的下插板块拉力超过全部下插板块拉力的40％,作用在太平洋板块上的洋脊推力在所有板块中是最大的,地幔曳力与下插板块拉力和洋脊推力的和之间的高相关性使估计绝对纯驱动力变得困难。然而,下插板块阻力对抵消板块驱动力的贡献比地幔曳力的贡献似乎更大。根据应力估计,发现高应力集中在下行板块的前沿。