地球科学

地球科学，亦称地科（地学），是指一切研究地球的科学，是行星科学的专门分支。其实其他各学科本身通常就会以物理、地理、地质、气象、数学、化学、生物的角度研究地球。它和人类的生活息息相关，人们手上所戴的黄金饰品和钻石，都是来自地球的矿产资源；盖房子所用的砂、石、水泥，其原料也是来自地球；所吃的鱼虾，大都取自海洋；气温的变化影响生活甚巨；天体的运行，也时时刻刻影响着我们。因此，地球科学是一门很基础、很重要的学科。地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。以陨石撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降低。因此，看似简单的天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣。

## 学科特性

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地球科学具有注重野外调查、时空范围、强调地域特性和广大的整合性，分述如下：

### 强调野外调查或观测

野外调查或观测是研究地球科学的首要工作，调查岩层分布、记录天气变化、观察潮汐起落和观测星星、月亮、太阳等，都属野外调查。经过详细的观察、分析、归纳，整理出地球科学的理论。所以，野外调查为研究地球科学最基本的工作。

有些大自然的变化，所进行的时间很长，影响范围很广。如果学者想在实验室模拟自然界的现象时，便受到很大的限制。所以他们常在户外进行调查，所需要的时间，通常是非常久的。

### 时空尺度范围广大

地球科学探讨事物所用的时空尺度范围很广，地表的天气现象分秒之间瞬息万变，所用的时间单位小至分、秒；而星球从诞生到灭亡的过程，则以数亿年计，因此时间尺度从秒、分、时乃至数亿年，皆有例可寻。而在电子显微镜下观察，矿物晶体中各原子间的距离较适合以Å来表示，但各星系的距离却可远达数百万光年以上。可见，空间尺度所涵盖的范围也是近乎无所不包。

### 重视地域性

地球科学有非常强的地域性，例如台湾由于位在第一大洋太平洋和世界第一大陆块欧亚大陆之间，所以天气变化多端。而中国大陆的天气相对而言，便非常稳定。

### 整合性

地球科学是一门“上通天文，下知地理”的学科，举凡人们脚下所踩的土地，分秒所呼吸的空气，和我们生活息息相关的海洋以及朝夕相处的星星、月亮、太阳、乃至整个宇宙，都是研究的对象。科学家用各种理论来研究地球，例如，数学帮助计算彗星的运动轨迹、气团的移动和地震的规模；物理学用来研究地球的重力场、星体间的引力作用、锋面或洋流的移动；借由化学知识，可以分析岩石的化学组成；而生物学的原理，则帮助了解化石所隐含的意义，更进而建立演化的架构。所以地球科学是一门整合性的学科。

## 研究领域

### 地球圈层

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地球科学中普遍将地球分为四个领域：岩石圈（地圈）、水圈、大气圈和生物圈; 分别对应于地球的岩石、水、空气和生命。此外还包括冰雪圈（对应于冰），是水圈的一部分；土壤圈（对应于土壤），是岩石圈的最外层。

### 领域种类

- 地质学主要研究地球地壳（岩石圈）的状态和演变，主要分支学科包括矿物学、岩石学、地球化学、地貌学、古生物学、地层学、构造地质学、工程地质学和沉积学。
- 地球物理学和大地测量学主要研究、受力，以及地球的磁场和重力场。地球物理学家探索地球的内地核、地幔构造以及岩石圈的地震活动。主要分支学科包括地球动力学、地磁学、构造物理学、地震学和勘探地球物理学。
- 土壤科学，涵盖了地壳受到成土作用形成的最外层（土壤圈）。主要分支学科包括土壤学和土壤生态学。
- 生态学，涵盖生物相与自然环境间的交互作用。这一领域区别了地球科学与其他太阳系内的行星科学，地球是目前所知唯一拥有生命的行星。
- 海洋学、水文学和冰川学（以及湖沼学）研究地球水圈中水的运动、分布和质量，主要分支学科包括地表水文学、水文气象学、水文地质学、冰川学（冰雪圈）、物理海洋学、海洋化学及海洋生物学。
- 大气科学研究地表至散逸层（高约1000 km）之间的地球大气层。主要分支学科包括气象学、气候学、大气化学和大气物理学。
- 自然地理学，涵盖了地貌学、土壤学、水文学、气象学、气候学和生物地理学。

## 地球科学分支

地球科学分支与相关交叉学科。

### 地理科学

- 地貌学（Geomorphology）
- 水文学（Hydrology）
- 冰川学（Glaciology）
- 洞穴学（Speleology）
- 湖沼学（Limnology）
- 土壤学（Pedology）
- 土壤力学（Soil mechanics）
- 土壤化学 （Soil chemistry）
- 土壤生态学（Edaphology）

### 地质科学及地球化学

- 矿物学（Mineralogy）
- 岩石学（Petrology）
- 沉积学（Sedimentology）
- 构造地质学（Structural geology）
- 古生物学（Paleontology）
- 地层学（Stratigraphy）
- 火山学（Volcanology）
- 地质年代学（Geochronology）
- 应用地质学（Applied geology）
- 水文地质学（Hydrogeology）
- 经济地质学（Economic geology）
- 工程地质学（Engineering geology）
- 环境地质学（Environmental geology）
- 同位素地球化学（Isotope geochemistry）
- 岩石地球化学（Petrogeochemistry）
- 水文地球化学（Hydrogeochemistry）
- 有机地球化学（Organic geochemistry）
- 勘查地球化学（Exploration geochemistry）
- 宇宙化学（Cosmochemistry）

### 地球物理学

- 地球动力学（Geodynamics）
- 地震学（Seismology）
- 地磁学（Geomagnetism）
- 地电学（Geoelectrics）
- 地热学（Geothermometry）
- 构造物理学（Tectonophysics）
- 勘探地球物理学 (Geophysical survey)
- 大地测量学（Geodesy）

### 海洋科学

- 物理海洋学（Physical oceanography）
- 海洋化学（Marine Chemistry/Ocean Chemistry）
- 海洋地质学（Marine Geology）
- 海洋生物学（Marine Biology）

### 大气科学

- 气象学（Meteorology）
- 天气学（Synoptic meteorology）
- 应用气象学（Applied meteorology）
- 气候学（Climatology）
- 动力气候学（Dynamic climatology）
- 应用气候学（Applied climatology）
- 古气候学（Paleoclimatology）
- 大气物理学（Atmospheric physics）
- 云物理学（Cloud physics）
- 大气辐射学（Atmospheric radiation）
- 大气电学（Atmospheric electricity）
- 大气声学（Atmosphericacoustics）
- 大气光学（Atmospheric optics）
- 大气动力学（Atmospheric dynamics）
- 大气化学（Atmospheric Chemistry）

### 太空科学

- 太空电浆物理学（Space plasma physics）
- 电离层物理学（Ionospheric Physics）
- 高层大气物理学（Aeronomy）
- 遥测学（Remote sensing）
- 空间资讯科学（Geoinformatics）

### 天文学

- 天文测量学（Astrometry）
- 天文物理学（Astrophysics）
- 天文化学 (Astrochemistry)
- 天文生物学 (Astrobiology)
- 行星地质学(也称天文地质学)（Planetary geology）
- 天体力学（Celestial mechanics）
- 行星科学（Planetary science）
- 太阳物理学（Solar physics）
- 太阳化学 (Solar chemical)

### 地球生物学

- 生物地球化学（Biogeochemistry）
- 生物地理学（Biogeography）
- 生态学（Ecology）
- 地质考古学（Geoarchaeology）
- 地质微生物学（Geomicrobiology）
- 古生物学（Paleontology）
- 孢粉学（Palynology）
- 微体古生物学（Micropaleontology）

### 系统

- 地球系统科学（Earth system science）
- 系统地质学（Systems geology）
- 系统生态学（Systems ecology）
- 环境科学（Environmental science）