地球的圈层结构
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地球的圈层结构
作者：佚名 教案来源：网络 点击数： &&&
地球的圈层结构
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文章来源 莲山课件 w w w.5 Y Kj.Co M 第四节 地球的圈层结构&&& 从容说课&&& 地球的圈层结构包括内部圈层和外部圈层。对内部圈层内容的，关键要使学生抓住地震波、横波、纵波的概念和特征，知道不连续面的含义，地震波传播速度的变化及原因，再引导学生分析教材23页图1.26，划分出地球的内部圈层。岩石圈概念的要据图讲授，划出范围，强调岩石圈与地壳的区别。外部圈层则要重点讲明各圈层的空间分布和物质形态，知道外部圈层是同心圈层。教学方法可采取多媒体演示，对内外圈层逐个显示和叠加，并初步使学生了解各圈层之间的相互联系。三维目标知识与技能1.了解地球的圈层构造，初步掌握地球内部圈层的组成和划分依据（有关地震波的基本知识、地震波在地球内部的传播情况及两个主要的不连续面）。2.掌握地壳、地核、地幔的基本特征（界线、厚度、物理性状和物质组成等）。3.了解地球的外部圈层――大气圈、水圈和生物圈的基本特征。过程与方法1.初步学会读地球内部地震波与地球内部圈层构造图，了解地球内部圈层的划分。2.运用比较法学习各内部和外部圈层的特点。情感、态度与价值观1.通过地球内部圈层划分的教学，培养学生“本质是通过现象表现出来的，而现象总是表现本质”的辩证唯物主义观点。2.通过教学对学生进行热爱自然、热爱科学的教育。教学重点1.了解地球的内部圈层和外部圈层结构，并能概括出各圈层的主要特点。2.利用“地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图”，初步掌握读图分析技能。教学难点1.地震波在地球内部传播速度的变化与地球内部物质组成的关系。2.地球的内部圈层。课时安排1课时&&& 教学过程&&& 导入新课&&& 前边我们学习了地球的宇宙环境，“谈天”是为了“说地”，整个地球不是一个均质体，而是一个由不同物质、不同状态组成的同心圈层结构，每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。以地心为共同球心，地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。下面我们就来学习第四节――地球的圈层结构。&&& （板书）第四节 地球的圈层结构&&& 师我们先来看看地球的内部圈层。&&& （板书）一、地球的内部圈层&&& 推进新课&&& 师地球内部究竟是什么样子？钻探是了解地球内部情况的直接手段，最好把地球挖开来看看。我国地处江苏省东海县茆北村的亚洲第一井也就深5000多米，目前挖出来最深的井为12000 m，还不到地球半径的1/500，矿山的采挖就更浅了，目前最深的矿井可达3000 m。&&& 目前的科学技术日新月异，载人宇宙飞船可以在外太空遨游，宇宙探测器甚至能飞出太阳系，可谓上天有路。然而对于我们脚下6371 km半径的地球，却至今还是入地无门。我们如何得知地球内部结构呢？不妨借鉴一下夏季我们挑选西瓜的方法，为了能够吃到可口的西瓜，我们通常把西瓜托在手上，用另一只手敲打西瓜，靠听这种敲打产生的震动在西瓜内部传播的声音来判断西瓜的生熟、质量的优劣。我们也可以在地球内部制造某种震动，通过分析这种震动在地球内部传播的情况来了解地球的内部结构、组成。我们知道，地震常常给人类带来巨大的灾难，但对于科学工作者来说，地震波却带来了地球内部的信息。那么什么是地震波？&&& （板书）1.地震波&&& 生当地震发生时，地下岩层受到强烈的冲击会产生弹性震动，并以波的形式向四周传播。即地震波。&&& 师很好。地震波可以分为哪两类呢？&&& 生有纵波（P波）、横波（S波）之分。&&& （方法引导）&&& 师那么纵波（P波）和横波（S波）各有什么特性？（提示：地震波特性――速度、通过介质）&&& 生（看书讨论回答）纵波：传播速度快，可以通过固体、液体、气体传播。横波：只能通过固体传播。纵波和横波的传播速度都随着所通过物质的性质而变化。&&& 师正确。为什么能用地震波探测地内结构？&&& 生（讨论回答）地球内部物质性质不均一，不同深度上性状、组成不同。&&& ［活动与探究］&&& 探究课题：地震波的利用&&& 探究内容：（1）在莫霍界面和古登堡界面地震波波速的突然变化说明了什么问题？（2）推测地幔和地核的物质状态可能是什么？（3）我们还可以通过哪些渠道或方法获取地球内部的信息？探究办法、过程：观察、分析、推理、讨论探究结果：（1）说明物质状态可能发生了变化。（2）地幔物质是固态，地核物质状态可能是液态。（3）还可以从火山喷发出来的物质、钻探得到的岩芯，来了解地球内部的信息。&&& 师地震波在地球内部的传播规律是怎样的？&&& （投影）地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图（先投影左半部分，待学生分析推测后再投影右半部分进行对比）&&& 生地震波在地球内部的传播规律：总的趋势――速度随深度递增，但不均匀，有突变现象。&&& 师地震波在地下传播速度会发生变化，而某些地区一定深度处，地震波有明显的突变，这种波速发生突变处的层面叫不连续面。请大家看投影“地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图”（左半部分），找出地球内部两个明显的不连续面，填写表格。&&& （叠加投影表格）不连续面的特征&&& 生（观察、讨论、回答、填表）&&& （方法引导）&&& 师（据学生回答逐个投影填充表格内容）特点界面&深度&纵波、横波传播速度&发现者&发现时间莫霍界面&33 km&纵波、横波传播速度明显增加&莫霍洛维契奇&1909古登堡界面&2900 km&纵波速度明显下降，横波消失&古登堡&1914&&& 师两个明显的不连续面为什么会出现？&&& 生不连续面上下的物质性状发生了变化。&&& 师根据两个最主要的不连续面，地球内部可划分为几个圈层？&&& 生三个圈层。（对比）&&& （投影）地震波的传播速度与地球内部圈层的划分示意图&&&& 师很好。再看投影的右半部分，地球被分成哪几个圈层？&&& 生地壳、地幔、地核。&&& 师（投影）地球的内部圈层示意图&&& 生（指认地球的内部圈层：地壳、地幔、地核）&&& 师下面大家一起来研究这三个圈层。&&& （板书）2.地球内部圈层的划分&&& （投影）地球的内部圈层结构示意图&&& 师请看图说出三个圈层的划分依据、两个最主要的界面、各圈层的范围。&&& 生地壳、地幔、地核的划分依据是莫霍界面和古登堡界面。莫霍界面以上是地壳，莫霍界面和古登堡界面之间是地幔，古登堡界面以下是地核。&&& 师很好。根据地震波的传播状况，判断地幔的形态是怎样的？&&& （合作探究）&&& 生（讨论回答）固态，因为横波能通过。&&& 师软流层的位置和形态是怎样的呢？&&& 生（讨论回答）软流层在上地幔的上部，由于这层放射性元素大量集中蜕变生热温度高，呈融熔状态。&&& 师答的很不错。岩石圈与地壳有什么区别与关系？&&& 生（讨论回答）范围和界面不同。岩石圈包括地壳和上地幔的顶部，物质都由坚硬的岩石组成。&&& 师很好。根据地震波来分析，地核又分为外核与内核，外核形态是怎样的？&&& 生（讨论回答）因为横波不能通过，所以外核是液态，温度高于熔点。&&& 师那内核的形态呢？&&& 生（讨论回答）固态，因为地震波速度加快，随深度增加压力和密度都增大，其熔点升高得比温度升得快。&&& （知识拓展）&&& 师刚才同学们作了细致的观察和分析，回答得很正确。我们下面作一个全面的分析。地壳：在地面以下，莫霍面以上，由岩石组成。大陆部分的平均厚度为33 km，大洋地壳的平均厚度为5―8 km，整个地壳平均厚度为1７ km。地壳最厚的地方在青藏高原。地壳又分为双层结构：上层是硅铝层，下层是硅镁层，在大陆地壳中，两个层次都有；在大洋地壳中，硅铝层变薄甚至缺失。所以大洋地壳比较薄。&&& 地幔：地幔的范围是从莫霍面到古登堡面，它位于地壳与地核之间，是三大圈层中的中间层，厚度为2800多千米。根据地震波的传播状况可把地幔分为上地幔和下地幔两层，地幔圈占了地球大部分的质量。在上地幔的上部，有一个物质呈融熔状态的软流层，一般认为软流层是岩浆和地震的发源地。软流层物质仍是岩石（主要是橄榄岩、榴辉岩等），为硅酸盐类、氧化物等。由于这层放射性元素大量集中蜕变生热温度高，岩石处于塑性状态，局部地区呈融熔流动状态，犹如倾倒的浆糊。根据地震波变化情况推测，软流层物质的物理性状与上下层物质都不同，并构成一个圈层，在地质构造学中称软流圈。软流圈层厚度范围并不是从莫霍面算起，约在地下60―250 km，它属上地幔部分，但位置并不在地幔的顶部。因此，软流圈层与地壳之间（即与莫霍面之间）还有一层物质存在，即上地幔的顶部，也是岩石，并构成了一个圈层，它和地壳共同组成了岩石圈。&&& 岩石圈是指软流层以上的部分，物质由岩石组成，包括地壳的全部和上地幔的顶部。&&& 地核：因为横波不能通过外核，所以外核部分呈液态，主要成分是铁镍等重金属元素，而液态铁的运动形成一个巨大的磁场。因为地震波速度在内核处加快，随着深度增加，压力和密度都增大，其熔点升高得比温度升得快，所以内核呈固态。&&& （投影）表格内部圈层&组成&分层&状态&地理意义地壳&岩石&硅铝层&固态&&&硅镁层&&地幔&富含铁镁的硅酸盐类&上地幔&固态&岩浆和地震&&下地幔&&地核&铁镍等重金属元素&外核&液态&磁场&&内核&固态&&&& 师（小结）可以用半熟的鸡蛋来形象直观地记忆地球内部圈层的划分和物质组成。蛋壳为地壳；蛋白为地幔，由于是半熟，所以有些蛋白浆代表软流层中的岩浆；蛋壳与蛋白之间的膜和地壳合起来就是岩石圈；蛋黄为地核。&&& 我们了解了地球的内部圈层，我们再来学习地球的外部圈层。&&& （板书）二、地球的外部圈层&&& 师地球外部圈层包括大气圈、水圈和生物圈，一般用直接观测和测量的方法进行研究。首先看大气圈有什么特点？&&& （板书）1.大气圈&&& （投影）地球外部圈层示意图&&& 生物质组成――气体和悬浮物。主要成分：氮和氧。&&& 师很好。大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在千米高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10千米高度左右的对流层范围内。&&& 再来看水圈有什么特点？&&& （板书）2.水圈&&& 生由地球表面水体构成，连续但不规则。包括地表水、地下水、大气水、生物水等。水圈的水在不断地循环运动之中。&&& 师水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万千米的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。&&& 师生物圈有什么特点呢？&&& （板书）3.生物圈&&& 生是地球表层生物及其生存环境的总称。占有大气圈的底部、水圈的全部、岩石圈的上部。&&& 师很好。由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5亿―10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。&&& 小结：今天我们学习了地球的圈层结构，知道地球内部的三个圈层和外部的三个圈层。下面大家来做些巩固习题。练习：1.填表特点界面&深度&纵波、横波传播速度&发现者&发现时间莫霍界面&&&&古登堡界面&&&&2.填表内部圈层&组成&分层&状态&地理意义地壳&&&&&&&&地幔&&&&&&&&地核&&&&3.地球外部圈层包括_________________、_________________、_________________。4.水圈有什么特点？5.生物圈的范围。（布置作业）：填图册第四节答案：1.填表特点界面&深度&纵波、横波传播速度&发现者&发现时间莫霍界面&33 km&纵波、横波传播速度明显增加&莫霍洛维契奇&1909古登堡界面&2900 km&纵波速度明显下降，横波消失&古登堡&19142.填表内部圈层&组成&分层&状态&地理意义地壳&岩石&硅铝层&固态&&&硅镁层&&地幔&富含铁镁的硅酸盐类&上地幔&固态&岩浆和地震&&下地幔&&地核&铁镍等重金属元素&外核&液态&磁场&&内核&固态&3.大气圈 水圈 生物圈4.连续但不规则。包括地表水、地下水、大气水、生物水等。5.占有大气圈的底部、水圈的全部、岩石圈的上部。&&& 课堂小结&&& 地球所有的外部圈层是相互渗透、相互影响，甚至相互重叠的，在太阳和人类生活的参与下，整个地球生机盎然；同时，它们起着保护地球的作用，可以减弱太阳和宇宙辐射对地表的影响，减少宇宙中的陨石对地球表面的撞击。外部各圈中的物质运动和循环，是促使地表物质和形态演变的重要动力。&&& 板书设计&&&& 活动与探究&&& 探究课题：认识地球的圈层结构&&& 探究内容：（1）理解下列观点，选择一个写出一篇小论文。人类生活的地球表面是岩石圈、大气圈、生物圈、水圈等共同作用的界面，它具有三个特点：①它是一个开放的系统，与系统外的宇宙空间和地球内部始终保持着物质和能量联系；②它是一个不均一的层面，存在明显的地域差异；③它在不断的变化着。（2）你认为要真正认识人类生活地球表层，需要了解哪些方面的知识，把他们列出来，交给老师。（3）用厚纸板剪成扇状，在上面画出地球内部圈层，注明厚度、界面、名称。探究办法、过程：上网或到图书馆查阅资料，小组探究并提交作业。探究结果：小论文，剪纸制作。学生更进一步掌握了地球的圈层结构。文章来源 莲山课件 w w w.5 Y Kj.Co M
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ?土壤―地球活的皮肤----中国科学院
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土壤―地球活的皮肤
文章来源：南京土壤研究所
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土壤的确非常美妙。她们是维持人类生活的主要支撑系统，为根系提供固定场所，长期容纳植物生长所需的水分，提供维系生命的营养物质。可以这样说，如果没有土壤，地球的景观就像火星一样荒芜。土壤是大量微生物的家园，在这里，微生物通过自身的代谢，完成土壤中一系列生物化学转化过程，如固定大气中的氮、分解土壤中的有机质等；同时，土壤也是我们熟悉的蚯蚓、蚂蚁和白蚁等动物的聚集场所。大部分土壤生物都生活在土壤内部，而不在地面上。
无论观察土壤表面还是土壤内部，或者利用土壤，我们会发现，土壤是如此丰富多彩。地球表面多样的物种以及为人类提供的各种生存环境也反映出地球表面这层皮肤的丰富多样。　　　　　　　　　　　　　　　&
绚丽多彩的土壤
俄罗斯的土壤学先驱瓦西里o道库恰耶夫（）在125年前就首次确认，不同类型的土壤并不是随机的散布在各种景观内，而是以可预测的型式有规律的分布在不同的景观之中。她们是母质、气候、地形和生物等自然因素随着时间的推移共同作用的产物，即道库恰耶夫所说的“景观序列”。
人类也是土壤形成的一个驱动力；像一些景观一样，土壤也常常受人类活动的影响。如果农民们利用土壤能够维持其农业系统可持续，那么长期的利用就培育出了适合耕作的农业土壤；然而土壤管理措施必须适合土壤条件，否则的话，土壤就有可能退化而无法形成农业土壤。土壤除了农业利用外，今天，我们在城市发展过程中，对土壤还有着不同甚至非常特殊的需求；随着城市化过程中土地利用的变化，土壤渗透和排水功能、气候变化缓冲功能等将起着主要作用。
各种土壤景观会随着管理方式的不同发生各种各样的变化。正是因为这个原因，一些独特的农业生产或建设措施在一些地方受到青睐，而在其他地方却不受欢迎。土壤调查确定和描绘出各种土壤景观的分布及特征；土壤科学的其他分支学科则研究如何最大限度地发挥土壤的自然优势，消除土壤利用的障碍因素，例如：在干旱土壤上实施灌溉、将湿地的积水排干、给贫瘠的土壤施肥、在松软的土壤上加固地基。
生物、土壤、大气、水和地貌共同演化，彼此相互作用。土壤会随地形、大气及其气候、地表水和地下水资源以及生态系统的不同而不同。
土壤可能是不连续地或连片地分布在地球表面，作为地球行星至关重要的皮肤，地球上所有的生命都依赖于她的存在。然而我们常常想当然地把她看成是一种无限的资源，毫无节制地开发利用，无视土壤质量的降低。
以往人们都是将土壤、水、燃料和矿产资源作为简单的资源来对待。当然，社会和经济的发展需要利用土壤这一资源，这一点与土壤科学其他地球科学工作一样，大家都在努力研究如何有效利用各种自然资源来保证我们的经济发展。然而，与其他资源不同的是，对土壤科学而言，土壤需要支撑更多的人类活动来实现这一有限而稀缺资源的可持续利用，这些活动包括农业生产、土木工程、水供应、保障空气和水质量、清洁环境、废弃物处置等。
土壤科学与社会
当土地利用和管理与土壤功能很好地匹配时，土壤功能的发挥与人们预期的景象相符。庄稼和花草茂盛、家畜兴旺、泉井水源丰富、道路和建筑规范、投资环境安全，以至于人们感觉不到土壤功能的作用。但是，当土壤利用不能与土壤性质相匹配时，问题就显现出来了。作物欠收，牲畜患病，在胀缩强烈或盐分较多的土壤上，道路、建筑、管道、电缆会断裂；在地基不稳定的地方，建筑物结构会发生灾难性的坍塌。在大片的城区，被混凝土或沥青密封的土壤表面会造成更多、更快的径流。
随着土壤利用和管理发生明显的变化，有可能使景观固有的一些功能丧失，这些功能包括景观的生产、水文、生态功能。虽然在土壤利用和管理方面，我们已经享受了很大的成功，例如通过施肥，灌排水等措施强化了土壤的生产功能，但是，究竟如何很好地发挥土壤功能？需要发挥多大功能？两者之间的度目前还很难把握。
目前土壤科学面临的挑战是如何发挥我们的聪明才智，避免不合理的利用方式或采取适当措施防止景观功能的丧失，使得各种重要的土壤基本功能都能有效发挥作用。
现在新技术可以揭示我们这个行星各种各样的面貌，可以向我们显示地球的演变，也可以在任何尺度上显示地球系统的运行状况。摆脱物理尺度和感官的限制，在空间尺度上，我们可以观测到从分子到全球尺度的物体，在时间尺度上，可以观测到从毫微秒到千年时间跨度的变化。这些观测结果已被构建成地球演变过程的模型，用以预测地球演变的趋势和选择未来管理的措施。现在我们可以用预测模型来作出决策和制定政策，取代我们曾经依赖的重复试验方法，做到既提高土壤质量，又为子孙后代保护地球的皮肤。
掌握了矿物、土壤结构及显微镜下生物组织等方面的知识，了解了土壤物理、化学和生物过程的机制，使我们认识到，人类深入观察和解剖土壤的许多新手段有力地推动了目前科学的发展或新的发现，这一点着实令人激动。老一辈科学家使用的显微镜或曲颈瓶已变成了如今科学家们所使用的电子显微镜和等离子体光谱仪。尽管这样，地球系统比我们短短几千年文明认识的世界还是要大得多，演变时间也要长的多，可见，地球系统还有更多的未知需要进一步去认识。
所有淡水的根本来源是雨水。雨水可被拦截和蒸发、渗透进土壤，或者随着破坏性的地表径流损失掉，这些都取决于土地覆盖和土壤条件。快速径流会引发洪灾、流失肥沃的土壤、侵蚀河岸，以致破坏水生生态系统，并堵塞水库和河道。渗透的水可以保持在土壤中，并被植物利用或补给地下水和地表溪流，这些过程则取决于土壤的厚度、渗透性和含水能力。
水是“有害”还是“有利”取决于其在土壤表面和土壤剖面中的分布情况。更确切地说，它取决于土壤类型和人们对土壤的利用管理方式。水资源可以被浪费，但如果管理的当，同样的水可提高三倍的使用效率。然而，流域水源地的农民和牧民在实施水资源管理时，真正受益的是生活在下游城市里的居民。
所以，要管理好水资源、降低其危害性，人们必须做到：
1、对每一个独特的水传输系统（包括气候、土壤、地形、地表水和地下水以及土地利用方式）都要有深刻的理解。
2、管理措施需应用到整个流域范围内，而不只是在特定点或特定农场区域内实施。
3、下游受益群体应给予上游管理者补偿，应使得他们实施水土资源综合管理后能获得更多的利益。
土壤与地球的其他系统
土壤也是构成地球上各种系统的重要组成部分:
1、气候：土壤可通过水的循环，碳储存和温室气体排放（水蒸汽、二氧化碳、氮氧化物和甲烷）调节气候；
2、水循环：土壤是世界上水文循环过程中的关键环节和重要缓冲系统。约60%的淡水（“绿色”的水）被贮存在土壤中可供植物利用。土壤也可调节河流和地下水、湿地、灌溉、家庭和工业用水的水供应，有时甚至可调节数千英里以外下游地区的用水。
3、废物和养分循环：风化释放或从空气中固定的养分都在土壤中循环；毒素可在土壤中被降解。如果这个循环受到干扰的话，可能带来水体富营养化或水土资源的污染，亦有可能造成养分枯竭，威胁到世界各地的无数生灵。
4、侵蚀：覆盖地表的土壤如果丧失，可能导致地球这一活的皮肤被剥离，从而丧失其拥有的不可替代的功能。侵蚀的土壤使水体变得浑浊，或者覆盖在肥沃的土壤上，或者沉积在河流、水库和港口内，这些都不是人们所希望的。但侵蚀也不全是坏事，三角洲、冲积平原及黄土平原上许多最肥沃的土壤就是过去侵蚀的产物，海洋中的营养也大都来自土壤侵蚀。然而，当管理不善导致风和水的侵蚀加快，那么，侵蚀会导致明显的土壤退化、空气和水质量降低。
土壤和水污染
土壤通常被用来倾倒生活垃圾和工业废料。在许多强烈利用的农业耕作区，从有机或无机肥料、家畜或处理作物秸秆排出的废水中淋失的养分可导致地下水含有高量的硝酸盐和其他化学物质。土壤一方面可过滤、吸收和循环利用大量的这些废弃物；另一方面，有毒物质过量又会淋滤到溪流和地下水中。这些过程也取决于土壤性质，沙性的土壤易于淋溶，而厚重的粘土则不易渗漏。
在世界范围内，由于城市、工业、集约化农业发展造成的土壤和水污染是主要的研究课题。对于大多数土壤而言，要减轻严重的污染就意味着挖掘和昂贵的处理。在欧盟、北美和澳洲，如果要利用土壤，则必须预防土壤污染，一旦土壤遭到污染则要求采取措施进行修复，这些规定已经通过法律形式被确定下来。
在自然状态下，有些土壤干燥时非常硬，潮湿时又很粘，排水状况较差，砾石参杂其中；一些土壤养分含量很低，或者含有大量的铝或盐。由于土壤存在这样那样的问题，所以，自从有稳定的农业活动以来，人类就在不断改造这些问题土壤。
酸性硫酸盐土是世界上最具有危害性的土壤。在不受外界干扰的情况下，他们不会惹麻烦。但如果将水排掉，土壤会生成硫酸，10立方米的酸性硫酸盐土可产生1.5吨硫酸，并且释放出铝、重金属和砷等的混合物进入排水和洪水中。这些酸腐蚀钢铁和混凝土，污染河流和河口地区，造成鱼类大量死亡，产生疾病等。食品链中铝、重金属和砷的积累对健康影响的机理尚不清楚，但可以肯定它们是不受欢迎的。
这些土壤主要分布在沿海沼泽地，尽管这类土壤肥力并不高，但一直以来，人们总是在不断开垦，得到他们想得到的，近年来，人们更是开垦这片土地，用于城市和娱乐业的发展。一直依赖这片土壤生存的祖祖辈辈几代人已经越来越贫穷，他们的饮用水也受到了污染。这些工程的实施及产生的环境后果通常是灾难性的。
尽管人们在实践中根据自己的经验逐渐地找到了一些解决问题的方法，但是，从科学上阐明其机理则要来的晚些。在经历了1852年荷兰Haarlemmermeer湖那次最大的土地开垦计划失败后，才由J.M. van Bemmelen在19世纪80年代阐述清楚，即固定在淹水土壤中的硫化物，排水后被氧化的过程。之后，花了一个多世纪才建立一套完整的科学体系，用于解决实际问题，并预测了世界各地这些土壤的现状及危害程度。
区域和全球系统快速准确的调查
航空航天传感器正源源不断提高我们对于区域和全球系统的认识。超强能力计算机处理的数据揭示了这些系统的规模、复杂程度和时间尺度，并指出它们有怎样的关联性。详实而可靠的信息对合理决策至关重要。科学家们会将这些资料运用到决策和政策制定中。
虽然我们有着丰富的土壤资料，但大多是陈旧的、不准确的，在某些情况下是无法使用的。新的航空航天传感器前所未有地提供了详细的、精确的、快速获取的区域或全球地表覆盖资料，获得的磁学和电磁学资料还能提供地表深处的信息。更为特殊地，卫星数据的运用使得低成本监测成为可能。然而，如何进行准确的野外校验和熟练的室内解译相当关键。
这些新信息正在被应用到气候模型、农业和森林估产、土地退化和改良评价、水资源管理、侵蚀与沉积估算等方面。良好的资料信息有助于抑制盐分、确定地下水资源、预测水贮藏量和其他工程量，以及评价土地特定用途的适宜性。
土壤-系统内的系统
英国科学家James Lovelock指出，地球看起来像一个自动调节的系统，他将其称之为大地女神。如果这个说法正确，那么其含义对于地球科学和社会的决策方式都将产生深刻的影响。
1、了解全球系统需要跨学科、跨机构、跨国界的合作。
2、全球系统超越私人财产，地区、国家的权限和能力。
3、这个系统运行数十年甚至几个世纪。那些不利的变化难以改变，同样，也难以阻止或逆转。
4、全球系统支撑着所有的经济和社会活动，而这些活动的获利既可以是私有财产也可以是免费的公共资源。
因此，土壤科学要立足于全球和区域系统开展工作。国际地球年的科学及其延伸项目也主要是关注全球和区域系统，因为这些系统支撑着我们日常生活，支撑着我们作为地球一个物种的未来，决定着我们星球演变的轨迹。
与土壤科学相关的四个关键问题
1. 为了获得最大社会和环境效益，土壤科学未来的研究方向在哪里？
土壤科学对农业生产的指数增长作出了较大贡献，使得全世界的人们有饭吃、有房住、有衣穿。研究土壤与农业生产的关系仍然是土壤科学的一个重要研究热点，但在现代，土壤科学领域不但包括精准农业、有机农业、森林和农业系统的碳固定等的研究，也包括了退化土地的恢复以及可持续发展等方面的研究。
70年代以来，土壤科学已经与环境方面的研究课题紧密地联系在一起，例如土壤污染、气候变迁、水文循环的有效保持、城区土壤的作用和生物多样性的维持等。土壤科学也面临着有很大的挑战，这些挑战来自人口的不断增长以及对土地和水资源需求不断增加的压力。土壤时空特征以及在生态系统内功能的认识，对于我们了解地球系统至关重要。要合理的利用自然资源就必须不断扩大我们知识面，以适应这个快速动态变化的世界；这样，确定土壤科学未来的研究方向就显得非常关键。
2. 我们如何将土壤科学与地球科学其他学科的知识联系起来？
在过去，环境数据已通过地质学、地貌学、土壤学、水文学和生态学等学科的工作积累起来。跨学科的团队也越来越多的利用这些专家数据，例如在全球模型研究中，利用这些数据揭示了地球环境的变化，预测了地球未来的发展情形。将这些数据库进一步整合，通过传统领域之间的交叉研究，例如土壤学和固体地质学之间有关风化层的研究，通过所有空间尺度范围内土地利用和管理对土壤特性影响的研究等，可以期望获得更大的成果。土壤圈是连接大气圈和地表其他圈层之间的纽带，我们需要加强不同的研究群体之间的互通和交流，让大家认识到土壤学在各自研究中的重要性。要弥补这些缺口还需要付出大量的工作。关键是如何可以最有效地做到这一点。
3. 我们怎样才能更好地与社会沟通？
“如果研究成果不发表，就等于白做。”但发表在同行评议期刊上的研究成果很少影响到与研究内容相关的人员或社会大众，也不会直接影响到政策制定和实际应用。资助者和资助机构越来越多的要求研究者改善沟通渠道，更多地为社会服务。为了做出可靠的决策，需要可靠的、以科学为基础的资料。这意味着科学家要更为有效地与决策者互动，但这是一个双向的互动过程，双方都有很多东西需要学习。我们也在寻找广播和电视节目、游戏、图片、新闻和互联网等方式最大程度地让人了解这些研究成果。更好的互通也应该吸引学生们参与，他们可是土壤科学未来的希望。
4. 如何最大限度地利用民间的土壤学知识？
土地使用者和社会也蕴含着丰富的土壤学知识。这些知识是从几代人的经验和观察中提炼出的精华；他们是很实用的，以增产为导向，对局部土壤有针对性。他们本应该是一个巨大的资源，但到目前为止，这些民间的土壤学知识只是偶尔应用于正式的科学调查研究中。然而，开发和整合这些知识成为可用的信息并不那么容易。
译自“国际地球年重要主题宣传册”
黄标、孙序磊
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