卷( Volume)29,期( Number)3,總(SUM)106頁( Pages)285-294,2005,8( August,2005)大地構(gòu)造與成礦學Geotectonica et Metallogenia地球系統(tǒng)動力學綱要李德威(中國地質(zhì)大學地球科學學院和青藏高原研究中心,湖北武漢430074)摘要:與地球系統(tǒng)科學和全球變化密切相關(guān)的地球系統(tǒng)動力學研究地球系統(tǒng)多層塊耦合作用的結(jié)構(gòu)、過程、機理和效應(yīng),是地球動力學、巖石圈動力學、大陸動力學海洋動力學、大氣動力學的高度綜合。本文采用分尺度、分層塊、分階段的思路研究復雜的地球系統(tǒng),將地球系統(tǒng)動力學按空間、時間和物質(zhì)分為地球內(nèi)部系統(tǒng)動力學、地球表層系統(tǒng)動力學、地球外部系統(tǒng)動力學,歷史地球系統(tǒng)動力學、現(xiàn)代地球系統(tǒng)動力學、未來地球系統(tǒng)動力學,氣體地球系統(tǒng)動力學、液體地球系統(tǒng)動力學、固體地球系統(tǒng)動力學,分析了地球系統(tǒng)的耦合特征、耦合類型和耦合方式,初步探討地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)耦合作用的耦合邊界、物質(zhì)運動、動力來源和耦合機制。最終將地球系統(tǒng)相互作用的各層塊作為一個有機的整體進行綜合,認為地球內(nèi)部放射性衰變生熱和地球外部太陽輻射生熱是驅(qū)動地球復雜開放系統(tǒng)層塊耦合的主要動力源關(guān)鍵詞:地球系統(tǒng)科學;地球系統(tǒng)動力學;地球表層系統(tǒng);全球變化;耦合中圖分類號:P541獻標識碼:A文章編號:1001-1552(2005)030285-100引言學科作為一個有機的整體進行大跨度的系統(tǒng)研究,是以美國國家航空與宇航管理局地球系統(tǒng)科學委員大陸動力學是當代地球科學的重大前沿領(lǐng)域,會出版的《地球系統(tǒng)科學》(NASA,1988)一書作為然而大陸是地球系統(tǒng)中的一個組成部分,地球系統(tǒng)里程碑,提出了地球系統(tǒng)科學的概念,將相互作用的具有長期的演化歷史和復雜的層塊結(jié)構(gòu),包含陸洋、大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈、巖石圈作為統(tǒng)一的整核幔、殼幔、陸氣、海氣等多重耦合作用,涉及大氣體進行研究。圈、水圈、生物圈、巖石圈的時空演變、物質(zhì)運動和相1983年錢學森院士首先倡導“地球表層學”?；プ饔?影響全球變化的物理過程、化學過程和生物近十年來,中國學者從不同角度論述了地球系統(tǒng)科過程,制約陸地生態(tài)系統(tǒng)和人類生存環(huán)境,這些重大學(任紀舜等,1990;陳述彭和曾杉,1996;黃秉維,問題是地球系統(tǒng)科學和地球系統(tǒng)動力學的核心,因1996;袁道先,1999}張志強等,1999}馬宗晉等而地球系統(tǒng)科學和地球系統(tǒng)動力學是當代地球科學2001;畢思文和許強,2002;柴育成,2002;汪品先,的最大前沿領(lǐng)域,對自然科學和人類社會的發(fā)展也2003;王焰新等,2003;翟裕生,2004),推動了地球系具有十分重要的意義統(tǒng)科學的發(fā)展。地球系統(tǒng)多圈層耦合具有開放的體盡管許多學者早已注意到地質(zhì)學、地理學、氣象系、復雜的過程、關(guān)聯(lián)的機制,因此,必須從地球系統(tǒng)學、海洋學、生態(tài)學、災害學、地球物理學、地球化學動力學的高度研究地球系統(tǒng)中不同類型的物質(zhì)循環(huán)等學科中某些學科之間的交叉和滲透,但是將這些的內(nèi)在規(guī)律和驅(qū)動營力。最近,畢思文和黃潤秋收稿日期:20040927;改回日期:2005402-14中國煤化工基金項目:中國地質(zhì)調(diào)查局“1:25萬定結(jié)縣幅、陳塘區(qū)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”(項目編號屬、不凍泉幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”(項目編號:20013000和“雅魯藏布江成礦區(qū)中段銅多金屬礦CNMHG作者簡介:李德威(1962-),男,博士,教授,博士生導師,本刊常務(wù)編委,構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè),主要從事大陸動力學和成礦動力學的研究及教Email:dewei89@sina.com286第29卷(2003)提出地球系統(tǒng)力學,試圖用現(xiàn)代力學的方法全球動力學過程,引起地球半徑的增減交變作用,描述地球各個圈層的相互作用過程。導致全球重大地質(zhì)事件和成礦事件間歇式發(fā)生;地本文所闡述的地球系統(tǒng)動力學主要研究地球系幔軟流層(相當于通常所說的軟流圈)的羽狀層流統(tǒng)多層塊耦合作用的時空結(jié)構(gòu)、演變過程、動力來源和環(huán)形對流控制了以巖石圈板塊運動和陸一洋轉(zhuǎn)換和作用機理,是地球動力學、巖石圈動力學、大陸動為標志的巖石圈動力學過程;地殼軟流層(即大陸力學、海洋動力學、大氣動力學的高度綜合,與地球下地殼)的波狀層流引起大陸盆山作用和疊加演化系統(tǒng)科學和全球變化密切相關(guān)。等大陸動力學過程。這三種動力學過程之間相互耦筆者曾多次探討以青藏高原及鄰區(qū)為典型代表的合和相互制約,巖石圈動力學是全球動力學的子系大陸板內(nèi)造山成盆的大陸動力學機制,闡述了大陸板統(tǒng),而大陸動力學則是巖石圈動力學的子系統(tǒng),彼此內(nèi)盆山體系地殼尺度的物質(zhì)動態(tài)循環(huán)過程(李德威和之間存在著物質(zhì)交換和能量交換?！?李德威李先福,1993:李德威,1992,1993,1994b,995a,199b,1997)。1995c,1997;李德威和紀云龍,2000 Li dewei,194a,本文進一步探討地球內(nèi)部系統(tǒng)動力學、地球外2000;李德威,2003,2004)。認為大陸基本構(gòu)造樣式是部系統(tǒng)動力學及其耦合關(guān)系,簡要闡述地球系統(tǒng)動盆山體系,大陸板內(nèi)造山成盆事件與先期的板塊碰撞力學分尺度、分層塊、分階段的研究思路,初步提出基本無關(guān),是受大陸下地殼順層流動制約的同步構(gòu)造地球系統(tǒng)動力學的分類方案,試圖探討地球內(nèi)部系過程。在盆地中央莫霍面受地幔熱柱影響顯著上凸,統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)的耦合作用。地殼底部因底侵作用而發(fā)生殼幔反應(yīng)和部分熔融,引起下地殼物質(zhì)軟化和流動。盆地幔隆區(qū)熱流物質(zhì)處于1基本思路勢能一重力失穩(wěn)狀態(tài),低粘度物質(zhì)沿著新生下地殼軟理論思維在很大程度上決定科學創(chuàng)新的走向。層流向相鄰造山帶幔拗區(qū),雙向或多向熱軟化物質(zhì)層研究復雜多變的地球系統(tǒng)必須有清晰的思路。地球流匯聚導致造山帶地殼增厚,特別是造山帶核部下地殼巨量增厚,下地殼熱墊作用向上頂托中上地殼,誘發(fā)系統(tǒng)不同圈層和不同塊體在不同地質(zhì)時代具有特征的耦合方式。地球系統(tǒng)動力學的終極目標是認識不垂向主應(yīng)力,導致上地殼熱隆伸展,形成低角度伸展構(gòu)同地質(zhì)發(fā)展階段地球系統(tǒng)各圈層相互作用和動態(tài)耦造系統(tǒng)(如變質(zhì)核雜巖和拆離斷層)和高角度伸展構(gòu)造合的整體過程和統(tǒng)一機理,由于地球系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜系統(tǒng)(如裂谷盆地、裂陷盆地、塹壘構(gòu)造組合等)。板內(nèi)歷史悠久、體積龐大,建議采用先分解后綜合的研究新生下地殼層流作用制約大陸盆山系統(tǒng)淺層物質(zhì)運思路,在對地球系統(tǒng)進行分尺度、分層塊、分階段的動,在表淺層次,造山帶快速隆升,強烈的剝蝕作用和伸展作用造成造山帶揭頂和中上地殼減薄甚至局部缺分類研究和深入解析的基礎(chǔ)上,再將相互作用的地失,大部分剝蝕物通過機械搬運充填到相鄰的沉積盆球?qū)訅K系統(tǒng)在更宏觀的背景下作為一個有機的整體進行歸納和綜合。地,導致盆地地殼下薄上厚、邊緣坳陷的異常結(jié)構(gòu),并1.1分尺度在盆地邊緣拗陷帶形成巨厚的磨拉石建造。巨大的地球經(jīng)歷了漫長的演化,地球系統(tǒng)在階筆者在大陸動力學層流構(gòu)造假說的基礎(chǔ)上,以段性動態(tài)演變過程中呈現(xiàn)不均勻結(jié)構(gòu),不同尺度的青藏高原為例,分析了大陸動力學與巖石圈動力學時空邊界限定了四維地球系統(tǒng),不同尺度、不同層塊全球動力學的關(guān)系,初步探討了地球內(nèi)部系統(tǒng)動力的地球系統(tǒng)具有不同方式的物質(zhì)運動,在高度綜合學(李德威,1995a,1995b,1997,2003,2004)。認為:盆山體系與洋陸體系、超大陸-超大洋體系是既有之前,有必要對不同時空尺度的地球運動進行分解研究內(nèi)在聯(lián)系又有本質(zhì)區(qū)別的非線性開放動力系統(tǒng)。1.1.I空間尺度地球是一個多級分層系統(tǒng),表現(xiàn)為地球內(nèi)部不同不同尺度的空間邊界將地球系統(tǒng)分為大小不同深度、不同尺度的軟流層的物質(zhì)運動控制其上強度較大的固體圈層的構(gòu)造活動。初步認為:地核軟流的單元,表1是一個初步的劃分方案。層(即外核)的流體運動和熱散聚交替作用制約地中國煤化工分為地球外層地球球脈動式膨脹與收縮和超大陸旋回的裂解和聚合這表HCNMHG還可以進一步劃分。①李德威.1992.層流隆陷———種大陸動力學模式中國科協(xié)首屆青年學術(shù)年會湖北衛(wèi)星會議論文集第3期李德威:地球系統(tǒng)動力學綱要表1地球系統(tǒng)空間尺度分類氣層)的氣體密度宏觀上隨離地面高度的增加而降Table 1 Spatial classification of earth system低,6300余公里厚的地球內(nèi)層的巖石密度總體上隨尺度量級現(xiàn)深度的增加而增加,制約了地球系統(tǒng)多級分層結(jié)構(gòu)巨型全球級超大陸、超大洋、全球氣候變化和物質(zhì)運動速率。生物圈中一些極端條件下生存的大型半球級大洋、大陸、南半球大氣環(huán)流、北半球大氣環(huán)流生物擴大了地球外層與地球內(nèi)層的耦合范圍,拓寬中型區(qū)域級造山帶、盆地、亞洲季風小型局部級花崗巖體、湖泊、滑坡、鄭石坑、火山口了地球表層的空間。微型微區(qū)級亞顆粒、流體包體、微生物1.2.2分塊地球的塊狀結(jié)構(gòu)十分顯著,特別是在地球內(nèi)部1.1.2時間尺度和地球表層(表4)。不同尺度的地球系統(tǒng)的運動過程具有多級韻律性和階段性,大尺度的地球運動包含多次小尺度的表4地球內(nèi)部系統(tǒng)及表層系統(tǒng)分塊結(jié)構(gòu)地球運動。不同時間尺度的地球系統(tǒng)分類見表2Table 4 Block structure of earth interior system andearth surface system表2地球系統(tǒng)時間尺度分類巨系統(tǒng)系統(tǒng)子系統(tǒng)造山帶Table 2 Temporal classification of earth system大陸尺度量級(秒)弧后盆地巨型1016-107超大陸旋回、地球起源與演化大陸架大型104-103大陸漂移、板塊碰撞、洋陸轉(zhuǎn)換超大陸-超大洋大陸邊緣陸坡島弧中型101-1013造山與成盆、江河的形成海平面升降、生物滅絕小型10-10斷層活動、巖漿侵入、土壤形成、成礦作用、冰期與間冰期大洋大洋盆地微型10°-105地震、火山、滑坡、泥石流、潮汐、風暴、隕石撞擊洋中脊、海底山脈1.2.3層塊關(guān)系此外,地球系統(tǒng)演化過程傳統(tǒng)地分為太古代、元定大小的塊體對應(yīng)一定厚度的圈層,特定的古代、古生代、中生代、新生代。每個階段都有其獨特層塊具有特定的運動方式,不同層塊之間的物質(zhì)交的地球結(jié)構(gòu),地球演化以漸變和突變的方式交替進換和能量交換導致地球運動和全球變化。行,重大地史界線表現(xiàn)為全球海陸格局和生態(tài)環(huán)境發(fā)在地球外部系統(tǒng),南半球大氣環(huán)流和北半球大氣生根本性變化,生物的爆發(fā)式新生和集群式絕滅環(huán)流可能與整個大氣圈的物質(zhì)運動相關(guān)。對流層制1.2分層塊約了刮風、下雨、降雪等氣候現(xiàn)象,還可進一步分為影1.2.1分層響季風環(huán)流的大陸氣候區(qū)和大洋氣候區(qū),大陸氣候區(qū)地球是一個多級分層系統(tǒng)(表3),顯示不均勻中高原氣候區(qū)和平原氣候區(qū)的氣候也明顯不同。結(jié)構(gòu)。一般來說,2000~3000km厚的地球外層(大地球內(nèi)部系統(tǒng)的層塊結(jié)構(gòu)十分清晰,陸洋轉(zhuǎn)換受巖石圈板塊制約,大陸巖石圈與大洋巖石圈在物表3地球系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)性、結(jié)構(gòu)、厚度、強度、變形、形成時代等方面顯示出Table 3 Stratification of earth system明顯的差異(李德威,1993,1995a,1995b),大洋擴子系統(tǒng)張帶地幔巖上升到地殼推動大洋巖石圈水平運動電離層(熱層)側(cè)向運動的大洋巖石圈向大陸巖石圈俯沖實現(xiàn)淺層中間層地球外層物質(zhì)向深層的轉(zhuǎn)移,構(gòu)成洋陸體系(超)巖石圈尺度平流層對流層的物質(zhì)循環(huán)。大陸板內(nèi)造山成盆與地殼物質(zhì)循環(huán)運水圈動有關(guān),造山帶地殼整體增厚及下地殼巨量增厚、上地球巨系統(tǒng)地球表層地殼中國煤化工沉積盆地地殼整土壤圈地殼體減∏ CNMHG地殼層流和韌性地球內(nèi)層地幔伸展減薄成互動關(guān)系(李德威,1993,1994,1995a,1995b,1995c,1997;李德威和紀云龍,2000)。青藏288大他修第29卷高原與周緣盆地之間存在大規(guī)模的地殼物質(zhì)循環(huán)生代的洋陸轉(zhuǎn)換帶(域)之上;燕山期秦嶺板內(nèi)造山(李德威和李先福,1993; Li Dewei,1994a,2000;李帶和燕山期-喜馬拉雅期青藏高原復合造山帶疊加德威,2003)。青藏高原北部、東部和南部三個板內(nèi)在自北而南有序演化的青藏特提斯構(gòu)造域之上(L盆山地殼體系的形成,可能與西北利亞、太平洋和印 Dewei,1994)。主要表現(xiàn)為碰撞構(gòu)造被板內(nèi)構(gòu)造強度洋三個巖石圈板塊先后向青藏高原方向俯沖作用烈改造。二是同尺度不同類型的大陸構(gòu)造單元隨著有關(guān)。中國西部地殼總體增厚與中國東部地殼總體深部熱演變而出現(xiàn)地殼構(gòu)造疊加(李德威,1995b)減薄主要是中、新生代板內(nèi)新生下地殼熱軟化物質(zhì)后期構(gòu)造單元新生熱下地殼強烈改造和徹底置換已由東向西橫向遷移的結(jié)果,其深層動力學背景與太經(jīng)冷卻固結(jié)的先期構(gòu)造單元老下地殼?！安煌愋推窖蟀鍓K作用有關(guān)。的大陸構(gòu)造單元也可以疊加和改造,像華北平原這1.3分階段種新生代發(fā)展起來的盆地,沉積巖層可以直接覆蓋地球運動在時間上也是不均勻的,有漸變和突在強烈剝蝕、夷平的古造山帶根帶高級結(jié)晶巖系之變之分,還存在特定時間界線全球巨變和區(qū)域變化上”(李德威,1997)。上述由大陸動力學層流構(gòu)造的差異。地球系統(tǒng)演化包括地球內(nèi)部系統(tǒng)演化、地演化模式推斷的華北古造山帶,與張旗等(2001)通球外部系統(tǒng)演化和地球表層系統(tǒng)演化,表現(xiàn)為全球過埃達克巖論證的中國東部高原(或華北高原)不古地理、古氣候、古生物的分階段、不可逆演化。不謀而合。說明中國大陸中、新生代發(fā)生了巨大的地同地區(qū)不同階段具有不同的動力學特征。貌變遷。最近發(fā)現(xiàn)華南東西向巨大的重磁異常帶為根據(jù)全球事件轉(zhuǎn)折界線,具有4.6Ga歷史的地深部隱伏構(gòu)造帶(滕吉文等,2004),也可能是區(qū)域球分階段演化。前寒武紀地球演化是地球重力分異構(gòu)造疊加的反映。與分層、古元古代 Columbia哥倫比亞超大陸和中青藏高原具有清晰的三階段構(gòu)造演化過程(Li新元古代 Rodinia超大陸的裂解與聚合、原始大氣和 Dewei,1994;李德威,2003)?；仔纬呻A段可能與次生大氣形成的過程。重大構(gòu)造轉(zhuǎn)折引起古全球變古元古代哥倫比亞超大陸和中-新元古代羅迪尼亞化,如 Rodinia超大陸的裂解發(fā)生在830Ma之后的裂解與聚合有關(guān)。青藏特提斯構(gòu)造域演化階段可( Powell et al.,193),800~600Ma的超大陸裂解事分為原特提斯消減與古特提斯擴張、古特提斯消減件造成地球”冰室"效應(yīng),地球成為一個大雪球與中特提斯擴張、中特提斯消減與新特提斯擴張新( Donnadieu et al.,2004)。大約在570Ma,裂解的大特提斯消減與現(xiàn)代特提斯(印度洋)擴張的同步有陸再次碰撞形成 Pannotia超大陸,出現(xiàn)泛非(Pan-序演化序列( Li Dewei,1994a;李德威,2003,2004)。African)事件。這種超大陸開合演化的全球動力學過原特提斯的擴張可能與其北側(cè)的始特提斯(阿爾金程可能受控于核幔作用及相關(guān)的超級地幔柱活動。昆侖元古洋)的消減之間存在密切的時空關(guān)系和542Ma進入顯生宙的全球重大地質(zhì)事件造成大氣中成因聯(lián)系。青藏高原板內(nèi)造山階段與周邊的盆地形氧含量急劇增加,臭氧層形成,生命大爆發(fā),0.53Ga成過程同步,板內(nèi)造山階段分為不均勻的、以水平運出現(xiàn)澄江動物群( Shu et al.,1999)。古生代地球運動動為主導的構(gòu)造隆升期和整體的、以垂直運動為主主要表現(xiàn)為大陸的裂解和拼合,是以洋陸轉(zhuǎn)換和耦合導的均衡隆升期。青藏高原由下地殼層流運動控制為主導的巖石圈動力學過程。中生代地球運動在洋的板內(nèi)盆山耦合作用具有從北向東再向南的順時針陸轉(zhuǎn)換的背景或基礎(chǔ)上發(fā)生廣泛的燕山期板內(nèi)造山遷移演化規(guī)律,即從青藏高原北部至青藏高原東部,成盆事件和極大規(guī)模的成礦成藏作用。新生代以阿再到青藏高原南部(李德威和李先福,1993)。青藏爾卑斯-喜馬拉雅構(gòu)造帶掘起、全球地貌和環(huán)境巨高原及鄰區(qū)中新生代板內(nèi)造山成盆過程不僅表現(xiàn)在變、人類滋生和繁衍為特征。每個重大構(gòu)造轉(zhuǎn)折事件地區(qū)差異上,而且在同一盆山體系也呈現(xiàn)復雜的演在全球不同部位顯示洋陸作用或盆山作用,常伴有火化歷史。例如,青藏高原東部板內(nèi)造山成盆事件在山、地震、礦產(chǎn)的大爆發(fā)和生物的大滅絕。燕山期、喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期可能經(jīng)歷了不同尺度和不同類型的大陸構(gòu)造單元可以疊加區(qū)培盆山耦合擠壓環(huán)境盆山耦合和和改造(李德威,1995a,1995b)。區(qū)域大地構(gòu)造疊被中國煤化工峰期以造山帶內(nèi)部加一般有兩種常見類型:一是大陸造山帶和沉積盆大CNMHG規(guī)模逆沖推覆為主地疊加在洋陸轉(zhuǎn)換帶之上。例如,中新生代大陸板要標志,這是板內(nèi)金屬成礦大爆發(fā)期(李德威,內(nèi)形成的天山造山帶和準噶爾盆地疊加在主體為古1994b;2004)。青藏高原板內(nèi)峰期金屬成礦相應(yīng)地第3期李德威:地球系統(tǒng)動力學綱要289出現(xiàn)遷移演化規(guī)律,青藏高原北部主要是燕山晚期,約,如時空結(jié)構(gòu)、物質(zhì)性質(zhì)、熱狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)、外星青藏高原東部主要為喜馬拉雅早期(峰期為40~30事件、生物作用等。水循環(huán)記載了土壤圈、水圈、生la)青藏高原南部主要地喜馬拉雅晚期(峰期為17物圈、大氣圈的物質(zhì)運動;幔(深)源火山巖搭起了~15Ma)。青藏高原整體快速均衡隆升發(fā)生在3.6地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)耦合的橋梁,融合了Ma以后,造成地貌、生態(tài)、環(huán)境和氣候的巨變(L地幔、地殼、水圈、生物圈、大氣圈的物質(zhì)記錄。此Dewei,9y4;李德威,2004)。青藏高原三階段構(gòu)造外,地球表層系統(tǒng)復雜的層塊耦合包括自然動力對演化是不同尺度和不同類型的動力學體制疊加的典人類的作用和人類活動對自然地球系統(tǒng)的反作用。范,這一歷史地球系統(tǒng)動力學演化過程增加了地球(2)耦合尺度多級性。從空間上講,地球除與系統(tǒng)的成熟度,核外系統(tǒng)的分層作用和物質(zhì)再造作其它星球存在耦合作用外,地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外用不斷加強。部系統(tǒng)之間、地球內(nèi)部系統(tǒng)和地球外部系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間都存在廣泛的耦合作用2主要思想(3)耦合過程階段性。地球演化表現(xiàn)為不均勻的階段性運動,顯示出明顯的強度脈動特征和演變2.1類型節(jié)律現(xiàn)象。不同尺度的時間突變界面在相應(yīng)尺度的地球系統(tǒng)一直處于四維動態(tài)演變和狀態(tài)變化之地球?qū)訅K中表現(xiàn)出強耦合作用,出現(xiàn)造超大陸-超中,相應(yīng)地出現(xiàn)不同類型的動力學過程,可從時間、空間和物質(zhì)狀態(tài)等方面進行分類(表5)。各類動力大洋作用、造陸-造洋作用、造山-造盆作用,不同學分類還可按各自的依據(jù)分為若干亞類。例如,地程度地產(chǎn)生成礦作用、火山活動、地貌變遷、生物滅球內(nèi)部系統(tǒng)動力學按深度可分成地殼動力學、地幔絕和環(huán)境變化。特別值得研究的是,金屬成礦大爆動力學、地核動力學。發(fā)期出現(xiàn)在超大陸裂解和板內(nèi)造山階段。在地球漸變過程中地球系統(tǒng)各圈層顯示弱耦合特點。(4)耦合作用關(guān)聯(lián)性。地球系統(tǒng)各層塊的耦合表5地球系統(tǒng)動力學分類過程也是相互制約的過程,包括天地生互動、地球內(nèi)Table 5 Classification of earth system dynamics空閫時間外互動、核?；印め；印⒑ｊ懟?、盆山互動。地球外部系統(tǒng)歷史地球系統(tǒng)氣體地球系統(tǒng)(5)耦合效應(yīng)全球性。不同尺度、不同類型的動力學動力學耦合之間存在內(nèi)在的聯(lián)系,子系統(tǒng)受控于系統(tǒng),系統(tǒng)地球表層系統(tǒng)現(xiàn)代地球系統(tǒng)液體地球系統(tǒng)類型動力學動力學動力學受控于巨系統(tǒng)。例如,青藏高原北部燕山期的板內(nèi)地球內(nèi)部系統(tǒng)未來地球系統(tǒng)固體地球系統(tǒng)造山成盆及金屬成礦事件與中特提斯的消減有關(guān)動力學青藏高原中部和東部板內(nèi)造山成盆及成礦作用與新特提斯的關(guān)閉和印度板塊與歐亞板塊的最終碰撞有2.2耦合關(guān),青藏高原南部喜馬拉雅晚期的板內(nèi)造山成盆及地球系統(tǒng)動力學的核心是不同尺度、不同狀態(tài)大規(guī)模金屬成礦事件與印度洋板塊作用有關(guān)。青藏的層塊在地球系統(tǒng)演變的不同階段發(fā)生耦合作用及特提斯構(gòu)造域始特提斯、原特提斯、古特提斯、中特其整體互動效應(yīng)。提斯、新特提斯和現(xiàn)代特提斯(印度洋)自北而南的2.2.1耦合特點演化是未來澳美歐亞終極超大陸形成的重要組成部地球是一個復雜的巨系統(tǒng),不同時空尺度的地分,對過去、現(xiàn)在和未來的全球變化帶來巨大的影球系統(tǒng)和各種地球動力學過程之間的耦合關(guān)系具有響。如下特點:2.2.2耦合類型(1)耦合系統(tǒng)復雜性。多圈層地球系統(tǒng)是一個地球是一個復雜的多級層塊系統(tǒng),相關(guān)層塊之遠離平衡態(tài)的非線性復雜開放動力系統(tǒng),地球系統(tǒng)間存在物質(zhì)和能量交換,并與地外系統(tǒng)構(gòu)成開放體與地外系統(tǒng)之間、地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)之系。間、地球內(nèi)部殼幔、核幔之間、地球外部對流層與平度的莉VL中國煤化工與造山帶之間的流層、平流層與中間層、中間層與熱層(電離層)之耦合CNMH之間的耦合。(3)間以及洋陸、盆山之間都存在物質(zhì)交換和能量交換。地氣耦合:大陸與大氣層之間的耦合。(4)海氣耦地球系統(tǒng)不同層塊之間的耦合作用受許多因素的制合:海洋與大氣層之間的耦合。(5)殼幔耦合:地殼290第29卷與地幔之間的耦合。(6)巖軟耦合:巖石圈與軟流物運動影響到地表形態(tài)、大氣狀態(tài)和成礦作用。例圈之間的耦合。(7)核幔耦合:地核與地幔之間的如,人類活動干擾或改變了碳、氮、硫、磷等生源要素耦合。(8)對平耦合:對流層與平流層之間的耦合。的生物地球化學循環(huán)系統(tǒng),破壞了地球自然環(huán)境平(9)平中耦合:平流層與中間層之間的耦合。(10)衡狀態(tài),產(chǎn)生大氣污染、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等嚴中熱耦合:中間層與熱層之間的耦合。(11)內(nèi)外耦重生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。合:地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)之間的耦合地球系統(tǒng)耦合作用是各種耦合運動方式的結(jié)合(12)日地耦合:太陽與地球之間的耦合。(13)宇地和轉(zhuǎn)化,地球內(nèi)部化學運動可轉(zhuǎn)化為熱運動,熱運動耦合:宇宙與地球之間的耦合。是地球運動的最重要的因素。2.2.3耦合方式2.2.4耦合模地球系統(tǒng)各層塊之間的耦合作用是如下四種基地球系統(tǒng)是一個受物理、化學、生物過程制約的本運動方式的結(jié)合:(1)機械運動:不同層塊的物質(zhì)多圈層相互作用的自組織系統(tǒng),巨系統(tǒng)與系統(tǒng)之間在重力場和應(yīng)力場中相互作用,在盆山耦合和洋陸系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間存在物質(zhì)、能量耦合系統(tǒng)的上部占主導地位。(2)物理運動:不同交換。不同類型、不同尺度的層塊耦合以物質(zhì)循環(huán)層塊的物質(zhì)在溫度場、電磁場、引力場、核力場中發(fā)為特征,有其相對獨立的動力學機制。小尺度層塊生熱運動、電磁運動、基本粒子運動,是地球系統(tǒng)圈是大尺度層塊存在的基礎(chǔ),大尺度層塊包含和控制層耦合最重要的方式。(3)化學運動:包括物質(zhì)多著小尺度層塊,因而小尺度動力學過程(如大陸動種形式的化合與化分,如巖石變質(zhì)、礦物分異,放射力學、海洋動力學)處于從屬地位,大尺度動力學過性元素衰變、水巖反應(yīng)、大氣污染等。(4)生物運程(如全球動力學、地球系統(tǒng)動力學)起主導作用。動。地球表層包括人類活動、微生物作用在內(nèi)的生表6地球系統(tǒng)多層塊耦合模式初步構(gòu)想Table 6 Preliminary coupling model between different layers and blocks in the earth system耦合類型層塊關(guān)系物質(zhì)運動核心內(nèi)容主控因素動力學過程盆山耦合地殼與地幔作用盆山地殼物質(zhì)循環(huán)。親殼型地殼厚度巨變,板內(nèi)造地殼軟流層大陸動力學地殼物質(zhì)系統(tǒng)山成盆下地殼流動(地殼動力學)洋陸耦合巖石圈與軟流圈作用洋陸殼幔物質(zhì)循環(huán)。親幔型巖石圈厚度變化,碰撞地幔軟流層巖石圈動力學殼幔物質(zhì)系統(tǒng)軟流圈流動(地幔動力學)超洋陸耦合地核與核外系統(tǒng)作用超大陸與超大洋物質(zhì)大循環(huán)。地球膨脹與收縮,統(tǒng)地核軟流層球動力學親核型殼幔核物質(zhì)系統(tǒng)大洋和大陸外核流動(地核動力學)季風循環(huán)。地下水、地表水大氣水循環(huán)與轉(zhuǎn)化。高原上大氣、植被、土壤、太陽輻射。陸面地氣耦合燕發(fā),氣溫、氣壓、陸地大氣動力學高原與平原地殼剝蝕、平原上地殼充填與石流體層等分層耦合降水量變化?；鸬孛矂恿W平原下地殼流失、高原下地殼作用增生的地殼物質(zhì)循環(huán)山巖漿活動大氣物質(zhì)入海,海洋溫室氣體風、浪、流、潮、氣相互太陽輻射海氣桐海內(nèi)與海岸排放。厄爾尼諾現(xiàn)象。大規(guī)作用,海氣界面物質(zhì)和海底噴流海洋大氣動力學模洋流一“全球輸送帶能量交換海溫場變化海洋動力學大氣層頂?shù)缀偷貎?nèi)外耩合整個地球系統(tǒng)大氣環(huán)流、季風環(huán)流水請環(huán)地球老屈統(tǒng),天地生橫自大地球系統(tǒng)動力學碳循環(huán)、生物地球化學循環(huán)等相互作用,全球變化異熱力地球系統(tǒng)多層塊耦合模式是當代地學重大前種類型的大氣環(huán)流模式、海洋環(huán)流模式、海氣耦合模沿探索性課題,目前較成熟的物質(zhì)運動模式除概括式、陸氣耦合模式:合球海陸氣耦合模式(吳國雄洋陸耦合、軟流圈流動、板塊運動的巖石圈動力學模等中國煤化工met,199;,rh式和多級地幔柱模式外,已初步建立以盆山耦合、下fldCNMHG1998: Manabe and地殼流動、殼幔作用為核心的大陸動力學模式(李 Stouffer,1996; Rahmstorf,1994; Stouffer et al.德威,1992,1993,1994b,1995a,1995b,1995)和多1994; Zhang Tao et al..,2002)。然而地球系統(tǒng)動力第3期李德威:地球系統(tǒng)動力學綱要291學模式是最高層次,涉及地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部于核外系統(tǒng)和內(nèi)核必然存在差異轉(zhuǎn)動,而且應(yīng)該是系統(tǒng)的耦合,控制各子系統(tǒng)的行為和過程,影響與人外核流動快,以側(cè)向?qū)恿鳛橹?在與內(nèi)核及核外系統(tǒng)類活動有關(guān)的地球表層的狀態(tài)和過程,是地球各種的差異轉(zhuǎn)動過程中起主導作用。地幔柱是全球大尺層塊作用、自然現(xiàn)象和運動規(guī)律的高度概括,也是預度核幔殼物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中由地核側(cè)向流派生的垂向測地球發(fā)展、演化和未來全球變化的基礎(chǔ)流。核幔邊界作用和相關(guān)的多級熱、冷地幔柱以及建立地球系統(tǒng)動力學模式,必須考慮以下幾個洋殼俯沖構(gòu)成大尺度的物質(zhì)循環(huán),與超大陸裂解和關(guān)鍵科學問題:聚合有關(guān)。大洋擴張中心出現(xiàn)深部熱流物質(zhì)增生和(1)耦合界面。地球系統(tǒng)耦合的一級界面是地上升,大陸邊緣俯沖帶表現(xiàn)為大洋物質(zhì)消減、下沉,球內(nèi)部系統(tǒng)過程(如巖漿活動、流體活動、變質(zhì)作并部分轉(zhuǎn)移到大陸底部,而大陸表面剝蝕物向大洋用、構(gòu)造活動等)與地球外部系統(tǒng)過程(如太陽光、遷移季風、大氣環(huán)流、水循環(huán)、碳循環(huán)等)強烈耦合作用地殼表層及地球外層出現(xiàn)大氣循環(huán)、碳循環(huán)、水的地球表層系統(tǒng),主要由水圈、生物圈組成,涉及地循環(huán)等。季風是典型的大氣循環(huán),全球大氣、海洋球內(nèi)部系統(tǒng)的淺層和地球外部系統(tǒng)的底層,地球系陸地和冰層相互作用導致干冷冬季風和暖濕夏季風統(tǒng)演化過程中地球表層系統(tǒng)不斷發(fā)生變化,包括地的相互交替。人為碳排放影響海洋物理過程和陸地貌變遷、水系和湖泊演化、氣候變化、生物絕滅、生態(tài)生態(tài)系統(tǒng),與全球升溫事件密切相關(guān)( Sabine etαl,.環(huán)境改變、地震活動、火山噴發(fā)、山體滑坡、沙漠化2004)。水循環(huán)最直觀,大氣水、土壤水、地下水、地等。地球系統(tǒng)存在多個二級圈層耦合界面,地球內(nèi)表水、海水、冰雪在一定條件下相互轉(zhuǎn)化,大氣降水部系統(tǒng)由地核流層(外核)、地幔流層(軟流圈)和地到達地面后,一部分形成地表水,一部分向下滲入形殼流層(下地殼)的快速流動及其與各自上、下相鄰成土壤水和地下水,地表水通過江河帶著陸源物質(zhì)圈層的差異剪切運動的耦合和解耦是研究地球內(nèi)部流入海洋,海水人侵到大陸有助于形成地下水。地系統(tǒng)圈層耦合的關(guān)鍵。表水和海水經(jīng)陸面蒸發(fā)和海面蒸發(fā)進入大氣層。水(2)物質(zhì)循環(huán)。地球多圈層耦合的核心是物質(zhì)循環(huán)支配全球水量的轉(zhuǎn)移與變化,影響不同層塊之運動,不同尺度地球?qū)訅K系統(tǒng)存在不同形式的物質(zhì)間的物質(zhì)和能量交換,塑造地球表面豐富的地貌形循環(huán)運動。筆者曾描述了大陸板內(nèi)盆山之間的殼內(nèi)態(tài),制約生物的生存環(huán)境,因而水循環(huán)充分反映了大物質(zhì)動態(tài)循環(huán)過程(李德威,1993,1995a,1995b)。氣圈、巖石圈、水圈、冰雪圈和生物圈的耦合在盆山地殼物質(zhì)循環(huán)體系中,從與熱點或幔枝有關(guān)不同類型、不同尺度的地球?qū)訅K體系物質(zhì)循環(huán)的盆地中央莫霍面上凸的部分熔融和強流變伸展區(qū)周期顯著不同,受物質(zhì)形態(tài)、循環(huán)腔尺度、物質(zhì)密度開始,經(jīng)造山帶下地殼熱軟化物質(zhì)韌性流動和匯聚和粘度等因素的制約,可分為超短周期(如大氣循增厚以及上地殼熱隆伸展、側(cè)向擴展和隆升剝蝕,再環(huán))、短周期(如碳循環(huán)、水循環(huán))、中周期(如盆山地到盆地接受沉積和推覆與滑覆改造,出現(xiàn)細沉積巖殼物質(zhì)循環(huán))、長周期(如洋陸殼幔物質(zhì)循環(huán))和超(常伴生火山巖)、幔源或殼?；煸磶r漿巖、高溫麻長周期(如超大洋-超大陸殼幔核物質(zhì)循環(huán))。粒巖、超高壓榴輝巖、高壓麻粒巖、埃達克質(zhì)下地殼(3)耦合動力。地球系統(tǒng)存在多種動力作用,宏源部分熔融巖漿巖、角閃巖相巖石、過鋁質(zhì)下地殼流觀上分為內(nèi)動力、外動力和人動力。局部而言,不同動與上地殼斷裂差異運動及中上地殼伸展降壓熔融構(gòu)造發(fā)展階段和不同層塊邊界的主導作用力的類型成因的殼源(淡色)花崗巖、綠片巖相巖石、粗沉積(如應(yīng)力熱力、重力、引力磁力、人力等)有所不同。巖的有序親殼巖石組合,伴隨進變質(zhì)作用、退變質(zhì)作從整個地球系統(tǒng)來看,熱動力是地球系統(tǒng)耦合的主導用、無變質(zhì)作用和埋藏變質(zhì)作用。板內(nèi)新生下殼層動力源。盆山耦合的大陸動力學過程與下地殼熱軟流與其上、下圈層耦合作用形成順層韌性剪切帶,形化物質(zhì)的層流作用有關(guān)(李德威,1995a,1995b),洋陸成超鎂鐵質(zhì)糜棱巖、鎂鐵質(zhì)糜棱巖、長英質(zhì)糜棱巖等耦合的巖石圈動力學過程由軟流圈熱對流或?qū)恿髟鞓?gòu)造巖序列。成在兩個主熱源區(qū)地球內(nèi)部由放射性地球內(nèi)部還存在更大尺度的洋陸物質(zhì)循環(huán)和地元素中國煤化工射生熱,從而形成幔流動( Fortie and mitrovica,2001),地幔柱作用地球CNMHG溫度在1100℃以( Maruyama,1994),內(nèi)核相對于外核快速差異轉(zhuǎn)動上,地核溫度達5500℃,與地球表層之間存在巨大溫( Song and Richards,1996)。外核流動過程中相對差,熱梯度和熱應(yīng)力驅(qū)動地球內(nèi)部和外部的物質(zhì)運292大他虛戰(zhàn)第29卷動,制約地球系統(tǒng)物質(zhì)的存在狀態(tài)。參考文獻:地球系統(tǒng)除受自然動力作用外,人類活動改造地貌形態(tài)、大氣狀態(tài)、生態(tài)環(huán)境,人為營力和微生物畢思文,許強地球系統(tǒng)科學.北京:科學出版社畢思文,黃潤秋地球系統(tǒng)力學.北京:地質(zhì)出版社活動對地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)之間強耦合的柴育成202淺議學科交叉與地球系統(tǒng)科學地學前緣,9地球表層系統(tǒng)的狀態(tài)突變將起到關(guān)鍵的觸發(fā)作用。(4)耦合機制。地球系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)不均勻、陳述彭,曾杉.1996.地球系統(tǒng)科學與地球信息科學.地理研演化不平穩(wěn)的復雜開放體系,地球系統(tǒng)動力學機制究,15(2):1-10要從地球系統(tǒng)整體作用的高度去理解,地球巨系統(tǒng)黃秉維.1996:論地球系統(tǒng)科學與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略科學基礎(chǔ)具有臨界閾值和突變特征。在研究地球多層塊耦合(1).地理學報,51(4):350-353運動基礎(chǔ)上要重視地球氣水生殼幔核的整體運動李德威199大陸構(gòu)造樣式及大陸動力學模式初探地球科特征,研究地球的形態(tài)(圈層結(jié)構(gòu)、洋陸分布、盆山學進展,8(5):88-93組合、地貌類型)、狀態(tài)(熔層、水域、陸地、氣圈、冰李德威199.大陸構(gòu)造研究中一些值得重視的問題中國地質(zhì),(9):22-24蓋等)、物態(tài)(物質(zhì)存在形式、巖水氣組合、流體、地李德威.1995a.關(guān)于大陸構(gòu)造的思考,地球科學,20(1):10-18球化學組分)和生態(tài)(物種、人類生存環(huán)境)的內(nèi)在李德威.195.再論大陸構(gòu)造與動力學地球科學,20(1)聯(lián)系,探索地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外部系統(tǒng)在耦合過程中的物質(zhì)交換和能量交換。李德威.1995c,大陸構(gòu)造與動力學研究的若干重要方向,地學前緣,2(2):141-1463結(jié)論李德威.1997.大陸動力學的哲學探索.大自然探索,16(2):107-110地球系統(tǒng)科學和地球系統(tǒng)動力學都是正在探索李德威.200青藏高原隆升機制新模式地球科學—一中國的新領(lǐng)域。地球系統(tǒng)科學是地球系統(tǒng)動力學的基地質(zhì)大學學報,28(6):593-600礎(chǔ),地球系統(tǒng)動力學是地球系統(tǒng)科學的發(fā)展。地球李德威2004.青藏高原南部板內(nèi)造山與動力成礦地學前系統(tǒng)動力學除研究地球內(nèi)部地殼、地幔、地核和地球緣,11(4):361-370外部對流層、平流層中間層、熱層的耦合過程和耦李德威,紀云龍200陸下地殼層流作用及其大陸動力學合機制外,更重要的是研究地球內(nèi)部系統(tǒng)與地球外意義,地震地質(zhì),22(1):89-96部系統(tǒng)之間的一級耦合界面(人類賴以生存的地球李德威,李先桶,199四維動態(tài)成礦理論的探索與實表層系統(tǒng))的耦合過程耦合效應(yīng)和耦合機制。踐——以西藏羅布莎鉻鐵礦區(qū)為例.武漢:中國地質(zhì)大出版社建立地球系統(tǒng)動力學模式是一項高難度的巨型馬宗晉,杜品仁,盧苗安,200地球的多圈層相互作用地學理論創(chuàng)新工程,離不開多學科大跨度的交叉、滲透和前緣,8(1):3熔合,高新技術(shù)(如空間和深部探測、實驗與模擬、任紀舜,陳廷愚,牛寶貴,劉志剛,劉風仁.190.中國東部大陸髙精度定年、數(shù)據(jù)信息計算與處理)的應(yīng)用,眾多現(xiàn)巖石圈的構(gòu)造演化與成礦北京:科學出版社,1-205象的高度綜合和集成,局部模式(大陸動力學、海洋滕吉文,閆雅芳.2004.中國東南大陸和陸緣地帶板內(nèi)構(gòu)造界動力學)、區(qū)域模式(巖石圈動力學、大氣動力學)、帶的地磁異常響應(yīng).大地構(gòu)造與成礦學,28(2):105全球模式(地球動力學、地球系統(tǒng)動力學)、星系模式(行星統(tǒng)一系統(tǒng)動力學)的交融和整合。最終通王焰新,朱水紅,張治河203發(fā)展地球系統(tǒng)科學的背景,過原創(chuàng)性的地球系統(tǒng)動力學理論模型科學預測未來問題及對策.中國地質(zhì)大學學報(社會科學版),3(1):不同時間尺度的全球變化(如海陸變遷、地貌巨變汪品先.2003,我國的地球系統(tǒng)科學研究向何處去?地球科氣候變化、環(huán)境變遷、生物演化等)。學進展,18(6):837-851本文是在前人大量研究的基礎(chǔ)上完成的。地球吳國雄,張學洪,劉輝,俞水強,金向澤,郭裕福,孫菽芬,李偉系統(tǒng)動力學涉及十分廣泛的學科領(lǐng)域,在此僅作極平,王標,石廣玉.1997.LASG全球海洋一大氣一陸面系其簡要的初步分析,期待起到拋磚引玉的作用。些認識還有待進一步探討和修正H中國煤化工研究,應(yīng)用氣象學報,8CNMHG被影響的陸氣耦合模與王焰新、楊坤光等教授進行過有益的討論,在式.力學學報,30(3):267-27此深表感謝。袁道先.1999.對地球系統(tǒng)科學的幾點認識.高校地質(zhì)學報第3期李德威:地球系統(tǒng)動力學綱要2935(1):1-5(1): 10-18( in Chinese with English abstract)翟裕生.2004.地球系統(tǒng)科學與成礦學研究,地學前緣,11 Li Dewei.1995b. On continent tectonics and continental dynam(1):1-10Earth Science-Journal of China Unirersity of Geo-張旗,錢青,王二七,王焰,趙太平,郝杰,郭輝.2001燕山中nces, 20(1): 19-26( in Chinese with English ab-晚期的中國東部高原:埃達克巖的啟示,地質(zhì)科學,36(2):248-255Li Dewei. 1995c. Some important directions of continental tec-張志強,孫成權(quán),程國棟,牛文元,1999可持續(xù)發(fā)展研究:進tonics and dynamics. Earth Science Frontiers, 2(2): 141展與趨向.地球科學進展,14(6):589-595146( in Chinese with English abstractLi Dewei. 1997. Philosophical exploration of continental dynamReferencesics. Exploration of Nature, 16(2): 107-110( in ChineseBarnett T P. 1999. Comparison of near-surface air temperatureariability in ll coupled global climate models. J ClimatLi Dewei. 2000. Coupling relationships between orogens and ba12:511-518sins, lower crust and upper crust in the Qinghai-TibetBi Siwen and Huang Runqiu. 2003. Earth system mechanicsplateau. Earth Science Frontiers, 7(supp ) 312Beijing: Geological Publishing House( in Chinese)Li Dewei. 2003. New model for the uplift of the Qinghai-TibetBi Siwen and Xu Qiang. 2002. Earth system science. Beijingplateau. Earth Science-Journal of China University ofScience Press in Chinese)Geosciences, 28(6): 593-600( in Chinese with EnglishBirchfield G E. 1989. A coupled ocean - atmosphere climateabstract)model: temperature versus salinity effects on the thermoha. Li Dewei. 2004. Late Cenozoic intraplate orogeny and dynamicline circulation. Climate Dynamics, 4: 57-71etallogeny in the southern Qinghai-Tibet plateau. EarthBryan F. 1998. Climate drift in a multi- century integration ofScience Frontiers, 11(4): 361 -370( in Chinese withthe NCAR climate system model. J Climate, 11: 1455English abstractLi Dewei and Ji Yhai Yuchtinental crust and its significance of continental dynamics.system science. Earth Science Frontiers, 9(3): 2-4(inSeismology and Geology, 22(1): 89-96( in Chinese withChinese with English abstract)Chen Shupeng and Zeng Shan. 1996. Earth system science anLi Dewei and Li Xianfu. 1993. Investigation and practice of fourgeo-informatics. Geographical Research, 15(2): 1-10an sin Chinese with English abstract)of China University of Geosciences( in Chinese with Eng-Huang Bingwei. 1996. On earth system science and sustainablelish abstract)development strategy. Acta Geographica Sinica, 51(4): Ma Zongjin, Du Pinen and Lu minoan. 2001. Multilayered in350-353( in Chinese with English abstract)ction of the earth. earth Science Frontiers, 8(1): 3-8Donnadieu Y, Godderis Y. Ramstein G. Nedelec A and Meertin Chinese with English abstract)J.2004.A"snowball earth"elimate triggered by continen- Manabe S and Stouffer R J. 1996. Low-frequency variability ofal break - up through changes in runoff. Nature, 428: 303surface air temperature in a 1, 000- year integration of acoupled atmosphere -ocean-land surface model. J CliFortie A M and Mitrovica J X. 2001. Deep- mantle high-vis-mate,9:376-393cosity flow and thermochemical structure inferred from seis- Maruyama S. 1994, Plume tectonics. J Geol Soc Japan, 100:mic and geodynamic data. Nature, 410: 1049-105624-49Latif M. 1998. Dynamics of inter-decadal variability in coupled NASA. 1988. Earth system science, program for global changeocean-atmosphere models. J Climate, 11: 602-624Report of the Earth System Science Committee. WashingtonLi Dewei. 1993. The style of continental tectonics and model ofcontinental dynamics. Progress in Earth Science, 8(5): 88 PowellC M, Li ZX, McElhinny M W, Meert J G and Park J93( in Chinese with English abstractK. 1993. Paleomagnetic constraints on timing of the Neo-Li Dewei. 1994a. The outline of evolution for the Qinghai-Ti-proterozoic breakup of Rodinia and the Cambrian formationbet Tethyan domain since Late Palaeozoic. In: Annual Re-of Gondwana. Geology, 21(10): 889-892port of Lithosphere Tectonic and Dynamics Opening Labora- RahmstorfRapid climate transition in a coupled oceantory. Beijing: Seismological Press, 163中國煤化工2-85Dewei 1994b. Some important problems of continental tecton- Ren JiLiu Zhigang and Liuies. Geology in China, (9): 22-24(in Chinese)CNMHGthe continental litho-Li Dewei 1995a. Speculations on continental tectonics. Earthsphere and metallogeny in eastern China and adjacentScience-Journal of China University of Geosciences, 20Science Press, 1-205( in Chinese)294第29卷Sabine C L, Feely R A, Gruber N, Key R M, Lee K, BullisterXiangze, Guo Yufu, Sun Shufen, Li Weiping, Wang BiaoJ L, Wanninkhof R, Wong C S, Wallace D WR, tilbrookand Shi Guangyu. 1997. Global ocean-atmosphere-landB, Millero F J, Peng T H, Kozyr A, Ono T and Rios A Fsystem model of LASG( GOALS/LASG and its simulation2004. The Oceanic sink for anthropogenic CO,. Sciencestudy. Quart J Appl Meteor 8( Suppl. ) 15-28( in Chi-ese with English abstract)Shu D, Luo H, Morris S C, ZhangX L, Hu S X, Chen L, Han Xie ZT, Li JC and Yao D L. 1998. A coupling model of theJ, Zhu M, Li Y and Chen L Z. 1999. Lower Cambrianland-atmosphere interaction with canopy influences. Actavertebrates from South China. Nature. 402: 42-46Mechanica Sinica, 30(3): 27-276( in Chinese with EngSong X and Richards P G. 1996. Seismological evidence for dif-lish abstract)ferential rotation of the earth 's inner core. Nature, 382Yuan Daoxian. 1999. Remarks on earth system science. Geolo221-224gical Journal of China Universities, 5(1): 1-5( in Chitouffer R J. Manabe S and Vinniko K Y. 1994. Model assess-nese with English abstract)Zhai Yusheng. 2004. Earth systedling. Nature, 367: 634-636metallogenesis. Earth Science Frontiers, 11(1): 1-10Teng Jiwen and Yan Yafan. 2004. Abnormal geomagnetic fieldin Chinese with English abstractat intraplate tectonic boundary in continent and Zhang Q, Qian Q, Wang E Q, Wang Y, Zhao T P, Hao J andcontinental margin in southeastern China. Geotectonica etGaoG J. 2001. An east China plateau in mid-late Yan-Metallogenia, 28(2): 105-117( in Chinese with Englishshian period Implication from adakites. Scientia GeologicSinica, 36(2): 248-255( in Chinese with EnglishWang Yanxin, Zhu Yonghong and Zhang Zhihe. 2003. Theabstract)background, problems and development stralegy of earth Zhang Zhiqiang, Sun Chengquan, Cheng Guodong and Niusystem science. Journal of China University of GeosciencesWenyuan. 1999. Progresses and trends of sustainable de-Social Sciences Edition ) 3(1):9-12( in Chinese withvelopment research. Aduance in Earth Sciences, 14(6)595(in Chinese with English abstract)Wang Pinxian. 2003. Earth system science in China quo vadis? Zhang Tao, Guo Yufu and Wu Guoxiong. 2002. Analysis of theProgress in earth Science, 18(6):837-851( in Chineseonal mean atmospheric climate state in IAP/LASG modelwith English abstract)simulations. Advances in Atmospheric Sciences, 19(6)Wu Guoxiong, Zhang Xuehong, Liu Hui, Yu Yongqing, Jin1091-1102OUTLINE OF EARTH SYSTEM DYNAMICSLI DeweiFaculty of Earth Science and Research Center of the Qinghai Tibet Plateau, China University of GeosciencesWuhan, Hubei 430074, ChinaAbstract: Earth system dynamics closely related to earth system science and global change research deals with thestructure,process, mechanism and effect of the layer-block coupling in earth system and is resulted from the highsynthesis of earth dynamics, lithospheric dynamics, continental dynamics, oceanic dynamics and gas dynamicsThis paper is focused on complicated earth system at different scales, different layer-block combinations, and dif-ferent stages. Earth system dynamics can be classified into earth interior system dynamics, earth surface system dnamics, and earth external system dynamics based on space, and historical earth system dynamics, modern earthsystem dynamics, future earth system dynamics based on time, as well as gas earth system dynamics, liquid earthsystem dynamics, and solid earth system dynamics based on state of substance. The paper analyses the featurespes, and modes for earth system coupling, and discusses the coupling boundary, motion of matter, powersources, and coupling mechanism between earth interior systemnd finally by taking theinteracting multi- layers in the earth system as a whole structure中國煤化工oduction in theearth interior system and solar radiation heat production fromCN MH Ge dominating powersources for the layer-block coupling in intricate open earth systemKeywords: earth system science; earth system dynamics; earth surface system; global change; coupling