第四纪科学与环境地球化学

人地关系是人与自然的根本关系。现代的人地关系是在不同自然或文化景观区内自然与人类长期相互作用及相互影响的结果。对人地关系的研究，不仅要考察人地系统的空间结构与地域差异，而且要追溯过去，需要从地质地理和人文文化景观的发生发展过程去寻求其规律和演变趋势。这种研究不应限于有文字记载的历史时期，而应该从人类之初开始，对人类出现以来环境的时空演化过程做深入研究。对此长时间跨度、异常复杂的人地关系演变过程的研究，第四纪研究恰表现出独特的学科专长。

第四纪是地球历史中最新的一个时代，以人类的出现为标志。第四纪科学一般指第四纪地质学，或第四纪环境学，它是“研究260 万年以来地球环境历史变化和人类适应可持续发展的科学”（刘东生，2004），研究包括地球环境的物质基础，即地球本身的结构与运动；地球环境的塑造者，即各种自然营力和“人”；地球环境发展的历史，特别着重局部的和区域的以及从区域到全球的变化和对比等。可见，第四纪科学涵盖了人类诞生以来地球表层所发生的一切，是与生倶来研究人与自然环境问题的科学，它与地质学、地貌学、气候学、古地理学、古生物学、古人类学、考古学和地球化学等联系密切，通过对第四纪以来的多种自然及人文沉（堆）积物、风化物的研究和对比，可对人地关系演变过程作科学深入的探讨。

现代的环境地球化学具有系统的、历史的、自然与人类活动紧密结合的学科特点，以及宏观与微观结合的方法特点。宏观上，在较大时间尺度下，从局部、区域乃至全球环境变化上综合研究多种环境要素的影响；微观上，在各种环境介质的界面处进行元素迁移机理研究。对于揭示地球环境变化的突发事件和低剂量长效应环境物质的迁移、转化和生态效应，以及辨识环境变异中自然与人为作用的份额具有独特的学科优势。环境地球化学不仅研究地球环境中天然和人为释放的化学元素的分布规律，为资源开发利用、生态环境保护及人类健康服务，还将当今的环境现象与地球历史的长期演化相结合，将地球环境系统的自然演化与人类活动的环境影响紧密融合，从地球环境的整体性和相互依存性出发，针对区域环境问题，综合研究化学元素在岩石圈、水圈、气圈和生物圈各圈层间相互作用的地球化学关系，揭示自然作用过程中和人类活动干扰下地球环境系统的变化规律（万国江，2002）。

这种现代环境地球化学内涵实质上是“地球系统化学新思想”（张本仁，1992）的外延。地球系统化学观点认为：地球系统物质运动包括无机、有机和生命物质，以及由它们组成的不同层次的层圈和地质体，地球化学系统的观点强调系统性质对其中化学作用特征和元素行为的制约，强调不同形式运动的相互作用，地球层圈相互作用，强调层圈与整个地球化学演化的不可逆性和螺旋式上升发展；各类地质体的化学组成及相应参数是地球物质化学运动的记录；研究一个区域的地球化学问题时，必须将地学和地质问题剖析为地球化学性质的问题来研究，以层圈相互作用和物质循环为主线，以历史地球化学理论和观点为指导，坚持层圈和地球化学演化的发展论和阶段论，从化学和物理化学观点揭示地质体中的地球化学运动的记录，形成地球化学研究的构想。

研究第四纪以来，尤其是全新世以来区域环境的地球化学特征，对于正确认识人地系统演变规律，预测未来环境变化，自觉而及时地调整人与自然的关系，构建一个良性循环、最佳的人类生存环境，推动和谐社会的发展，无疑具有理论和实践上的重大意义。在理论上，有助于地球系统过程和短期突发性全球变化等系列基本理论问题的解决；在实践上，可用于资源开发、环境保护、土地利用和管护等各个领域（夏正楷，1997）。

鉴于人类不仅受到来自地球环境变化的冲击，而且人类活动正以前所未有的幅度和速度影响着地球环境，进而影响到人类的生活质量与可持续发展水平，人类社会如何应对全球环境变化的挑战，如何适应未来可能出现的环境变化并有效地利用这种变化的环境，即人类如何合理的管理“地球生命支撑系统”。自20世纪80年代起，国际科学界先后发起并组织实施了一系列全球环境变化（GEC）战略性研究计划，全球环境变化（GEC）是指由人类活动和自然过程相互交织的系统驱动所造成的一系列陆地、海洋与大气的物理、化学和生物变化。GEC主要进行三方面工作，一是描述和了解控制整个地球系统关键性相互作用的物理、化学和生物过程；二是描述和了解支持生命的独特环境；三是描述和了解出现于地球系统中受人类活动影响的重大全球变化。其中心任务是以几十年至几百年为时间尺度，就对生物圈影响最大、对人类活动最敏感、最易实践和最有可预测性的重大全球变化问题作出回答。可见，GEC研究是第四纪研究的重要内容之一，并因其涉及地球系统的化学过程而在环境地球化学研究中亦具举足轻重的地位。