如何理解地球科學是一個複雜的科學體系？

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地球科學有數百個分支，包括海洋，氣候，植被，地理，地質，生態等等等等，只要是跟地球有關的研究都叫地球科學。

現在選取地球科學中一個非常小的分支，叫做地質學，其中包括構造，礦物，石油地質，火山，水文地質等等等等。

現在選取地質學中非常小的一個分支叫石油地質，與石油地質有關聯的學科可能有數百個，他們是地球物理，鑽探，石油工程，地質工程等等等等

現在選取集中非常小的一個分支叫採油，還是有數百個關聯學科，這時候我們來看關於採油的一個具體問題：南美某國的離岸油田的開採

儲層是碳酸鹽岩，這種岩性需要沉積岩石學家來分析成岩環境，需要古生物學家來鑒定岩芯中的化石種類，需要有機化學家分析有機物的組分，需要強大的計算機對儲層性質進行建模。

儲層附近可能有很多斷層，需要地球物理學家分析測井數據，需要構造專家分析應力分布。

現在采了一些油田裡的岩芯需要對其進行分析，需要同步加速器X光CT成像，需要圖像處理專家進行降噪和分割，需要強大的超級計算機進行4D模擬和成像，需要設計實驗分析多相流體在碳酸鹽岩中的流體力學。需要測量岩石的可濕性，需要三維建模統計孔隙度滲透性，需要3D列印技術生成實體孔隙度模型等等等等

當這一切都結束，主要的烴都已經被采出，現在可以考慮將碳儲存和油田增產結合起來，又是一系列的專業學科，每個學科都有大量的研究在進行。

再回到地球科學這個大概念，發現其中每一個具體的學科都有數以百計的鏈接通向其他學科。你可能無法想像計算機-圖像處理領域的一個小突破對石油工業造成的衝擊有多大。

這就是地球科學的複雜性。

地球科學，七大基礎學科之一，是以地球系統（包括大氣圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空間）的過程與變化及其相互作用為研究對象的基礎學科，包括地質學、地理學，以及其它衍生學科。地球科學是一個大題目，縱橫幾萬里，上下數億年，幾乎輻射到自然科學的其他各個領域。對地球的認識同世界各民族的起源、歷史、文化乃至這個世界文明的進展，都是緊密聯繫在一起的。

地球科學的研究對象包括：地球，地球的時、空、源。
① 地球的結構：層圈狀（slide）
②地球的構造：指地球各個部分之間關係及其它們的分布規律及演化。如大氣圈、水圈、岩石圈、地幔、地核、殼幔作用,山脈-盆地，大陸-海洋；
③ 地球物質：各種元素-礦物-岩石-礦床-地層,它們的分布及其遷移富集規律
④ 地質事件：地殼運動在地表反映.如地震、火山、海嘯、褶皺、斷裂等；
⑤ 預測和預防將來發生的地質事件

以上轉自百度百科「地球科學」
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就像一棵樹，樹榦上有很多分支很多枝幹很多樹葉而且枝幹和葉子長的不盡相同，樹榦下有錯綜複雜的無法直接觀察到的根系，中間的樹榦還不是簡簡單單的一根木頭、。總之，這是一顆奇形怪狀的樹。。

我們生存的地球，從地球高衛星軌道一直到地核，有很多很多個層圈，而每個層圈都是獨立、複雜而且相互耦合的系統。涉及到大氣，氣候，地理，測量，水文，海洋，地質，構造，岩石等等各種獨立學科。每個學科又可以落實到數學物理上的各種複雜奇葩的偏微分方程，這些方程未知量許多而且有著複雜而且多樣的邊界條件和初始條件，光是解這一類的方程就能衍生出很多學派假說。
目前世界上最領先速度最快的計算機都會用來模擬地球和大氣。因為這些學科涉及到巨大量的數據以及矩陣。但是即使最快的計算機，也無法完全還原地球的實際情況。
百度百科也解釋了是七大基礎科學之一。
同時，話說回來，其實我們是生存在地球上，所以我們每個人每個物種的生存和發展都是基於這個地球，我們人類的每個行業每個行為每個過程都和地球息息相關。所以，怎麼能說地球不複雜！

從地心到宇宙，從微觀研究到星球尺度，每個參數都橫跨幾個，幾十個甚至更多的數量級。不管是時間軸還是坐標軸我們的觀測數據大部分都被限制在一個點附近（地表的坐標，當下的時間點）。偏偏地球科學各分支還是高度耦合互相影響，這樣一個系統想想就頭疼

包含二級學科過多，涉及面過廣，交叉學科交叉點過分散

「地球科學的發展,呈螺旋式上升的旋迥。某一歷史階段的複雜難題,隨著科學技術進步,可能迎刃而解。不僅需要重視對地球表層的物質流與能量流的觀測、研究;還迫切需要對信息流程的複雜性,特別是對信息傳輸的自然過程和機理,加強觀測和研究。需要用由定性到定量的綜合集成的方法,去研究地球表層這個非常複雜的巨系統。」地球科學的複雜性與系統性，1991年，陳述彭，地理科學

如果是問地球科學的複雜性和系統性，可以看或寫無數專著論述相關的方法論和各種前沿理論；
如果是問為什麼複雜，任何一個簡單的運動規則或者方程都能呈現出複雜的運動形式（參見元胞自動機和邏輯斯蒂方程）；
如果是問為什麼是複雜的體系，每個體系其實都複雜，何況地球是這麼大一個尺度僅次於天文學的學科；
我其實真的不是很理解這個問題問什麼，感覺像地概的作業或者論述題。。。

地球科學和歷史學很像，因為它的結論幾乎是無法直接驗證的，你不可能把地殼挖出來看，就像你不能坐時間機器回60年親自點數三年困難時期到底死了多少人一樣。所有地球科學的結論都是建立在假設和邏輯推理基礎上的推論。這就是所謂的複雜科學性。

我覺得複雜之處主要體現在研究對象上。
1.體現在研究對象的本身的複雜性上。地球科學以地球系統為研究對象，不同於其它的基礎科學。
2.體現在研究尺度上。包括時間尺度和空間尺度。
3.就是探測觀察實驗手段的局限性。

1.研究對象的複雜性：
對比典型的理學學科如物理、化學，其研究對象是相對簡單的，可以被良好的分離、控制的。由此可以控制變數進行定性、定量分析，在進一步結合數學理論理解應用，研究易於推進。
地球系統是一個複雜巨系統，各個要素間連接緊密，同時對象本身又難以被分離（甚至是不可能的）。舉例來說，一個地方的氣候受到怎樣的因素控制？1.所在的位置 2.海陸關係 3.地形 4.植被 5. 人為影響。再進一步來講，海陸關係和地形是長期地質演化的結果受氣候影響較小；生物植被受氣候控制又反作用於氣候；現代社會人類對於氣候和大氣變化的影響是不能忽視的。以上的五個因素都無法分離研究其對氣候的影響能力有多大。一般而言對於地球巨系統我們能做的就是收集各種觀測信息，然後進行數學模擬，而這些在僅僅60年前計算機和衛星發現之前是不可能的。
地球科學的幾個重要的分支學科也剛剛擺脫以觀察為主的研究方式不久，比如地質學、地理學和氣象學。
複雜系統內各要素的相互作用也十分複雜，往往是非線性的。比如大氣系統就是個典型的混沌系統。要想預測或者模擬的難度巨大。其他的地球系統很可能也是類似的非線性系統比如海洋和地球內部。
我認為系統或者說研究對象本身的複雜性是研究的最大障礙。

2.研究對象的尺度：
地球系統的空間尺度很顯然是巨大的，雖然和天文學沒法比，但是已經超越了絕大多數的學科。空間的廣延性限制了我們能夠觀察研究的範圍，這一問題也是到了現代技術爆炸之後才得到了部分的解決。
更為重要的是研究的時間尺度，這一點在地質學裡面體現最強，現有的地質觀察結果（包括地表形態）都是過去的地質運動造成的，這就要研究從地球誕生之日到現在的所有歷史。耳留下的歷史地質記錄如古生物化石或者放射性同位素又難以獲取和分析。

3.研究手段的匱乏
歸結到底地球科學是一個應用基礎科學，其進步有賴於其它基礎學科的推動。比如高精度分析化學極大的推動了放射性同位素定年，讓我們能夠建立更為準確的地球歷史；高溫高壓實驗又推動了礦物學、固體地球物理學的發展。但是明顯還是有所不足，舉個最簡單的例子就是迄今為止打過最深的深鑽沒超過13公里。極端條件的限制還是很大的阻礙。

本人地質學在讀碩士，一點淺見，歡迎大家討論。

交叉學科廣，研究尺度寬。（尺度包括時間和空間）