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1.地球和其他行星的起源 (1)2.地球“黑暗时期”(地球诞生后的最初5亿年)的演化历史 (1)3.生命的起源 (1)4.地球内部运动及其对地表的影响 (2)5.板块构造与大陆地质过程 (2)6.地球的物质特性与地球过程的控制 (3)7.气候变化的原因与幅度 (3)8.生命—地球的相互作用与影响 (4)9.地震、火山喷发等灾害及其后果的预测 (4)10.地球内外流体运动对人类环境的影响 (4)1.地球和其他行星的起源太阳系具有庞大的几何形态，拥有一系列不同类型的行星和卫星，如气体行星:木星、土星、天王星和海王星;岩石行星:水星、金星、地球及火星等。
几个世纪以来，人们一直在研究下列问题:行星如何在恒星周围形成? 太阳系行星如何形成? 有关地球起源的陨星证据都说明了什么? 地球的化学组成是什么? 月球是否由陨星撞击而成?现在，很多证据可以提供太阳系及行星形成的关键信息，其中非常重要的就是模拟研究。
越来越多的以强大望远镜进行的天文观测，以及对小行星、彗星和其他途经太空船行星的研究为恒星和行星的形成模型加入了新的维度。
地球化学研究和天文观测的交叉变得越来越多:质谱方法的改进、陨石同位素成分的新资料正在推动地球和陨石标准组成模型的改进，对陨石中的前太阳系阶段粒子的研究使人们对恒星演化及核合成的认识越来越清晰。
先进的计算能力则使科学家们能够对星云盘的演化、星子与行星胎的碰撞后果、原行星体内部过程等进行更精确的模拟。
但是，人类对地球组成成分的了解还不够详细，其中仍然存在一些重要问题:地球如何获得挥发性成分? 这些成分现在还有多少? 地球的难熔元素是否与陨星完全一样? 地球内部生热元素的绝对浓度是多少? 对于太阳系而言，需要更清楚地认识:太阳系最初数百万年里的行星形成过程，太阳系后期事件(如重大撞击)对行星的影响，早期太阳系过程对行星化学成分和大小的影响，各种形式同位素异质性的起源。
未来，只有以望远镜、空间飞行器、敏感的分析设备对太阳系的其他星体和太阳系外天体作进一步的观测，人类才能更深入地了解地球和太阳系的起源。
21世纪人类面临的环境问题及其对策21世纪的人类面临的十大环境问题⑴人口膨胀⑵能源危机⑶森林面积锐减⑷土地严重荒漠化⑸自然灾害频发⑹淡水资源日益枯竭⑺温室效应加剧⑻臭氧层破坏⑼酸雨出现频繁⑽污染物排放量剧增(资源短缺,环境污染和生态破坏) 可持续发展战略1987年,世界环境与发展委员会发布《我们共同的未来》,正式提出可持续发展的定义:既满足当代人需求,又不危及后代人满足其需求的一种发展模式.(公平性,持续性,共同性)1992年6月,召开"联合国环境与发展"大会,可持续发展被确定为全球的行动战略."末端治理"模式的弊端一系列震惊世界的环境公害大规模的环境治理("末端治理" )"末端治理" 模式的弊端日益显现:⑴不减少,且增加资源和能源消耗;⑵治理难度大,容易引起"二次污染" ;⑶治理代价高,加重组织的经济负担.4 环境保护的主要对策实施清洁生产发展循环经济实施ISO14001标准提倡绿色消费清洁生产的内容⑴清洁的能源⑵清洁的生产过程⑶清洁的产品4.2 发展循环经济传统经济是一种"资源-产品-污染排放"单向流动的线性经济,其特征是高开采,低利用,高排放. 循环经济是一种"资源-产品-再生资源"的反馈式流程,其特征是低开采,高利用,低排放,是一种与环境和谐的经济发展模式.环境管理需要标准化.机构成立:国际标准化组织(ISO)于1993年6月成立了环境管理技术委员会(TC207),正式开展机构宗旨:通过制定和实施一套国际环境管理标准,减少人类各项活动所造成的环境污染,节约资源,改善环境质量,促进社会可持续发展.绿色消费的内容可以概括为:节约资源,减少污染;绿色生活,环保选购;重复使用,多次利用;分类回收,循环再生;保护自然,万物共存.二,为什么要"绿色消费"传统消费——只关注人的需求,忽视消费造成的环境影响.此时之环境犹如俯首的孺子牛,吃的是种种废弃物,挤出的是大量资源.长久的付出与忍受,使得环境终于不堪重负,爆发出众多环境问题.⑶工业经济时代人类生产力得到了突飞猛进的发展；城市化、产业化进程加快；环境问题日趋严重，形成两次环境问题高潮；人类逐渐认识环境问题，采取相应环境对策。
21世纪校长应思考的十个问题（提纲）吴宏保一、21世纪——应是怎样的社会？①生存环境的恶化与人类有无能力保护1、未来社会的三大挑战②经济全球化与游戏规则不公平③数字化的发展与工业文明的挑战一C是快变多变时代2、未来是“三C”时代二C是激烈竞争时代三C是日趋复杂时代21世纪为人们的发展提供机会，同时又对人的行为进行选择，不成功就会被淘汰出局。
3、未来的任何人应有的意识。
①管理权不放，学校社会化、民营化，政府保障监督。
②教育集团的数量和规模不断扩大。
4、未来的学校是怎样的③淡化学校类型概念。
教育产业的“航空母航”、“精品屋”（特种学校）、学校与文化事业联体、连锁学校、教育大“超市”。
5、未来学校需要怎样的管理：①影响学校质量的各个要素，当它们处于孤立的状态时，形成不了质量、效益和成绩。
②学校管理就是把教育目标与人力、物力、财力、时空有机结合起来，使有限的资源消耗极小化。
③学校各项工作的正常运转要规则，没有规则就一片混乱，管理就是建立秩序。
④学校需要利用和消除矛盾。
二、教育的新观念——有哪些？从教育“谁为谁服务？”“教育为了谁发展？”“教育能不能把学生一生碰到的题都讲完？”“教师能不能跟着学生解决学生的所有问题？”等问题出发。
1、以人本出发，教育是挖掘人的潜力，使人的个性得到充分发展，同时注重人的可持续发展，教师应给学生一生有用的东西。
2、育人为本，应当成为全体教育的基本信念。
学校应该把人格作为最高的学位，要充分的尊重、信任、理解学生，保护学生的自尊心。
3、终生学是未来每个社会成员的基本生存方式。
4、爱生是每一位教育者的天职，要有爱的情感、爱的行为、爱的艺术和爱的能力。
教师爱生不是嘴说的，要使每个学生能体验到感受到才行。
5、学生有权犯错，课堂上学生的错误回答是一节课的财富，教师要充分的利用。
学生把老师问住了教学就成功了。
6、人具有自身意想不到的潜能。
7、落后意味着潜力。
8、“怎样学”比“教”更重要，教师要重视学生学的过程，研究教法首先要研究学法，以教为中心转向以学为中心，不是不要知识，而更考虑知识是怎样获得的。
21世纪100个科学难题1、对深层物质结构的探索2、协调相对论和量子论的困难3、引力波探测4、质子自旋“危机”及其实验探索5、力学的世纪难题――湍流6、金属微粒中的量子尺寸效应和超导电性7、高温超导电性8、固体的破坏9、宇宙结构的形成与星系的起源10、太阳中微子之谜11、活动星核的能源和演化12、星际分子去和恒星的形成13、宇宙常数问题14、太阳活动的起源15、磁元的争辩16、黑洞的证认17、宇宙论中的暗物质问题18、地外文明与太空移居19、寻找地外理性生命20、星系演化的途径21、最终解决人类能源问题的课题22、未来的空间太阳能发电23、太阳风的起源及其加速机制24、日冕加热和太阳风加速25、表面张力梯度驱动对流26、磁层亚暴和磁暴的整体过程27、富勒烯化学28、单原子识别与分子设计和合成29、室温有机超导体30、催化的高选择性合成31、原子簇物质32、非线性光学聚合物实用化的若干问题33、分子工程学34、分子元件的单原子加工和自组装35、可持续发展对化学的挑战36、地球科学中的非线性和复杂性37、地球构造运动驱动机制的反演38、人类对全球环境变化影响的预测39、气候系统动力学40、自然控制论41、地震成因与地球内部流体42、地球的自转运动及其与地球各圈层的相互作用43、现今岩石圈构造解析中的若干难题44、生物多样性保护45、细胞凋亡46、生物学的理论大综合：遗传、发育和进化的统一47、分子识别、化学信息学和化学反应智能化问题48、人能否在地球以外长期生存49、脑神经系统动力学50、生命、人的思维、意识、目的等的物理学基础51、探索生命和遗传语言52、疯牛病――中心法则――Affinsen原理53、分子进货的驱动力与分子进化理论54、脑的诸模型能带我们走多远55、如何控制化学反应的方向（反应通道）56、未来的认知神经科学能束给意识以新的解释57、地球深化的统一理论：“两均论”与“两非论”58、有机体信息系统的深化在物种生存、适应过程中的作用59、脑的选择性自适应60、脑的行为的自组织61、思维与智能的本质62、人脑如何组织其信息存贮3、脑与免疫功能64、生命起源、细胞的起源和进化研究65、生命的起源与蛋白质66、RNAgn 与生命起源67、注意的脑机制68、智力的起源69、细胞如何调控基因组的有序活动70、人脑是怎样认知外界视觉世界的71、策略的植物细胞生理学问题72、中心法则的空白――从新生肽到蛋白质73、“JUNK”DNA有什么功能74、统一医学75、意识和思维动力学76、人类疾病与基因77、生命起源中的对称性破缺78、精神与免疫79、改善老年性认知功能障碍的心理药物学策略80、解析全套细胞蛋白质结构与功能，展现生命活动全景81、心思的神经生物学机理82、细胞三维生长和组织培养83、重返海洋84、客观世界的自组织85、全信息理论与高等智能86、关于“意识”问题87、植物光合作用吸、传、转能的分子机理及其调控88、系统科学的困惑89、复杂经济系统的演化分析90、路径积分91、朗兰兹纲领92、球堆积问题93、相变的数学理论94、P－NP问题95、超级计算理论96、庞加菜猜想及低维拓扑97、黎曼猜想98、中华民族及现代人类的起源99、人类基因组研究中的社会学、伦理学和法律问题100、物质和精神的关系问题。
21世纪科技10大难题粒子物理学的两个谜在当代的粒子物理学中有两个谜：一是对称破缺，二是看不见的夸克。
目前我们了解的理论，如量子色动力学、爱因斯坦的普遍相对论，都是来源于对称的。
可是在我们的宇宙里，还有不少东西不守恒，这就很奇怪。
我们的很多理论是根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的？这表明现有的全部知识是很不全面的，一定另外还有一个力。
这个力是推翻对称的。
这个力是什么，我们不了解，它的存在是关于粒子物理学的第一个谜。
现在我们认为，很可能真空在里面起作用，真空有很复杂的性质。
如果我们了解了对称性的来源，很可能就可以了解质量的来源，包括暗物质。
第二个谜即是看不见的夸克。
我们知道，所有的物质都由两类基本粒子组成，一类是夸克，一类是轻子。
我们现在已经发现有6种夸克和6种轻子。
我们有充分的实验证据表明，夸克是存在的，我们知道其质量不大，但就是看不见。
所以，为什么一切强作用的物质都是由夸克构成，而夸克却看不见，这是一个很奇怪的事。
生物学难题：生命是怎样开始的？1922年，苏联生化学家亚历山大·奥巴林提出一个著名的假说：生命来自闪电。
太阳和地球自身的放射性能量作用于大气层中的无机分子，使之变成有机分子；它们在地球湖泊、海洋提供的“原始汤”中“定居”，发展成为原始的生命。
1950年，美国芝加哥大学第一次用实验来验证奥巴林假说。
他们模拟“原始汤”，在水中加进甲烷、氨等分子，加热并通以电火花。
一个星期之后，甲烷中有5％的碳变成了氨基酸分子，而氨基酸正是构成生物蛋白质的基本单位。
此后，科学家进行了许多类似的实验，不仅从无机物中得到了各种氨基酸，而且得到了核苷酸、磷脂等构成生命的重要有机分子。
这样，生命起源第一步——化学无机分子怎样变成有机分子基本上搞清楚了。
然而更困难的是第二步——有机分子怎样组成具有生物繁殖能力的细胞？美国迈阿密大学生化学家福克斯对此进行了研究。
他相信，细胞起源于一种由类蛋白组成的微球体。
21 世纪人类面临的环境问题及对策报告书21 世纪——一个高技术快速进展的世纪，21 世纪——一个人类社会进步富强的世纪，21世纪——一个环境问题日益严峻的世纪，21世纪——一个令人类有喜有忧的世纪。
在这样的世纪里我们不得不来探讨当今世纪中我们人类面临的环境问题以及我们如何去实行相应的对策来解决这些环境问题，从而实现21世纪的全面协调可持续进展。
现对21世纪人类面临的环境问题及对策做以下报告：一、人口急剧增加：世界每年净增人口约为6000万，中国每年净增人口约为1000 万，但地球的承载力是有限的，因此人口膨胀成为了人们面临的严峻形势之一。
二、能源危机：随着人口的渐渐增减以及人们生活水平的提高，人们对于能源的消耗也自然随之增加，但是能源的开发和利用还远远不能满足人们所需，使得三大化石能源目前占全球使用能源总量的90%，而有关资料报道中国现有煤炭只能开采80年，现有石油只能开采20 年，现有自然气只能开采30 年。
与此同时兴旺国家对于三大化石能源消耗量每5-10 年翻一翻，2050 年根本耗竭。
可见，能源危机将会对人类构成威逼。
三、森林面积锐减：据一组数据显示：全世界自1950年以来全世界的森林已损失过半，每年的造林面积仅为砍伐面积的1/10左右，而中国“九五”期末森林掩盖率16.55%，人均面积不到世界平均水平的1/10。
森林面积锐减导致了一系列环境问题，如水土流失严峻，旱涝灾难频繁发生，气候消灭特别，温室效应加剧，使得全球气候变暖。
然而在这全球气候变暖的大背景下，我国却爆发罕见雪灾。
这不得不使我们去正视如今我们所面临的环境问题。
四、温室效应以及全球气候变暖：据我国国家气候中心供给的分析结果1987 年以来我国北方连续13 年消灭暖冬,冬季平均气温比常年偏高1 一2℃，局部地区某些年份偏高达3℃ 以上。
这一气候变暖趋势与全球气候变暖趋势是全都的。
据各国政府间气候变化委员会1995 年的科学评估报告，近百年来由于人类活动的影响全球气候渐渐变暖，其平均气温上升了0.3 一0.6℃且以中纬度地区变暖较为显著，一年之中以冬季变暖较为显著，一天当中以夜间最低气温的上升较为突出。
2021世界十大政治问题第一大热点，1月20日美国总统交权日危机。
虽然法律上或程序上拜登已正式成了当选总统，但目前特朗普目前依然没有放弃最后一刻翻盘的努力，正在积极准备最后的战斗。
1月20日的美国，会是一个什么样子？这应当是世界的第一大热点问题。
或许是2021年的世界第一个爆发的大危机。
目前特朗普正在鼓动共和党坚持战斗到底，意在让共和党把持的参院推翻当选总统。
如果共和党真这么做了，不管法理和程序上是否可行，也不管成功与否，都会引发美国极化对立加剧。
如果共和党不这么做，那就要看特朗普是否还会继续战斗。
如果依然要战斗到底，那也就只能是酝酿进行1月20日的白宫保卫战了。
他早就说过，不会在1月20日离开白宫。
如果他不离开，拜登就无法入驻。
届时，特朗普的支持者和拜登的支持者都会涌向白宫，白宫保卫战就会打响。
一旦打响，还有可能引发全美各地的响应。
而此时，军队、警察、特勤局恐怕都难以出动。
这局势更难以控制。
当然，如果特朗普适可而止，或者说提前离开白宫，白宫保卫战就不大会发生，即使发生了规模也不会太大。
第二大热点，特朗普会不会对伊朗开战？在大选失利之后，暗杀伊核专家，强化对伊朗的制裁，一下子就激怒了伊朗。
虽然伊朗方面保持了克制，但新核程序已经开启，并制定了报复名单。
而日前美国核潜艇进驻海湾，以色列潜艇也随后跟进。
这就不排除对伊朗动武的可能。
特朗普不愿意承认败选，要在交权之前做最后的战斗。
不排除通过对外发动战争牢控军权，然后拒交总统权力的可能。
但对伊朗动武的可能性并不大。
一方面美军没有大规模的调动。
另一方面，新近美国政府同意伊朗方面可能通过国际支付体系购买新冠疫苗。
这显然是缓和紧张气氛之意。
第三大热点，中欧投资协定能否签署？这个问题之所以列为热点问题，是因为签署与否，与美欧关系的修复以及欧洲的对华态度密切相关。
原本双方早就确定争取年内完成谈判，特别是RCEP签署之后，欧盟似乎有些着急。
可就在人们以为可以年内签署的时候，欧盟方面又出现了反复。
21世纪地球科学研究的十大科学问题2008年3月，美国国家研究理事会发布了研究报告《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》。
该报告确定了地质学和行星科学（也称为“固体地球科学”）的十大研究问题，这些问题反映了地球科学在21世纪面临的重要科学挑战。
应美国能源部（DOE）、国家科学基金会（NSF）、美国地质调查局（USGS）和美国宇航局（NASA）等的共同要求，美国国家科学院成立了固体地球科学重大研究问题委员会（Committee on Grand Research Questions in the Solid-Earth Sciences）。
该委员会主要成员来自美国加州大学、犹他大学、哥伦比亚大学、哈佛大学、芝加哥大学、麻省理工学院、马里兰大学、密歇根大学、乔治梅森大学等。
委员会以超脱各相关机构的任务与使命的授权，独立地提出和探讨当今需要研究的地球科学重大问题。
该委员会确定了构成“重大”问题的标准，重大问题需要至少符合以下3条准则中的2条：①跨越地质学和行星科学各自学科领域的界限；②涉及永恒性的问题（如地球和生命起源）；③与对人类福祉具有重要影响的现象存在联系。
委员会挑选了涵盖各种空间和时间尺度的问题，对相关问题进行了遴选，并在地质学界广泛征求意见，最后确定了固体地球科学的10个重大研究问题。
现代科学根源于一些与地球和生命起源有关的基本问题。
在古希腊学者的一些著作中对这些重大问题早就有记录，对地球科学的产生奠定了基础，并且许多地学术语都来源于这些著作。
解答这些问题的分析方法可以追溯到16世纪的行星科学和18世纪的地质科学。
也许近代地质学重大研究问题中的第一个也是最具争议性的一个问题，来自于人们对沉积岩石的观测。
James Hutton根据沉积岩层的厚度、变化特征、结构以及岩层内的化石推断，地球应该非常古老（Hutton，1788）。
地球的年龄成为当时最重大的问题。
但是直到约200年以后，人类认识到物质是由包含原子核的原子构成的，以及部分原子核不稳定而会发生衰变，这才使得地质年代表的建立成为可能。
全球十大难题：专家公布21世纪十大无法解决难题日前，美国著名搜索引擎AskJeeves搜索网站专家通过16年对数十亿的问题进行分析后列出了世界十大无法解决难题。
英国媒体报道称，这些问题主要是没有统一答案或无法简单回答。
AskJeeves 网站每月回答1600万个问题，但是其创立者承认即使是最好的“信息专家”也无法回答上述问题。
因此该网站特别设置专门网页让用户互相答疑解惑。
其中最令人感到为难的问题是，生命的意义以及上帝是否存在。
当然也有数千万人为托尼·索布拉诺（《黑道家族》人物）的结局想破头。
世界十大无解难题包括：
1 生命的意义
2 上帝是否存在
3 金发美女是否更有趣
4 减肥的最好方法
5 是否存在地外生命
6 谁是世界最有名的人
7 爱是什么
8 幸福的秘密是什么
9 托尼·索布拉诺真的死了吗
10 如何让自己长寿。
21世纪七大世界级数学难题专题简介世界级数学难题让几代数学家为止奋斗，而其中七个“千年数学难题”更是每个难题悬赏一百万美元。
百万的世界级数学难题难题”之一：P（多项式算法）问题对NP（非多项式算法）问题难题”之二：霍奇(Hodge)猜想难题”之三：庞加莱(Poincare)猜想难题”之四：黎曼(Riemann)假设难题”之五：杨－米尔斯(Yang-Mills)存在性和质量缺口难题”之六：纳维叶－斯托克斯(Navier-Stokes)方程的存在性与光滑性难题”之七：贝赫(Birch)和斯维讷通－戴尔(Swinnerton-Dyer)猜想最近美国麻州的克雷（Clay）数学研究所于2000年5月24日在巴黎法兰西学院宣布了一件被媒体炒得火热的大事：对七个“千僖年数学难题”的每一个悬赏一百万美元。
以下是这七个难题的简单介绍。
NO:1 庞加莱猜想在1904年发表的一组论文中，庞加莱提出以下猜想：任一单连通的、封闭的三维流形与三维球面同胚。
上述简单来说就是：每一个没有破洞的封闭三维物体，都拓扑等价于三维的球面。
粗浅的比喻即为：如果我们伸缩围绕一个苹果表面的橡皮带，那我们可以既不扯断它，也不让它离开表面，使它慢慢移动收缩为一个点；另一方面，如果我们想象同样的橡皮带以适当的方向被伸缩在一个轮胎面上，那不扯断橡皮带或者轮胎面，是没有办法把它收缩到一点的。
我们说，苹果表面是单连通的，而轮胎面不是。
该猜想是一个属于代数拓扑学领域的具有基本意义的命题，对庞加莱猜想的証明及其带来的后果将会加深数学家对流形性质的认识，甚至会对人们用数学语言描述宇宙空间產生影响。
NO:2 哥德巴赫猜想哥德巴赫猜想是世界近代三大数学难题之一。
1742年，由德国中学教师哥德巴赫在教学中首先发现的。
1742年6月7日哥德巴赫写信给当时的大数学家欧拉，正式提出了以下的猜想：a.任何一个大于 6的偶数都可以表示成两个素数之和。
b.任何一个大于9的奇数都可以表示成三个素数之和。
21世纪100个科学难题以下科学攻坚难题实际上几乎全部集中于哲学的基本问题：生命的起源人的起源地球的起源宇宙的起源物质的本质精神的本质等，这些问题在两三千年前都已经在所有原生(相对于次发文明)文明的社会中被提出来了。
这个时代的提出的不同在于可借助于更先进的技术手段计算机电子望远镜分子频谱仪等在更深层次上(分子、DNA,RNA，神经细胞)、更广范围内（从宇宙到中微子）上予以穷究并且有了更完美的理论支持：复杂性思维方式，系统论与整体观等。
在以西方逻辑思维为基础的现代科学中，这个理论是新颖的，但在中国古代科学中，是一直严格自觉地运用这种思维方式来探究天道人伦，且在历法、算术、人体科学与医学、宇宙探测、建筑力学与美学、地理与生态、化学化工冶炼等等方面获得丰硕的成果,而且是不以损害人的异化与环境的负载开发为代价的情况下取得的.中国文明发展的节奏是中和,社会文明发展项度取舍的衡量标准是人们心灵上的满足.进行科学探测的主要动机是满足人的求知欲(而不是功名或物质利益或其它的欲望,奇巧淫技被持为机心为君子所不耻),并最终都须返回到道德生命这一根本上来.所以一切都是整体综合推进的,中和的,和谐的,与人的精神进化的节拍是相吻合的.现代人的精神危机在于人类的急功近利.以及被工商业竞争刺激起来膨胀变异的欲望造成的身心疾病.整个社会变革发展的节奏与人类心理适应变迁的节奏不一造成的人的异化。
资本运作与工业化大生产割裂了劳动者、生产资料、以及劳动成果之间的关系，人们失去了劳动的乐趣而沦为工具，劳动分工的琐屑细化让劳动技能成为一种谋生手段而不是一种技艺，手工劳动的被取代并没有减轻绝大多数人的劳动强度，反而剥夺了他们劳动中创造的乐趣与原本休闲健康的生活方式（从农民到工人或农民工）。
人与自然的远离与割裂造成的非平衡发展与全球生态危机.(一年前，去年的11月15日,地球上太平洋第一个国家因为地球变热,海平面上升而被迫举国迁居.)李约瑟云:欧洲人所特有的精神分裂或分裂人格只能以德模克利特的机械唯物主义或柏拉图的神学主义进行思考.可叹的是,中国的科学家们现在却仍然采用西方已经开始反思的思维模式去邯郸学步,而不知从思维方式上探索究竟,如何能够成功？现把科学界提出的100个前沿问题整理如下，希望民间思想家与自由思想家们也可就以下问题展开自己的探索。
21世纪的主要环境问题有哪些环境问题从人类社会早期就存在，其主要表现为因乱采、乱捕破坏人类聚居的局部地区的生物资源而引起生活资料缺乏甚至饥荒，或者因为用火不慎而烧毁大片森林和草地，迫使人们迁移以谋生存。
进入到以农业为主的奴隶社会和封建社会后，其主要的环境问题是在人口集中的城市，各种手工业作坊和居民抛弃生活垃圾，曾出现环境污染。
工业革命以后到20世纪50年代呈现环境问题的大爆发，出现了大规模环境污染，局部地区的严重环境污染导致“公害”病和重大公害事件的出现。
自然环境的破坏，造成资源稀缺甚至枯竭，开始出现区域性生态平衡失调现象。
当前世界的环境问题有环境污染出现了范围扩大、难以防范、危害严重的特点，自然环境和自然资源难以承受高速工业化、人口剧增和城市化的巨大压力，世界自然灾害显著增加。
到目前为止已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有:全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染等众多方面。
1.全球变暖全球变暖是指全球气温升高。
近100多年来，全球平均气温经历了冷暖—冷—暖两次波动，总体看为上升趋势。
进入八十年代后，全球气温明显上升，1981~1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃。
导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多种温室气体。
由于这些温室气体对来自太阳辐射的短波具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。
全球变暖的后果，会使全球降雨量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。
2.臭氧层破坏在地球大气层近地面约20~30公里的平流层里存在着一个臭氧层，其中臭氧含量占这一高度气体总量的十万分之一。
臭氧含量虽然极微，却具有强烈的吸收紫外线的功能，因此，它能挡住太阳紫外辐射对地球生物的伤害，保护地球上的一切生命。
21世纪地球科学研究的十大科学问题2008年3月，美国国家研究理事会发布了研究报告《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》。
该报告确定了地质学和行星科学（也称为“固体地球科学”）的十大研究问题，这些问题反映了地球科学在21世纪面临的重要科学挑战。
应美国能源部（DOE）、国家科学基金会（NSF）、美国地质调查局（USGS）和美国宇航局（NASA）等的共同要求，美国国家科学院成立了固体地球科学重大研究问题委员会（Committee on Grand Research Questions in the Solid-Earth Sciences）。
该委员会主要成员来自美国加州大学、犹他大学、哥伦比亚大学、哈佛大学、芝加哥大学、麻省理工学院、马里兰大学、密歇根大学、乔治梅森大学等。
委员会以超脱各相关机构的任务与使命的授权，独立地提出和探讨当今需要研究的地球科学重大问题。
该委员会确定了构成“重大”问题的标准，重大问题需要至少符合以下3条准则中的2条：①跨越地质学和行星科学各自学科领域的界限；②涉及永恒性的问题（如地球和生命起源）；③与对人类福祉具有重要影响的现象存在联系。
委员会挑选了涵盖各种空间和时间尺度的问题，对相关问题进行了遴选，并在地质学界广泛征求意见，最后确定了固体地球科学的10个重大研究问题。
现代科学根源于一些与地球和生命起源有关的基本问题。
在古希腊学者的一些著作中对这些重大问题早就有记录，对地球科学的产生奠定了基础，并且许多地学术语都来源于这些著作。
解答这些问题的分析方法可以追溯到16世纪的行星科学和18世纪的地质科学。
也许近代地质学重大研究问题中的第一个也是最具争议性的一个问题，来自于人们对沉积岩石的观测。
James Hutton根据沉积岩层的厚度、变化特征、结构以及岩层内的化石推断，地球应该非常古老（Hutton，1788）。
地球的年龄成为当时最重大的问题。
但是直到约200年以后，人类认识到物质是由包含原子核的原子构成的，以及部分原子核不稳定而会发生衰变，这才使得地质年代表的建立成为可能。
对地球年龄（45.5亿年）的首次准确测量是在20世纪50年代中期（Patterson，1956），这是建立地球、生命和宇宙的年代表的重要一步。
直到20世纪60年代，地质科学几乎完全建立在对大陆上岩石和地形的研究上，对海底几乎没有了解。
这种以大陆为中心的观点，以及主要研究集中在矿产与水资源和古生物发现方面，对20世纪早期的重大研究问题产生深远的影响。
当时的重大研究问题是：火山、山脉和沉积盆地是如何形成的？矿床和油藏为何形成于其所在的特定地点以及是何时形成的？山脉的隆起和侵蚀的速率有多快？为什么5亿年前化石首次变得丰富？以及是什么引发冰期和地震？另一个迫切需要回答的问题是：为什么南美洲和非洲的大西洋海岸线看起来非常相似，它们可能是曾经连接在一起的两部分。
这些在20世纪中叶存在的表面上看起来毫无联系的重大问题，随着板块构造理论的出现被很好地组织和联系在一起。
在1963~1968年仅仅5年时间里，在对海底地磁和海底深度的首次观测结果的巨大刺激下，一幅行星地球的动力学行为的图像被绘就。
由此推测，地球表面是由十多个非规则的刚性板块构成的，这些板块每年移动几个厘米，地震、火山和山脉位于板块的边界。
板块运动与地球深部全球尺度的固态对流联系在一起，这种观点是10年前大多数地质学家不敢想像的。
板块构造模型，包括与其相应的地幔对流、海底扩张以及大陆漂移，不仅可以解释地震、火山和山脉的格局，而且最终可以提供关于大陆和海洋的产生、地球气候在地质历史上的演化、影响地质演化的过程等的可能机理。
到20世纪60年代这一分界性时代结束，美国宇航员首次登上月球，他们带回了与地球有很大不同的其他行星的岩石样品，这提供了认识其他星体的机会。
这种新的视角将地球科学研究引入当代时期，科学家们将地球作为一个行星来认识，并将其结构、历史和特征与其他行星进行比较。
在1980年，另外一个突破来自6500万年以前地球被一个大的陨星撞击的证据，这次撞击可能导致当时地球上恐龙和其他生物的灭绝（Alvarez et al，1980）。
在随后的几年时间中，就在地球上发现了一些来自火星的陨石（Bogard and Johnson，1983）。
开始于研究地球和月球上的撞击坑的这两个方面的发展，强调了这样一个观点，即科学家必须将地球放在其天文学范畴来进行认识，例如，生命演化可能会被不速的地外物体或来自太阳系其他行星的物体输入而中断。
在过去20多年，地球科学发生持续变化。
技术方面的重大进步使得科学家可以在大和小两个尺度上更好地对地球进行观测，同时对行星的持续探测和先进计算方面也有贡献。
现在我们可以看到矿物里面并区分出单个的原子、测量极端温压条件下地球内部岩石的性质、实时观测大陆漂移和山脉隆升、理解有机体如何进化以及有机体如何基于它们的DNA与地球相互作用。
也能从陨石获取新的信息，其可以告诉行星是如何形成的，甚至星体内部是如何运动变化的。
在新工具的武装下，地球科学已转向更深度的基本问题——地球起源；生命起源；行星的结构与动力学；生命、气候与地球内部的联系；以及未来地球将如何承载人类。
以下是固体地球科学的10大研究问题，这些研究问题可以归为4大类主题：①“起源”——地球与太阳系其他行星的起源，地球的早期历史，生命起源；②“运行”——地球内部的运行与地表的现状，包括地球的物质特性及其对地球过程的基础作用；③地表环境的“可居住性”——气候与气候变化，地球－生命相互作用；④“地质灾害与地球资源”——地震、火山，以及与地球内、地球上的水和其他流体相关的现代环境问题。
一、地球和其他行星是如何形成的？太阳系具有奇特的几何形态和拥有各种各样的行星和卫星。
随着人类利用太空船获得新的观测资料和对陨星更精确的测量，太阳系呈现出一些更为细致和迷人问题。
尽管科学家普遍认为，太阳和行星都来自于同一片星云，但对地球如何获得其独特的化学组成却知之甚少，尚不能完全理解地球形成后的演变以及地球与其他行星和其他行星之间演化的不同。
例如，地球在演化过程中保留了一些允许生命出现的挥发性物质（包括水），就这点来说，地球与其他行星完全不同。
虽然先进的计算能力能为科学家提供更可靠的早期太阳系的模型，但只有对太阳系的其他星体和太阳系外天体作进一步观测，才是人类进一步了解地球和太阳系起源的主要途径。
二、地球“黑暗时期”（地球诞生后的最初5亿年）究竟发生了什么？科学家们认为，在地球形成的后期，一颗火星大小的行星与地球发生了碰撞，撞击出一大块星云碎片，其后来形成了月球，同时碰撞过程中产生的巨大热量使整个地球发生熔化。
但对这些岩浆是如何分异出现在的地核、地幔和岩石圈，或地球是如何形成其大气层和海洋，科学家们却了解不多。
这个被称作冥古宙的时期对我们解开行星演变之谜至关重要，但科学家对此却知之甚少，因为来自这个时期的岩石在地球上几乎没有保存下来。
可是，随着对陨星和其他行星认识的不断深入，以及从地球上古老的锆石晶体获得新的信息，来自这个时期的线索在不断增多。
三、生命是如何起源的？生命起源是科学史上最令人好奇、最难、也是最持久的问题之一。
因为太阳系中生命形成于数十亿年以前，因此，有关生命起源的一些最根本性问题属于地质学研究领域。
有关生命起源以及生命最早形成的地点、时间和生命形式的现有唯一证据，来自于对岩石和矿物质的地质研究。
当生命首次在地球上出现时，地球表面的环境可能与现在差别很大，准确弄清楚适合早期生命的地球物理环境和化学条件图景，是当前研究中的一项重大挑战。
对生命起源的探索本身就是一个多学科的问题，涉及到了有机化学、分子生物学、天文学、行星科学以及地质学和地球化学等学科。
由于火星上有关行星早期历史的沉积物记录早于地球上年代最久远的岩石以及其他拥有行星的恒星系统，科学家对火星探测的兴趣与日俱增。
四、地球内部如何运动及其如何影响地表？随行星形成时间的增加，行星逐渐冷却，这引起它们的内部过程、大气和地表过程也进入逐步变化的阶段。
热量从行星内部传递到地表的最基本方式是行星尺度的固态和液态对流。
尽管科学家们知道地幔和地核处于不断的对流运动中，但科学家既不能精确描述这些运动的目前状态，也无法自信地计算它们在过去的不同之处。
地核对流产生了地球磁场，其可能对地表状况产生了重要影响。
而地幔对流则是火山作用、海底扩张和造山运动的原因，诸如水和碳等物质则不断在地表和地球深部之间交换。
因此，缺乏对地球内部作用过程的详细了解，科学家们既无法推断过去的地表环境，也无法预测将来的地表环境。
五、地球为何拥有板块构造和大陆？尽管板块构造学说已经相当成熟，但地球什么会有板块构造，以及板块构造与地球的其他独特特征——丰富的水、存在大陆和海洋、拥有生命等——联系有多么密切仍存在问题。
我们无从知道地球仅有一种特征而没有其他特征是否可能，也无法知道这些特征是如何相互依赖的。
大陆地壳的存在和持续维持所展现出的问题与板块构造所展现的问题一样具有基础性。
大陆地壳使地球对非海洋生命来说具有可居住性，并通过其表面的风化作用扮演着调节地球气候的角色。
但科学家们仍然不知道大陆最初形成的时间；以及大陆如何能存在数十亿年，或者准确地说大陆是如何演化到目前的状态的。
新的数据和观测资料表明，气候和侵蚀作用在山脉的形成和定型中扮演着重要的角色，因而也是大陆地壳形成和破坏的基本作用。
六、地球过程如何受物质特性的控制？对地球和其他行星上岩石记录的秘密的破解，始于科学家们对大规模地质过程的了解。
行星物质的基本物理和化学属性是了解这些过程的关键。
地球内部的高压和高温、地球及其结构的巨大体积、地质时间的超长范围，以及地球组成物质及其性质的巨大差异，所有这一切都呈现出特殊挑战。
科学家们可以借助同步加速器辐射、对大范畴非均质材料的最新测量和模拟结果、以及对极端条件下材料性能的量子力学计算来面对这些挑战。
围绕天然纳米粒子研究、微生物对化学过程调解的一些新研究领域将得到发展。
七、什么原因引起气候变化，气候变化的幅度能有多大？虽然在过去1万年中全球气候条件保持相对适宜和稳定，但科学家们从地质证据得知在数十年或数百年的时间尺度上，地球气候也可以发生重大变化。
尽管可以改变气候的因素众多，从太阳光照强度的缓慢变化到新的山脉的形成和大气成分的变化等，但在过去40亿年中，地表温度一直保持在较小的变化范围之内。
地表温度变化在长期内是如何保持良好的调控的，即使其变化可能非常剧烈？最近的发现揭示出地球上气候非常冷、非常热或变化特别快的历史时期。
了解这些特殊条件可以对地球的气候进行重新认识，对古老沉积岩的新的地球化学观测结果和改进的气候系统模型，最终将能使科学家们预测气候变化的量级和后果。
