天津大学的前身“天津北洋西学学堂”（即北洋大学）在1895年创办之时，头等学堂（大学本科）设四门专业：工程学、矿务学、机器学、律例学，上述专业皆为当时中国社会所急需，体现了北洋大学“兴学救国”的创办宗旨，其中矿务学为地学的一个分支。中国大地构造研究的奠基人黄汲清先生也曾在北洋大学预科学习（1921-1924年），后期所著的《中国主要地质构造单元》一书首次提出了多旋回构造运动的观点，对亚洲地质构造和地貌研究具有重要贡献。
1946年，北洋大学复校后曾首次成立地质系（隶属北洋大学理学院），由阮维周教授任系主任，但仅存在了一年就被教育部以合并到采矿系为由被撤销；1950年，曾在北洋大学矿冶科学习过的我国著名矿物学家与地质教育学家王炳章先生创建了北洋大学地质工程学系（隶属北洋大学工学院），其在结晶学、矿物学、岩石学方面造诣极深，早年所著《热河北漂中生代火山岩之研究》，深得我国地球科学事业奠基人章鸿钊先生嘉许。1952年夏，经全国性的院系大调整，原北洋大学地质工程系被并入新建的北京地质学院（中国地质大学前身）。此后半个多世纪的时间里，天津大学（前身北洋大学）再无地球科学相关学科。
2015年，为进一步聚焦国家重大战略需求和世界科技发展前沿，完善学校学科布局，提升办学综合实力，培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越人才，经学校九届第39次党委常委会研究决定，成立“天津大学表层地球系统科学研究院”，简称“地科院”。建院之初，地科院努力加快学院和学科的建设，逐步构建形成了多个特色研究方向，包括表层地球系统科学、环境地理学、地球化学、生态水文学和地理信息系统。依托这几个研究方向和学科发展现状，获批建设地理学一级学科硕士点，开始招收“地理学”全日制学术型硕士研究生，由此迈出了天津大学地学学科建设的坚定步伐；同时，依托环境科学与工程一级学科硕士点和博士点分别申请到的“环境地质学”二级学科，可依托环境科学与工程一级学科博士点招收“环境科学”全日制学术型博士研究生。
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