当代人类社会和国家发展对地球科学的新需求

 

  如果追寻自然、人类与社会的历史轨迹，面对现实世界，面对全球重大挑战、国家重大需求、科技发展前沿，就会发现当今地球和人类的发展凸显了两大问题。

  一是全球变化与人类社会可持续发展问题。宇宙、行星、地球自然演化的全球变化以及人类社会面临的资源、能源、生态环境危机，直接威胁人类社会的可持续发展，即人类的生存发展。地球自然演化将何去何从？人类如何认识和应对？

  二是人类社会历史发展的大变局。当今人类社会发展面临新的历史发展节点，即人类除了要面对地球自然生存环境的变化外，还要面对人类社会、国际社会格局发展理念与运行规则机制的激烈冲突。时代呼吁构建人—地生命共同体和人类命运共同体。

  这两大问题是人类生存和社会历史发展的重大根本问题和社会现实实践问题，其既是人文社会科学的基本问题，也是自然科学的基本问题，是当今人文社会科学与自然科学融合交织的综合复杂的大科学理论，是有关人—自然关系的根本哲学命题和社会实践问题。我们既要认知整体宇宙天体的演变规律，又要认知作为地球与自然组成部分的人类的本质与规律以及两者关系的规律。

  面对现今人类的两大问题，地球科学作为探索、认知地球服务人类的科学肩负重任。大自然，即宇宙、行星、地球的演变和人类社会发展面临的重大基本问题，向地球科学提出了新的紧迫的科学问题，我们可以将其概括为三个基本问题。

  一是天体地球演变和全球变化与生命、人类生存可持续发展问题，即地球宜居性问题；二是认知整体地球系统演化规律，要求探索揭示人—地球关系，科学实质地回答其客观基本规律；三是构建地球系统科学新的理论与知识体系和技术，需要地球科学回应当代人类、社会生存发展的新需求，重新认识地球，支撑人类社会可持续发展。

 

当代地球科学发展面临的新挑战

 

  上述现今人类面临的两大问题共同表明，人类社会、国家和自然都对地球科学认识行星地球、回答人类面临的重大问题，提出了新的重大科学要求。因此，当代地球科学必然处于大的发展变革时期，面临严峻挑战和发展机遇。

  地球科学经过长期发展，历史性、创造性地为人类社会发展提供了无与伦比的财富和思想知识，为认知地球、服务人类作出了巨大贡献。地球科学的价值与贡献，怎么评价都不为过。但是，当代人类对地球科学新的重大需求表明，地球科学还未真正认知地球、生命和人类。

  自上世纪后半期尤其是进入21世纪以来，人类生存发展面临空前的威胁。作为与人类生存环境与社会可持续发展密切相关的学科，地球科学既包括固体地球科学，大气、海洋流体地球科学，也包括深部地球和空间地球科学，以及生物地质科学等。如今，地质学、地球物理学、地球化学等都面临重大挑战，而对于提出与发现新的重大基础和应用性课题与技术问题，我们责无旁贷。我们必须探索、认知、回答、解决这些重大科学问题，担起历史重任。

  面对地球科学的新发展、新需求，我们要考虑两个问题。

  第一是地球科学的基本特征属性。

  人类有两大学问——社会和自然，两者结合才是系统完整的人类科学知识。地球科学属于自然科学，但其新发展需要我们跨学科回答当代人类的紧迫问题。

  自然科学使人知道做人的道理，认知世界；社会科学使人懂得做人的价值，认识人类社会。迎接新挑战，需要重新认知地球科学与跨学科的大科学系统。

  首先，要重新认知、思考地球科学和大地构造学。凡是以地球作为探索、研究、认知对象的科学技术，都属地球科学。它是人类社会六大基础科学，即数、理、化、天、地、生之一，是一个大的科学系统，包含多学科技术。地球科学现今的任务是要重点研究和回答地球与人类宜居和发展的可持续性问题。

  地球是人类赖以生存的基础，地球科学是认知地球、维系人类生存发展的科学。大地构造学是地球科学的最基本学科，是具有全局指引性的基础科学。

  其次，要重新认识地球科学的几个重要基本特性。地球科学研究自然状态下天体、行星、地球的物理、化学、生物作用的综合复杂动态系统；地球是一个从内核到外层空间的漫长时域的复杂动态系统；地球科学的研究对象——地球是复变量动态非线性级联效应的综合产物；地球是宇宙中太阳系的一个内行星，是宇宙中相对独立的复杂子动力学系统；大地构造学是认知地球形成演化及其动力学机制的具有哲理性探究与实践的地球科学学科，地球科学高度重视实践与综合和求实，大自然即是其实验室和检验地；巨量多级差异的时空物动态演变及其产物结果的反序探索研究，迄今尚无法直接验证；地质学研究是非绝对数理、又似与不似于艺术的探究；当代地球科学是自然与人文多科学交织的复杂综合的大科学系统。

  此外，需要构建地球科学或地质思维。自然科学需要逻辑思维和数学语言表达，社会科学需要形象思维和灵动感悟能力。左右半脑各司其职，合二为一构建完整思维。

  地球科学研究需要逻辑思维与形象思维相结合，需要数理与艺术契合的论述认知，即需要地球科学或地质思维系统能力和哲学高层概括的创造发展。在人类认识长河中，地球科学知识仍处于理智与盲动交织的探索之中，其乐无穷而又艰难无比，潜力无量、前景无限。

  第二是地球科学和大地构造学的新发展、新需求、新思考。

  地球科学现已发展到一个历史节点，需要综合、深化、突破、创新。地球科学新发展现在面临的主要核心前沿基本问题，都是人类认知中一些重大根本基础问题和现实实践中的重大高难度技术问题，是人文与自然科学融合交织的复杂综合的大科学创新问题。例如，地球整体真正的本质与规律是什么？作为地球的产物及其自然组成部分，生命与人类的本质与生存演变规律是什么？地球与人类两者在宇宙广袤时空物世界中、在有限空间域时间段内，共同依存演变的本质关系与规律是什么？这些正是大地构造学需要面对和解决的基本问题。

  这些问题都超出了以往传统地球科学的研究范畴与思维范式，需要依据地球、自然和生命以及人类新时期的新发展、新层次、新问题，用新视角、新思维、新理念，继承并突破已有传统，创造性地进行创新探索研究，需要以更深层次、更高追求、更本质发现，揭示和认知地球、人类、生命等客观世界的本质与规律，探源过去、认知现状、预测未来，真正认知地球与人类和世界，从而支撑人类社会的发展。地球科学应直面应对、勇敢自信、探索创新，回报国家、人类与自然。

  当代地球科学已处于一个重要的变革时代，需要深化发展和突破。一些西方国家已开展规划研究，我国也已提出“三深一系统”的地球科学发展战略计划与部署。

  首先，要面对当代地球科学发展前沿的基本科学问题。

  一是地球系统科学与全球变化。认知与预测全球变化，以宇宙视野整体观念构建行星地球系统科学及其知识体系，探索回答地球和人类与生命生存发展的基本科学与社会问题。

  二是地球洋陆演化与多圈层作用。重新审视认识大洋，创新发展板块构造理论，支撑国家从海洋大国走向海洋强国。

  突破性认知大陆，构建大陆构造动力学理论体系，创新发展大地构造理论，探索认知行星地球演化规律，带动地球科学发展，支撑国家重大需求。

  探知地球深部系统物质状态及其动力学过程，包括深部地质状态过程和深部圈层结构构造及流变学等。

  地球早期演化体制机制与比较行星地质学研究。认知地球的过去、现今和未来，进行宇宙与类地行星比较，探索从地球内核到外层空间整体时空本质，构建地球系统科学理论，建立新的地球科学知识体系。

  探求生命和人类在宇宙、地球中宜居发展的本质规律。认知地球新的演变背景下的人类社会发展对策，关键问题是整体认知人—地本质关系规律。

  人—地系统与地表系统和社会可持续发展。人类生存和社会可持续发展重大需求是地球科学发展的动力，只要人类存在与发展就必须要有地球科学。现实核心问题是如何真正认知地球、文明生态系统、地球宜居性，以及如何解决和缓解资源、能源、生态环境、灾害以及人口膨胀、粮食等社会危机，支撑解决社会可持续发展问题。

  三是我国地球科学如何支撑国家重大需求与发展。

  其次，要确定当代地球科学发展的主要科学目标。新时代、新发展、新需求，当代地球科学发展需要创建地球系统科学理论及其知识体系，探索认知地球及其宜居性规律，支撑人类社会可持续发展。

  一是探索地球深部过程，认知地球运行的“驱动机制”与动力学过程；二是揭示壳幔物质状态与循环，理解地球物质的运动规律与机制；三是研究圈层相互作用，认知宜居地球的时空演变规律与机理；四是探索天体地球天文作用，认知行星地球的宇宙行为与动力；五是整合地球时空内外圈层动力过程，揭示过去、认识现今、模拟和预测未来。

  此外，还要了解当代地球科学发展势态。地球科学已发展为跨界多学科，要以客观问题为导向，把地球作为宇宙世界中一个行星，整体、系统探索认知地球演化规律及其生命宜居可持续性。  

  地球科学的认知与实践，既包括地球从内核到外层空间多圈层地球系统，又包括从宇宙、恒星、太阳系、行星系统的时空四维视野观察理解地球的实质与规律。因此，地球科学已进入探索认知星球整体地球系统规律的时代，以解决人类新需求，发展地球科学。地球科学包括大地构造学，亟须向时空深度延伸扩展。我国“三深”探测研究，既是人类社会发展的需要，也是地球科学发展必然的新动态。

 

当代大地构造学发展思考

 

  首先，当代大地构造学发展需要新理念、新思维。

  一是要有新的地球构造观。包括从宇宙视野构建统一整体行星地球系统如何运作的大地构造观及其理论体系。新的构造观需突破传统学科框架，把地球作为宇宙太阳系的一个内行星。

  大地构造学的研究目标，是认知宜居行星地球复杂系统统一协同演化的构造运作及其动力学。

  当代大地构造学的新思维、新定义是一门研究认知行星地球系统圈层如何在宇宙巨量内外时空物中，协同关联、互动统一的构造运作及其过程、效应、驱动机理，以及研究其如何成为生命与人类宜居的宇宙太阳系行星的高度学科交叉融合的基础理论与应用综合学科。

  二是对地球科学固有重要理念的思考和质疑。包括地球内外动力思考，地球形成演化主要受宇宙规律控制，还是完全由自身规律所掌控，如何思考内外力？地球有无宇宙行星行为主导控制的构造？诸如特提斯、西太平洋等类构造，完全是由地球核幔壳圈层自身构造所致的吗？地球的动力源和能量受何主控？是宇宙还是自身或是复合？这需要以宇宙太阳系—行星系统视野思维，研究和认知地球系统的基本问题。

  其次，要了解当代大地构造学发展战略方向和核心科学问题。包括一个总目标、两大研究方向、4个优先发展领域以及19个关键科学问题。

  一个总目标包括目标和当代重点战略突破口。目标是研究、认知宜居天体地球复杂系统统一协同演化的构造运作及其动力学，构建地球系统大地构造学。当代重点战略突破口是立足地球系统科学，创建地球系统构造观，加强深部地球和行星地质学，深化发展板块构造理论，重新审视大洋构造，深入开展大陆构造研究，构建大陆构造与大陆流变学理论体系。服务国家与人类发展重大需求，认知地球运行规律与其生命宜居性，支撑社会可持续发展。

  两大研究方向：一是战略应用基础研究方向——体现人类和国家意志，应对人类需求、服务社会，从学术理论支撑全球变化和资源、能源、环境、防治灾害等人类和国家需求。二是当代大地构造学前瞻基础理论研究方向，应对当代地球科学发展前沿全球挑战，重点思考5个前沿基础科学问题。

  第一个科学问题是地球系统构造运作与地球宜居可持续性。探索地球构造运行规律与生命、生态环境协同演化，认知地球及其宜居性。

  第二个科学问题是发展当代大地构造学，创建地球系统大地构造学。认知整体行星地球，深化发展乃至突破板块构造理论。重点探索深部地球物质状态与深部构造和地球构造流变学，构建大陆流变学理论系统和地球动力学。重点研究大陆构造及其动力学，构建大陆构造理论系统。

  第三个科学问题是地球早期构造体制和比较行星地质学研究。研究地球系统初期状态与机制、生命起始、洋陆起源和板块构造初始，对比太阳系行星等基本科学问题。

  第四个科学问题是洋底动力学。重新审视厘定大洋组成、结构和属性特征，探索再认知板块构造及其动力学、大洋岩石圈与地幔流变学。

  第五个科学问题是构造同位素年代学理论与技术。这应是当代地球科学与大地构造学发展的重要基础科研内容与任务。

  4个优先发展领域。一是大陆起源、板块起源和前板块构造体制，二是深部构造与大陆构造和流变学动力学，三是地球系统构造与社会、生命、环境协同演化和宜居性；四是地球动力学系统与重建。

  19个关键科学问题是大陆起源与早期构造体制，板块构造启动的时间与机制，大陆增生，大陆的保存与再造，巨量花岗岩与大陆构造意义，陆内构造与动力学，大陆流变性状与大陆变形，沉积盆地动力学，洋—陆过渡带地质过程与效应，超大陆聚散及其动力机制，大陆构造与成矿成藏作用，青藏高原生长及其周缘响应，重大构造事件的环境与生命巨变和地球过去、现在、未来的宜居性机理，构造—气候—地表过程的相互作用，大陆地壳变形局部化过程与地震，变形与微板块构造恢复，东亚大陆岩石圈三维结构与状态，动力地形与深部地幔耦合，四维行星地球动力学（含数字地球）。■

（作者系立博体育在线:科学院院士、西北大学地质学系教授，见习记者严涛根据其在第十四届创新立博体育在线:论坛主论坛上的报告整理）

《科学新闻》 (科学新闻2023年6月刊 封面)