當(dāng)代人類社會(huì)和國家發(fā)展對(duì)地球科學(xué)的新需求
如果追尋自然、人類與社會(huì)的歷史軌跡，面對(duì)現(xiàn)實(shí)世界，面對(duì)全球重大挑戰(zhàn)、國家重大需求、科技發(fā)展前沿，就會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)今地球和人類的發(fā)展凸顯了兩大問題。
一是全球變化與人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展問題。宇宙、行星、地球自然演化的全球變化以及人類社會(huì)面臨的資源、能源、生態(tài)環(huán)境危機(jī)，直接威脅人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，即人類的生存發(fā)展。地球自然演化將何去何從？人類如何認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)？
二是人類社會(huì)歷史發(fā)展的大變局。當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展面臨新的歷史發(fā)展節(jié)點(diǎn)，即人類除了要面對(duì)地球自然生存環(huán)境的變化外，還要面對(duì)人類社會(huì)、國際社會(huì)格局發(fā)展理念與運(yùn)行規(guī)則機(jī)制的激烈沖突。時(shí)代呼吁構(gòu)建人—地生命共同體和人類命運(yùn)共同體。
這兩大問題是人類生存和社會(huì)歷史發(fā)展的重大根本問題和社會(huì)現(xiàn)實(shí)實(shí)踐問題，其既是人文社會(huì)科學(xué)的基本問題，也是自然科學(xué)的基本問題，是當(dāng)今人文社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)融合交織的綜合復(fù)雜的大科學(xué)理論，是有關(guān)人—自然關(guān)系的根本哲學(xué)命題和社會(huì)實(shí)踐問題。我們既要認(rèn)知整體宇宙天體的演變規(guī)律，又要認(rèn)知作為地球與自然組成部分的人類的本質(zhì)與規(guī)律以及兩者關(guān)系的規(guī)律。
面對(duì)現(xiàn)今人類的兩大問題，地球科學(xué)作為探索、認(rèn)知地球服務(wù)人類的科學(xué)肩負(fù)重任。大自然，即宇宙、行星、地球的演變和人類社會(huì)發(fā)展面臨的重大基本問題，向地球科學(xué)提出了新的緊迫的科學(xué)問題，我們可以將其概括為三個(gè)基本問題。
一是天體地球演變和全球變化與生命、人類生存可持續(xù)發(fā)展問題，即地球宜居性問題；二是認(rèn)知整體地球系統(tǒng)演化規(guī)律，要求探索揭示人—地球關(guān)系，科學(xué)實(shí)質(zhì)地回答其客觀基本規(guī)律；三是構(gòu)建地球系統(tǒng)科學(xué)新的理論與知識(shí)體系和技術(shù)，需要地球科學(xué)回應(yīng)當(dāng)代人類、社會(huì)生存發(fā)展的新需求，重新認(rèn)識(shí)地球，支撐人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
當(dāng)代地球科學(xué)發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)
上述現(xiàn)今人類面臨的兩大問題共同表明，人類社會(huì)、國家和自然都對(duì)地球科學(xué)認(rèn)識(shí)行星地球、回答人類面臨的重大問題，提出了新的重大科學(xué)要求。因此，當(dāng)代地球科學(xué)必然處于大的發(fā)展變革時(shí)期，面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。
地球科學(xué)經(jīng)過長期發(fā)展，歷史性、創(chuàng)造性地為人類社會(huì)發(fā)展提供了無與倫比的財(cái)富和思想知識(shí)，為認(rèn)知地球、服務(wù)人類作出了巨大貢獻(xiàn)。地球科學(xué)的價(jià)值與貢獻(xiàn)，怎么評(píng)價(jià)都不為過。但是，當(dāng)代人類對(duì)地球科學(xué)新的重大需求表明，地球科學(xué)還未真正認(rèn)知地球、生命和人類。
自上世紀(jì)后半期尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類生存發(fā)展面臨空前的威脅。作為與人類生存環(huán)境與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的學(xué)科，地球科學(xué)既包括固體地球科學(xué)，大氣、海洋流體地球科學(xué)，也包括深部地球和空間地球科學(xué)，以及生物地質(zhì)科學(xué)等。如今，地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)等都面臨重大挑戰(zhàn)，而對(duì)于提出與發(fā)現(xiàn)新的重大基礎(chǔ)和應(yīng)用性課題與技術(shù)問題，我們責(zé)無旁貸。我們必須探索、認(rèn)知、回答、解決這些重大科學(xué)問題，擔(dān)起歷史重任。
面對(duì)地球科學(xué)的新發(fā)展、新需求，我們要考慮兩個(gè)問題。
第一是地球科學(xué)的基本特征屬性。
人類有兩大學(xué)問——社會(huì)和自然，兩者結(jié)合才是系統(tǒng)完整的人類科學(xué)知識(shí)。地球科學(xué)屬于自然科學(xué)，但其新發(fā)展需要我們跨學(xué)科回答當(dāng)代人類的緊迫問題。
自然科學(xué)使人知道做人的道理，認(rèn)知世界；社會(huì)科學(xué)使人懂得做人的價(jià)值，認(rèn)識(shí)人類社會(huì)。迎接新挑戰(zhàn)，需要重新認(rèn)知地球科學(xué)與跨學(xué)科的大科學(xué)系統(tǒng)。
首先，要重新認(rèn)知、思考地球科學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)。凡是以地球作為探索、研究、認(rèn)知對(duì)象的科學(xué)技術(shù)，都屬地球科學(xué)。它是人類社會(huì)六大基礎(chǔ)科學(xué)，即數(shù)、理、化、天、地、生之一，是一個(gè)大的科學(xué)系統(tǒng)，包含多學(xué)科技術(shù)。地球科學(xué)現(xiàn)今的任務(wù)是要重點(diǎn)研究和回答地球與人類宜居和發(fā)展的可持續(xù)性問題。
地球是人類賴以生存的基礎(chǔ)，地球科學(xué)是認(rèn)知地球、維系人類生存發(fā)展的科學(xué)。大地構(gòu)造學(xué)是地球科學(xué)的最基本學(xué)科，是具有全局指引性的基礎(chǔ)科學(xué)。
其次，要重新認(rèn)識(shí)地球科學(xué)的幾個(gè)重要基本特性。地球科學(xué)研究自然狀態(tài)下天體、行星、地球的物理、化學(xué)、生物作用的綜合復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；地球是一個(gè)從內(nèi)核到外層空間的漫長時(shí)域的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；地球科學(xué)的研究對(duì)象——地球是復(fù)變量動(dòng)態(tài)非線性級(jí)聯(lián)效應(yīng)的綜合產(chǎn)物；地球是宇宙中太陽系的一個(gè)內(nèi)行星，是宇宙中相對(duì)獨(dú)立的復(fù)雜子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)；大地構(gòu)造學(xué)是認(rèn)知地球形成演化及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制的具有哲理性探究與實(shí)踐的地球科學(xué)學(xué)科，地球科學(xué)高度重視實(shí)踐與綜合和求實(shí)，大自然即是其實(shí)驗(yàn)室和檢驗(yàn)地；巨量多級(jí)差異的時(shí)空物動(dòng)態(tài)演變及其產(chǎn)物結(jié)果的反序探索研究，迄今尚無法直接驗(yàn)證；地質(zhì)學(xué)研究是非絕對(duì)數(shù)理、又似與不似于藝術(shù)的探究；當(dāng)代地球科學(xué)是自然與人文多科學(xué)交織的復(fù)雜綜合的大科學(xué)系統(tǒng)。
此外，需要構(gòu)建地球科學(xué)或地質(zhì)思維。自然科學(xué)需要邏輯思維和數(shù)學(xué)語言表達(dá)，社會(huì)科學(xué)需要形象思維和靈動(dòng)感悟能力。左右半腦各司其職，合二為一構(gòu)建完整思維。
地球科學(xué)研究需要邏輯思維與形象思維相結(jié)合，需要數(shù)理與藝術(shù)契合的論述認(rèn)知，即需要地球科學(xué)或地質(zhì)思維系統(tǒng)能力和哲學(xué)高層概括的創(chuàng)造發(fā)展。在人類認(rèn)識(shí)長河中，地球科學(xué)知識(shí)仍處于理智與盲動(dòng)交織的探索之中，其樂無窮而又艱難無比，潛力無量、前景無限。
第二是地球科學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)的新發(fā)展、新需求、新思考。
地球科學(xué)現(xiàn)已發(fā)展到一個(gè)歷史節(jié)點(diǎn)，需要綜合、深化、突破、創(chuàng)新。地球科學(xué)新發(fā)展現(xiàn)在面臨的主要核心前沿基本問題，都是人類認(rèn)知中一些重大根本基礎(chǔ)問題和現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中的重大高難度技術(shù)問題，是人文與自然科學(xué)融合交織的復(fù)雜綜合的大科學(xué)創(chuàng)新問題。例如，地球整體真正的本質(zhì)與規(guī)律是什么？作為地球的產(chǎn)物及其自然組成部分，生命與人類的本質(zhì)與生存演變規(guī)律是什么？地球與人類兩者在宇宙廣袤時(shí)空物世界中、在有限空間域時(shí)間段內(nèi)，共同依存演變的本質(zhì)關(guān)系與規(guī)律是什么？這些正是大地構(gòu)造學(xué)需要面對(duì)和解決的基本問題。
這些問題都超出了以往傳統(tǒng)地球科學(xué)的研究范疇與思維范式，需要依據(jù)地球、自然和生命以及人類新時(shí)期的新發(fā)展、新層次、新問題，用新視角、新思維、新理念，繼承并突破已有傳統(tǒng)，創(chuàng)造性地進(jìn)行創(chuàng)新探索研究，需要以更深層次、更高追求、更本質(zhì)發(fā)現(xiàn)，揭示和認(rèn)知地球、人類、生命等客觀世界的本質(zhì)與規(guī)律，探源過去、認(rèn)知現(xiàn)狀、預(yù)測(cè)未來，真正認(rèn)知地球與人類和世界，從而支撐人類社會(huì)的發(fā)展。地球科學(xué)應(yīng)直面應(yīng)對(duì)、勇敢自信、探索創(chuàng)新，回報(bào)國家、人類與自然。
當(dāng)代地球科學(xué)已處于一個(gè)重要的變革時(shí)代，需要深化發(fā)展和突破。一些西方國家已開展規(guī)劃研究，我國也已提出“三深一系統(tǒng)”的地球科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃與部署。
首先，要面對(duì)當(dāng)代地球科學(xué)發(fā)展前沿的基本科學(xué)問題。
一是地球系統(tǒng)科學(xué)與全球變化。認(rèn)知與預(yù)測(cè)全球變化，以宇宙視野整體觀念構(gòu)建行星地球系統(tǒng)科學(xué)及其知識(shí)體系，探索回答地球和人類與生命生存發(fā)展的基本科學(xué)與社會(huì)問題。
二是地球洋陸演化與多圈層作用。重新審視認(rèn)識(shí)大洋，創(chuàng)新發(fā)展板塊構(gòu)造理論，支撐國家從海洋大國走向海洋強(qiáng)國。
突破性認(rèn)知大陸，構(gòu)建大陸構(gòu)造動(dòng)力學(xué)理論體系，創(chuàng)新發(fā)展大地構(gòu)造理論，探索認(rèn)知行星地球演化規(guī)律，帶動(dòng)地球科學(xué)發(fā)展，支撐國家重大需求。
探知地球深部系統(tǒng)物質(zhì)狀態(tài)及其動(dòng)力學(xué)過程，包括深部地質(zhì)狀態(tài)過程和深部圈層結(jié)構(gòu)構(gòu)造及流變學(xué)等。
地球早期演化體制機(jī)制與比較行星地質(zhì)學(xué)研究。認(rèn)知地球的過去、現(xiàn)今和未來，進(jìn)行宇宙與類地行星比較，探索從地球內(nèi)核到外層空間整體時(shí)空本質(zhì)，構(gòu)建地球系統(tǒng)科學(xué)理論，建立新的地球科學(xué)知識(shí)體系。
探求生命和人類在宇宙、地球中宜居發(fā)展的本質(zhì)規(guī)律。認(rèn)知地球新的演變背景下的人類社會(huì)發(fā)展對(duì)策，關(guān)鍵問題是整體認(rèn)知人—地本質(zhì)關(guān)系規(guī)律。
人—地系統(tǒng)與地表系統(tǒng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。人類生存和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展重大需求是地球科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力，只要人類存在與發(fā)展就必須要有地球科學(xué)�，F(xiàn)實(shí)核心問題是如何真正認(rèn)知地球、文明生態(tài)系統(tǒng)、地球宜居性，以及如何解決和緩解資源、能源、生態(tài)環(huán)境、災(zāi)害以及人口膨脹、糧食等社會(huì)危機(jī)，支撐解決社會(huì)可持續(xù)發(fā)展問題。
三是我國地球科學(xué)如何支撐國家重大需求與發(fā)展。
其次，要確定當(dāng)代地球科學(xué)發(fā)展的主要科學(xué)目標(biāo)。新時(shí)代、新發(fā)展、新需求，當(dāng)代地球科學(xué)發(fā)展需要?jiǎng)?chuàng)建地球系統(tǒng)科學(xué)理論及其知識(shí)體系，探索認(rèn)知地球及其宜居性規(guī)律，支撐人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
一是探索地球深部過程，認(rèn)知地球運(yùn)行的“驅(qū)動(dòng)機(jī)制”與動(dòng)力學(xué)過程；二是揭示殼幔物質(zhì)狀態(tài)與循環(huán)，理解地球物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與機(jī)制；三是研究圈層相互作用，認(rèn)知宜居地球的時(shí)空演變規(guī)律與機(jī)理；四是探索天體地球天文作用，認(rèn)知行星地球的宇宙行為與動(dòng)力；五是整合地球時(shí)空內(nèi)外圈層動(dòng)力過程，揭示過去、認(rèn)識(shí)現(xiàn)今、模擬和預(yù)測(cè)未來。
此外，還要了解當(dāng)代地球科學(xué)發(fā)展勢(shì)態(tài)。地球科學(xué)已發(fā)展為跨界多學(xué)科，要以客觀問題為導(dǎo)向，把地球作為宇宙世界中一個(gè)行星，整體、系統(tǒng)探索認(rèn)知地球演化規(guī)律及其生命宜居可持續(xù)性。
地球科學(xué)的認(rèn)知與實(shí)踐，既包括地球從內(nèi)核到外層空間多圈層地球系統(tǒng)，又包括從宇宙、恒星、太陽系、行星系統(tǒng)的時(shí)空四維視野觀察理解地球的實(shí)質(zhì)與規(guī)律。因此，地球科學(xué)已進(jìn)入探索認(rèn)知星球整體地球系統(tǒng)規(guī)律的時(shí)代，以解決人類新需求，發(fā)展地球科學(xué)。地球科學(xué)包括大地構(gòu)造學(xué)，亟須向時(shí)空深度延伸擴(kuò)展。我國“三深”探測(cè)研究，既是人類社會(huì)發(fā)展的需要，也是地球科學(xué)發(fā)展必然的新動(dòng)態(tài)。
當(dāng)代大地構(gòu)造學(xué)發(fā)展思考
首先，當(dāng)代大地構(gòu)造學(xué)發(fā)展需要新理念、新思維。
一是要有新的地球構(gòu)造觀。包括從宇宙視野構(gòu)建統(tǒng)一整體行星地球系統(tǒng)如何運(yùn)作的大地構(gòu)造觀及其理論體系。新的構(gòu)造觀需突破傳統(tǒng)學(xué)科框架，把地球作為宇宙太陽系的一個(gè)內(nèi)行星。
大地構(gòu)造學(xué)的研究目標(biāo)，是認(rèn)知宜居行星地球復(fù)雜系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)同演化的構(gòu)造運(yùn)作及其動(dòng)力學(xué)。
當(dāng)代大地構(gòu)造學(xué)的新思維、新定義是一門研究認(rèn)知行星地球系統(tǒng)圈層如何在宇宙巨量內(nèi)外時(shí)空物中，協(xié)同關(guān)聯(lián)、互動(dòng)統(tǒng)一的構(gòu)造運(yùn)作及其過程、效應(yīng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)理，以及研究其如何成為生命與人類宜居的宇宙太陽系行星的高度學(xué)科交叉融合的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用綜合學(xué)科。
二是對(duì)地球科學(xué)固有重要理念的思考和質(zhì)疑。包括地球內(nèi)外動(dòng)力思考，地球形成演化主要受宇宙規(guī)律控制，還是完全由自身規(guī)律所掌控，如何思考內(nèi)外力？地球有無宇宙行星行為主導(dǎo)控制的構(gòu)造？諸如特提斯、西太平洋等類構(gòu)造，完全是由地球核幔殼圈層自身構(gòu)造所致的嗎？地球的動(dòng)力源和能量受何主控？是宇宙還是自身或是復(fù)合？這需要以宇宙太陽系—行星系統(tǒng)視野思維，研究和認(rèn)知地球系統(tǒng)的基本問題。
其次，要了解當(dāng)代大地構(gòu)造學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略方向和核心科學(xué)問題。包括一個(gè)總目標(biāo)、兩大研究方向、4個(gè)優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域以及19個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。
一個(gè)總目標(biāo)包括目標(biāo)和當(dāng)代重點(diǎn)戰(zhàn)略突破口。目標(biāo)是研究、認(rèn)知宜居天體地球復(fù)雜系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)同演化的構(gòu)造運(yùn)作及其動(dòng)力學(xué)，構(gòu)建地球系統(tǒng)大地構(gòu)造學(xué)。當(dāng)代重點(diǎn)戰(zhàn)略突破口是立足地球系統(tǒng)科學(xué)，創(chuàng)建地球系統(tǒng)構(gòu)造觀，加強(qiáng)深部地球和行星地質(zhì)學(xué)，深化發(fā)展板塊構(gòu)造理論，重新審視大洋構(gòu)造，深入開展大陸構(gòu)造研究，構(gòu)建大陸構(gòu)造與大陸流變學(xué)理論體系。服務(wù)國家與人類發(fā)展重大需求，認(rèn)知地球運(yùn)行規(guī)律與其生命宜居性，支撐社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
兩大研究方向：一是戰(zhàn)略應(yīng)用基礎(chǔ)研究方向——體現(xiàn)人類和國家意志，應(yīng)對(duì)人類需求、服務(wù)社會(huì)，從學(xué)術(shù)理論支撐全球變化和資源、能源、環(huán)境、防治災(zāi)害等人類和國家需求。二是當(dāng)代大地構(gòu)造學(xué)前瞻基礎(chǔ)理論研究方向，應(yīng)對(duì)當(dāng)代地球科學(xué)發(fā)展前沿全球挑戰(zhàn)，重點(diǎn)思考5個(gè)前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題。
第一個(gè)科學(xué)問題是地球系統(tǒng)構(gòu)造運(yùn)作與地球宜居可持續(xù)性。探索地球構(gòu)造運(yùn)行規(guī)律與生命、生態(tài)環(huán)境協(xié)同演化，認(rèn)知地球及其宜居性。
第二個(gè)科學(xué)問題是發(fā)展當(dāng)代大地構(gòu)造學(xué)，創(chuàng)建地球系統(tǒng)大地構(gòu)造學(xué)。認(rèn)知整體行星地球，深化發(fā)展乃至突破板塊構(gòu)造理論。重點(diǎn)探索深部地球物質(zhì)狀態(tài)與深部構(gòu)造和地球構(gòu)造流變學(xué)，構(gòu)建大陸流變學(xué)理論系統(tǒng)和地球動(dòng)力學(xué)。重點(diǎn)研究大陸構(gòu)造及其動(dòng)力學(xué)，構(gòu)建大陸構(gòu)造理論系統(tǒng)。
第三個(gè)科學(xué)問題是地球早期構(gòu)造體制和比較行星地質(zhì)學(xué)研究。研究地球系統(tǒng)初期狀態(tài)與機(jī)制、生命起始、洋陸起源和板塊構(gòu)造初始，對(duì)比太陽系行星等基本科學(xué)問題。
第四個(gè)科學(xué)問題是洋底動(dòng)力學(xué)。重新審視厘定大洋組成、結(jié)構(gòu)和屬性特征，探索再認(rèn)知板塊構(gòu)造及其動(dòng)力學(xué)、大洋巖石圈與地幔流變學(xué)。
第五個(gè)科學(xué)問題是構(gòu)造同位素年代學(xué)理論與技術(shù)。這應(yīng)是當(dāng)代地球科學(xué)與大地構(gòu)造學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)科研內(nèi)容與任務(wù)。
4個(gè)優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。一是大陸起源、板塊起源和前板塊構(gòu)造體制，二是深部構(gòu)造與大陸構(gòu)造和流變學(xué)動(dòng)力學(xué)，三是地球系統(tǒng)構(gòu)造與社會(huì)、生命、環(huán)境協(xié)同演化和宜居性；四是地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)與重建。
19個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題是大陸起源與早期構(gòu)造體制，板塊構(gòu)造啟動(dòng)的時(shí)間與機(jī)制，大陸增生，大陸的保存與再造，巨量花崗巖與大陸構(gòu)造意義，陸內(nèi)構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)，大陸流變性狀與大陸變形，沉積盆地動(dòng)力學(xué)，洋—陸過渡帶地質(zhì)過程與效應(yīng)，超大陸聚散及其動(dòng)力機(jī)制，大陸構(gòu)造與成礦成藏作用，青藏高原生長及其周緣響應(yīng)，重大構(gòu)造事件的環(huán)境與生命巨變和地球過去、現(xiàn)在、未來的宜居性機(jī)理，構(gòu)造—氣候—地表過程的相互作用，大陸地殼變形局部化過程與地震，變形與微板塊構(gòu)造恢復(fù)，東亞大陸巖石圈三維結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，動(dòng)力地形與深部地幔耦合，四維行星地球動(dòng)力學(xué)（含數(shù)字地球）�！�
（作者系中國科學(xué)院院士、西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系教授，見習(xí)記者嚴(yán)濤根據(jù)其在第十四屆創(chuàng)新中國論壇主論壇上的報(bào)告整理）