當代人類社會和國家發(fā)展對地球科學的新需求
如果追尋自然、人類與社會的歷史軌跡，面對現(xiàn)實世界，面對全球重大挑戰(zhàn)、國家重大需求、科技發(fā)展前沿，就會發(fā)現(xiàn)當今地球和人類的發(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面臨的資源、能源、生態(tài)環(huán)境危機，直接威脅人類社會的可持續(xù)發(fā)展，即人類的生存發(fā)展。地球自然演化將何去何從？人類如何認識和應對？
二是人類社會歷史發(fā)展的大變局。當今人類社會發(fā)展面臨新的歷史發(fā)展節(jié)點，即人類除了要面對地球自然生存環(huán)境的變化外，還要面對人類社會、國際社會格局發(fā)展理念與運行規(guī)則機制的激烈沖突。時代呼吁構(gòu)建人—地生命共同體和人類命運共同體。
這兩大問題是人類生存和社會歷史發(fā)展的重大根本問題和社會現(xiàn)實實踐問題，其既是人文社會科學的基本問題，也是自然科學的基本問題，是當今人文社會科學與自然科學融合交織的綜合復雜的大科學理論，是有關(guān)人—自然關(guān)系的根本哲學命題和社會實踐問題。我們既要認知整體宇宙天體的演變規(guī)律，又要認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。
面對現(xiàn)今人類的兩大問題，地球科學作為探索、認知地球服務人類的科學肩負重任。大自然，即宇宙、行星、地球的演變和人類社會發(fā)展面臨的重大基本問題，向地球科學提出了新的緊迫的科學問題，我們可以將其概括為三個基本問題。
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，科學實質(zhì)地回答其客觀基本規(guī)律；三是構(gòu)建地球系統(tǒng)科學新的理論與知識體系和技術(shù)，需要地球科學回應當代人類、社會生存發(fā)展的新需求，重新認識地球，支撐人類社會可持續(xù)發(fā)展。
當代地球科學發(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、國家和自然都對地球科學認識行星地球、回答人類面臨的重大問題，提出了新的重大科學要求。因此，當代地球科學必然處于大的發(fā)展變革時期，面臨嚴峻挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。
地球科學經(jīng)過長期發(fā)展，歷史性、創(chuàng)造性地為人類社會發(fā)展提供了無與倫比的財富和思想知識，為認知地球、服務人類作出了巨大貢獻。地球科學的價值與貢獻，怎么評價都不為過。但是，當代人類對地球科學新的重大需求表明，地球科學還未真正認知地球、生命和人類。
自上世紀后半期尤其是進入21世紀以來，人類生存發(fā)展面臨空前的威脅。作為與人類生存環(huán)境與社會可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的學科，地球科學既包括固體地球科學，大氣、海洋流體地球科學，也包括深部地球和空間地球科學，以及生物地質(zhì)科學等。如今，地質(zhì)學、地球物理學、地球化學等都面臨重大挑戰(zhàn)，而對于提出與發(fā)現(xiàn)新的重大基礎和應用性課題與技術(shù)問題，我們責無旁貸。我們必須探索、認知、回答、解決這些重大科學問題，擔起歷史重任。
面對地球科學的新發(fā)展、新需求，我們要考慮兩個問題。
第一是地球科學的基本特征屬性。
人類有兩大學問——社會和自然，兩者結(jié)合才是系統(tǒng)完整的人類科學知識。地球科學屬于自然科學，但其新發(fā)展需要我們跨學科回答當代人類的緊迫問題。
自然科學使人知道做人的道理，認知世界；社會科學使人懂得做人的價值，認識人類社會。迎接新挑戰(zhàn)，需要重新認知地球科學與跨學科的大科學系統(tǒng)。
首先，要重新認知、思考地球科學和大地構(gòu)造學。凡是以地球作為探索、研究、認知對象的科學技術(shù)，都屬地球科學。它是人類社會六大基礎科學，即數(shù)、理、化、天、地、生之一，是一個大的科學系統(tǒng)，包含多學科技術(shù)。地球科學現(xiàn)今的任務是要重點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，地球科學是認知地球、維系人類生存發(fā)展的科學。大地構(gòu)造學是地球科學的最基本學科，是具有全局指引性的基礎科學。
其次，要重新認識地球科學的幾個重要基本特性。地球科學研究自然狀態(tài)下天體、行星、地球的物理、化學、生物作用的綜合復雜動態(tài)系統(tǒng)；地球是一個從內(nèi)核到外層空間的漫長時域的復雜動態(tài)系統(tǒng)；地球科學的研究對象——地球是復變量動態(tài)非線性級聯(lián)效應的綜合產(chǎn)物；地球是宇宙中太陽系的一個內(nèi)行星，是宇宙中相對獨立的復雜子動力學系統(tǒng)；大地構(gòu)造學是認知地球形成演化及其動力學機制的具有哲理性探究與實踐的地球科學學科，地球科學高度重視實踐與綜合和求實，大自然即是其實驗室和檢驗地；巨量多級差異的時空物動態(tài)演變及其產(chǎn)物結(jié)果的反序探索研究，迄今尚無法直接驗證；地質(zhì)學研究是非絕對數(shù)理、又似與不似于藝術(shù)的探究；當代地球科學是自然與人文多科學交織的復雜綜合的大科學系統(tǒng)。
此外，需要構(gòu)建地球科學或地質(zhì)思維。自然科學需要邏輯思維和數(shù)學語言表達，社會科學需要形象思維和靈動感悟能力。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)契合的論述認知，即需要地球科學或地質(zhì)思維系統(tǒng)能力和哲學高層概括的創(chuàng)造發(fā)展。在人類認識長河中，地球科學知識仍處于理智與盲動交織的探索之中，其樂無窮而又艱難無比，潛力無量、前景無限。
第二是地球科學和大地構(gòu)造學的新發(fā)展、新需求、新思考。
地球科學現(xiàn)已發(fā)展到一個歷史節(jié)點，需要綜合、深化、突破、創(chuàng)新。地球科學新發(fā)展現(xiàn)在面臨的主要核心前沿基本問題，都是人類認知中一些重大根本基礎問題和現(xiàn)實實踐中的重大高難度技術(shù)問題，是人文與自然科學融合交織的復雜綜合的大科學創(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空物世界中、在有限空間域時間段內(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)造學需要面對和解決的基本問題。
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、認知現(xiàn)狀、預測未來，真正認知地球與人類和世界，從而支撐人類社會的發(fā)展。地球科學應直面應對、勇敢自信、探索創(chuàng)新，回報國家、人類與自然。
當代地球科學已處于一個重要的變革時代，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)”的地球科學發(fā)展戰(zhàn)略計劃與部署。
首先，要面對當代地球科學發(fā)展前沿的基本科學問題。
一是地球系統(tǒng)科學與全球變化。認知與預測全球變化，以宇宙視野整體觀念構(gòu)建行星地球系統(tǒng)科學及其知識體系，探索回答地球和人類與生命生存發(fā)展的基本科學與社會問題。
二是地球洋陸演化與多圈層作用。重新審視認識大洋，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國。
突破性認知大陸，構(gòu)建大陸構(gòu)造動力學理論體系，創(chuàng)新發(fā)展大地構(gòu)造理論，探索認知行星地球演化規(guī)律，帶動地球科學發(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)及其動力學過程，包括深部地質(zhì)狀態(tài)過程和深部圈層結(jié)構(gòu)構(gòu)造及流變學等。
地球早期演化體制機制與比較行星地質(zhì)學研究。認知地球的過去、現(xiàn)今和未來，進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空本質(zhì)，構(gòu)建地球系統(tǒng)科學理論，建立新的地球科學知識體系。
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。認知地球新的演變背景下的人類社會發(fā)展對策，關(guān)鍵問題是整體認知人—地本質(zhì)關(guān)系規(guī)律。
人—地系統(tǒng)與地表系統(tǒng)和社會可持續(xù)發(fā)展。人類生存和社會可持續(xù)發(fā)展重大需求是地球科學發(fā)展的動力，只要人類存在與發(fā)展就必須要有地球科學。現(xiàn)實核心問題是如何真正認知地球、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、災害以及人口膨脹、糧食等社會危機，支撐解決社會可持續(xù)發(fā)展問題。
三是我國地球科學如何支撐國家重大需求與發(fā)展。
其次，要確定當代地球科學發(fā)展的主要科學目標。新時代、新發(fā)展、新需求，當代地球科學發(fā)展需要創(chuàng)建地球系統(tǒng)科學理論及其知識體系，探索認知地球及其宜居性規(guī)律，支撐人類社會可持續(xù)發(fā)展。
一是探索地球深部過程，認知地球運行的“驅(qū)動機制”與動力學過程；二是揭示殼幔物質(zhì)狀態(tài)與循環(huán)，理解地球物質(zhì)的運動規(guī)律與機制；三是研究圈層相互作用，認知宜居地球的時空演變規(guī)律與機理；四是探索天體地球天文作用，認知行星地球的宇宙行為與動力；五是整合地球時空內(nèi)外圈層動力過程，揭示過去、認識現(xiàn)今、模擬和預測未來。
此外，還要了解當代地球科學發(fā)展勢態(tài)。地球科學已發(fā)展為跨界多學科，要以客觀問題為導向，把地球作為宇宙世界中一個行星，整體、系統(tǒng)探索認知地球演化規(guī)律及其生命宜居可持續(xù)性。
地球科學的認知與實踐，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)的時空四維視野觀察理解地球的實質(zhì)與規(guī)律。因此，地球科學已進入探索認知星球整體地球系統(tǒng)規(guī)律的時代，以解決人類新需求，發(fā)展地球科學。地球科學包括大地構(gòu)造學，亟須向時空深度延伸擴展。我國“三深”探測研究，既是人類社會發(fā)展的需要，也是地球科學發(fā)展必然的新動態(tài)。
當代大地構(gòu)造學發(fā)展思考
首先，當代大地構(gòu)造學發(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)學科框架，把地球作為宇宙太陽系的一個內(nèi)行星。
大地構(gòu)造學的研究目標，是認知宜居行星地球復雜系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)同演化的構(gòu)造運作及其動力學。
當代大地構(gòu)造學的新思維、新定義是一門研究認知行星地球系統(tǒng)圈層如何在宇宙巨量內(nèi)外時空物中，協(xié)同關(guān)聯(lián)、互動統(tǒng)一的構(gòu)造運作及其過程、效應、驅(qū)動機理，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科交叉融合的基礎理論與應用綜合學科。
二是對地球科學固有重要理念的思考和質(zhì)疑。包括地球內(nèi)外動力思考，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？地球的動力源和能量受何主控？是宇宙還是自身或是復合？這需要以宇宙太陽系—行星系統(tǒng)視野思維，研究和認知地球系統(tǒng)的基本問題。
其次，要了解當代大地構(gòu)造學發(fā)展戰(zhàn)略方向和核心科學問題。包括一個總目標、兩大研究方向、4個優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域以及19個關(guān)鍵科學問題。
一個總目標包括目標和當代重點戰(zhàn)略突破口。目標是研究、認知宜居天體地球復雜系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)同演化的構(gòu)造運作及其動力學，構(gòu)建地球系統(tǒng)大地構(gòu)造學。當代重點戰(zhàn)略突破口是立足地球系統(tǒng)科學，創(chuàng)建地球系統(tǒng)構(gòu)造觀，加強深部地球和行星地質(zhì)學，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)造與大陸流變學理論體系。服務國家與人類發(fā)展重大需求，認知地球運行規(guī)律與其生命宜居性，支撐社會可持續(xù)發(fā)展。
兩大研究方向：一是戰(zhàn)略應用基礎研究方向——體現(xiàn)人類和國家意志，應對人類需求、服務社會，從學術(shù)理論支撐全球變化和資源、能源、環(huán)境、防治災害等人類和國家需求。二是當代大地構(gòu)造學前瞻基礎理論研究方向，應對當代地球科學發(fā)展前沿全球挑戰(zhàn)，重點思考5個前沿基礎科學問題。
第一個科學問題是地球系統(tǒng)構(gòu)造運作與地球宜居可持續(xù)性。探索地球構(gòu)造運行規(guī)律與生命、生態(tài)環(huán)境協(xié)同演化，認知地球及其宜居性。
第二個科學問題是發(fā)展當代大地構(gòu)造學，創(chuàng)建地球系統(tǒng)大地構(gòu)造學。認知整體行星地球，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，構(gòu)建大陸流變學理論系統(tǒng)和地球動力學。重點研究大陸構(gòu)造及其動力學，構(gòu)建大陸構(gòu)造理論系統(tǒng)。
第三個科學問題是地球早期構(gòu)造體制和比較行星地質(zhì)學研究。研究地球系統(tǒng)初期狀態(tài)與機制、生命起始、洋陸起源和板塊構(gòu)造初始，對比太陽系行星等基本科學問題。
第四個科學問題是洋底動力學。重新審視厘定大洋組成、結(jié)構(gòu)和屬性特征，探索再認知板塊構(gòu)造及其動力學、大洋巖石圈與地幔流變學。
第五個科學問題是構(gòu)造同位素年代學理論與技術(shù)。這應是當代地球科學與大地構(gòu)造學發(fā)展的重要基礎科研內(nèi)容與任務。
4個優(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)造和流變學動力學，三是地球系統(tǒng)構(gòu)造與社會、生命、環(huán)境協(xié)同演化和宜居性；四是地球動力學系統(tǒng)與重建。
19個關(guān)鍵科學問題是大陸起源與早期構(gòu)造體制，板塊構(gòu)造啟動的時間與機制，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)造與動力學，大陸流變性狀與大陸變形，沉積盆地動力學，洋—陸過渡帶地質(zhì)過程與效應，超大陸聚散及其動力機制，大陸構(gòu)造與成礦成藏作用，青藏高原生長及其周緣響應，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，東亞大陸巖石圈三維結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，動力地形與深部地幔耦合，四維行星地球動力學（含數(shù)字地球）。■
（作者系中國科學院院士、西北大學地質(zhì)學系教授，見習記者嚴濤根據(jù)其在第十四屆創(chuàng)新中國論壇主論壇上的報告整理）