從中國(guó)到歐洲，40攝氏度的極端高溫天似乎逐年“加碼”，科學(xué)家與老百姓一樣高度關(guān)注。國(guó)際權(quán)威文章此前就提出警告：除非人類在幾十年里采取措施，否則地球冰期旋回的輪替就將結(jié)束，發(fā)生氣候?yàn)?zāi)變陷入“暖室期”。
但本世紀(jì)初一次國(guó)際大會(huì)開幕式上，主題報(bào)告人就責(zé)問過地球科學(xué)界：30年前喊“冰期降臨”的是你們，如今說“全球變暖”的還是你們，這讓人們?nèi)绾谓?duì)科學(xué)家的信任？
“深海院士”汪品先（資料照片）
“坦率地講，地球科學(xué)至今并不具備這類超長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)的能力，因?yàn)橄鄬?duì)于地球系統(tǒng)來說，人類觀測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)度太短、研究的空間視域太小?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授汪品先坦言，“冰期旋回如何運(yùn)行，冰室期和暖室期如何交替，我們都并不清楚；學(xué)術(shù)界流行的說法，甚至教科書里的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，其實(shí)都不見得正確?！?/p>
7月5日是在上海松江舉行的第八屆地球系統(tǒng)科學(xué)大會(huì)閉幕日，年近九旬的汪品先院士面向兩三千名與會(huì)代表，向大會(huì)提交《科學(xué)通報(bào)》線上發(fā)表的2萬言文章《地球系統(tǒng)科學(xué)向何處去？》，成為其團(tuán)隊(duì)“地球春秋”系列研究成果的首發(fā)之作。
人類決定地球命運(yùn)的假設(shè)。A-B 人類活動(dòng)引來“暖室地球”的途徑：A.地球百萬年來的冰期旋回。B.進(jìn)入“暖室地球”的可能前景。C. 近80萬年來的冰期-間冰期旋回。D.地質(zhì)歷史上的暖室期。
【下一代地球系統(tǒng)科學(xué)走哪條路】
從追蹤溫室氣體的環(huán)境效應(yīng)起步，人類開啟了對(duì)地球進(jìn)行系統(tǒng)研究的時(shí)代。幾十年來，這一全球科學(xué)界的熱點(diǎn)，在政治上推行“氣候外交”，在學(xué)術(shù)上設(shè)立多種國(guó)際組織，到2001年統(tǒng)稱為“地球系統(tǒng)科學(xué)”，進(jìn)入了跨越圈層系統(tǒng)研究的新時(shí)期。
盡管半個(gè)世紀(jì)來學(xué)術(shù)爭(zhēng)論從未停息，“可持續(xù)發(fā)展”的意識(shí)卻已經(jīng)傳遍全球，對(duì)氣候環(huán)境的監(jiān)測(cè)、預(yù)警系統(tǒng)也已經(jīng)建立，人類如何適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境成為社會(huì)政治和科學(xué)技術(shù)界的共同課題。到了2020年代，學(xué)術(shù)界提出了新問題：下一步，地球系統(tǒng)科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的方向在哪里？
經(jīng)40余年發(fā)展后，出現(xiàn)了兩種不同方向：一種以美國(guó)科學(xué)院報(bào)告“下一代地球系統(tǒng)科學(xué)”為代表，主張以人類尺度為中心，重點(diǎn)研究自然過程和社會(huì)過程的關(guān)系；另一種是我國(guó)的主流，主張?jiān)诘厍虮旧淼某叨壬?，探索其演變的自然?guī)律，人類尺度的過程只是研究?jī)?nèi)容的一部分。
在汪品先院士看來，前一種方向有強(qiáng)烈的針對(duì)性，試圖回答當(dāng)前社會(huì)政治面對(duì)的氣候環(huán)境問題，但結(jié)果在長(zhǎng)期預(yù)測(cè)上前后自相矛盾，其弱點(diǎn)在于對(duì)地球系統(tǒng)理解的片面性。而后者是一個(gè)面臨巨大挑戰(zhàn)的研究方向，一時(shí)難以回答當(dāng)前的社會(huì)政治問題，卻是地球科學(xué)系統(tǒng)化、理論化的必由之路。
他認(rèn)為，我國(guó)學(xué)術(shù)界不必盲目尾隨海外主流，建議在漢語平臺(tái)上開展超級(jí)規(guī)模的跨學(xué)科交叉，結(jié)合宇宙天文、地球深部、微生物和分子生物學(xué)等領(lǐng)域的新進(jìn)展，建立地球系統(tǒng)科學(xué)的“升級(jí)版”?！皬?qiáng)調(diào)地球系統(tǒng)本身的尺度，要了解自然規(guī)律，局限于人類尺度就不可能正確回答這些問題。”
近五億年來（A）地表溫度和（B）大氣二氧化碳濃度的變化，虛線表示工業(yè)化前的當(dāng)代值，兩者都在5億年來的最低水平。
【環(huán)境轉(zhuǎn)型正值地球內(nèi)外“多事之秋”】
有時(shí)，人類出于視野的局限性，容易陷入“人類中心觀”，以萬物之靈自居而無視自然規(guī)律。汪品先直言，“一個(gè)沉痛教訓(xùn)就是將近70年前的‘打麻雀運(yùn)動(dòng)’，在‘人定勝天’的口號(hào)下全民動(dòng)員，打死麻雀大約20億只，破壞生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)歉收?！?/p>
同樣，歐洲科學(xué)家在19世紀(jì)末，曾提出過用地中海水引入非洲、改造沙漠氣候的“撒哈拉海”計(jì)劃；21世紀(jì)初又提出過將二氧化硫送入平流層，用硫酸鹽氣溶膠使地面降溫的建議。他坦陳，好在這類“氣候工程”都由于其不可設(shè)想的生態(tài)后果被迫喊停。
在高度復(fù)雜的“升級(jí)版”地球系統(tǒng)科學(xué)看來，所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象之間并不見得是簡(jiǎn)單的因果關(guān)系。每次環(huán)境轉(zhuǎn)型之前，地球內(nèi)外發(fā)生過多項(xiàng)事件，不容易分辨其中的主次和因果。比如6600萬年前恐龍滅絕事件，不但伴有著名的小行星撞擊，在此之前已經(jīng)有印度德干高原的玄武巖噴發(fā)，覆蓋面積相當(dāng)于半個(gè)印度半島，噴出的劇毒氣體就足以摧殘生命。
汪品先還舉例稱，更加復(fù)雜的是3390萬年前新生代冰室期的開始，不僅發(fā)現(xiàn)有全球范圍的外來天體撞擊事件，還提出過撞擊塵埃形成了土星式的環(huán)，一度圍繞赤道運(yùn)行導(dǎo)致地球降溫的假說。近來又發(fā)現(xiàn)是地幔柱的上升導(dǎo)致北冰洋和大西洋的通道開啟，改變了大洋深層環(huán)流，從而造成南半球降溫和南極冰蓋的形成。因此，南極冰蓋的產(chǎn)生有可能是地外地內(nèi)多因素的交織，歷時(shí)百萬年計(jì)的復(fù)雜過程。
驅(qū)動(dòng)地球表層系統(tǒng)演變的主導(dǎo)因素示意圖。
【一部充滿偵探故事的演義】
縱觀地球歷史，驅(qū)動(dòng)表層系統(tǒng)演變的主導(dǎo)因素是在變化的。汪品先認(rèn)為，先后經(jīng)歷了3個(gè)階段，分別以地外、地內(nèi)和生命活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)為主。
從46億年前地球產(chǎn)生，到距今大約39億年的“晚期重轟炸期”，演變的主要驅(qū)動(dòng)力在于地外因素。此后的30億年里，地球表層經(jīng)歷了兩次大氧化事件，但從演變的成因上講，已經(jīng)轉(zhuǎn)為以地球內(nèi)部過程的驅(qū)動(dòng)為主。最近的5-6億年生命演化突飛猛進(jìn)，生命活動(dòng)成為塑造地球宜居環(huán)境的主導(dǎo)力量。
地球表層的過程，總體說來是隨著時(shí)間逐步強(qiáng)化的。汪品先認(rèn)為，地形反差和環(huán)流強(qiáng)度，都有加強(qiáng)的趨勢(shì)。隨著地球的冷卻，地殼逐漸增厚，從而使海陸地殼的比重差別加大，深海的盆地才能形成；在陸地上，只有板塊的碰撞才能產(chǎn)生巨型的高原山脈。從地質(zhì)記錄看，顯生宙后期的地球變得山更高、水更深。另一方面，新生代晚期的南北兩極都出現(xiàn)了冰蓋，大幅度加強(qiáng)大洋和大氣的環(huán)流強(qiáng)度，進(jìn)入地球人今天所習(xí)慣的格局。
汪品先表示，在分析地球演變內(nèi)外驅(qū)動(dòng)因素的基礎(chǔ)上，對(duì)地球系統(tǒng)過程進(jìn)行演變機(jī)制和規(guī)律的探索，“這樣的地史學(xué)就不再是枯燥的課程，而是充滿偵探故事的演義?！边@種從古到今追蹤地球演變史的新方向，就可比作“為地球譜寫春秋”。
地幔和地核之間是地球最重要的圈層分界。左：核幔界面的透視圖；右：地球內(nèi)部的圈層構(gòu)造。
【中國(guó)地學(xué)人爭(zhēng)當(dāng)科學(xué)“吹哨人”】
按汪品先計(jì)劃，“地球春秋”系列由4篇文章構(gòu)成，力圖闡明地球系統(tǒng)“升級(jí)版”的新方向。在首篇概述之后，將分別就宇宙天文、地球深部、生物圈與地圈三大方面進(jìn)行分析，說明它們?cè)诘厍蛳到y(tǒng)演變中的各自地位和作用。
汪品先強(qiáng)調(diào)，只有環(huán)顧地球的外部環(huán)境，洞察地球的深部過程，才能擺脫地球科學(xué)目光短淺的局限性；只有意識(shí)到微生物的基礎(chǔ)地位，在分子水平上探索生命過程，才能揭示生物圈和地圈相互作用的真諦。令他欣喜的是，地球系統(tǒng)科學(xué)十余年來在我國(guó)呈現(xiàn)出燎原之勢(shì), 不少單位紛紛成立地球系統(tǒng)研究機(jī)構(gòu), 設(shè)置地球系統(tǒng)課程, 出版地球系統(tǒng)專著和教材。
從2010年起，每?jī)赡昱e辦一次的地球系統(tǒng)科學(xué)大會(huì)，參會(huì)者從每次約500人猛增到2700人。目前中國(guó)地學(xué)界已經(jīng)取得共識(shí)，地球系統(tǒng)科學(xué)在時(shí)間上正在從當(dāng)前的全球變化向地球演化的早期推進(jìn)，而在空間上正在將地球表層與地球內(nèi)部過程連接起來研究，這也正是“未來地球科學(xué)的脈絡(luò)”。
中國(guó)擁有世界上最大的地球科學(xué)家隊(duì)伍，論文數(shù)量已經(jīng)位居世界前列。同時(shí)，現(xiàn)有的科學(xué)積累和中國(guó)特有的自然條件，也都為實(shí)現(xiàn)地球科學(xué)的轉(zhuǎn)型提供了有利條件。學(xué)界研討的結(jié)果，選擇“重新認(rèn)識(shí)海洋碳泵”“水循環(huán)及其軌道驅(qū)動(dòng)”“東亞-西太的海陸銜接”三大方向作為潛在的突破口。
汪品先說，擴(kuò)大地球系統(tǒng)研究的時(shí)空范圍，追求地球過程的演化規(guī)律，這是一場(chǎng)空前規(guī)模的科學(xué)戰(zhàn)役，決不是一代人所能完成的?！白珜憽厍虼呵铩恼孪盗械哪康闹辉谟谔岢瞿繕?biāo)、發(fā)起研究，成為一塊引玉之磚，爭(zhēng)當(dāng)一名科學(xué)上的‘吹哨人’。”
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