环境科学-固体地学如何做新文章

固体地学如何做新文章

赵彦

　　科学背景

　　在二战之后，随着社会需求、观测技术和科学思维发生了巨大的变化，地球科学作为一门基 础学科，也得到了极大发展，这之中的最典型事例就是“板块学说”取得了巨大成功。这一 革命性观念使得固体地学对地球运动与演变的描述和理解发生了巨大变化，全球性的思维方 式也得到了实质性的确立。

　　然而，近20年来，越来越多的观测事实相继向板块构造学说提出了重大质疑，这些质疑。这 些质疑涉及作为板块构造基础之一的海底扩张说和有关地球形状不变的基本假定，也涉及到 板块运动的动力学机制——地幔对流和板块构造如何“登陆”的问题。现在，地学家很清楚 ，许多地学现象是板块学说解释不了的，很显然，地球科学在经历了以板块构造为主要内容 的大发展之后，又处于一个新的起点上，既面临着比以往任何时候都更富有挑战性的复杂局 面，又展示出前所未有的发现和突破机会。

　　未来固体地学发展的总体趋势是什么?我国在这一领域应该如何推出自己的研究特色?带着这 些问题，7月3-6日，以“全球构造与固体地球金圈层相互作用”为主题的143次香山科学会议在京举行，来自各相关学科的专家出席会议，其中马宗晋、霍裕平、刘东生、叶淑华四位 院士担任了会议执行主席。会议通过大跨度的学科交叉和深入交流，根据我国现状，对我国今后固体地学的发展机会和科学选择等问题进行了从深层次的讨论。

　　国际动向

　　会议对国际同行的工作给予了足够的关注。他们认为，以下五方面是新的研究动向，它们的 共同点就是对地球进行整体性和多圈层相互作用的研究。

　　地球系统科学：美国人在1988年提出这一概念，把地球作为多圈层组成的耦合系统，其目标 是通过研究获得对整个地球系统的科学认识。接着美国国家研究委员会提出了《固体地球科学与社会》的研究报告。该报告进一步阐述了地球系统科学的概念，把’了解全球地球系统 所涉及的过程，特别注意地球系统各组成部分之间的联系和相互作用”作为固体地球科学研 究的首要目标。

　　行星地球统一理论：这是美国地球科学顾问委员会在1991年提出的美国科学基金会地球科学 部的战略观点和长期计划，其中明确指出地球科学的最终目标就是为建立行星地球的统一理 论而奋斗，强调把地球作为太阳系中的一个行星，通过比较行星学研究和空间探测来了解过 去和现在的地球。

　　超越板块构造理论的新地球观：这一由日本科学家提出的建议认为，地球科学已经发展到把 作为行星的地球和包围着地球的宇宙环境作为一个总体，综合而整体地处理和阐述各种地球 规模现象的名副其实的全球性“地球科学”发展新阶段。

　　日本“超级地幔柱”研究计划：这一计划旨在认识从地球内部的地核直到地球外部空间电磁 圈之间的各圈层的相互作用，解释引起地球由内到外变化的根本原因。

　　大陆动力学；美国这一从1990年到2020年的国家计划，使大陆动力学成了地球科学界的研究 热点。其目的就是了解大陆行为、作用、历史和演化，使得版块构造理论向着大陆动力学理 论的方向发展。

　　上述研究动向表明，虽然版块构造学说已经把地球科学的各领域有机的联系起来了，地球表 层刚性块体的运动方式也更加明确。可是，版块构造学说所涉及的地球范围仅仅是地球表层，深度不超过地球半径的十分之一，这和当时人们缺乏对地球深部了解有关。

　　近年来，地学家对地球从内部到空间定量观测、模拟基础上的研究成果不断涌现，开展从内 核到地壳，乃至大气圈的多圈层相互作用研究有了更坚实的基础。

　　研究固体地球多圈层相互作用是对地球整体性研究的主要部分，也是研究地球多圈层相互作 用的主要内容。开展这类研究，不仅和人类对环境、灾害、资源的三大需求密切相关，还能 深入揭示地球的整体行为和变动规律，为修改或替代现有全球构造理论提供依据。

　　我国的选择

　　与会专家在回顾国际同行的工作后，更主要地讨论了未来固体地学的发展趋势以及我国应采 取的科学选择。

　　他们认为，高新测地技术新一轮的全球覆盖观测、壳幔多分层内部结构及其运动的观测等都 是未来必须关注的问题。

　　针对现在形成的热点和冷点问题，他们认为，我国的科学家热点 冷点都要做，关键是做什么、如何做好，决不能“跟风”；要对现有许多数据进行交流，提 高利用价值，决不可进行重复研究。

　　对于我国如何实现由地学大国变为地学强国的战略目标，科学家提出诸多的建议。比如说要 以青藏高原为基础，在盆、山、原耦合上原始性的创新研究；以东部与边缘海为基础，在后 退式沟、弧、盆耦合上也能作出创新性的工作；应该及时跟踪大洋动力学与大陆动力学的研 究进展，为新一轮全球构造的统一理论作出中国科学家的贡献。

摘自科学时报