我国地球系统科学向何处去

作者:汪品先 日期:2006.09.24 <文汇报>版次:5

我们郑重向读者推荐著名海洋地质学家、同济大学教授汪品先院士这篇文章。

在年初召开的全国科技大会上，胡锦涛总书记代表党中央、国务院向全国人民发出了建设创新型国家的号召，并再次强调了坚持自主创新对于未来中国发展的重要意义。值此关键时刻，更需要有一种对当下、对未来的清醒认识，需要有全球化的眼光。

汪先生的这篇文章虽是基于地球科学的若干基础研究问题，但相信文中的诸多见解、思考，对其他领域的科技工作者，对广大读者都会有所启发。本专刊热诚欢迎不同领域的专家就本学科专业如何能做出创新性的工作发表各自见解。——编者

全球视野是地球系统科学的前提。技术发展和资料积累，打开了地球科学家的眼界。尤其形象的是航天技术，使得人类能够从太空看地球，因此有人把地球系统科学比喻为“第二次哥白尼革命”。

近十几年“全球变化”和“大洋钻探”研究中最大进展之一，在于地圈与生物圈相互关系认识的突破，结果是将地学与生命科学的交叉，提高到一个空前的新高度。

人类生活在地球表层，首先关心和比较了解的都只是表层。但是近年来越来越多的证据表明地球表层看到的现象，根子在深部；缺了深部，地球系统就无法理解，越是大范围、长尺度，越是如此。

国际学术界早已在探讨中国经济发展对全球环境系统的影响，比如美国学者提出，中国汽车的普及将会导致大气中臭氧的增加和太平洋初级生产率的上升，我国学术界反而无动于衷，是没有理由的。

二十世纪末期起，国际学术界正在经历着一场质的变化：原来分头描述地球上各种现象的学科，正在系统科学的高度相互结合，成为揭示机理、服务预测的“地球系统科学”。地球科学又一场新的革命性突破正在来临。正在着手实施中长期科技发展规划纲要，为建设创新型国家而奋斗的我国学术界，将如何迎接这场学术挑战？对此，有必要对国内外地球系统科学的研究作一比较，并在此基础上对学科发展的走向提出一点管窥之见，就正于同行。

与国际学术差距缩小还是扩大了

如果我国学术界只以计算论文数量为满足，若干年后将会发现，我国尽管成为更大的数据输出国，而在学术水平上的国际差距却拉得更大。

近年来，“全球变化”、“地球系统科学”已经广泛列入各种有关的科学研究发展计划，并且广泛开展，成绩卓著；有关地球系统科学的专著论文以及教材，也已经有相当数量。如果几年前我们曾经为我国地球科学国内论文数量失控、国际论文停滞不前而忧虑，那么现在真应当刮目相看，我国地学的国际论文数迅速增长，国际刊物上中国作者的姓名处处可见。

不过数量上的增加，并不等于质量上的提高；以“地球系统科学”为名称的项目与论文，也不一定意味着进入了新的层次，摆脱了原有的局限性。地球系统科学带来的种种新概念、新名词，并不等于科学家接受新思路、悟得新境界。为了说明以上担忧并非空穴来风，不妨将国内与国际的地球系统研究现状作一对比：

国际讨论的许多重大问题，不见于国内。以欧、美地球物理学会联合举行的万人大会为例，讨论的热点如“显生宙的大气历史”，“地球与类地行星的岩浆发生与演化”，“大气圈与生物圈的交换：从源到汇的全面探讨”，“地幔构造与成分：地球物理与地球化学模型的协调”等等，均属地球系统科学的范畴，却至今仍是我国不熟悉或者不大熟悉的题目。

重大国际计划的学术总结，往往不见我国参与。一些国际合作计划，在实际观测和数据采集中我国曾积极参加，大力投入；到这几年进行学术总结时，我国学者的参与却大幅度下降。我们可以在研究计划的外圈为产生数据出力，却进入不了核心在材料“组装”和理论探讨中发挥作用。

与传统的地球科学相比，地球系统科学从原始数据到科学解释之间的工序增多，“原料”的加工变深。和国际市场经济相似，学术界也正发生着两极分化：许多国家只能输出“原料”，只有另一些国家才能够进行原料的“深加工”。正当我国学术界热衷于计算“SCI论文”数量的时候，国际学术界却在朝向地球系统科学的核心问题发起攻势。如果安于现状，只以文章数量为满足，若干年后将会发现，我国尽管成为更大的数据输出国，而在学术水平上的国际差距却拉得更大。

对于国际合作，我们的习惯是“重在参与”，往往以“跻身”为目标，至于合作研究最后究竟要解决什么问题，其实并不清楚，似乎也不大在乎。结果是开始投入很大，最后总结无份；对于这种先例，我们应当引出教训。在大型的长期国际合作研究中，播种者不等于收成者。关键在于我们自己能不能抓住关键环节，瞄准核心问题，避免“为人作嫁”或者“种瓜得豆”。

立足本国面向全球

应重新考虑我国地球科学的定位，或者从全球问题出发，用中国材料入手研究；或者从中国问题出发，在全球的高度进行分析。

全球视野是地球系统科学的前提。技术发展和资料积累，打开了地球科学家的眼界。尤其形象的是航天技术，使得人类能够从太空看地球，因此有人把地球系统科学比喻为“第二次哥白尼革命”。十几年来“全球变化”的研究令人信服地表明：当今世界的自然条件都在变化，而这种种变化之间，又有着意想不到的相互联系。

温室气体排放的后果，不仅使大气的CO2增多、全球变暖，而且造成地球表面一系列界面的抬升：海平面抬升，上世纪以来每年平均上升1.5-2.0mm;雪线上升，非洲最高峰的雪线近90年升高数百米；连大气圈对流层顶的高度也在上升，二十年来平均上升200m。温室效应不仅改变海平面，还改变着海水的化学：每年估计有650km3的融冰淡水添进大洋，使得海水变淡。温室效应甚至还可以间接地改变地球重力场：冰消期以来冰盖消融、地壳反弹，地球扁率长期下降；而近期的冰雪消融使海水质量由南大洋北移，1997年起地球的动态扁率停止下降，转为上升。

温室效应引起的变化涉及所有圈层，全球范围内无所不在；同时也只有从全球着眼，观察到的局部变化才可理解。第四纪以来海洋沉积速率加快，我国习惯地归因为青藏高原的隆升；但是这种加快现象遍及全球，其实是第四纪冰期大幅度的海面升降，使沿海平原与陆架大量沉积搬运入海的结果。无论“厄尔尼诺(El Nino)”还是“新仙女木事件(Younger Dryas)”，起先都认为是局部事件，现在才明白只有在全球系统内方能理解。季风是一种区域现象，但是亚、非、澳三大洲的季风有着内在联系，加上美洲季风，构成“全球季风”系统，从全球系统出发才能更好理解各个子系统。

现在，无论从我国地球科学的实力和投入看，或者从我国经济与权益的国际竞争看，都到了走出国门、面向世界的时候。应当重新考虑我国地球科学的定位，不能以“原料输出”为满足。应当从地球系统科学出发，改变我们的研究视角：或者从全球问题出发，用中国材料入手研究；或者从中国问题出发，在全球的高度进行分析。我国地学的成果在国际舞台上的体现低于其实力，原因主要还不在语言障碍，而在于视角过低，就事论事有余，“上纲上线”不足，难于引起国际兴趣。相反，凡能利用本国特色又能针对全球问题的，便容易走上国际接轨之路，黄土高原的古环境研究便是一例。

地球与生命科学交叉形成新高度

 原来所说的许多地学过程，其实是生物活动的结果；原来探索的生命演化，其实是地学环境变化的产物。

近十几年“全球变化”和“大洋钻探”研究中最大进展之一，在于地圈与生物圈相互关系认识的突破，结果是将地学与生命科学的交叉，提高到一个空前的新高度。国际学术计划将这种交叉定为新世纪前沿的首选，而在我国似乎还没有提上日程。

地学与生命科学的结合，并不是新命题。地质学创立伊始，就与生物学结下不解之缘：地质年代便是以生命演化为序的。但传统的生物地层学是建立在化石形态的肉眼鉴定基础之上，难免其片断性和表面性。世纪之交，地球科学向地球深处和地球以外发展，生命科学向越益深入的微观世界进军，正是在这里产生了两者交叉的新层次关闭当前页面