地球科学推动人类文明
中国科学院院士徐义刚
➤我们提出一个假说——地球宜居性的深部驱动机制：地球内部层圈（地核、地幔及岩石圈）在整个地球系统的运作中起着支配作用，驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈（水圈、大气圈和生物圈）的运行
➤“深地”与浅表的联动机制正成为新的学科制高点，科技发达国家竞相布局，均在争取率先取得突破
➤人类正在从地球摇篮出发，逐步地推动文明迈向深空、深海，在这个过程当中，地球科学家的作用不容忽视
➤科研工作者个人的成长，建立在国家发展的基础上，不仅要努力练就科技硬本领，更要有家国情怀，将科技创新融入到国家大战略中
文 |《瞭望》新闻周刊记者 马晓澄
地球科学是研究地球结构形成演化的基础学科，包括了地理学、地质学、地球化学、地球物理和空间物理学、大气科学、海洋科学和环境科学等分支学科。它一方面帮助我们认识地球，另一方面围绕人类的基本需求，解决人类生存问题，造福人类。
近年来，我国在深海、深空、深地、深蓝等领域积极抢占科技制高点。中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所研究员徐义刚接受《瞭望》新闻周刊记者专访时表示，我国在深地科学领域的研究已取得系列成果，对固体地球的科学研究已经达到一定深度，并为世界贡献了中国智慧和中国方案。徐义刚建议，应对深地过程与地球宜居性研究给予高度重视，进行跨学科交叉探索，为国家“四深”战略提供重要科学支撑。
地质学看似遥远但其实很近
《瞭望》：通过岩石和化石能解开地球形成演变的历史谜团吗？
徐义刚：每一块岩石都有自己的故事。有的岩石来自地壳、有的则来自地幔，记录了不同深度的地球信息。对不同时代幔源岩浆岩的研究发现，35亿年前地幔温度高达1800℃，远高于现今地幔的1300℃，从而证实地球在逐渐冷却。同样，化石记录了生命演化的信息。1996年我国科学家在辽西首次发掘出了保存有羽毛印痕的恐龙化石“中华龙鸟”，后来发现了大量“热河生物群”化石，为“鸟类是由恐龙演化来的”理论提供了关键证据。地质学家和古生物学家合作研究，不仅能还原恐龙的本来面貌，还可以揭示它们当时的生存环境和年代等信息，反映出生命和环境共演化的特征。
近5亿年来，地球上一共发生过5次生物大灭绝事件。在二叠纪末期，也就是2.5亿年前，地球上90%以上海洋生物、70%以上陆地动物及绝大部分地表植物相继灭绝。关于这次生物大灭绝的成因，目前主要有两个观点：一是大规模火山喷发，二是行星撞击。我们较倾向于前者，认为二叠纪末大火成岩省和大陆弧岩浆的叠加作用是导致生态系统崩溃的罪魁祸首，从而揭示了二叠纪大规模岩浆喷发的深部动力学控制因素及其环境——生命响应的机理，提出了联系地球深部过程、重大地质事件与地表环境和生命演变的新认识。
《瞭望》：大力发展深地科学，对人类生活会带来哪些影响？
徐义刚：在大众眼中，地球深部似乎遥不可及。然而我们都生活在地球上，地球深部过程决定了人类的生存环境，我们需要的大部分金属资源也多与地球系统息息相关。我们提出一个看法——地球宜居性的深部驱动机制：地核、地幔及岩石圈等地球内部层圈在整个地球系统的运作中起着支配作用，驱动着对宜居环境至关重要的水圈、大气圈和生物圈等外部层圈的运行。
以大规模火山活动为例，火山喷发是由地球深部活动导致的，其喷发产物如火山灰、火山气体、碎屑岩等可以穿透地球不同的圈层，如水圈、生物圈和大气圈，是将地球内部与表层系统演化联系起来的重要纽带。大规模火山爆发向大气中释放出大量温室气体和有害气体，不仅大大提高了地表温度，还对地球宜居的其他因素造成影响。
应提高对深地过程与地球宜居性研究的重视程度，通过多学科的深度融合，深入了解滑坡、地震、火山、磁暴等自然灾害，做好灾害监测、预报、预警等工作，增强全社会对自然灾害的抵御能力，保证人民生活、国家发展的安全。
深地过程与矿产资源的形成紧密相关，而人类社会的发展离不开矿产资源和能源的供给。据统计，与矿产资源相关的经济产值占全球GDP的6.9%。人类文明发展史也是一部资源发展史，伴随着工业化进程，矿产资源的消费呈S形增长，可利用资源的种类也急剧增多。成矿理论的研究，为这些大规模矿产资源的发现提供了理论支撑，例如板块构造学说预测了大多数矿产资源的分布位置，地幔柱理论则为铬、钒、钛、铂族元素等找矿靶区指明了方向。
理解地球深部是如何运转的，对资源勘探和管理来说都十分重要。当下，关键金属已经成为大国博弈的重要领域，我们要把深地过程透明化，以此来寻找各类资源，更好地保障国家能源资源安全。比如，新能源汽车、锂电池、光伏产品已经成为我国外贸“新三样”，但与“新三样”相关的锂、钴、镍等9种金属的对外依存度超过50%，因此我们要关注新能源金属的成矿理论和找矿突破。低碳清洁能源同样是未来经济发展的大势，为实现“双碳”目标，我们需要重点关注创建成氢理论，寻找天然氢气资源。
从深地到深海深空
《瞭望》：我国深地科研在全球处于什么水平？
徐义刚：我们国家抓住科技创新这个“牛鼻子”，深入实施深空、深海、深地、深蓝战略。当前，地球科学家将地球看作一个整体来研究，联合地质学、地球物理学、海洋学、水文学、大气学以及其他学科，对地球系统开展跨学科研究。其中，深地与浅表联动机制正成为新的学科制高点，科技发达国家竞相布局，均在争取率先取得突破。
我国在深地科学领域的研究取得了一系列成果，包括在大陆深俯冲、华北克拉通破坏、大火成岩省和地幔柱、深下地幔新化学反应以及超深层油气开发等方面取得创新认识，这意味着我国对固体地球的科学研究已经到达一定深度。
《瞭望》：从做地质研究，跨界到深海和深空领域，你遇到了哪些挑战？
徐义刚：如今，人类正在从地球摇篮出发，逐步地推动文明迈向深空、深海。在这个过程当中，地球科学家的作用不容忽视。以探月工程为例，正是以欧阳自远院士为代表的我国地球科学家提出，要关注月球演化历史当中的“一老一新”问题，嫦娥5号、嫦娥6号才选择了相应的着陆区。地球科学家通过研究嫦娥5号采回的月壤，改写了月球岩浆活动的历史，目前对人类历史上首次从月背返回的嫦娥6号月壤的研究正如火如荼，相信一定会产出更多的科学发现和颠覆性认知。此外，地球科学和行星科学问题驱动的空间探测设计非常必要，地球科学在深空探测当中大有可为。
我从事地质学研究已经有三十多年，学的专业是地幔岩石学，这个学科是深地、深海和行星科学研究的基础学科之一，近些年来我还参与到月壤研究和海洋科考当中。深海和深空是当下最具创新活力的领域，机遇多、挑战大，它们与深地科学研究之间既有相似的地方，又各具特点，需要积极进行跨学科的交叉探索。对我而言，目前最大的挑战是时间有限、新领域的知识储备不足，因此还需要不断地学习，同时也鼓励更多的优秀青年科学家加入进来，运用我们在中国科学院广州地球化学研究所的两个国家级重点实验室平台，积极承担相关的研究任务。当然，我也会做一些取舍，在做好深地本行工作的前提下，力所能及地运用已有的知识和经验，助力更多领域实现跨越式发展。
嫦娥六号携带的“移动相机”自主移动后拍摄并回传的着陆器和上升器合影（2024 年 6 月 3 日摄）国家航天局供图
地球科学推动人类文明
《瞭望》：地球科学和人类文明之间有什么关系，是如何推动人类文明发展的？
徐义刚：迄今为止，地球是我们人类赖以生存的唯一家园，地球哺育了我们，地球系统即使微小的变化，都会对人类生活产生深刻的影响。从这个意义上说，地球科学的发展与人类文明的进步是相互交织的。
回顾地学对人类文明的历史贡献，主要体现在三个方面。一是颠覆人类认知，如通过黄土研究建立了冰期——间冰期多旋回理论，创立东亚大气环流和季节突变理论等；二是改变人类生活方式，如导航定位技术改变人类出行方式、地球科学帮助人类抵御自然灾害等；三是推进全球治理和国际合作，如通过对有毒化学品的研究出台了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，通过对气候变化的研究促成了应对全球气候变化的《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》和《巴黎协定》等协议的签署。
在国家自然科学基金委地球科学部学科梳理组、中国科学院地学部常委会以及中国科学院武汉文献情报中心的支撑下，我们梳理了很多有关地球科学对人类文明历史贡献的经典案例，如“没有地质学就没有进化论”“没有地质学，就没有工业革命”“改变世界的地图和板块构造理论”“气候变化改变了世界经济发展的范式”等。
未来的地球科学还能做些什么？作为一个地球人，我们要践行地球—生命命运共同体的理念，为人类文明的发展贡献自己的智慧。作为中国人，我们要以科技强国为己任，维系中华文明的永续发展。总而言之，要敬畏自然，不断地拓展人类认知边界；服务国家意志，保障国家安全；提升人与自然和谐相处的能力，增进人民福祉；要拓展人类生存空间。
《瞭望》：你对地质人才培养有哪些建议？
徐义刚：科研工作者个人的成长，是建立在国家发展基础上的，我们不仅要努力练就科技硬本领，更要有家国情怀，将科技创新融入到国家大战略中，学以致用，报效祖国。
对年轻人而言，最重要的是热爱这个学科，有扎实、正确、有用的知识和明确的学术方向；同时勇于创新，面对新挑战，有超越自我、超越前辈的勇气和信心；还要有执着精神，即便在面临压力时也能不忘初心，坐得住冷板凳，持续攻坚。
对导师而言，要把握好教学科研管理的方向，引导研究生发挥自己的潜能。我们认为，要重点关注学生们的“第一次”，比如第一篇科研论文、第一次学术报告等，耐心帮助他们提高表达能力、养成严密的逻辑思维习惯，还要在力所能及的条件下，给予学生关心爱护。作为团队带头人，要学会将合适的人放在合适的位置，努力实现1+1>2的团队运作效率。□ （参与采写：陈雪莹）