从中国到欧洲，40摄氏度的极端高温天似乎逐年“加码”，科学家与老百姓一样高度关注。国际权威文章此前就提出警告：除非人类在几十年里采取措施，否则地球冰期旋回的轮替就将结束，发生气候灾变陷入“暖室期”。
但本世纪初一次国际大会开幕式上，主题报告人就责问过地球科学界：30年前喊“冰期降临”的是你们，如今说“全球变暖”的还是你们，这让人们如何建立对科学家的信任？
“深海院士”汪品先（资料照片）
“坦率地讲，地球科学至今并不具备这类超长期气候预测的能力，因为相对于地球系统来说，人类观测的时间长度太短、研究的空间视域太小。”中国科学院院士、同济大学海洋地质全国重点实验室教授汪品先坦言，“冰期旋回如何运行，冰室期和暖室期如何交替，我们都并不清楚；学术界流行的说法，甚至教科书里的传统观点，其实都不见得正确。”
7月5日是在上海松江举行的第八届地球系统科学大会闭幕日，年近九旬的汪品先院士面向两三千名与会代表，向大会提交《科学通报》线上发表的2万言文章《地球系统科学向何处去？》，成为其团队“地球春秋”系列研究成果的首发之作。
人类决定地球命运的假设。A-B 人类活动引来“暖室地球”的途径：A.地球百万年来的冰期旋回。B.进入“暖室地球”的可能前景。C. 近80万年来的冰期-间冰期旋回。D.地质历史上的暖室期。
【下一代地球系统科学走哪条路】
从追踪温室气体的环境效应起步，人类开启了对地球进行系统研究的时代。几十年来，这一全球科学界的热点，在政治上推行“气候外交”，在学术上设立多种国际组织，到2001年统称为“地球系统科学”，进入了跨越圈层系统研究的新时期。
尽管半个世纪来学术争论从未停息，“可持续发展”的意识却已经传遍全球，对气候环境的监测、预警系统也已经建立，人类如何适应当前环境成为社会政治和科学技术界的共同课题。到了2020年代，学术界提出了新问题：下一步，地球系统科学进一步发展的方向在哪里？
经40余年发展后，出现了两种不同方向：一种以美国科学院报告“下一代地球系统科学”为代表，主张以人类尺度为中心，重点研究自然过程和社会过程的关系；另一种是我国的主流，主张在地球本身的尺度上，探索其演变的自然规律，人类尺度的过程只是研究内容的一部分。
在汪品先院士看来，前一种方向有强烈的针对性，试图回答当前社会政治面对的气候环境问题，但结果在长期预测上前后自相矛盾，其弱点在于对地球系统理解的片面性。而后者是一个面临巨大挑战的研究方向，一时难以回答当前的社会政治问题，却是地球科学系统化、理论化的必由之路。
他认为，我国学术界不必盲目尾随海外主流，建议在汉语平台上开展超级规模的跨学科交叉，结合宇宙天文、地球深部、微生物和分子生物学等领域的新进展，建立地球系统科学的“升级版”。“强调地球系统本身的尺度，要了解自然规律，局限于人类尺度就不可能正确回答这些问题。”
近五亿年来（A）地表温度和（B）大气二氧化碳浓度的变化，虚线表示工业化前的当代值，两者都在5亿年来的最低水平。
【环境转型正值地球内外“多事之秋”】
有时，人类出于视野的局限性，容易陷入“人类中心观”，以万物之灵自居而无视自然规律。汪品先直言，“一个沉痛教训就是将近70年前的‘打麻雀运动’，在‘人定胜天’的口号下全民动员，打死麻雀大约20亿只，破坏生态系统，导致农业歉收。”
同样，欧洲科学家在19世纪末，曾提出过用地中海水引入非洲、改造沙漠气候的“撒哈拉海”计划；21世纪初又提出过将二氧化硫送入平流层，用硫酸盐气溶胶使地面降温的建议。他坦陈，好在这类“气候工程”都由于其不可设想的生态后果被迫喊停。
在高度复杂的“升级版”地球系统科学看来，所发现的现象之间并不见得是简单的因果关系。每次环境转型之前，地球内外发生过多项事件，不容易分辨其中的主次和因果。比如6600万年前恐龙灭绝事件，不但伴有著名的小行星撞击，在此之前已经有印度德干高原的玄武岩喷发，覆盖面积相当于半个印度半岛，喷出的剧毒气体就足以摧残生命。
汪品先还举例称，更加复杂的是3390万年前新生代冰室期的开始，不仅发现有全球范围的外来天体撞击事件，还提出过撞击尘埃形成了土星式的环，一度围绕赤道运行导致地球降温的假说。近来又发现是地幔柱的上升导致北冰洋和大西洋的通道开启，改变了大洋深层环流，从而造成南半球降温和南极冰盖的形成。因此，南极冰盖的产生有可能是地外地内多因素的交织，历时百万年计的复杂过程。
驱动地球表层系统演变的主导因素示意图。
【一部充满侦探故事的演义】
纵观地球历史，驱动表层系统演变的主导因素是在变化的。汪品先认为，先后经历了3个阶段，分别以地外、地内和生命活动的驱动为主。
从46亿年前地球产生，到距今大约39亿年的“晚期重轰炸期”，演变的主要驱动力在于地外因素。此后的30亿年里，地球表层经历了两次大氧化事件，但从演变的成因上讲，已经转为以地球内部过程的驱动为主。最近的5-6亿年生命演化突飞猛进，生命活动成为塑造地球宜居环境的主导力量。
地球表层的过程，总体说来是随着时间逐步强化的。汪品先认为，地形反差和环流强度，都有加强的趋势。随着地球的冷却，地壳逐渐增厚，从而使海陆地壳的比重差别加大，深海的盆地才能形成；在陆地上，只有板块的碰撞才能产生巨型的高原山脉。从地质记录看，显生宙后期的地球变得山更高、水更深。另一方面，新生代晚期的南北两极都出现了冰盖，大幅度加强大洋和大气的环流强度，进入地球人今天所习惯的格局。
汪品先表示，在分析地球演变内外驱动因素的基础上，对地球系统过程进行演变机制和规律的探索，“这样的地史学就不再是枯燥的课程，而是充满侦探故事的演义。”这种从古到今追踪地球演变史的新方向，就可比作“为地球谱写春秋”。
地幔和地核之间是地球最重要的圈层分界。左：核幔界面的透视图；右：地球内部的圈层构造。
【中国地学人争当科学“吹哨人”】
按汪品先计划，“地球春秋”系列由4篇文章构成，力图阐明地球系统“升级版”的新方向。在首篇概述之后，将分别就宇宙天文、地球深部、生物圈与地圈三大方面进行分析，说明它们在地球系统演变中的各自地位和作用。
汪品先强调，只有环顾地球的外部环境，洞察地球的深部过程，才能摆脱地球科学目光短浅的局限性；只有意识到微生物的基础地位，在分子水平上探索生命过程，才能揭示生物圈和地圈相互作用的真谛。令他欣喜的是，地球系统科学十余年来在我国呈现出燎原之势, 不少单位纷纷成立地球系统研究机构, 设置地球系统课程, 出版地球系统专著和教材。
从2010年起，每两年举办一次的地球系统科学大会，参会者从每次约500人猛增到2700人。目前中国地学界已经取得共识，地球系统科学在时间上正在从当前的全球变化向地球演化的早期推进，而在空间上正在将地球表层与地球内部过程连接起来研究，这也正是“未来地球科学的脉络”。
中国拥有世界上最大的地球科学家队伍，论文数量已经位居世界前列。同时，现有的科学积累和中国特有的自然条件，也都为实现地球科学的转型提供了有利条件。学界研讨的结果，选择“重新认识海洋碳泵”“水循环及其轨道驱动”“东亚-西太的海陆衔接”三大方向作为潜在的突破口。
汪品先说，扩大地球系统研究的时空范围，追求地球过程的演化规律，这是一场空前规模的科学战役，决不是一代人所能完成的。“撰写‘地球春秋’文章系列的目的只在于提出目标、发起研究，成为一块引玉之砖，争当一名科学上的‘吹哨人’。”
来源：（解放日报）
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责任编辑：李欣然
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