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自然災害頻發(fā)、極端天氣接連出現(xiàn)、全球氣候變暖……即便是普通人也會關注未來地球究竟會如何演化，我們該如何應對地球系統(tǒng)的變化。而對科學家來說，想要回答這些問題，需要“探索宇宙，理解地球，用好地球”。地球科學是一門既研究過去、闡述地球演化歷史，又面向未來，為人類可持續(xù)發(fā)展提供解決方案的基礎性、綜合性、系統(tǒng)性科學。最近10年，尤其是近5年來，地球科學研究正快速轉型。那么，地球科學前沿問題究竟是什么？科學家要如何從交叉與融合中獲得科學原創(chuàng)？當前，正是中國地球科學整體走向國際引領地位的關鍵時期，也是在全球性資源能源研究、環(huán)境治理與災害防治等重大課題方面，為全人類貢獻更多原創(chuàng)性成果的難得機遇。為此，我國地球科學的學科發(fā)展又該如何布局，優(yōu)先發(fā)展哪些方向？發(fā)揮學術引領作用、組織開展學科戰(zhàn)略研究、促進地球科學長遠發(fā)展一直是中國科學院地學部（以下簡稱地學部）院士們的重要職責。圍繞這些問題，《中國科學報》專訪了地學部常委會主任朱日祥?！吨袊茖W報》：過去5到10年間，地球科學領域最大的突破和轉變體現(xiàn)在哪些方面？目前，中國在這些方面的研究處于怎樣的水平？朱日祥：過去10年間，地球科學最大的突破是逐步從傳統(tǒng)地球科學向地球與行星系統(tǒng)科學的轉變，近5年尤為突出。地球系統(tǒng)科學概念雖于20世紀80年代中期提出，但實際上可以把20世紀60年代板塊構造研究看作“固體地球系統(tǒng)科學”的開端，而20世紀80年代開始的全球變化研究則是典型的“表層地球系統(tǒng)科學”研究。此前兩類研究缺乏交叉協(xié)同，致使學科發(fā)展及解決社會需求遇到瓶頸，因為環(huán)境、資源和災害問題均為固體與表層地球系統(tǒng)相互作用的結果。這使科學界深刻意識到，必須把地球固體和流體圈層看作一個整體來研究，才能解決人類和國家面臨的重大需求。此理念轉變助力近10年地球科學在資源、環(huán)境和災害問題上發(fā)揮巨大作用，極大提高了人類社會發(fā)展的可持續(xù)性。當然，今天我們離真正打通深時隧道、跨越地球與行星多圈層科學研究還有一定距離，但相關研究已成為國際地球科學領域爭相搶奪的學術制高點。改革開放40多年間，我國地球科學發(fā)展迅猛，已整體進入國際第一方陣。近10年來，我國的許多研究，如克拉通破壞與資源能源效應、陸地生命演化、季風-干旱系統(tǒng)演變、青藏高原、邊緣海形成與演化等，可以說達到了國際引領水平。近5年來，我國在打通時間尺度、跨越地球固體-流體圈層的地球系統(tǒng)科學研究方面絲毫不遜色于國際學術界，取得了一批非常重要的成果，在不少方面引領了國際同類研究的發(fā)展趨勢?！吨袊茖W報》：大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）如何與傳統(tǒng)地球科學研究方法深度融合，從而推動學科發(fā)展？朱日祥：打通深時隧道、跨越地球與行星多圈層研究面對的是巨復雜系統(tǒng)，要求科學范式變革。從方法學層面講，大數(shù)據(jù)和AI的發(fā)展是實現(xiàn)地球科學范式變革、促進學科發(fā)展的關鍵之一。目前，大數(shù)據(jù)和AI在地球科學的許多領域發(fā)揮了重要作用，因為傳統(tǒng)地球與行星科學依賴觀測、實驗和數(shù)值模擬，但面臨數(shù)據(jù)異構、計算成本高和復雜系統(tǒng)存在不確定性等挑戰(zhàn)，而AI技術能夠高效處理多源數(shù)據(jù)，挖掘隱藏規(guī)律，并優(yōu)化或替代部分物理模型。這方面已經(jīng)有很多例子，比如在資源能源勘探開發(fā)領域，深度學習可自動識別衛(wèi)星影像中的礦化帶，提高填圖效率；在地震監(jiān)測中，AI技術能直接從波形數(shù)據(jù)檢測微震事件；在氣候預測方面，AI技術已經(jīng)可實現(xiàn)高精度天氣預報。隨著深地專項的實施，如何從海量大數(shù)據(jù)中創(chuàng)新地球科學理論是地球科學在AI新時代面臨的重大挑戰(zhàn)。利用AI創(chuàng)新解決學科發(fā)展與數(shù)據(jù)處理技術涉及的基礎理論問題，是避免我國地球科學陷入“原材料出口國”的有效途徑。值得指出的是，AI技術不是萬能的。在未來地球科學的發(fā)展中，海量數(shù)據(jù)的整合與管理、關鍵新數(shù)據(jù)的獲取、耦合固體-流體-人類圈層過程AI模型的發(fā)展必須齊頭并進，才能真正占領未來地球科學的方法學制高點。《中國科學報》：在未來空間探索，應對全球氣候變化、能源革命，以及防災減災等國家重大需求下，我國的地球科學如何優(yōu)化布局？哪些領域方向是未來10年的戰(zhàn)略重點？對中國而言存在哪些機遇和挑戰(zhàn)？朱日祥：跨越不同時間尺度、整合地球固體-流體圈層的地球系統(tǒng)科學研究不僅是未來地學基礎理論的突破口，還對滿足深空探測，應對全球氣候變化、能源革命及防災減災等國家重大需求至關重要。比如，深空探測的重要目標之一就是研究行星宜居性的演化及生命起源等問題，而對早期地球系統(tǒng)的研究是解決上述問題的關鍵。又比如，太陽系的火星、金星和地球在形成初期非常相似，但后來卻“分道揚鑣”，其原因還是科學的未解之謎。就應對氣候變化來講，目前在我們認知框架的頂層邏輯起點上，有一些科學問題并未根本解決，需要從耦合行星-地球固體-流體圈層的系統(tǒng)過程開展研究。比如，我們僅研究地球表層和流體圈層碳元素的循環(huán)是不能從根本上解決大氣二氧化碳演化問題的，因為行星與地球系統(tǒng)的物質循環(huán)互相牽制、聯(lián)動。又比如，如果我們不能回答地球上為什么會有冰期，就不能說很好地了解了地球的氣候系統(tǒng)，自然也不能準確預測未來。從地球演化的角度講，人類排放的二氧化碳對地球氣候系統(tǒng)僅僅是短暫的擾動。其實大氣和海洋的碳含量僅占地球系統(tǒng)可循環(huán)碳的1%~5%，研究氣候系統(tǒng)不能忽略地球內部95%~99%的碳。我們對地球碳循環(huán)過程、機制及其演化還缺乏精準認識，這是“碳中和”面臨的理論挑戰(zhàn)之一。我國在地球與行星系統(tǒng)研究領域已經(jīng)有非常好的基礎，目前可以說處于“突破的前夜”。未來應該在研究范式變革的基礎上，強化打通時間尺度、跨越多圈層的科學理念，繼續(xù)加大支持力度，有望使中國的地球科學整體上處于國際引領地位。換句話說，以地球與行星系統(tǒng)科學基礎理論突破為先導，帶動資源能源、環(huán)境和災害研究的突破，應當是未來研究布局的核心所在。具體而言，流體/揮發(fā)分是地球與行星的血液，它不僅將物質、能量的傳遞與大規(guī)模構造變形聯(lián)系起來，而且控制著人類所需資源能源的形成與富集，地球上現(xiàn)有的礦物中有2/3是在生命出現(xiàn)之后形成的，從地球與行星系統(tǒng)的角度研究戰(zhàn)略性大宗與稀有礦產(chǎn)資源的形成機制，是回應國家戰(zhàn)略需求最重要的前沿科學問題。當然，我們也面臨一系列挑戰(zhàn)，包括基礎研究的投入需要加大、跨學科人才依然短缺等。未來10年，我們應以前所未有的力度加強對地球與行星系統(tǒng)科學基礎研究的投入和支持，克服功利主義，提升跨學科人才培養(yǎng)力度。在目前的國際學術態(tài)勢下，這是中國地球科學整體走向引領國際學術前沿，為解決人類資源能源問題以及災害防治問題等作出更多原創(chuàng)性貢獻的難得機遇?！吨袊茖W報》：近年來，地學部十分關注新興交叉學科中的前沿科學問題和傳統(tǒng)學科中新的增長點。地學部具體是如何開展這些前沿交叉研判項目的，在這個過程中如何體現(xiàn)學術引領的作用？朱日祥：這些年，地學部部署了一系列前沿交叉研判項目，重點研究尚未形成學科的新領域，準確把握近期可能實現(xiàn)重大突破的科學問題，聚焦國家需求，前瞻布局、科學分析科技和產(chǎn)業(yè)變革的突破點。如“地球科學的轉型-向系統(tǒng)科學發(fā)展”“深部地下生物圈”“海洋碳匯與負排放技術”“氦氣資源戰(zhàn)略研究”“地外生命探尋與宜居性演化發(fā)展戰(zhàn)略研究”等項目。同時，地學部持續(xù)與國家自然科學基金委員會聯(lián)合開展學科發(fā)展戰(zhàn)略研究，一方面有效支撐國家自然科學基金委員會的發(fā)展規(guī)劃，另一方面發(fā)揮學術引領作用，科學研判未來5年至15年世界科技發(fā)展趨勢。例如，地學部設立了“基于載人月球探測關鍵科學問題的前沿交叉研判研究”“板塊邊緣結構組成與動力學前沿交叉研判研究”“大氣中病原微生物的監(jiān)測和預警前沿交叉研判研究”“人工智能海洋學前沿交叉領域研究”“古今氣候環(huán)境變化融合戰(zhàn)略研究”“地震起止過程及機理：前沿探索與交叉戰(zhàn)略研究”等項目。不僅如此，地學部還在探索院士專家領銜、中青年科學家協(xié)同的研究模式，力圖通過“主題大會+小型專題研討會”的方式不斷迭代，凝練關鍵科學問題，形成前沿交叉研判的典型范例?！吨袊茖W報》：地球科學有全球性的特點，地學部在推動多學科協(xié)同及國際合作交流方面做了哪些工作？朱日祥：為促進地學界同行的廣泛合作和交流，近年來，我們組織了“早期大陸形成演化與環(huán)境資源效應”“深空探測與信息技術”“環(huán)境、生態(tài)與健康”“數(shù)據(jù)驅動的新地學”“地球科學與人類文明”“地球科學研究：挑戰(zhàn)與機遇”“海洋生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化”等多場科學與技術前沿論壇，吸引了大量科研人員參與。值得一提的是，由《中國科學：地球科學》編委會發(fā)起、地學部常委會作為共同主辦單位舉辦的“地球科學前沿論壇”，至今已成功召開七屆。目前，該論壇在國內地球科學界已經(jīng)具有很大的影響力。我們還通過院士大會學術年會、雁棲湖會議等學術交流平臺，邀請外籍院士等國際專家，積極研討前沿領域發(fā)展趨勢，分享國際前沿最新進展，同時帶動更多青年科學家參與國際交流與合作。如何在國際合作與交流中創(chuàng)新，這是中國科技界在新形勢下面臨的新問題。中國科學家需要在國際合作中提出科學與技術轉型的戰(zhàn)略思路，不僅要具有國際視野，還要明了國家戰(zhàn)略需求。地球科學的內在屬性和特征更需要我們用宇宙視野，堅持以我為主的原則，廣泛、深入開展國際合作和交流，這將有助于加深我們對重大科學問題的認識，有助于高效利用全球創(chuàng)新資源，在人類命運共同體的高起點，同國際科技界攜手努力，為應對人類面臨的共同挑戰(zhàn)作出應有貢獻?！吨袊茖W報》：為推動科技強國建設，地學部和院士群體除了強化學科戰(zhàn)略、實現(xiàn)學術引領外，還肩負著戰(zhàn)略咨詢的使命與責任。在決策咨詢方面，我們產(chǎn)出了哪些成果？未來會有哪些新的規(guī)劃或重點方向？朱日祥：地學部院士們有高度重視咨詢工作的優(yōu)良傳統(tǒng)，聚焦黨和國家重大關切問題，重點圍繞國家戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，特別注重充分發(fā)揮地球科學的學科優(yōu)勢，提出了很多專業(yè)化、建設性、切實管用的咨詢建議。尤其是黨的十八大以來，針對黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展、長江經(jīng)濟帶和粵港澳大灣區(qū)等國家重大戰(zhàn)略，以及國家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的組織實施，地學部積極布局系統(tǒng)性研究，提交多份院士建議。同時，圍繞“雙碳”、生態(tài)環(huán)境保護、美麗中國建設等部署咨詢項目，院士們主動建言。如丁仲禮院士負責的“中國碳中和框架路線圖研究”，其咨詢報告獲中央領導高度肯定，引發(fā)30多個部委及部分省份關注，國家發(fā)展改革委多次召開會議、能源局等多司局來訪交流。面對突發(fā)事件，地學部院士迅速響應，開展應急咨詢與地方咨詢。2022年，我國遭遇罕見極端高溫，院士專家緊急研究，半月內提交應對建議，助力相關部門快速決策；湯加火山噴發(fā)引發(fā)越洋海嘯，影響整個太平洋沿岸地區(qū)，張人禾院士上報研判及政策建議，被國家相關部門采納，為我國制定應對舉措提供了重要參考。地學是與經(jīng)濟社會發(fā)展結合緊密的學科，未來我們將繼續(xù)發(fā)揮地學部的傳統(tǒng)，緊緊圍繞黨和國家決策需求開展咨詢選題，以“找準真問題，真解決問題”為目標，統(tǒng)籌考慮咨詢研究的長期布局與社會不同發(fā)展階段中亟須解決的重大科技問題，為國家發(fā)展作出更大貢獻。