自然灾害频发、极端天气接连出现、全球气候变暖……即便是普通人也会关注未来地球究竟会如何演化，我们该如何应对地球系统的变化。而对科学家来说，想要回答这些问题，需要“探索宇宙，理解地球，用好地球”。

　　地球科学是一门既研究过去、阐述地球演化历史，又面向未来，为人类可持续发展提供解决方案的基础性、综合性、系统性科学。最近10年，尤其是近5年来，地球科学研究正快速转型。那么，地球科学前沿问题究竟是什么？科学家要如何从交叉与融合中获得科学原创？

　　当前，正是中国地球科学整体走向国际引领地位的关键时期，也是在全球性资源能源研究、环境治理与灾害防治等重大课题方面，为全人类贡献更多原创性成果的难得机遇。为此，我国地球科学的学科发展又该如何布局，优先发展哪些方向？

　　发挥学术引领作用、组织开展学科战略研究、促进地球科学长远发展一直是中国科学院地学部（以下简称地学部）院士们的重要职责。围绕这些问题，《中国科学报》专访了地学部常委会主任朱日祥。

　　《中国科学报》：过去5到10年间，地球科学领域最大的突破和转变体现在哪些方面？目前，中国在这些方面的研究处于怎样的水平？

　　朱日祥：过去10年间，地球科学最大的突破是逐步从传统地球科学向地球与行星系统科学的转变，近5年尤为突出。

　　地球系统科学概念虽于20世纪80年代中期提出，但实际上可以把20世纪60年代板块构造研究看作“固体地球系统科学”的开端，而20世纪80年代开始的全球变化研究则是典型的“表层地球系统科学”研究。此前两类研究缺乏交叉协同，致使学科发展及解决社会需求遇到瓶颈，因为环境、资源和灾害问题均为固体与表层地球系统相互作用的结果。这使科学界深刻意识到，必须把地球固体和流体圈层看作一个整体来研究，才能解决人类和国家面临的重大需求。此理念转变助力近10年地球科学在资源、环境和灾害问题上发挥巨大作用，极大提高了人类社会发展的可持续性。

　　当然，今天我们离真正打通深时隧道、跨越地球与行星多圈层科学研究还有一定距离，但相关研究已成为国际地球科学领域争相抢夺的学术制高点。

　　改革开放40多年间，我国地球科学发展迅猛，已整体进入国际第一方阵。近10年来，我国的许多研究，如克拉通破坏与资源能源效应、陆地生命演化、季风-干旱系统演变、青藏高原、边缘海形成与演化等，可以说达到了国际引领水平。近5年来，我国在打通时间尺度、跨越地球固体-流体圈层的地球系统科学研究方面丝毫不逊色于国际学术界，取得了一批非常重要的成果，在不少方面引领了国际同类研究的发展趋势。

　　《中国科学报》：大数据、人工智能（AI）如何与传统地球科学研究方法深度融合，从而推动学科发展？

　　朱日祥：打通深时隧道、跨越地球与行星多圈层研究面对的是巨复杂系统，要求科学范式变革。从方法学层面讲，大数据和AI的发展是实现地球科学范式变革、促进学科发展的关键之一。

　　目前，大数据和AI在地球科学的许多领域发挥了重要作用，因为传统地球与行星科学依赖观测、实验和数值模拟，但面临数据异构、计算成本高和复杂系统存在不确定性等挑战，而AI技术能够高效处理多源数据，挖掘隐藏规律，并优化或替代部分物理模型。这方面已经有很多例子，比如在资源能源勘探开发领域，深度学习可自动识别卫星影像中的矿化带，提高填图效率；在地震监测中，AI技术能直接从波形数据检测微震事件；在气候预测方面，AI技术已经可实现高精度天气预报。

　　随着深地专项的实施，如何从海量大数据中创新地球科学理论是地球科学在AI新时代面临的重大挑战。利用AI创新解决学科发展与数据处理技术涉及的基础理论问题，是避免我国地球科学陷入“原材料出口国”的有效途径。

　　值得指出的是，AI技术不是万能的。在未来地球科学的发展中，海量数据的整合与管理、关键新数据的获取、耦合固体-流体-人类圈层过程AI模型的发展必须齐头并进，才能真正占领未来地球科学的方法学制高点。

　　《中国科学报》：在未来空间探索，应对全球气候变化、能源革命，以及防灾减灾等国家重大需求下，我国的地球科学如何优化布局？哪些领域方向是未来10年的战略重点？对中国而言存在哪些机遇和挑战？

　　朱日祥：跨越不同时间尺度、整合地球固体-流体圈层的地球系统科学研究不仅是未来地学基础理论的突破口，还对满足深空探测，应对全球气候变化、能源革命及防灾减灾等国家重大需求至关重要。比如，深空探测的重要目标之一就是研究行星宜居性的演化及生命起源等问题，而对早期地球系统的研究是解决上述问题的关键。又比如，太阳系的火星、金星和地球在形成初期非常相似，但后来却“分道扬镳”，其原因还是科学的未解之谜。

　　就应对气候变化来讲，目前在我们认知框架的顶层逻辑起点上，有一些科学问题并未根本解决，需要从耦合行星-地球固体-流体圈层的系统过程开展研究。比如，我们仅研究地球表层和流体圈层碳元素的循环是不能从根本上解决大气二氧化碳演化问题的，因为行星与地球系统的物质循环互相牵制、联动。又比如，如果我们不能回答地球上为什么会有冰期，就不能说很好地了解了地球的气候系统，自然也不能准确预测未来。从地球演化的角度讲，人类排放的二氧化碳对地球气候系统仅仅是短暂的扰动。其实大气和海洋的碳含量仅占地球系统可循环碳的1%~5%，研究气候系统不能忽略地球内部95%~99%的碳。我们对地球碳循环过程、机制及其演化还缺乏精准认识，这是“碳中和”面临的理论挑战之一。

　　我国在地球与行星系统研究领域已经有非常好的基础，目前可以说处于“突破的前夜”。未来应该在研究范式变革的基础上，强化打通时间尺度、跨越多圈层的科学理念，继续加大支持力度，有望使中国的地球科学整体上处于国际引领地位。换句话说，以地球与行星系统科学基础理论突破为先导，带动资源能源、环境和灾害研究的突破，应当是未来研究布局的核心所在。具体而言，流体/挥发分是地球与行星的血液，它不仅将物质、能量的传递与大规模构造变形联系起来，而且控制着人类所需资源能源的形成与富集，地球上现有的矿物中有2/3是在生命出现之后形成的，从地球与行星系统的角度研究战略性大宗与稀有矿产资源的形成机制，是回应国家战略需求最重要的前沿科学问题。

　　当然，我们也面临一系列挑战，包括基础研究的投入需要加大、跨学科人才依然短缺等。未来10年，我们应以前所未有的力度加强对地球与行星系统科学基础研究的投入和支持，克服功利主义，提升跨学科人才培养力度。在目前的国际学术态势下，这是中国地球科学整体走向引领国际学术前沿，为解决人类资源能源问题以及灾害防治问题等作出更多原创性贡献的难得机遇。

　　《中国科学报》：近年来，地学部十分关注新兴交叉学科中的前沿科学问题和传统学科中新的增长点。地学部具体是如何开展这些前沿交叉研判项目的，在这个过程中如何体现学术引领的作用？

　　朱日祥：这些年，地学部部署了一系列前沿交叉研判项目，重点研究尚未形成学科的新领域，准确把握近期可能实现重大突破的科学问题，聚焦国家需求，前瞻布局、科学分析科技和产业变革的突破点。如“地球科学的转型-向系统科学发展”“深部地下生物圈”“海洋碳汇与负排放技术”“氦气资源战略研究”“地外生命探寻与宜居性演化发展战略研究”等项目。

　　同时，地学部持续与国家自然科学基金委员会联合开展学科发展战略研究，一方面有效支撑国家自然科学基金委员会的发展规划，另一方面发挥学术引领作用，科学研判未来5年至15年世界科技发展趋势。例如，地学部设立了“基于载人月球探测关键科学问题的前沿交叉研判研究”“板块边缘结构组成与动力学前沿交叉研判研究”“大气中病原微生物的监测和预警前沿交叉研判研究”“人工智能海洋学前沿交叉领域研究”“古今气候环境变化融合战略研究”“地震起止过程及机理：前沿探索与交叉战略研究”等项目。

　　不仅如此，地学部还在探索院士专家领衔、中青年科学家协同的研究模式，力图通过“主题大会+小型专题研讨会”的方式不断迭代，凝练关键科学问题，形成前沿交叉研判的典型范例。

　　《中国科学报》：地球科学有全球性的特点，地学部在推动多学科协同及国际合作交流方面做了哪些工作？

　　朱日祥：为促进地学界同行的广泛合作和交流，近年来，我们组织了“早期大陆形成演化与环境资源效应”“深空探测与信息技术”“环境、生态与健康”“数据驱动的新地学”“地球科学与人类文明”“地球科学研究：挑战与机遇”“海洋生态系统与气候变化”等多场科学与技术前沿论坛，吸引了大量科研人员参与。

　　值得一提的是，由《中国科学：地球科学》编委会发起、地学部常委会作为共同主办单位举办的“地球科学前沿论坛”，至今已成功召开七届。目前，该论坛在国内地球科学界已经具有很大的影响力。我们还通过院士大会学术年会、雁栖湖会议等学术交流平台，邀请外籍院士等国际专家，积极研讨前沿领域发展趋势，分享国际前沿最新进展，同时带动更多青年科学家参与国际交流与合作。

　　如何在国际合作与交流中创新，这是中国科技界在新形势下面临的新问题。中国科学家需要在国际合作中提出科学与技术转型的战略思路，不仅要具有国际视野，还要明了国家战略需求。地球科学的内在属性和特征更需要我们用宇宙视野，坚持以我为主的原则，广泛、深入开展国际合作和交流，这将有助于加深我们对重大科学问题的认识，有助于高效利用全球创新资源，在人类命运共同体的高起点，同国际科技界携手努力，为应对人类面临的共同挑战作出应有贡献。

　　《中国科学报》：为推动科技强国建设，地学部和院士群体除了强化学科战略、实现学术引领外，还肩负着战略咨询的使命与责任。在决策咨询方面，我们产出了哪些成果？未来会有哪些新的规划或重点方向？

　　朱日祥：地学部院士们有高度重视咨询工作的优良传统，聚焦党和国家重大关切问题，重点围绕国家战略需求和经济社会发展需要，特别注重充分发挥地球科学的学科优势，提出了很多专业化、建设性、切实管用的咨询建议。

　　尤其是党的十八大以来，针对黄河流域生态保护和高质量发展、长江经济带和粤港澳大湾区等国家重大战略，以及国家区域发展战略的组织实施，地学部积极布局系统性研究，提交多份院士建议。同时，围绕“双碳”、生态环境保护、美丽中国建设等部署咨询项目，院士们主动建言。

　　如丁仲礼院士负责的“中国碳中和框架路线图研究”，其咨询报告获中央领导高度肯定，引发30多个部委及部分省份关注，国家发展改革委多次召开会议、能源局等多司局来访交流。面对突发事件，地学部院士迅速响应，开展应急咨询与地方咨询。2022年，我国遭遇罕见极端高温，院士专家紧急研究，半月内提交应对建议，助力相关部门快速决策；汤加火山喷发引发越洋海啸，影响整个太平洋沿岸地区，张人禾院士上报研判及政策建议，被国家相关部门采纳，为我国制定应对举措提供了重要参考。

　　地学是与经济社会发展结合紧密的学科，未来我们将继续发挥地学部的传统，紧紧围绕党和国家决策需求开展咨询选题，以“找准真问题，真解决问题”为目标，统筹考虑咨询研究的长期布局与社会不同发展阶段中亟须解决的重大科技问题，为国家发展作出更大贡献。（胡珉琦）