当代地球科学和大地构造学研究发展的几点思考

2021-12-02张国伟董云鹏张进江何登发郭安林姚安平

西北大学学报（自然科学版） 2021年6期

张国伟,董云鹏,张进江,何登发,郭安林,姚安平

(1.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室,陕西西安 710069；2.北京大学地球与空间科学学院,北京 100871；3.中国地质大学(北京) 能源学院,北京 100083)

追寻自然与人和社会的历史轨迹,面对现实的世界,当今地球和人类的发展突显了自然、人、社会,即“人-自然”这一根本哲学命题和社会现实问题的新挑战。总观综合,可以概括,当今人类社会发展突显两大问题:① 宇宙行星地球自然演化的全球变化和资源、能源、生态环境、灾害、人口膨胀、粮食等人类社会危机,直接威胁人类社会可持续发展,即生命、人类的生存发展。地球自然演化将何去何从,人类将如何认知、如何应对[1-13]?② 当今人类社会发展面临新的历史发展节点,即地球上的人类除面对上述地球自然生存环境的全球变化外,还面对人类社会、国际社会格局发展的理念与运行规则机制的激烈冲突、大变局。时代呼吁构建地球新演变背景下适于人类社会新发展的转型,以应对人类自身和自然发展的新需求[2,6,8]!

现代人类面临的两大问题即是人类生存、社会历史发展认知世界,包括对宇宙地球大自然和人类社会、生命及其两者本质关系规律的重大基本基础问题和人类社会发展现实实践问题,概括即地球演变与人类生存发展的“人-自然”关系根本规律问题[8,12]。现在的关键已不仅是兴趣与理论的哲学天问探索,而是关乎人类生存发展、地球可持续宜居性的现实问题,已成为当代全人类面对共同需求的现实紧迫重大问题。面对现今人类社会发展突显的两大问题,作为探索认知地球、服务人类的地球科学首当其冲,肩负重任。

1 当代地球科学发展面对新的挑战

上述两大现今人类面临问题,对地球科学提出了新的重大需求[2-5,14-15],成为其重大挑战,也是其重大发展机遇。

人类社会发展的重大需求是地球科学发展的动力,科学技术发展也一直支撑促进着地球科学的发展,而地球科学的发展进步又适应满足、支撑及影响着人类社会和科技的发展。当今的人类正处于社会发展的大变局中,科学技术正快速进入第四次工业科技革命时代,我国要在21世纪中期建成现代化强国,在振兴中华的伟大征程之中,而地球大自然也正在发生着关系人类生存、社会可持续发展的全球变化,等等。共同表明,现今的人类社会、国家、大自然都对地球科学认知行星地球,回答人类面前的重大问题,提出了新的重大科学需求。因此，当代地球科学必然处于大的发展变革时期,也面对严峻的挑战和发展机遇。

地球科学作为人类科学技术认知世界的数、理、化、天、地、生六大基本基础科学之一,以地球为主要研究对象,已经历从人类诞生以来漫长的对地球及与之密切相关的人类和太空的观测、体验实践、认知的过程和相互作用与开发索取过程,以人类的需要和志趣追求由古老时期的朴素哲理思辨猜测和宗教神学的幻想臆断,到对地球表层为主的观测考察、索取与认识总结和激烈的学术争议,再到近代现代以人类的工业化和科学知识、技术为基础,长期探索研究、实践积累,逐步建立起地球科学系统,构成地球科学队伍,涌现一批杰出地球科学家和丰硕理论与技术成果,历史性、创造性为人类社会发展提供了无与伦比的财富与思想知识,为认知地球、服务人类做出了伟大贡献和智慧。地球科学的价值与贡献,怎么评价,也都不应为过。但是，面对当代人类社会对地球科学新的重大需求,表明地球科学迄今远还未真正认知整体地球、生命和人类,确实面临严峻考验和挑战。

当代人类在地球科学相关领域面临的主要问题可概括为以下4个方面。

1)认知与预测全球变化,以宇宙视野整体观念构建行星地球系统科学及其知识体系。核心科学问题是人-自然(人-地)本质关系与规律，以及地球对人类、生命宜居可持续性问题,简称地球宜居性问题[2,5,8],探索回答地球和人类与生命的生存发展基本科学与社会问题。

2)认知扩展评估天体地球对人类生存发展的承载力与潜力。核心问题是如何真正认知地球,如何解决缓解地球资源、能源、生态环境、灾害以及人口膨胀、粮食等社会危机,支撑与解决社会可持续发展问题[3,6-7]。

3)认知天体地球新的演变背景下,人类社会发展对策,关键问题是全面整体认知行星地球和“人-地”本质关系规律,规范人类作为地球自然产物与营力,如何人-地和谐共处和扩展健康发展[2,5,8,12]。

4)服务国家目标与国家重大发展战略需求。这是世界各国面临的需求,对我国来说,尤为重要和明确。当代我国的发展目标是21世纪中期建成现代化强盛国家,圆百年之梦,构建世界人类生命共同体。为此已制定系列国家发展战略,诸如国家发展双百战略目标、坚持改革开放,“一带一路”“机器制造2025”“农村振兴”等工业、农业现代化,深地、深空、深海发展战略,科技与人才战略,绿色发展、生态文明环境建设,资源、能源、环境灾害治理发展、安全保障和黄河长江大江大河治理,南水北调,川藏铁路系列重大工程和国家安全、军事、文化、商贸等发展战略和民生健康幸福生活战略等等,均有对有关地球科学与事业的不同重大重点问题的需求[2-4,8,15],这是我国地球科学发展面向国家发展的主战场,与上述3个方面密不可分。

显然,这些问题对于地球科学来说都是严峻的挑战。因为这里要探索、认知、解决、回答的问题,是人类认知中的一些重大根本基础问题和现实实践中重大高难技术与人类社会发展问题,及自然与社会发展预测问题[2,6-7,12],这里有人类社会的人文科学基本问题,又有自然科学的基本问题,而总体更多更重要是人文与自然科学交织复杂综合的大科学理论创新揭示、认知和现实实践问题,如宇宙天体地球整体真正的本质与规律是什么?作为地球产物及其自然组成部分的生命与人类的本质和生存演变规律是什么,以及地球与人类两者于宇宙广袤时空物世界中在有限空间域时间段内共同依存演变的本质关系与规律是什么,等等。这不仅是哲学命题，而现已是21世纪人类面对生存发展的认知世界和社会实践的现实重大需求问题,超出以往传统地球科学的发展研究和思维范式[2,5,8],需要依据宇宙天体地球大自然和生命、人类新时期的新发展与现状,新层次新问题,用新的视野视角、新思维、新理念,继承并突破已有传统,创造性进行创新探索研究；需要以更深层次、更高追求、更本质的发现，揭示、认知源本整体的地球、人、生命等客观世界的本质与规律,探源它们过去，认知现状,预测未来,真正认知地球与人类和世界,以支撑人类社会的发展。地球科学应直面应对,勇敢自信，探索创新,回报国家和人类、自然。

2 当代地球科学与大地构造学研究发展势态与特点

当代人类社会,世界各国对于现代人类面临的生存问题,自20世纪中期,尤其进入21世纪以来,在人类社会发展危机与地球自然变化加剧中,从开始警觉发现地球气候生态环境变化[1,2,5-13],到普遍引起重视,开始行动,宣示呼吁、研究、保护,以致首先西方国家直到世界多国作为国家大事,列为国家目标国家行为,成为全球多数国家的主要共识。尽管因历史、国家间差异矛盾,联合行动举步维艰,但总体多已为国际不同程度所共识,国际已开始作为全球人类发展和行为目标开展联合行动。国际地球科学界也已从20世纪后半期开始重视,并逐步转型,把人-自然(人-地)关系、全球变化、社会可持续发展中社会危机的相关地学问题作为地球科学首要问题和主要发展战略方向,开展国际联合行动,实际实施。美、加、英、德、法等国20世纪中后期地学研究已主导转向全球变化和环境科学,开展国际或国家相关的研究。21世纪以来尤为加强,提出并进行诸多系列相关研究计划、合作项目,等等。2021年初,美国国家科学基金委员会(NSF)和美国国家地质调查局(USGS),先后又新发布了“时域地球——美国国家科学基金委员会地球科学十年愿景(2020—2030)”[5],简称时域地球(NSF10年愿景),地球系统科学10年科学战略(2020—2030)[6],简称USGS 10年愿景,作为美国国家地球科学发展战略与研究、工作指南。它们都是在其过去多年发布的地学咨询报告和指南基础上,从地球科学发展作为国家发展战略层面聚焦方向和核心问题。其中，美国NSF的时域地球报告,强调地球变化过程及其如何影响人类可居住性,列出了这方面对地球科学的迫切需求,提出12个优先科学问题,集中于地质时期、地球表面和内部的关系联系、地质和生命的共同演化、人类活动作用的重要性,反映突出了地球如何随时间而演化的重要性,凸显地球科学领域从侧重由物质和结构方面研究向以时间为自变量的不同尺度变化过程研究的转变。而美国国家地质调查局(USGS)的十年科学战略(2020—2030)则以地球系统科学理论目标、方向和工作方法,淡化学科,强调跨学科的整合,突出观测、模拟、评估、预测等整个学科融合的发展,要求构建USGS版的数字地球,全面实施地球检测、分析和预测,成为美国USGS 21世纪的发展行动指南。欧洲同时也提出了地球生存计划,并发布了“地球科学专门知识应对全球社会挑战的重要性宣言”等。

我国从20世纪后期到现今,由国家到中国地球科学界日益突出和加强,现已把生态文明建设、绿色发展、碳达峰与碳中和、深地、深海、深空研究发展等列为国家发展战略,以负责任大国积极参与国际应对全球变化的国际行动。国家自然科学基金委列为主导方向,开展系列战略和重大重点计划项目研究。最近2020年以来又重点进行地球科学发展战略研究,提出深地深海深空探测研究和地球系统,简称三深一系统的地球科学发展战略,并发布研究报告与指南。2021年5月又出版了“2021—2030地球科学发展战略”[2],明确提出地球宜居性的科学内涵和规律是21世纪地球科学发展方向与前沿[2,5,12]。报告从三深一系统的发展战略,提出了地球宜居性内涵及其研究的主要基础理论问题与必须的科技支撑等。这是中国地球科学家对地球科学未来5～10年乃至更长15年(2020—2025—2030—2035)的愿景的展望与论述,也是中国自然科学基金委地球科学研究发展的战略方向与指南,并已在落实执行中。

从我国和世界主要国家现今地球科学研究发展现状与最新动态,很清楚看出，当代地球科学发展已转型形成,应对由全球变化和社会可持续发展危机引发的关于人类生存发展和地球宜居性问题,成为当代地球科学发展的主导战略方向和前沿,具有全球性契合共识的发展势态,突出地构成当代地球科学变革转型发展的时代鲜明特征。可概括其主要特征如下。

1)时代与人类的共同需求。当代地球的全球变化和宜居性地球可持续性问题,要求并驱动地学要做出人类需求的回答,地球科学和大地构造学将有何为[3,5,15]?如何作为?这已成为当代人类多数的共同需求和期望,成为当代地球科学的共同主导目标和研究发展主要方向,直接服务于人类。其共同发展动向势态为地学发展历史所罕见,必将成为地球科学新发展转型的强大动力。

2)当代地球科学与大地构造学进入一个新时代,即进入探索认知星球整体地球系统规律的时代,以解决人类新的需求发展地球科学。所以，当代地球科学,包括大地构造正在急速向时空深度广度的延伸扩展[2,16-17],继承与突破传统地学规范,追求更高、更深层次本质认知客观,回答人类需求,例如我国的深地、深海、深空三深探测国家发展战略,既是国家发展和人类社会发展之所需,也是当代地学发展的必然扩展领域。

3)人类追求共同美好生存发展是根本动力,推动着当代地球科学向更高深科学目标,服务人类方向发展。当代地球科学研究发展正以跨界、融合人类人文和自然科学,综合多学科和现代科学技术,包含数、理、化、天、地、生,计算机、电信网络、大数据、模拟、人工智能等,聚焦人类生存重大需求和集可能的智慧力量去共同攻关。尽管问题艰深困难重重,但人类生存发展的根本动力,宇宙行星地球演变的现实威力和目前人类社会发展需求与当代地球科学发展势态动向,已经表明,人类和地球科学必须必要攻坚探难,求生发展,认知世界,追求更高层次、更广深度、更本质揭示、认识地球与人类的客观科学规律。现有的动向,已确有不可阻挡之势,进军当代人类生存发展前沿战场,久久为攻,占领地球科学的关键基础高地,这是可期待将有新的重大进展,乃至突破性发展的。

3 当代大地构造学研究发展的几点思考

在当代地球科学新的发展形势下,作为地球科学基本基础理论,并带有全局哲学指导意义的大地构造学,必然面临重大挑战与发展机遇[3,4,16]。适时思考当代大地构造的发展战略方向和主要关键核心科学问题,是必要而重要的,故以下重点而简明地就当代大地构造学面对地学的全球重大挑战,国家重大需求与科学技术发展,尤其地球科学前沿发展动向,作几点关于当代大地构造学研究发展的战略思考,以引起讨论交流,欢迎指正。

3.1 当代大地构造学发展新理念新思维

大地构造学是地球科学中的重要综合基础理论学科和基本研究方向,隶属固体地球科学的地质科学,因其科学内涵与理论具有地学中高度综合概括性与广泛指引性而被称作地学的上层建筑与基础理论,故不仅对地质科学、地球科学,甚至其他自然科学,乃至人文科学都有指导与借鉴作用。正如当今大地构造的主要学术理论——板块构造,既为当代地球科学的主导学术思想,同时也对其他自然科学,乃至人类社会有广泛重要影响,为人类所关注。所以，当今天面对人类重大需求,地球科学大的变革时期,思考大地构造学的发展动向至关重要。

当代大地构造学研究发展,面对人类社会、国家重大需求和地球大自然发展状态与趋势及地球科学发展现状与势态,其最主要是需要新思维、新理念,确定新的科学目标、任务和发展方向,继承更要创新的发展大地构造学,从而引领与推动地球科学发展,更好认知世界,服务贡献国家与人类[16-17]。

1)继承创新构建新的地球构造观

如上述,面对社会发展需求,当代地球科学的主要研究发展目标与核心科学问题聚焦于全球变化和探究地球宜居性[2,5,17],其实质关键是追根溯源探索认知宇宙行星地球系统的整体形成、演化及其动力机理,及其与生命、人的本质关系规律。其中最根本的是地球总体整体始终是什么作用的操作运作,从而使之才得以运行形成,并成为生命、人类栖息宜居之天体。显然,是太阳系内行星地球系统的贯穿始终的构造作用与其运作。因此，当代大地构造研究发展的主要目标、任务、方向,应聚焦于探索研究认知整体行星地球系统形成演化的构造运作、过程、效应及其动力机制,构建统一整体行星地球系统如何构造运作的大地构造观及其理论体系。简言之,即天体地球构造运作的大地构造观。

2)突破传统,新思维大科学综合交叉融合研究

构建新的地球构造观,需要突破大地构造传统学科框架和思维研究范式。需要以宇宙视野,整体行星地球系统,即既要从行星地球内核到外层空间的多圈层地球系统,又要从宇宙太阳系内外行星系统的时空四维视野观察理解探索天体地球的实质与规律和其内外部的联合共同的构造运作。

当代大地构造研究已不只是地球的固体外壳洋陆岩石圈,而是应扩展包括行星地球整体的固液气三态固流二相不同时空层次的整体行星地球系统[14,18],包括空间物理、化学场和大气、地表海洋流体及地内熔体水热流体挥发份等,从内核到外层空间的圈层物质组成、分异交流循环、结构、构造几何学、运动学的统一构造运作及其动力学,而且现今还必须研究探索认知在宇宙时空物中的人-生命宜居行星地球的复杂“人-地”系统统一的协同演化的构造作用与构造运作及其动力学。

显然,当代大地构造学研究发展需要突破长期至今一直的以综合研究地球固体外壳的物质与结构及其形成演化规律与动力学机制为主要目标任务的传统,而需要大视野大科学系统的以跨界多学科综合交叉融合,以客观现实科学问题和大数据人工智能为导向,作为宇宙世界中一个太阳系内行星的地球,从内核到外层空间整体系统的探索研究认知天体地球演化规律及其生命宜居可持续性的大科学基本问题,进行集自然与人文科学交融的综合研究探索。这标志着当代大地构造学发展已进入一个新的发展转型时代。

3)当代大地构造研究发展目标与新理念定义

综合思考,可概括当代大地构造研究发展目标为:探索研究认知行星地球系统形成演化和人-地协同演化的构造运作及其动力学。进而概括,可作如下对当代大地构造学的新思维新理念的新定义:研究认知行星地球系统圈层如何在宇宙巨量时空物中协同关联互动统一的构造运作及其过程与效应和驱动机理及动向,并如何成为生命与人类宜居的宇宙太阳系内行星的一门高度学科交叉融合的基础理论与应用综合学科[4,16]。

4)深化发展板块构造

板块构造是当今大地构造学和地球科学的主导学术思想,并正在深化发展、指导引领着地学研究发展,但经过半个多世纪的验证发展和面对新的地学系统科学与社会重大需求表明,它急需新的深化创新发展[4,19-26]。

大地构造学长期至今一直以综合研究地球固体外壳的物质与结构构造及其形成演化规律与动力学机制为主要任务,经历了历史以来关于地球的神创论与自然形成说、地心说与日心说、火成说与水成说、垂直运动与水平运动论、固定论与活动论等认知的学术之争与发展,形成不同学派，提出了诸多不同大地构造观与假说,诸如台槽说、大陆漂移说等,直到20世纪由板块构造而引起地球科学一场革命,创建了板块构造理论,成为现代主导的大地构造学术理论,引领整个地球科学的发展,广泛影响自然科学界,乃至人类社会发展。但是，板块构造理论经过半个多世纪的全球广泛发展验证,尤其对大陆的应用验证,既肯定了其理论认知的科学性、重大作用,也揭示发现其理论的局限性与问题,概括主要是3个基本问题:① 板块构造的动力学问题;② 板块构造何时起源与如何起源;③ 板块构造不能完全认知解读大陆。可简要概括为板块构造起源、动力学和登陆三大问题[4,16],成为当代大地构造研究发展的突出重要问题与探索前沿。这不是否定，而是如何在当代深化完善发展板块构造理论的大好机遇。当今地球科学界,特别是大地构造学界,需要直面板块构造,既要依其为基础和指导思想,又要突破其禁锢桎梏,突破数十年一贯制的卡通式图解研究思维模式；也即既要充分肯定和进一步发展与应用,发展大地构造学,又要正视发现的基本问题,特别面对当代人类社会发展突现的两大问题和由之而向地球科学提出人类生存发展与地球宜居性等重大基本科学问题时,急需创新再深化发展,破解其三大问题[4,32-38]。从深地、深空、深海探测和整体行星地球系统,尤其地球深部物质结构状态和月球与类地行星比较研究,解决板块构造的动力学问题,及其起始与演化发展问题,从大陆起源与大陆构造演化研究,创建大陆构造理论体系和地球早期构造演化机制等综合统一解决板块构造发展的三大难题。使之从根本上得到深化、提高、发展,乃至突破超越,创建包括板块构造在内的新的地球大地构造理论,发展大地构造学。

3.2 当代大地构造学几点基础科学问题思考

根据上述思考,这里仅重点思考5个基本问题。

3.2.1 行星地球系统多圈层构造运作及其动力学构建行星地球系统整体构造运作大地构造理论体系。需要超出传统学科框架,以新思维理念,在现有板块构造基础上,当代大地构造学适应人类需求与地学发展,继承、创新、探索构建整体行星地球系统构造运作及其动力学的新的大地构造理论研究。研究包含系列跨界、跨学科的大视野大平台的认知复杂动态天体行星地球的动力构造作为与运作的综合大科学问题的探索。这应是当代大地构造学包含又超越板块构造的整体行星地球系统大地构造理论的创新发展。

3.2.2 地球流变学和深部地质与深部构造及其动力学

1)地球流变学已是当代地学与大地构造学发展前沿的重大基础理论与应用的基本科学问题。流变学是时空所有尺度上控制地球构造运作与变形的地球物质的基本属性。是一复杂、综合、高难度的基础理论与应用技术问题,迄今人类尚未真正认知解决,是亟待解决的科学前沿难题[28-33]。

深地深海深空三深探测研究,都将会面临和依赖于对地球物质构造这一基本特质属性与行为及效应的基本基础研究的认知与理解。所以，三深研究需及时启动与开展攻关研究,为深部地质与深部构造,乃至整个三深探测和地球宜居性研究奠定重要理论基础支撑。

2)地球深部地质与深部构造及其动力学,是迄今地球科学中相对最薄弱的部分,目前主要依据地球物理探测和高温高压实验、岩石探针与地球化学测试,以及数理计算机模拟,认知有限,多为推测判断。但是，对于地球深部,包括核、幔,乃至地壳下部等圈层及其圈层内不同深度层次的物质构成,存在结构、运动状态和动力学过程等,地学可靠认知都甚少,因此关于地球的知识理论迄今严重缺少深部坚实可靠基础。依据最新的地球深部研究发现,诸如地幔结构中以1 800 km为界上下物质元素存在状态,化学行为完全不同,界下其现行常规物理化学规律已不适用;关于核幔边界D″带与地幔底部低速区(LLSVP)及岩石圈板块最深俯冲堆积区及行为等[33-36]问题,又如毛河光及其团队研究的新发现[37-38]等明确预示表明,深部问题随着三深探测研究,还会有重大、乃至颠覆性的发现,因之加强深部探测研究,构建深部物质和深部地质与深部构造认知理论体系[39-45],已是紧迫的前沿关键问题。无疑不仅对地球科学,尤其对当代大地构造学研究发展,都具根本性基础支撑和颠覆性变革意义。

3.2.3 地球早期构造体制和比较行星学研究早期构造体制与比较行星研究属两个独立的学科领域与方向。但是，现今地学,尤其大地构造学研究两者密切相关,已成为当代地学,尤其大地构造学的前沿基本基础科学问题和热点领域。关乎行星地球系统初期状态与机制、生命起始、洋陆起源及板块构造初始和全球宜居性等基本科学问题[39-57]。

1)三深陆、海、空全方位探测,尤其探月工程、火星探测等深空探测研究,对地学而言均具有开拓创新重要意义。其中特别突出需加强类地行星,尤其金星、火星和月球与地球的对比研究,涉及多方向的重大基础科学问题[58-62]。重点突出探索揭示地球早期前板块构造体制和类地星球差异演化与生命生态环境演化关系,都将会有重大重要新发现,取得创新乃至突破性重大成果。

2)三深探测研究需要国家与相关部门统一整合,重点策划,分工合作,保障多方面与整体取得重大突破，获开创性成果。

3.2.4 洋底动力学全球大洋洋底新的研究,有众多重要新发展,已与当初创立板块构造时的洋底认知大为改观,因之现在在突出加强发展深海远洋洋底现代化观测认知同时,应不失时机从整体到关键区位重新整合审视洋底,统一再认识构建洋底组成、结构构造格局已是时机。

1)重新审视厘定大洋组成与结构和属性特征,再认知洋底构造与动力学,并重新探索再认知板块构造及其动力学[61-64]。

2)大洋岩石圈与地幔流变学。从大洋变质核杂岩、岩石圈尺度大洋拆离构造与地幔岩剥露及地幔流动和核幔边界带(D″)状态、动态与其特殊功能作用等进行重点综合探测研究解剖,重新认知大洋属性及其非完全刚性的流变性与洋底动力学。重点揭示地幔结构状态与动力学,探讨板块构造动力学机制和大洋整体构造。

3)大洋固液气三态圈层与固流二相作用动力学[18,61-64]。探讨大洋演化与动力学和地球海洋深部生命生态环境演变与宜居性,比较地球地表系统的生命-人类的生态环境与宜居性,从地球两类不同生命系统的不同生态环境与宜居性,更深层探讨理解生命-人的本质及其地球宜居性和宇宙生命及其宜居带问题。

3.2.5 构造同位素年代学理论与技术精确高分辨率的地球演化与重要关键事件的时间准确测定确定是地球科学与大地构造学研究最基本的支撑基础和支柱。

1)构造年代学仍是当今构造与大地构造学和同位素年代学研究的突出关键问题,亟待解决。深地、深海、深空探测三深计划中不同时空尺度不同层次条件下的构造地质物理化学生物重要事件与不同构造运作与变形的定年问题,需要多种不同同位素年代学理论与技术方法的高精度高分辨率的测定和分析确定。

2)构造同位素年代学理论与技术是当代地球科学与大地构造学研究发展最重要基本的基础科学研究内容与任务[65-67]。

3.3 当代大地构造学研究发展战略目标方向和核心科学问题思考

综合思考,并在原有的两个研究报告[4,16]基础上再综合概括,将当代大地构造研究发展战略可概括为:一个总目标、二大方向、五个优先发展领域,二十五个关键重要科学问题。供思考讨论。

3.3.1 战略目标当代大地构造研究发展战略目标:研究认知宜居天体地球复杂系统统一协同演化的构造运作及其动力学。创建行星地球系统整体统一大地构造理论体系。

当代重点战略突破口:立足行星地球系统科学,聚焦宜居性地球演变的层圈整体构造运作与机理,加强深部地球和月球与比较行星学探测研究,深化发展板块构造,构建地球深部构造和大陆构造与大陆流变学理论系统,探索构建行星地球系统大地构造的智能数值动力模型。认知地球过去与现状,预测未来,服务人类生存发展。

3.3.2 二大方向为实现总目标,应包括二大研究方向:

1) 体现人类和国家意志的战略基础应用研究方向——应对人类需求,服务社会。总方向可谓:大地构造与社会可持续发展,重点包括:

(1) 地表系统深部过程构造互馈耦合过程与效应和地球宜居潜力、生态环境构造基础研究。主要目的是从学术理论支撑全球变化和资源能源环境灾害等人类和国家需求。

(2) 比较行星学,尤其卫星月球和类地行星学研究,重点进行构造运作对比研究,从比较异同中研究探寻规律。充分配合支持和利用国家深空探测研究,取得新发现新认知、大数据等实际与实质成果。

2) 应对地球科学发展前沿全球挑战的前瞻基础理论研究方向。重点考虑三大前瞻性基础问题研究:

(1) 深化发展板块构造, 探索认知地球宜居性。从三深探测研究, 探索破解板块构造发展三大难题。重点探索地球早期构造体制与板块构造起始和大陆起源与探索大陆构造及其动力学[68-69],探索研究地球大地构造中,除由地球自身形成的构造外，应区分和重视非完全由地球自身所掌控而形成的星际构造,包括太阳系行星,尤其类地行星或宇宙星球共同所持有的相似相同构造,以宇宙和地球系统视野,构建前板块构造机制与大陆构造理论系统,深化创新发展板块构造理论并支撑探索认知行星地球宜居性综合基本科学问题。

(2) 探索构建地球深部构造与大陆流变学理论框架。从三深探测,尤其深地探测,探索构建地球深部构造及其动力学理论框架,同时并行相结合,进行自然、实验和大数据智能模拟三位一体交叉融合的地壳岩石圈流变学研究。探索构建大陆流变学理论架构系统,并带动和促进构造地质学从传统经典几何构造地质学到有限应变构造地质学向流变构造地质学的发展[28-30,34]。

(3) 研究认知行星地球系统大地构造运作与生命、人宜居可持续性。从地球系统构造运作与生命、生态环境协同演化,探索研究认知地球系统圈层大地构造运作和宜居行星地球动力学。

3.3.3 五个优先发展研究领域[4,16]

1) 地球初始早期构造体制与演化(洋陆起源与板块起源和前板块构造体制)。

2) 深部地质与深部构造和地球流变学。

3) 大陆生长与再造(大陆构造及其动力学)。

4) 地球系统构造与社会、生命、环境协同演化和宜居性(包括人、生态、成矿成藏、地震地质、灾害等)。

5) 地球动力学系统与重建及科技研发。

3.3.4 25个核心科学问题[4,16]

1) 地球早期构造体制与演化(板块与大陆起源和前板块构造问题)。

(1) 洋陆起源与地球早期构造体制。

(2) 板块构造启动时间与机制。

2) 深部地质与深部构造和地球流变学。