地质学科排名第五轮（地质学科未来510年发展战略）

董云鹏、任建国等编者按：为了更好地了解地质学科发展现状和未来发展趋势，《沉积之声》公众号平台转载董云鹏教授、任建国研究员等牵头撰写、发表在《科学通报》（2022年8月,第67卷,第23期）的《地质学科未来5-10年发展战略：趋势与对策》一文限于篇幅，分两期推送，以飨读者，下面我们就来聊聊关于地质学科排名第五轮?接下来我们就一起去了解一下吧!

地质学科排名第五轮

董云鹏、任建国等

编者按：为了更好地了解地质学科发展现状和未来发展趋势，《沉积之声》公众号平台转载董云鹏教授、任建国研究员等牵头撰写、发表在《科学通报》（2022年8月,第67卷,第23期）的《地质学科未来5-10年发展战略：趋势与对策》一文。限于篇幅，分两期推送，以飨读者。

当代地球科学的内涵和外延已经拓展到涵盖整个固体地球内部及外部层圈形成演化及与资源能源富集、生态环境变迁、地球宜居性和社会可持续发展相关的地球系统科学问题. 随着人类社会经济高速发展, 与地球相关的资源能源、气候环境、地质灾害等问题日益突出. 为了适应新时代地球科学发展形势, 在地球系统科学理论框架下, 准确分析我国地球科学未来5~10年的发展趋势、明确战略目标和优先发展领域, 不仅能够大力促进和强化我国地球科学的发展、赶超世界领先水平、早日实现从地质大国到地质强国的转变, 而且对于保障国家矿产能源安全、助推国家经济建设和人类社会可持续发展具有重大意义.为了充分研判未来地质学科发展趋势, 国内相关领域专家学者积极响应国家自然科学基金委员会号召, 国内主要单位代表150余专家参与调研论证, 分别召集相关讨论会10余次, 先后有千余人次参与讨论，系统调研了本学科领域国内外研究现状与发展趋势。

1 地质学科的特点与发展需求

地质学科是地球科学的核心组成部分和传统分支学科, 具有独特的学科特点：（1）研究对象的复杂性——主要聚焦于固体地球内部层圈的物质组成、结构构造、地质作用及其形成演化过程与动力学。随着地球系统科学思想的建立和发展, 地质学日益关注和拓展到研究地球内、外层圈相互作用与协同演化, 以及地球系统整体的物质循环、构造事件、生命演化、宜居地球的形成过程和机理等；（2）研究手段独特性——以野外观测和实验、分析和模拟为基础的实证性研究；（3）数据密集型学科——地质数据不仅具有科学大数据的高维度、高复杂性和高不确定性, 而且具有多元、多维、多源、异构、相关性、混杂性、变异性、随机性、模糊性、时空不均匀性和过程非线性等特点；（4）多学科集成和边缘学科繁生的庞大学科体系；（5）基础理论研究和服务社会的应用研究并举。

上述学科特点以及人类社会发展所面临的资源、环境、灾害等问题对未来地质学科发展提出了新的需求：（1）适应地球系统科学发展趋势, 研究领域从固体地球内部层圈拓展到地球所有圈层, 理解各圈层的物理化学过程及圈层相互作用、内外动力对宜居地球形成演化和地球-环境-生命协同演化的影响等；（2）明确地质过程在地球系统各圈层相互关联中的作用, 研究外部圈层施加于固体地球的反馈效应及其过程；（3）大数据和数据密集型的学科属性以及我国地质数据的高产态势, 决定了地质学大数据研究范式的有效性和可能性；（4）开展普适性规律研究,从局部和区域研究拓展到全球大科学问题的研究, 对创新地球系统科学理论提供支撑；（5）深入开展基础研究平台和重大科学装置建设, 以及拔尖创新人才培养, 促进学科跨越式发展；（6）推动应用研究与基础研究的有机结合, 满足国家重大需求, 以国家重大需求和社会发展为导向,制定基础理论前沿创新与应用性研究并举的方略, 走出科学殿堂和实验室, 为人类社会可持续发展服务。

2 国际地质学发展现状

人类社会进入 21 世纪以来, 矿产、化石燃料、土地和水等资源能源匮乏, 以及自然灾害和环境恶化等问题日益突出, 加之 2020 年出现的全球性新冠肺炎疫情, 人类社会可持续发展遭遇空前的威胁。地质学作为与研究人类生存环境和可持续发展密切相关的自然科学, 其发展面临一系列从未有过的重大挑战。针对这一严峻势态, 从学科自身发展和社会责任的角度出发, 地质学必须意识到自身地位的重要性, 在迎接挑战中发现前沿性基础科学问题和重大应用性问题,承担起解决相关基础和应用科学问题的历史重任。

在国际上, 以美国为代表的西方发达国家先后实施了一系列地学研究计划, 引领并代表了国际地质学的研究现状和前沿态势。主要包括美国国家科学基金会（NSF）、美国科学院及其旗下的研究协会（NRC）和美国地质调查局（USGS）的战略规划提出的“未来地球”、“时域地球”等十年远景, 欧洲提出“地球生存计划”, 欧洲地球科学联合会（EGU）和美国地球物理联合会（AGU）等六个地学学会联合发布了“地球科学专门知识应对全球社会挑战的重要性宣言”。过去10年, NSF 制定和颁布了《地球科学研究的新机遇（New Research Opportunities in the Earth Science） 》和《时域地球--- 2020-2030愿景报告（A Vision for NSF Earth Sciences 2020-2030: Earth in Time） 》。此外, 美国科学院研究协会和 USGS 相关领域的发展报告、地质学学科的基金申请报告也颇具影响, 其中值得提及的有：2011 年出版的《地球起源与演化：演化中的行星科学问题（Origin and Evolution of Earth: Research Questions for a Changing Planet）》；2013出版的《准备下一代地球科学家：联邦教育和培训计划的审视（Preparing the Next Generation of Earth Scientists: An Examination of Federal Education and Training Programs）》；2018年出版的《大地构造学研究的挑战和机遇：从地质时间到人类时间尺度地球系统与变形及其过程的关系（Challenges and opportunities for research in tectonics-Understanding deformation and the processes that link earth systems, from geologic time to Human Time） 》等。所有上述有关地质学发展规划和报告有一个明显的特点, 即都由两大方面的内容组成：推荐未来优先研究领域以及为实现优先领域研究的手段和途径。

1. 国际地球科学优先发展领域

近10年来, 国际地球科学及其相关学科战略规划建议优先研究的重大科学问题主要包括固体地球、地球系统和服务社会三大领域。以2011年《地球起源与演化：演化中的行星科学问题》中提出的地球起源、宜居地球等重大科学问题为契机, 2012 年在《地球科学研究的新机遇（NROE）》中进一步强调未来新研究机遇将向地球系统科学研究方向的转型, 强调研究对象与海洋、大气、生物科学以及工程、计算机和社会科学的交叉。它提出的8个研究机遇4个涉及固体地球, 其余为地球系统科学问题, 并首次提出人类世活动对生态环境影响的研究。2018年, 美国地质学界构造学科发布《大地构造学研究的挑战与机遇：从地质时间到人类时间尺度地球系统与变形及其过程的关系》, 在强调固体地球科学研究的基础上, 提出指导构造地质学未来十年甚至更长时间内研究方向的五个“重大挑战”：四维视角认识行星演化、整个岩石圈的流变学变化、从地表到岩石圈底部的断层行为、地表过程与构造地质的相互作用、推进构造地质学和大地构造研究与满足社会需求。该报告强调固体地球的构造变形是地球系统各圈层相互作用以及地表构造地貌过程的驱动力。2020 年, 美国 NSF 发布《时域地球--- 2020-2030愿景报告》, 提出了固体地球科学、地球系统和服务人类社会十二个优先发展领域。地球深部动力学将作为未来固体地球方面的重大课题, 而地球系统方面的重大科学问题明显由固体地球的地质作用视角出发, 探讨其与其他圈层的关联和相互作用。同时, 服务社会方面的研究内容几乎渗透到所有的地球科学规划发展报告中, 首先明确地球科学是支持人类社会可持续发展和保障社会文明发展科学不可或缺的。

1. 高新技术的引入与研究手段的革新, 地质学教育与人才培养模式创新

国际地球科学界普遍认识到高新技术（分析测试、数据集成、计算和模拟）和探测设备（高精度实验测试仪器和平台）对于学科发展的重要性, 包括探测系统、分析方法、分子技术、计算工具以及生物信息的提取为地球科学发展提供了更多的获取大数据信息的机会。用新型工具装备起来的地球科学正在转型去探索更加深入的基本科学问题——地球和生命起源、行星构造及其动力学；气候环境变化和生命演化及其与地球内部的联系, 以及预测未来地球对人类社会发展的影响。新技术和新仪器的应用使地质学的观测范围从全球尺度的板块构造到纳米尺度的显微构造；不仅可以定量研究微秒时间尺度的岩石瞬间破裂, 而且可以确定10亿年时间尺度的造山过程。地质学家可以进入矿物内部分辨单个的原子, 测试地球内部重压和高温下的岩石性质；实时监测大陆的漂移、山脉的形成和自然灾害；紧密结合现代生命科学理论和技术发展,揭示生命如何演化并与地球的协同作用过程与机制。同时, 深入参与行星科学研究, 从陨石和地外提取新的材料和信息, 探索行星形成及其内部作用过程与机理。

另外, 国际地球科学界日益重视地球科学人才培养问题, 积极为未来地球科学研究储备人才。提倡大力培养既懂科学研究又懂测试技术、设备研发的高端人才, 同时注意培养数据分析、计算人才以及技术人员等。美国将地质教育分作两部分：学校正规教育和培训计划。前者包括研究型大学的高等教育培养高级人才和学龄前儿童到中学毕业生的基础培育, 后者则是针对社会各类人员更新知识和技能所需的培训。

综上所述, 地球科学的研究现状和前沿态势表现为：（1）固体地球、地球系统和服务人类社会三部分的研究不仅是过去 10 年的主题, 而且是地球科学未来相当长时间的主旋律；（2）在固体地球领域, 深部地球动力学及其相关科学问题不但是当今而且将是未来地质学研究的持续热点；（3）固体地球构造过程与动力学在很大程度上驱动和制约着地球系统多圈层相互作用。因此, 以固体地球研究为基础, 拓展地球系统多层圈相互作用的多元化研究将是现在和未来的主攻方向；（4）地质学科发展离不开分析探测技术和信息技术的进步, 因此软、硬件设施的基础建设非常重要；（5）地学人才的教育培养要从基础教育抓起, 提倡大力培养既懂科学研究又懂测试技术、设备的高端人才。

3 我国地质学学科发展现状

随着我国国民经济发展和科学技术进步, 国家加大了对基础科学研究的投入力度, 推动我国地质学学科发展走上了快车道。近10年来, 我国地质学在科学研究、服务国家重大需求、人才培养、基础设施建设诸方面都取得了世界瞩目的成就, 正在从地质大国向地质强国迈进。

1. 固体地球和地球系统研究并重的格局正在形成

随着国际地学前沿逐渐由大陆动力学研究向地球系统科学研究的转化, 国家自然科学基金委员会适时提出“三深一系统”（深空、深海、深地、地球系统科学）的战略布局, 以及“四梁八柱”的科学构思。目前我国地质学已基本形成固体地球与地球系统研究并重的局面, 从大的研究格局上已经与国际前沿接轨。2014年,《国家自然科学基金“十三五”地球科学战略研究报告》中提出的 2020 年有望突破的地质学 5个领域中, 3个是固体地球研究领域, 2个属于地球系统研究领域, 清楚表明我国地质学研究在坚守固体地球科学研究的同时, 已经开始向地球系统研究转变。2017 年《板块构造与大陆动力学》学科发展战略, 不仅聚焦于地质学构造领域未来研究规划, 而且特别强调“构造与环境协同演化”, 提出了三个属于地球系统研究范畴的重大科学挑战, 主张岩石圈地质构造与地球系统其它圈层的紧密关联以及在多圈层相互作用过程中的重要地位。2020 年出版的《大陆成矿学》学科发展战略不仅聚焦学科前沿、交叉方向和新的生长点, 而且提出了矿床学人才与技术平台建设的建议。2021年出版的《2021-2030地球科学发展战略：宜居地球的过去、现在和未来》, 从深地、深海、深空、地球系统和科研政策方面, 指出掌握地球作用人类的发展规律, 指导人类生存活动、进而实现可持续发展是地球科学研究未来面临的重要科学命题, 阐述了地球宜居性的科学内涵、规律及前沿研究目标。2022年出版的《2021-2035 深地科学前沿科学问题战略研究》系统梳理了国内外深地科学研究领域的发展历程, 揭示了深地研究的多尺度特色和强系统性, 明确了深地科学研究在现代地球科学和地球系统科学中的核心地位, 分析了该领域的两大发展趋势（新技术新方法和多学科交叉融合）, 提出了深地科学前沿的十大科学问题和一个引领性技术支撑体系。

近十年来, 国家自然科学基金委员会资助了一系列重大研究计划, 诸如“华北克拉通破坏”、“地球深部动力学过程”、“特提斯地球动力系统”、“西太平洋地球系统多圈层相互作用”、“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”等, 体现了“深地、深海、深空和地球系统”的科学思路和发展态势。同时, 地质学研究在面向国家重大需求和服务于国民经济主战场方面的参与度愈来愈高。正在开展的与地质学相关的重大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”、重大项目“黄土高原重大工程灾变机理与防控”、 “高原峡谷区内外动力耦合致灾机理”、“川藏铁路深埋超长隧道工程灾变机制及防控方法”、“川藏铁路重大灾害风险识别与预警”和新近启动的“黄河专项”等, 都反映了在面向国家重大需求和国民经济主战场的前提下, 地质学践行重大基础研究和应用性研究导向的科研战略。

目前, 围绕宜居地球形成演化的核心科学问题, 国家自然科学基金委地球科学部做出了“四梁八柱”“三深一系统”（深地、深海、深空、地球系统）的顶层设计。这一顶层设计牵涉一系列重大前沿科学问题。例如, 通过地球深部过程的探索理解地球运行的驱动机制, 研究壳幔物质循环发现地球物质的运动规律, 研究圈层相互作用理解宜居地球的时空演变以及整合圈层动力过程—模拟和预测地球未来变化。同时, 这一设计又与服务于国家重大需求和国民经济主战场的历史重任紧密相关。

1. 地质学学科人才培养势头良好

近年来, 我国地球科学研究的蓬勃发展催生了人才培养的良好势头, 为地质科学研究队伍源源不断地注入了新鲜血液。在地质人才培养方面, 已建成完善的、高质量的本科-硕士-博士地质教育体系, 全国有20多所院校开设地质学专业。在高端人才培养方面, 国家自然科学基金委员会、科学技术部、教育部、自然资源部和中国科学院等部门均制定了激励人才成长的有效机制和政策, 培育大量的高层次人才, 学科领域的创新研究团队建设正在高质量加速发展。2015-2020年期间, 国家自然科学基金委地球科学部遴选资助了26个创新研究群体, 地球科学部优秀青年基金获得者235人、杰出青年基金获得者127人, 其中地质学科优青38人, 杰青24人；地质学科有13名科学家当选中国科学院和中国工程院院士。

（3）基础设施建设发展迅速

目前, 我国地质学学科相关的国家重点实验室有44个, 装备着世界一流的仪器设备, 为地球物质组成、岩石矿物结构和同位素年代学的测试分析及实验模拟提供了强有力的支撑。部分实验室分析测试水平已经跻身国际先进行列, 有些技术已经领先国际同类实验室。国际一流的实验设备和高水平的测试技术为我国地质学学科继往开来、深化固体地球科学研究和全面开展地球系统科学研究创造了良好的条件。

参考文献

董云鹏, 任建国, 张志飞, 邓军, 郭安林, 张兴亮, 胡修棉, 王强, 李建威, 邱楠生, 孙有斌, 赵国春, 张进江, 彭建兵, 林杨挺, 初航 and 吕大炜. 科学通报 67, 2708 (2022); doi: 10.1360/TB-2022-0194

图文：董云鹏, 任建国 等

校对：赖文，祝上

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