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從中國到歐洲，40攝氏度的極端高溫天似乎逐年「加碼」，科學家與老百姓一樣高度關注。國際權威文章此前就提出警告：除非人類在幾十年裏採取措施，否則地球冰期旋迴的輪替就將結束，發生氣候災變陷入「暖室期」。
但本世紀初一次國際大會開幕式上，主題報告人就責問過地球科學界：30年前喊「冰期降臨」的是你們，如今說「全球變暖」的還是你們，這讓人們如何建立對科學家的信任？
「深海院士」汪品先（資料照片）
「坦率地講，地球科學至今並不具備這類超長期氣候預測的能力，因為相對於地球系統來說，人類觀測的時間長度太短、研究的空間視域太小。」中國科學院院士、同濟大學海洋地質全國重點實驗室教授汪品先坦言，「冰期旋迴如何運行，冰室期和暖室期如何交替，我們都並不清楚；學術界流行的說法，甚至教科書裏的傳統觀點，其實都不見得正確。」
7月5日是在上海松江舉行的第八屆地球系統科學大會閉幕日，年近九旬的汪品先院士面向兩三千名與會代表，向大會提交《科學通報》線上發表的2萬言文章《地球系統科學向何處去？》，成為其團隊「地球春秋」系列研究成果的首發之作。
人類決定地球命運的假設。A-B 人類活動引來「暖室地球」的途徑：A.地球百萬年來的冰期旋迴。B.進入「暖室地球」的可能前景。C. 近80萬年來的冰期-間冰期旋迴。D.地質歷史上的暖室期。
【下一代地球系統科學走哪條路】
從追蹤溫室氣體的環境效應起步，人類開啓了對地球進行系統研究的時代。幾十年來，這一全球科學界的熱點，在政治上推行「氣候外交」，在學術上設立多種國際組織，到2001年統稱為「地球系統科學」，進入了跨越圈層系統研究的新時期。
儘管半個世紀來學術爭論從未停息，「可持續發展」的意識卻已經傳遍全球，對氣候環境的監測、預警系統也已經建立，人類如何適應當前環境成為社會政治和科學技術界的共同課題。到了2020年代，學術界提出了新問題：下一步，地球系統科學進一步發展的方向在哪裏？
經40餘年發展後，出現了兩種不同方向：一種以美國科學院報告「下一代地球系統科學」為代表，主張以人類尺度為中心，重點研究自然過程和社會過程的關係；另一種是我國的主流，主張在地球本身的尺度上，探索其演變的自然規律，人類尺度的過程只是研究內容的一部分。
在汪品先院士看來，前一種方向有強烈的針對性，試圖回答當前社會政治面對的氣候環境問題，但結果在長期預測上前後自相矛盾，其弱點在於對地球系統理解的片面性。而後者是一個面臨巨大挑戰的研究方向，一時難以回答當前的社會政治問題，卻是地球科學系統化、理論化的必由之路。
他認為，我國學術界不必盲目尾隨海外主流，建議在漢語平臺上開展超級規模的跨學科交叉，結合宇宙天文、地球深部、微生物和分子生物學等領域的新進展，建立地球系統科學的「升級版」。「強調地球系統本身的尺度，要了解自然規律，侷限於人類尺度就不可能正確回答這些問題。」
近五億年來（A）地表溫度和（B）大氣二氧化碳濃度的變化，虛線表示工業化前的當代值，兩者都在5億年來的最低水平。
【環境轉型正值地球內外「多事之秋」】
有時，人類出於視野的侷限性，容易陷入「人類中心觀」，以萬物之靈自居而無視自然規律。汪品先直言，「一個沉痛教訓就是將近70年前的‘打麻雀運動’，在‘人定勝天’的口號下全民動員，打死麻雀大約20億隻，破壞生態系統，導致農業歉收。」
同樣，歐洲科學家在19世紀末，曾提出過用地中海水引入非洲、改造沙漠氣候的「撒哈拉海」計劃；21世紀初又提出過將二氧化硫送入平流層，用硫酸鹽氣溶膠使地面降溫的建議。他坦陳，好在這類「氣候工程」都由於其不可設想的生態後果被迫喊停。
在高度複雜的「升級版」地球系統科學看來，所發現的現象之間並不見得是簡單的因果關係。每次環境轉型之前，地球內外發生過多項事件，不容易分辨其中的主次和因果。比如6600萬年前恐龍滅絕事件，不但伴有著名的小行星撞擊，在此之前已經有印度德干高原的玄武岩噴發，覆蓋面積相當於半個印度半島，噴出的劇毒氣體就足以摧殘生命。
汪品先還舉例稱，更加複雜的是3390萬年前新生代冰室期的開始，不僅發現有全球範圍的外來天體撞擊事件，還提出過撞擊塵埃形成了土星式的環，一度圍繞赤道運行導致地球降溫的假說。近來又發現是地幔柱的上升導致北冰洋和大西洋的通道開啓，改變了大洋深層環流，從而造成南半球降溫和南極冰蓋的形成。因此，南極冰蓋的產生有可能是地外地內多因素的交織，歷時百萬年計的複雜過程。
驅動地球表層系統演變的主導因素示意圖。【一部充滿偵探故事的演義】
縱觀地球歷史，驅動表層系統演變的主導因素是在變化的。汪品先認為，先後經歷了3個階段，分別以地外、地內和生命活動的驅動為主。
從46億年前地球產生，到距今大約39億年的「晚期重轟炸期」，演變的主要驅動力在於地外因素。此後的30億年裏，地球表層經歷了兩次大氧化事件，但從演變的成因上講，已經轉為以地球內部過程的驅動為主。最近的5-6億年生命演化突飛猛進，生命活動成為塑造地球宜居環境的主導力量。
地球表層的過程，總體說來是隨着時間逐步強化的。汪品先認為，地形反差和環流強度，都有加強的趨勢。隨着地球的冷卻，地殼逐漸增厚，從而使海陸地殼的比重差別加大，深海的盆地才能形成；在陸地上，只有板塊的碰撞才能產生巨型的高原山脈。從地質記錄看，顯生宙後期的地球變得山更高、水更深。另一方面，新生代晚期的南北兩極都出現了冰蓋，大幅度加強大洋和大氣的環流強度，進入地球人今天所習慣的格局。
汪品先表示，在分析地球演變內外驅動因素的基礎上，對地球系統過程進行演變機制和規律的探索，「這樣的地史學就不再是枯燥的課程，而是充滿偵探故事的演義。」這種從古到今追蹤地球演變史的新方向，就可比作「為地球譜寫春秋」。
地幔和地核之間是地球最重要的圈層分界。左：核幔界面的透視圖；右：地球內部的圈層構造。
【中國地學人爭當科學「吹哨人」】
按汪品先計劃，「地球春秋」系列由4篇文章構成，力圖闡明地球系統「升級版」的新方向。在首篇概述之後，將分別就宇宙天文、地球深部、生物圈與地圈三大方面進行分析，說明它們在地球系統演變中的各自地位和作用。
汪品先強調，只有環顧地球的外部環境，洞察地球的深部過程，才能擺脫地球科學目光短淺的侷限性；只有意識到微生物的基礎地位，在分子水平上探索生命過程，才能揭示生物圈和地圈相互作用的真諦。令他欣喜的是，地球系統科學十餘年來在我國呈現出燎原之勢, 不少單位紛紛成立地球系統研究機構, 設定地球系統課程, 出版地球系統專著和教材。
從2010年起，每兩年舉辦一次的地球系統科學大會，參會者從每次約500人猛增到2700人。目前中國地學界已經取得共識，地球系統科學在時間上正在從當前的全球變化向地球演化的早期推進，而在空間上正在將地球表層與地球內部過程連接起來研究，這也正是「未來地球科學的脈絡」。
中國擁有世界上最大的地球科學家隊伍，論文數量已經位居世界前列。同時，現有的科學積累和中國特有的自然條件，也都為實現地球科學的轉型提供了有利條件。學界研討的結果，選擇「重新認識海洋碳泵」「水循環及其軌道驅動」「東亞-西太的海陸銜接」三大方向作為潛在的突破口。
汪品先說，擴大地球系統研究的時空範圍，追求地球過程的演化規律，這是一場空前規模的科學戰役，決不是一代人所能完成的。「撰寫‘地球春秋’文章系列的目的只在於提出目標、發起研究，成為一塊引玉之磚，爭當一名科學上的‘吹哨人’。」
原標題：《40度高溫天加碼，溫室地球卻存疑，汪品先院士發表「地球春秋」把脈全球變化》
題圖來源：解放·上觀AI製圖
來源：作者：解放日報 徐瑞哲