要进一步拓展视阈，从地外宇宙、地球深部和微生物三大方向去探索驱动机制

    人类太年轻，面对46亿岁的地球连灰孙子都轮不上。尽管都挤在地球表面，却并不妨碍我们自称是“征服地球的万物之灵”。近来又进了一步，有人在国际权威刊物上声称：在推动地球系统变化上，人类已经可以媲美、甚至超越了自然界，这是真的吗？
 

    当前，地球系统科学研究有两种走向：一种是聚焦在人类尺度上，另一种是探索地球系统变化的自然规律。前者为人类寻找可持续发展道路，受到国际社会重视。但地球系统演变的时空尺度远远超越人类尺度，只有探索自然界自身的变化规律，人类才能科学应对地球系统的变化，这就是第二种走向。
 

    就科学与人类未来发展而言，两者都重要。但当前地球系统科学研究主要还局限在地球表层，需要进一步拓展视阈，从地外宇宙、地球深部和微生物三大方向去探索地球系统演变的驱动机制。
 

地外宇宙
 

    研究社会历史要了解国际背景，探索地球演变也必须研究地球以外的因素。我们只知道小行星撞击造成了恐龙灭绝，其实随着航天技术和天文科学的飞速发展，科学家发现从小行星带到银河系都有自己的演化历史，都可能影响地球。
 

    3500万年前小行星带的“动乱”，在西伯利亚和美国东岸各留下了上百公里大的撞击坑，很可能造成了3400万年前南极冰盖的形成；200多万年前太阳系穿过银河系里寒冷的“星际云”，失去太阳风保护的地球直接暴露在宇宙辐射下，可能促成了北极冰盖的产生。认真对比可发现，地球历史的重大气候环境事件，可能都有地外因素的作用。
 

地球内部
 

    近年来发现，地球上的水、碳循环都有深部过程，地球内部含有的水和碳比表层高出几个数量级。而地球各个圈层之间，最大的界面不在地表，而在地幔的底部，也就是地幔和地核的界面。
 

地球的分层与地核的表面

    地核主要成分是铁，地幔则主要是硅，外核与下地幔的比重差异远远大于地壳和大气、海洋的差别。两者之间不但有1000—2000℃的温差，还有百倍于珠峰的高差，因此地幔与地核的界面是地球内部物质能量交换的热点。这个地球深处界面我们至今了解不多，但是推想地球表层20亿年前的“大氧化作用”和驱动表层构造旋回的全地幔环流，都有地幔底部过程的反映。
 

微生物
 

    地球表层系统的演变也有内部过程的推动，主要就是生物圈和地圈的相互作用。我们认识地质历史，历来把重点放在动物演化上，地质年代就是根据动物化石划分的。但是生命科学的进展，尤其是分子生物学的发展，越来越显示出微生物的重要作用。从今天地球上的生物量看，植物占地球生物圈的4/5，微生物占1/7，动物只占1/200， 植物和微生物才是生物圈的主体。更惊人的是，地球上70%的微生物都在深海沉积和陆地土壤以下，属于岩石和地层里的“深部生物圈”，且90%以上都处于长期休眠状态。它们是地球上最早、也是最基层的生物，但离人类视阈太远，在地球系统中所起的作用至今未被人类重视。
 

现代地球上的生物量

    现在回到我们的问题：谁在推动地球表层系统的变化？系统外面既有地球以外的宇宙因素，又有地球里面的深部因素；在表层系统内部，推动力主要是生物圈和地圈的相互作用。无论内因还是外因，都有突出环节构成地球系统研究的弱点甚至盲点。
 

    人类智力的演化产生、尤其是科技的发展，为地球系统演化提出了新问题，而且今后会更加尖锐；但人类毕竟还是生物圈里的一个物种，人类活动至今还是在地球表层系统。因此，一方面要加紧研究人类社会可持续发展的道路，另一方面必须探索地球系统演化的自然规律。
 

    如果以为在如今的地球系统变化中，人类已成为主角，因而忽视对自然规律的认识，那将是盲人瞎马，把人类对地球系统的认知引向危险的误区。

    栏目主编：许琦敏

    文字编辑：刘琦

    题图来源：同济大学海洋与地球科学学院提供