二、認識未來需要研究現在和過去

　　實現人與自然和諧發展，需要人類社會的共同努力。研究現在和未來的環境問題，需要從過去的歷史中尋找經驗。地球科學在海洋、極地和大陸等方面的新發現，為探索這一問題提供了重要的科學依據。深海沉積物是研究地球環境變化的一個很好的對象。1968年，國際上開始實施深海鑽探

　　（DSDP）和大洋鑽探計劃

　　（ODP），迄今為止，已經在世界各海洋鑽井兩千多口，取得岩芯二十余萬米，其點位遍佈各大洋和重要海域 。其中，1999年2月16日到4月12日的ODP184航次是在中國海區進行的首次鑽探，包含1143、1144、1148共3個點位。以汪品先院士為首的中國科學家為此作出了傑出貢獻。

　　深海沉積，涉及到了水圈

　　（海水）、大氣圈

　　（水氣相互作用、環流）、岩石圈

　　（海洋沉積物）和生物圈

　　（海洋生物）等多個圈層。三十餘年的鑽探，從時間維度上，大大深化了人們對地球系統的認識；藉此建立的反映過去氣候變化的深海氧同位素曲線，推翻了傳統的四次冰期理論，揭示了古氣候具有多次冰期和間冰期旋回的演變規律，已經成為舉世公認的全球變化標尺。新的“綜合大洋鑽探計劃”

　　（IODP）已于2003年10月開始。“綜合大洋鑽探計劃”

　　（Integrated Ocean Drilling Program）由日本和美國兩家主持，日本斥資6億美元，建造了比原來美國大洋鑽探船大3倍半的“地球號”鑽探船

　　（原美國“JOIDES Resolution”排水量為 16900 t，日本“地球”號為57500 t），已于2002 年初下水，2006年運行。我國于2004年4月26日由徐冠華部長在東京與日本文部省、美國基金委簽訂備忘錄，正式加入IODP。

　　地球上還有一類地域也廣受關注，那就是被冰雪覆蓋的南、北極和青藏高原高海拔地區。冰芯中保存著幾十萬年以來大氣的樣本，是研究古大氣變化的直接證據。人們已經在南極、格陵蘭和青藏高原鑽取了相當長的冰芯進行研究，包括東方站冰芯、格陵蘭冰芯、希夏邦馬峰達索普冰川海拔7000m處的冰芯、古裏雅冰芯等。東方站冰芯的溫室氣體記錄了42萬年以來全球氣候和大氣成分的演變歷史，並提供了自工業革命以來CO2、CH4急劇增高的證據。IPCC還據此對未來的大氣狀況作了推測。1996～2003年，EPICA

　　（ European Project for Ice Coring in Antarctica，歐洲南極冰芯計劃）對長達3km的Dome C 冰芯的研究又將這一時間延長到過去的74萬年。極地冰芯的獲得使我們對過去的地球系統有了更加直觀的認識。

　　除了海洋和極地冰芯以外，在陸地表層還存在著既能反映全球變化，又具有區域性特徵的陸相沉積物——黃土。地球上有兩大粉塵傳輸系統：①從非洲Sahara 和 Sahel到美洲、歐洲和中東；②從中國的戈壁沙漠飄洋過海到達北美，甚至跨過大西洋到歐洲。其中，後者沉降在中國大陸的部分形成了黃土高原。從地理學的角度看，黃土高原位於亞洲半乾旱區，是重要的小麥和玉米分佈帶，集中了大量人口。過去250萬年形成的黃土中的多層古土壤揭示了氣候冷幹—暖濕的多旋回變化；而距今600萬~2200萬年黃土的發現，又使人們對全球變化有了新的認識。黃土不僅記錄著2200萬年以來大氣圈、水圈、岩石圈和生物圈的相互作用，也記錄著古人類的演化歷史，藍田的黃土石器工業、東胡林的人類化石等就是典型的例子。

　　黃土還與內陸乾旱化、沙塵暴、古文明的變遷等諸多關係到國計民生的問題息息相關。例如，亞洲大氣粉塵載荷記錄了19個快速波動，這些波動與格陵蘭冰芯記錄的千年尺度波動和Heinrich 事件相對應。在每一次高粉塵載荷期之後都伴隨著一次北太平洋海水錶面冬溫的降低。

　　黃土研究也使我們認識到了黃土高原植被分佈具有溝谷和垣面的差異、基岩山地和黃土垣的差異

　　（基岩山地可以生長森林，黃土垣區以草原為主）、地帶性和區域性的差異等。相關研究不僅使我們對陸地系統的認識邁上了新臺階，還引發了人們對實現人與自然協調發展的積極思考。朱顯謨院士在《黃土高原農業可持續發展的28字方略》一文中就提出：“全部降水就地入滲攔蓄，米糧下川上垣，林果下溝上岔，草灌上坡下坬”；而朱海之“黃河泥沙主要來自砂黃土地區”的研究結果，則為治理黃河提供了重要依據。

　　另外，對湖泊、泥炭、珊瑚、洞穴石筍、樹木年輪、古動物牙齒等的研究也是卓有成效的，豐富了我們對地球系統的認知能力。

　　對深海沉積、冰芯和黃土等等的研究結果，雖各自獨立、各具特色，但卻有著驚人的一致性，這充分體現了地球系統的和諧統一；同時也提醒我們，尤其是地學工作者，很多時候是有必要將自己的研究對象納入地球系統的範疇來進一步考慮的。

　　三、我們知道的比我們需要知道的要少得多——地球系統的複雜性

　　過去的研究工作，使得我們能夠全方位、多角度、多元化地了解過去的地球系統，然而，地球系統是非常複雜的，我們對她的認識還遠遠不夠。若想全面、準確地理解地球系統，為實現人與自然協調發展提供更加完備的科學理論，我們已經知道的要比我們需要知道的要少得多。

　　例如，當今社會廣為關注的大氣CO2溫室效應問題：雖然人們已經從冰芯中了解到過去42萬年來CO2、CH4等溫室氣體的變化規律，但是，對於CO2和全球變暖之間的關係還不是十分清楚。在短時間尺度上，CO2濃度變化與全球溫度變化一致；隨著大氣CO2濃度的進一步增加，溫度是否會繼續增加下去呢？工業革命以來，大氣中CO2增加了8010-6 v，我們今天的氣候卻不比過去更溫暖，為什麼？中新世早期全球十分溫暖， CO2濃度卻不高，被稱為“沒有CO2的溫室效應”，這又是為什麼？

　　同時，有人認為，CO2 含量在冰期和間冰期的變化是很大的，足以成為氣候變化的重要驅動因子；也有人指出，過去4個冰期—間冰期旋回大氣CO2含量隨時間的變化模式錶明，CO2

　　（以及CH4）含量也隨氣候的變化而變化，即CO2

　　（以及CH4）含量是氣候波動的“果”而不是“因”。這些不一致意見表明，我們對 CO2的氣候效應及環境系統內部的運作過程還缺乏深入的理解。

　　又如，全新世中期是氣候溫暖的時期，但雷州半島海岸線珊瑚7500～7000a B.P.有9次死亡，説明在全新世溫暖期有急劇變冷事件。進一步研究後發現，冷事件期間，夏季溫度與1994～2000年相似，冬季卻要低3~4℃，月最低溫度可達10.7℃以下，導致珊瑚大量死亡，形成“雷州事件”。

　　再如，中國羅布泊的乾涸發生在20世紀60年代，而非洲乍得湖也是在同一時期開始變幹，這究竟是偶然還是必然？

　　溫室氣體和氣候突變等例子説明，地球環境是一個非常複雜的系統，各圈層之間的相互作用在時間和空間維度上都是無比精妙的，我們已經認識到的僅僅是冰山之一角；而人類的日益繁盛，又使得這個系統的複雜性和不確定性大為增強。人類活動已經成為一種重要的地質營力，在地球系統的運轉中發揮著越來越多、越來越鮮明的作用，這迫使我們必須從一個嶄新的視角來考察今天的地球系統。

　　四、人類世——人與自然協調發展的新視角

　　2000年，考慮到人類對地球系統已經而且還會繼續對地球系統産生巨大的、不容忽視的影響，諾貝爾獎獲得者P. Crutzen等建議從一個全新的角度來研究地球系統，即人類世。P. Crutzen 等認為：“無過於把當今地質時代叫做‘人類世’，以強調人類在地質和生態中的核心作用更為合適的了”，人類活動造成的影響將在未來很長的一段時間內存在，未來甚至在5萬年內人類仍然是一個主要的地質推動力，造成的影響及不良影響還難以消除。

　　“人類世”概念的提出可能是地質學的又一次飛躍。

　　實際上，人類世的思想內涵由來已久。1926年，地球化學的先驅維爾納德茨基

　　（Vernadsky）率先提出了“人類代”

　　（Anthropozoic）一説，他認為“在地球表面上，沒有比全體生物界的化學作用更為強大的了。”而著名學者德日進神父

　　（Pierre Teilhard De Chardin）則確立了會思考的地球觀——“智慧圈”

　　（No-sphere）理念。2000年，P Crutzen和E. F. Stoermer明確了人類世

　　（Anthropocene）這一人類地質學概念。

　　工業革命以來，全球人口迅猛增長，生産力不斷飛躍，經濟高速發展。科學技術的騰飛為人們插上了改造自然的翅膀，人類活動已經成為重要的地質營力，其負面影響正在加劇侵襲著人類賴以生存的地球系統。因此，P. Crutzen認為，人類世可以説是從18世紀晚期開始的，其特徵是從南極冰層捕獲的大氣中CO2和CH4的全球性增高。這恰與1784年瓦特發明蒸汽機的時間相當。

　　W. F. Ruddiman則提出了對人類世的新假説：人類世實際開始於幾千年以前，是農業出現及隨之而來的農業實踐中的技術革新的結果。

　　我們認為，早在農業開始出現的時候

　　（可能是14000年前），人類就已經造成了地球表面土地覆蓋的改變，開始了一個新的環境地質時代。因此，人類生産力發展的第一次飛躍——農業革命的開端可以作為人類世的起點。

　　當今世界，人類對環境的影響日益強烈，已經處於間冰期的地球可能即將進入一個 “超級間冰期”，所以有人稱地球為Terra Incognia；也有人認為地球可能出現新的降溫，進入下一個冰期。

　　未來若干年，地球是繼續變暖，還是會進入一個新的冰期？災難性氣候會不會出現？在這些問題上，作為地質營力的人類負有重大的責任。或者可以説，人類的行為對地球系統未來的走向有著不容忽視的影響。

　　總之，人類世是最新的一個地質時代，其特點是人與自然相互作用的加劇，涉及到可持續發展的各個方面。

　　研究人類世，不僅需要多種自然科學的交叉融合，甚至要求自然科學和社會科學的通力合作，加強地球系統研究，實現人與自然和諧發展。

　　在聯合國的支持下，2006年將被作為“國際行星地球年”。 這是當前所有學科中最有雄心和最有遠見的科學計劃。其內容包括：

　　（1）地下水——可持續利用；

　　（2）地質災害——縮小危害，加強預報；

　　（3）地球與健康——建立一個更安全的環境；

　　（4）氣候——建立檔案庫

　　（‘stone tape ’）；

　　（5）資源——可持續發展的可持續能力；

　　（6）巨型城市——深入地下與更為安全。

　　中國將協助有117個成員國的國際地質聯合會

　　（IUGS）推動這一計劃。這要求地球科學工作者全面地、不斷地努力發展我們的事業，為人與自然和諧發展的基礎科學研究而奮鬥。