科学通报 | 徐义刚院士: 地球科学对人类文明的贡献|地学|地球科学|徐义刚|达尔文

徐义刚中国科学院广州地球化学研究所研究员, 中国科学院院士、美国地质学会会士、美国地球物理联合会会士、国际地球化学学会会士. 主要从事地幔岩石学、深地科学和宜居地球研究. 在华北克拉通破坏、峨眉山大火成岩省以及东亚大地幔楔等方面取得创新认识.

地球是人类的摇篮与唯一的家园。地球系统即使是微小变化, 也会对人类社会和文明进程产生深远的影响。那么，地球科学究竟如何推动人类文明的发展？

中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士在”地球科学对人类文明的贡献”一文中，从文明演化的角度，提出认知、财富和规则为人类文明的新三要素，并提出评判对人类文明发展贡献的三个依据。

文章从认识自然、利用自然、和谐自然三个维度举例梳理了地球科学对人类文明发展的历史贡献，阐述了我国地球科学家在促进世界/中国社会和经济发展中的贡献，旨在进一步提升地球科学的社会功能，以期在未来文明发展中，特别是应对全球性挑战和促进可持续发展，发挥更大的作用。

1 地球科学的双重属性

地球科学是研究地球的结构、形成和演化的基础学科，其最终功能是认识地球、造福人类。它具有基础性和应用性双重属性。

基础性体现在地球科学探索自然的最基本规律。地球科学缺席的人类认知体系是不完整的——天体起源、生命起源和人类的起源等根本问题，都离不开地球科学的研究。
应用性则体现在资源能源开发、生态环境保护、灾害预警和预测等方面。地球科学不仅帮助人类获取对自然的认知，还为如何适应、利用、保护自然提供了科学的方法论和行动指南。

2人类文明的三要素

文章提出了一种新的文明评判框架，即认知、财富和规则（图1）。

认知：对生存环境、自然规律、人与自然以及人与人之间关系的认识，决定了人类文明的高度。
财富：通过劳动和技术革命创造和积累财富，改善和提高人的生存质量，这是人类的天性与内在需求。
规则：文明的本质是使人类脱离野蛮状态、进入有序社会。在全球化的今天，“地球-生命共同体”理念下的全球治理体系，成为新的文明标杆。

基于此，评判地球科学对文明贡献的标准可以归纳为三个维度：是否颠覆了人类的认知？是否提高了生产力而创造了财富，改善了人的生存质量、改变了人的生活方式？是否形成了共识，改善了人地关系，促进了全球治理？（图1）

图1 人类文明的三要素及评判地球科学对人类文明贡献的依据

3 历史贡献：三个维度的深度解读

3.1大幅提升人类对自然的认知

没有地质学，就没有进化论

1831年，达尔文带着莱伊尔的《地质学原理》开启了五年环球航行。他在自传中写道：“我在科学上所做的一切，几乎归功于对他伟大著作的研究。”莱伊尔提出的地球漫长演化史（至少3亿年），为达尔文构建生物进化思想奠定了坚实基础。

随后，地球化学家克莱·帕特森在20世纪50年代用铅同位素方法将地球年龄精确确定为45.5亿年；古生物学家发现最早的生命出现于38亿年前；东非阿法尔洼地发现的318万年前的直立人化石，奠定了“人类走出非洲”学说。这些地质学进展在更广的时空尺度为进化论提供了支撑。

改变世界的地图

1815年，威廉·史密斯绘制了第一张现代地质图，指明了英格兰产煤地层的位置，为第一次工业革命奠定了能源基础。1957年，玛丽·萨普绘制了全球第一张海底综合地图，发现了贯穿全球的8万公里洋中脊，为板块构造理论提供了关键证据。

板块构造理论：20世纪自然科学的四大成就之一

从魏格纳的大陆漂移说到海底扩张学说，再到板块构造理论，地球科学完成了一场革命。这一理论颠覆了“固定论”的地质思维，将地球作为一个整体，揭示了全球尺度的物质和能量循环方式，预测了火山、地震的分布，也揭示了矿产资源的分布和富集状态。

3.2提高生产力、改善人类生存质量

没有地质学，就没有工业革命

人类文明史就是一部能源利用史。19世纪煤炭取代柴火，推动了世界经济巨变；20世纪60年代石油取代煤炭，带来了战后繁荣；21世纪的页岩气革命，使人类社会进入多能并存、低碳经济的新阶段（图2）。

经典石油地质学理论（背斜说、圈闭说等）的提出，总在大规模能源结构更替之前的20~50年出现，这正是基础研究引领文明进步的生动写照。

图2 经典石油地质学原理的提出、世界能源体系演化与人类文明演替之间的关系图（底图据文献[20]）。图中的小红点标志着一种能源超越另一种能源所发生的时间，小红旗代表了经典的地质学原理提出的时间

尤为值得一提的是中国的“陆相生油理论”。20世纪20年代，美国人给中国扣上了“贫油”的帽子。但以潘钟祥、李四光、黄汲清为首的中国科学家提出陆相沉积也能生油，正是在这一理论指导下，先后发现了大庆油田和胜利油田。可以说，没有陆相生油理论，就没有中国的现代化工业体系。

人类文明史也是一部资源利用史

从石器时代到青铜器时代再到铁器时代，人类文明演替直接以材料命名。伴随工业化进程，人类使用的金属种类从不到6种增加到现在的几十种。板块构造理论和地幔柱理论，支撑了全球矿产资源的大规模发现（图3）。

图3人均矿产资源消费量与人均GDP之间的关系

3.3提升与自然和谐相处的能力

全球环境治理的成功案例

1952年伦敦烟雾事件直接促使英国通过《清洁空气法案》，推动了现代环境保护运动。1985年南极臭氧空洞的发现，促成《蒙特利尔议定书》，成为20世纪最成功的全球环境治理案例之一。

气候变化研究改变了世界经济发展的范式

1958年开始的基林曲线，记录了大气CO₂浓度的持续上升。在此基础上，地球科学家提出并论证了全球变暖的存在及其巨大影响。1988年成立的政府间气候变化专门委员会（IPCC）架起了科学与政治之间的桥梁。从《京都议定书》到《巴黎协定》，国际社会正以前所未有的方式建立“无碳经济”目标，重构了工业革命以来全球经济发展的范式。

4 中国地球科学的贡献

认识自然、提升认知方面

中国学者提出了陆相生油和中国特色成煤理论、大陆深俯冲、克拉通破坏、中亚型地壳生长、碰撞成矿等重要学术思想，发展了板块构造理论；建立了11个全球年代地层单位界线层型剖面（“金钉子”）；黄土研究使其与深海沉积、冰芯并列为全球变化研究的三大支柱；澄江、热河等古生物群的发现，为早期生命演化、鸟类起源提供了关键证据；重建了晚古生代生物多样性曲线，为揭开了生物大灭绝和之后的生物复苏的奥秘。

迄今为止，已有四位地球科学家（刘东生、叶笃正、曾庆存、李德仁）获得国家最高科学技术奖。