我們每個人生下來，睜開眼看到世界、耳朵聽到風聲、身體感受到溫度時，一定會好奇“人是怎么來的”。我們把這個問題叫“生命起源”。而人生活在地球上，又會問“地球是怎么來的”，這就是地球演化的知識。再往遠想，你可能會開始對整個宇宙充滿好奇，想知道“宇宙是怎么來的”。其實，宇宙、地球、生命的起源和演化，是自然科學里的三大基本科學問題。也正是這些問題，引發了人類對自然的探索和認知。

中國科學院地理科學與資源研究所研究員周成虎

地球是復雜的4維系統 “四深探索”正在拓寬人類認知邊界

我們關注最多的是地球的起源，因為地球孕育了生命。我們在理解地球時，首先是用眼睛去看。但人眼看到的是有限的，只能看到2.5維。在傳統文化里，人有所謂“天眼”，能看到過去；而在神話里，神仙的眼睛不僅能看到過去，還能感知未來，能360度觀察。

這背后其實隱藏了一個事實，那就是我們的地球是一個立體的三維空間系統：深空、深海、深地，再加上46億年地球演化歷史的時間維度——深時，那就是4維系統。按照現在人的視覺特征，只能感知2.5維，還有1.5維不能感知的部分只能靠想象。所以我們需要借助科學儀器把另外的1.5維補齊，將地球四十六億年的演化弄清楚。為了回答這個問題，就誕生了一門學科，叫地球科學，研究地球的起源、結構、演化和活動規律。

探索地球的起源與演化，又可以分為地理演化、生物演化、氣候演化和物質演化。

地理演化是地球表面形態在數百萬年尺度上緩慢而持續的動態重塑過程，包括山脈的隆起、平原的沉降、河流的改道、氣候的重塑等。

氣候演化是指地球氣候系統在漫長地質時期（數百萬年至億年尺度）中發生的長期變化。它涉及全球溫度、降水格局、大氣成分和冰蓋范圍等重大變遷，是由自然因素和人類活動共同驅動的。

生物演化是地球上生命在漫長時間中不斷發生變化的自然過程。在這個過程中，一些生物滅絕了，一些生物保留下來并不斷適應環境，形成今天豐富多樣的生命形式。

物質演化是地球科學中的一個基本過程，它指的是地球內部和地表各種物質，比如巖石、水、油氣等，在漫長的時間中逐漸形成、轉化和聚集的過程。

如果我們把這四個演化放在一起，那就拓寬了人類對自身以及周圍環境的理解，也就理解了地球。而當下人類認知的前沿就在“四深”。深時：穿越過去，揭示地球演化的密碼；深地：深入地形，探索地球的骨架；深海：深入海底，揭開藍色星球的面紗；深空：仰望星河，追問宇宙的起源與未來。

比如深地，從格陵冰蓋到太平洋底，全球科學家50多年來通過國際大洋發現計劃鉆探了4230多口鉆井，獲取近500km的巖芯樣品。這些巖芯記錄著這顆藍色星球板塊碰撞、巖漿奔流和生命演化的過程。

在深海，過去人類對200米以下海洋的認識如同盲人摸象。如今，中國主導構建的“四站三網”——這張全球規模最大的空-天-海立體監測網，可以實時捕捉洋流脈動、監聽火山呼吸、追蹤神秘生物，在揭開“藍色星球”神秘面紗的同時，拓展人類認識的“新邊彊”。

大數據、人工智能 重塑地球科學研究范式

今天，近80億人幾乎都是在地球陸地表面生活，巨大的地球深部、廣闊的海洋深部、未知的宇宙深部、過去的地球歷史，我們過不去也看不見，科學而系統地認知復雜四維動態的地球是人類共同的使命。

幸運的是，大數據和人工智能等先進技術，正深刻重塑著地球科學探索世界的方式，推動著地球科學在新時代走向系統科學研究。

2019年，我國科學家牽頭發起深時數字地球（Deep-time Digital Earth, DDE）國際大科學計劃。DDE計劃的使命就是協同全球地球演化數據，促進地學知識共享，實現地球系統理論創新，助力全球可持續發展。它將通過全球協作，回答地理演化、氣候演化、生命演化、物質演化四大基礎科學問題。

為此，它將建立一種新的科學體系來支撐全球科學家協作，包含“大數據、大知識、大平臺、大科學和大傳播”五大研究體系。總之，就是需要整合全球數據和多學科知識，建一個大平臺，供大家共同研究。同時，要傳播科學知識，讓每個人都了解地球，共同保護它。

可以預見，未來大數據和人工智能將深度融合，可以處理海量信息，揭示環境與人類情緒、健康的關聯，呈現氣候變暖對人類威脅，為應對氣候變化、制定保護方案提供科學依據。

如果我們算清楚這些問題，就能知道如何自我保護，如何保護全球環境，這對人類至關重要。而這正是深時數字地球（DDE）國際大科學計劃要做的，用新科學手段守護共同的家園。

我們要共同努力、不斷超越，把這項國際大科學計劃在杭州高高豎起，讓中國的成果走向世界。

本文系中國科學院地理科學與資源研究所研究員周成虎在“走近國之重器”年度特別策劃——深時數字地球國際大科學計劃主題活動上的演講

文字整理：記者肖春芳 程麗華（實習）

來源: 科學報國正當時

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