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    板塊構造與大陸動力學面臨的19 個科學挑戰

    時間:2017-05-22 來源:賽杰奧 點擊:

    根據發展態勢分析,20 世紀中葉形成的板塊構造理論給地球科學帶來了根本性革命。該理論本身也被稱為世界自然科學的三大革命之一,并成為當今地球科學研究的指導性理論。

     

    但是,板塊構造理論尚存在著自身的不足,其面臨的挑戰可歸結為板塊起源、板塊動力板塊上陸三大難題。而針對板塊上陸所產生的大陸動力學,雖然經歷了近30 年的探索,但至今尚未形成系統理論。在今后一段時間,大陸動力學依然是發展和完善板塊構造理論的關鍵所在,依然是國際,尤其是中國地球科學界的優先發展方向。

     

    而正是在大陸動力學方面,中國豐富多彩的大陸構造,為創建與發展大陸動力學理論、完善板塊構造理論提供了得天獨厚的物質條件;同時,中國30 多年的快速發展及巨大的科研投入,并通過科學家的艱苦努力,中國地球科學已經在科學數據、科研成果和人才培養等方面形成了明顯的優勢,具備了向國際地球科學前沿沖擊、占領學術高地的能力。

     

    由于學科領域發展需求和中國自然與科學的條件,目前擺在中國地球科學家面前的是一個重大的機遇,如果抓住這個機遇,我們有望在不久的將來,在某些重要領域取得國際領先地位,創造出自己的理論體系,為發展與完善板塊構造理論做出應有的貢獻。

     

    根據板塊構造理論與大陸動力學面臨的科學挑戰,結合我國的地域特色,發揮我國地球科學優勢,本書認為,今后在本研究領域的發展戰略應將“發展板塊構造理論、創建大陸動力學理論體系”作為基本指導思想,同時將“前板塊體制與板塊起源”“微小陸塊拼接與改造”“大陸構造與陸內動力學過程”作為優先目標,希望在未來10 年集中優勢資源,力爭在這三個方向有所突破。

     

    為體現這種研究思路,達到優先目標,特推薦以下4 個未來10 年的發展方向和19 個科學挑戰與優先研究方向。

     

    4個發展方向

     

     

    ▋1. 前板塊構造與板塊起源

     

    研究將集中于早期地球,主要是探究地球自形成以來早期(特別是冥古宙及太古宙)的構造體制與演化。主要研究內容包括:地球板塊構造體制何時啟動;如何啟動、啟動的機制是什么;如果地球不是一開始形成就有板塊,那么出現板塊前是什么樣的構造體制。這其中自然包括了有關初始陸殼及大陸的起源問題。

     

    2. 大陸的生長與再造

     

    本部分為大陸動力學研究范疇,將立足中國大陸內部及邊緣,并結合國際經典及重點地區,集中研究大陸構造與大陸動力學問題,這是最有望基于中國研究而形成國際領先的方向。最核心的研究內容包括:①大陸的形成與演化及超大陸的聚散動力機制,其中強調多陸塊拼合及大陸內部改造等;②大陸巖石流變學研究,該方向是深化和發展大陸動力學的基礎之一,所以也將是未來10 年大陸動力學的核心內容之一。

     

    3. 構造與環境協同演化

     

    進入21 世紀以來,國際上掀起了地球系統科學、四維或未來地球的研究熱潮,研究的側重點為科學與社會共同關切的尖端科學問題。根據我國國情,下面列出了3 個相關的研究方向,作為未來10 年的優先發展方向,具體為地球演化與生命的協同發展、圈層相互作用及地質環境,尤其是地震過程的研究最為社會所關切。

     

    4. 地球動力系統與重建

     

    該領域方向主要針對板塊動力學問題,并從全球和行星尺度探討地球動力學問題。包括地球歷史重建、地球三維結構解剖、地幔動力學等。為了進一步指明具體、務實和切實可行的研究內容,以科學挑戰的形式,在每個發展方向下設若干個科學挑戰,作為今后10 年具體的研究方向。遴選優先研究方向的原則是:①對學科領域發展具有帶動作用,充分體現我國的優勢與特色,并有利于迅速提升我國地球科學的國際地位;②有利于解決我國面臨的自然資源與自然環境重大難題,對社會和經濟發展產生重要影響;③突出學科發展前沿和學科交叉與融合,實現地球科學基礎研究的重要突破。

     

    19個科學挑戰與優先研究方向

     

     

    (一)前板塊構造與板塊起源

     

    科學挑戰1:大陸起源與早期構造體制

    科學挑戰2:板塊構造啟動的時間與機制

     

    (二)大陸的生長與再造

     

    科學挑戰3:大陸增生

    科學挑戰4:大陸的保存與再造

    科學挑戰5:巨量花崗巖與大陸構造意義

    科學挑戰6:陸內構造與動力學

    科學挑戰7:大陸流變性狀與大陸變形

    科學挑戰8:沉積盆地動力學

    科學挑戰9:洋- 陸過渡帶地質過程與效應

    科學挑戰10:超大陸聚散及其動力機制

    科學挑戰11:大陸構造與成礦成藏作用

    科學挑戰12:青藏高原生長及其周緣響應

     

    (三)構造與環境協同演化

     

    科學挑戰13:重大構造事件的環境與生命巨變

    科學挑戰14:構造- 氣候- 地表過程的相互作用

    科學挑戰15:大陸地殼變形局部化過程與地震

     

    (四)地球動力系統與重建

     

    科學挑戰16:變形與微板塊構造恢復

    科學挑戰17:東亞大陸巖石圈三維結構與狀態

    科學挑戰18:動力地形與深部地幔耦合

    科學挑戰19:四維行星地球動力學

     

    我們希望,隨著板塊構造理論的不斷發展,以及對大陸構造及大陸動力學理論的不斷探索,我國地球科學家將對板塊構造與大陸動力學開展更為深入的探索,從而取得更為深入、更高層次的科學新認識。

     

    根據調研可以預見,我國科學家將會在前板塊體制與板塊起源、微小陸塊拼接與改造、陸內構造動力學過程、大陸巖石圈流變學、陸內變形過程,地球圈層相互作用、大陸聚散與生命演化等方面做出新的突出的創新性成果。而這些新突破、新認識的產生將標志著大陸動力學理論的發展與創建和板塊構造理論的完善與發展,并使地球科學理論朝著新的包含板塊構造理論在內的行星地球構造觀與理論體系方向發展。

     

    顯而易見,中國地球科學界已進入深化發展板塊構造理論、構建大陸動力學理論的門檻,或者說已處于地球科學新理論誕生的前夜,其中大陸構造及動力學將成為地球科學新理論產生的重要生長點。重新揭示和認知大陸及其形成演化規律,解決板塊構造理論目前尚不能回答的問題,建立大陸構造理論系統,無疑是當代地學基本理論的重大前沿科學問題和任務。

     

    如果說20 世紀60 年代,由于我們國家內部自己的原因而失去了參與國際建立板塊構造理論體系的機會,現在我們則不應在板塊構造理論新發展與大陸動力學的創新和理論創建方面再次失去機遇。

     

     

    本文摘編自《中國學科發展戰略·板塊構造與大陸動力學》(國家自然科學基金委員會, 中國科學院編. 責任編輯:侯俊琳 楊嬋娟 吳春花. 北京:科學出版社,2017.3)一書“第三章  發展現狀與發展態勢”,標題為編者所加。

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