如果说地球科学在19世纪的最大进展在于进化论，20世纪在于板块理论，那么21世纪的突破点可能在地球系统演变的理论。因为通过20世纪的努力，人类已经处在“地球系统科学”进行“组装”的前夕。由于历史的原因，中国已经错过了上两个世纪的地学革命，不应该再次错过21世纪的地学革命。独特的自然条件，赋予中国地学界以特殊的历史使命。我国西有青藏高原，东有边缘海，广泛发育季风气候，而季风气候又促成了黄土高原和东流的大河，堆积起宽广的大陆架和沿海三角洲平原。这是当今世界上十分独特的环境，因为东亚地区是当今唯一夹在两个板块汇聚带之间的大陆，西有印度板块碰撞，东有太平洋板块俯冲，决定了新生代晚期最大构造形变和环境效应。如果从西藏到台湾做一个地形剖面，今天是西边的高原超过5 000米，向东边平原倾斜；而5 000万年前很可能与此相反，是东部高而西部低（如图15所示）。今天中国的地形分为三级，从高原到平原逐级下降，但这种地形形成很晚。长江、黄河按规模名列世界前茅，但年龄远小于国外的大河：亚马逊河、尼日尔河等都有一二千万年的历史，密西西比河可以上溯到2亿年前，而黄河、长江可能只有几百万年历史。尽管还有许多不清楚、不确切的问题，但中国地形由西倾转为东倾是没有疑问的，这种巨变发生在2 000多万年前。[43] [44]
地形变化伴随着气候改变。今天中国的干旱带在西北部，而东南部受季风的控制，夏季风带来海上的水汽，冬季风带来风尘。5 000万年前地形尚未倒转时，世界气候分带呈纬向分布，我国干旱带横贯西东，属于行星风系；大约2 000万年前才退缩到西北角，与今天的格局相似，属于季风风系。可见，我国季风气候的确立很可能与地形倒转相关。前面说过，近6 000万年来全球变冷有可能是世界高原隆升的结果，那么地形倒转、全球变冷和季风气候确立三者可能相互关联。这种地质构造运动与气候演变关系的研究，是当前国际学术界的前沿问题，也是南海大洋钻探建议的主题所在。
中国要研究的问题很多，我们西边有高原，东边是西太平洋边缘海，就在这个边缘海区发生了世界上最大的大陆（亚洲）和最大的大洋（太平洋）的能量和物质交换。而能量和物质的交换，实际上决定了世界上气候的格局。从青藏高原的最高峰到菲律宾海沟直线距离仅4 000千米，但是落差将近两万米，是世界上地形反差最大的地区之一（如图15所示），今天世界上由陆地输送到海洋的悬浮物质有70%来自亚洲的东南区[45]，这里同时也是世界上大气环流极其活跃的地区。
图15 亚洲东南巨大的地形落差
西太平洋边缘海中最为有趣的，是夹在亚洲与太平洋之间的四个海：鄂霍茨克海、日本海、东海以及南海，它们可以看作一个系统（如图16所示）。它们一方面从大陆接受河水注入（图中箭头），另一方面又以一系列海水通道与太平洋和相邻的边缘海相联（图中黑圈）。这是一个高度灵敏的水文系统，只要一个通道关闭，就有可能影响全局。[46]尤其是西太平洋区将低纬度热量向高纬度输送的黑潮，在台湾以东进入东海后又以分枝的方式流入日本海和鄂霍次克海，对东亚气候有举足轻重的影响，然而在冰期时海平面下降，黑潮主流不能进入东海和其他边缘海，使亚洲和太平洋能量与物质的交换不在边缘海内，而在边缘海外进行。这种变化不仅影响陆地的气候，还会影响西太平洋的海水，如年平均水温超过28℃的“西太平洋暖池”。[47]“暖池”区是地球上表层海水温度最高，因而也是热量和水汽交流最为强烈的海域，由此辐散的大气环流控制着季风和厄尔尼诺等全球性和区域性的气候现象。[48]所有这些，使中国岸外边缘海的古环境研究具有特殊的意义。
图16 西北太平洋边缘海的水流系统
以上所述，只是中国地球科学界应该回答的很多问题中的一部分。但是，中国的地球科学面临着这样的选择：在新世纪中还是继续主要做输出原料的工作，还是也进行深加工；我们是只出零件，还是也参加组装。如果参加组装，就得研究地球系统，而没有深海研究就谈不上地球系统。20世纪90年代初中国科学院地球科学部提出的方向称为“上天，入地，下海”，这为中国地球科学指明了方向；最近中国科学院地学部又提出“从地学大国走向地学强国”的口号，如果我们能够海陆并举，并且发挥海陆结合的优势，中国有可能在新世纪地球科学中作出应有的贡献。
应当承认，在四大古文明中，华夏文明的海洋成分比较少，直到今天我们的海洋意识还相当薄弱。传说早在公元前4世纪，亚历山大大帝就完成了第一个潜水的壮举；日本裕仁天皇1975年曾访问美国伍兹霍海洋所了解深海研究和深潜技术，当时的皇太子于1987年亲自参观了美国“阿尔文”号深潜器（Broad，1997）。国外重视海洋的例子应当对我们有所启发。
总之，新世纪的地球科学发展方向将是地球系统科学的研究，而深海研究是其中的关键。我国在新世纪中实行海陆并举、海陆结合的方针，加强对海洋的重视，将不仅是地球科学，而且也是华夏文明的发展方向。
（本文原载《百年科技回顾与展望——中外著名学者学术报告》，上海教育出版社，此文系作者在1999年“中国科学院建院50周年大会”上的报告）
【注释】
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[8]Blum W.，Golfstrom—Europas Fernheizung droht zu erkalten.Geowissen，1999，24：46-53.
[9]“大洋传送带”的假设提出后为化学海洋学、古海洋学等领域广泛运用，但是其驱动机制在物理海洋学中受到质疑，是当代海洋科学中的重大课题——编注.
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[15]此处讨论的碳循环只限于地球表层系统，即岩石圈以上的圈层。近年来的研究表明，地球内部的地核与地幔中有着巨大的碳储库，对地球表层碳循环产生影响，为此专门建立了“深部碳”研究——编注。
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