从“四大演化”到“四深探索”：解码地球46亿年史诗

我们每个人生下来，睁开眼看到世界、耳朵听到风声、身体感受到温度时，一定会好奇“人是怎么来的”。我们把这个问题叫“生命起源”。而人生活在地球上，又会问“地球是怎么来的”，这就是地球演化的知识。再往远想，你可能会开始对整个宇宙充满好奇，想知道“宇宙是怎么来的”。其实，宇宙、地球、生命的起源和演化，是自然科学里的三大基本科学问题。也正是这些问题，引发了人类对自然的探索和认知。

地球是复杂的四维系统 “四深探索”正在拓宽人类认知边界

我们关注最多的是地球的起源，因为地球孕育了生命。我们在理解地球时，首先是用眼睛去看。但人眼看到的是有限的，只能看到2.5维。在传统文化里，人有所谓“天眼”，能看到过去；而在神话里，神仙的眼睛不仅能看到过去，还能感知未来，能360度观察。

这背后其实隐藏了一个事实，那就是我们的地球是一个立体的三维空间系统：深空、深海、深地，再加上46亿年地球演化历史的时间维度——深时，那就是4维系统。按照现在人的视觉特征，只能感知2.5维，还有1.5维不能感知的部分只能靠想象。所以我们需要借助科学仪器把另外的1.5维补齐，将地球四十六亿年的演化弄清楚。为了回答这个问题，就诞生了一门学科，叫地球科学，研究地球的起源、结构、演化和活动规律。

探索地球的起源与演化，又可以分为地理演化、生物演化、气候演化和物质演化。

地理演化是地球表面形态在数百万年尺度上缓慢而持续的动态重塑过程，包括山脉的隆起、平原的沉降、河流的改道、气候的重塑等。

气候演化是指地球气候系统在漫长地质时期（数百万年至亿年尺度）中发生的长期变化。它涉及全球温度、降水格局、大气成分和冰盖范围等重大变迁，是由自然因素和人类活动共同驱动的。

生物演化是地球上生命在漫长时间中不断发生变化的自然过程。在这个过程中，一些生物灭绝了，一些生物保留下来并不断适应环境，形成今天丰富多样的生命形式。

物质演化是地球科学中的一个基本过程，它指的是地球内部和地表各种物质，比如岩石、水、油气等，在漫长的时间中逐渐形成、转化和聚集的过程。

如果我们把这四个演化放在一起，那就拓宽了人类对自身以及周围环境的理解，也就理解了地球。而当下人类认知的前沿就在“四深”。深时：穿越过去，揭示地球演化的密码；深地：深入地形，探索地球的骨架；深海：深入海底，揭开蓝色星球的面纱；深空：仰望星河，追问宇宙的起源与未来。

比如深地，从格陵冰盖到太平洋底，全球科学家50多年来通过国际大洋发现计划钻探了4230多口钻井，获取近500km的岩芯样品。这些岩芯记录着这颗蓝色星球板块碰撞、岩浆奔流和生命演化的过程。

在深海，过去人类对200米以下海洋的认识如同盲人摸象。如今，中国主导构建的“四站三网”——这张全球规模最大的空-天-海立体监测网，可以实时捕捉洋流脉动、监听火山呼吸、追踪神秘生物，在揭开“蓝色星球”神秘面纱的同时，拓展人类认识的“新边彊”。

大数据、人工智能 重塑地球科学研究范式

今天，近80亿人几乎都是在地球陆地表面生活，巨大的地球深部、广阔的海洋深部、未知的宇宙深部、过去的地球历史，我们过不去也看不见，科学而系统地认知复杂四维动态的地球是人类共同的使命。

幸运的是，大数据和人工智能等先进技术，正深刻重塑着地球科学探索世界的方式，推动着地球科学在新时代走向系统科学研究。

2019年，我国科学家牵头发起深时数字地球（Deep-time Digital Earth, DDE）国际大科学计划。DDE计划的使命就是协同全球地球演化数据，促进地学知识共享，实现地球系统理论创新，助力全球可持续发展。它将通过全球协作，回答地理演化、气候演化、生命演化、物质演化四大基础科学问题。

为此，它将建立一种新的科学体系来支撑全球科学家协作，包含“大数据、大知识、大平台、大科学和大传播”五大研究体系。总之，就是需要整合全球数据和多学科知识，建一个大平台，供大家共同研究。同时，要传播科学知识，让每个人都了解地球，共同保护它。

可以预见，未来大数据和人工智能将深度融合，可以处理海量信息，揭示环境与人类情绪、健康的关联，呈现气候变暖对人类威胁，为应对气候变化、制定保护方案提供科学依据。

如果我们算清楚这些问题，就能知道如何自我保护，如何保护全球环境，这对人类至关重要。而这正是深时数字地球（DDE）国际大科学计划要做的，用新科学手段守护共同的家园。

我们要共同努力、不断超越，把这项国际大科学计划在杭州高高竖起，让中国的成果走向世界。

本文系中国科学院地理科学与资源研究所研究员周成虎在“走近国之重器”年度特别策划——深时数字地球国际大科学计划主题活动上的演讲

文字整理：光明网记者肖春芳 程丽华（实习）