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板块构造与大陆动力学面临的19 个科学挑战

时间:2017-05-22 来源:赛杰奥 点击:

根据发展态势分析,20 世纪中叶形成的板块构造理论给地球科学带来了根本性革命。该理论本身也被称为世界自然科学的三大革命之一,并成为当今地球科学研究的指导性理论。

 

但是,板块构造理论尚存在着自身的不足,其面临的挑战可归结为板块起源板块动力板块上陆三大难题。而针对板块上陆所产生的大陆动力学,虽然经历了近30 年的探索,但至今尚未形成系统理论。在今后一段时间,大陆动力学依然是发展和完善板块构造理论的关键所在,依然是国际,尤其是中国地球科学界的优先发展方向。

 

而正是在大陆动力学方面,中国丰富多彩的大陆构造,为创建与发展大陆动力学理论、完善板块构造理论提供了得天独厚的物质条件;同时,中国30 多年的快速发展及巨大的科研投入,并通过科学家的艰苦努力,中国地球科学已经在科学数据、科研成果和人才培养等方面形成了明显的优势,具备了向国际地球科学前沿冲击、占领学术高地的能力。

 

由于学科领域发展需求和中国自然与科学的条件,目前摆在中国地球科学家面前的是一个重大的机遇,如果抓住这个机遇,我们有望在不久的将来,在某些重要领域取得国际领先地位,创造出自己的理论体系,为发展与完善板块构造理论做出应有的贡献。

 

根据板块构造理论与大陆动力学面临的科学挑战,结合我国的地域特色,发挥我国地球科学优势,本书认为,今后在本研究领域的发展战略应将“发展板块构造理论、创建大陆动力学理论体系”作为基本指导思想,同时将“前板块体制与板块起源”“微小陆块拼接与改造”“大陆构造与陆内动力学过程”作为优先目标,希望在未来10 年集中优势资源,力争在这三个方向有所突破。

 

为体现这种研究思路,达到优先目标,特推荐以下4 个未来10 年的发展方向和19 个科学挑战与优先研究方向

 

4个发展方向

 

 

▋1. 前板块构造与板块起源

 

研究将集中于早期地球,主要是探究地球自形成以来早期(特别是冥古宙及太古宙)的构造体制与演化。主要研究内容包括:地球板块构造体制何时启动;如何启动、启动的机制是什么;如果地球不是一开始形成就有板块,那么出现板块前是什么样的构造体制。这其中自然包括了有关初始陆壳及大陆的起源问题。

 

2. 大陆的生长与再造

 

本部分为大陆动力学研究范畴,将立足中国大陆内部及边缘,并结合国际经典及重点地区,集中研究大陆构造与大陆动力学问题,这是最有望基于中国研究而形成国际领先的方向。最核心的研究内容包括:①大陆的形成与演化及超大陆的聚散动力机制,其中强调多陆块拼合及大陆内部改造等;②大陆岩石流变学研究,该方向是深化和发展大陆动力学的基础之一,所以也将是未来10 年大陆动力学的核心内容之一。

 

3. 构造与环境协同演化

 

进入21 世纪以来,国际上掀起了地球系统科学、四维或未来地球的研究热潮,研究的侧重点为科学与社会共同关切的尖端科学问题。根据我国国情,下面列出了3 个相关的研究方向,作为未来10 年的优先发展方向,具体为地球演化与生命的协同发展、圈层相互作用及地质环境,尤其是地震过程的研究最为社会所关切。

 

4. 地球动力系统与重建

 

该领域方向主要针对板块动力学问题,并从全球和行星尺度探讨地球动力学问题。包括地球历史重建、地球三维结构解剖、地幔动力学等。为了进一步指明具体、务实和切实可行的研究内容,以科学挑战的形式,在每个发展方向下设若干个科学挑战,作为今后10 年具体的研究方向。遴选优先研究方向的原则是:①对学科领域发展具有带动作用,充分体现我国的优势与特色,并有利于迅速提升我国地球科学的国际地位;②有利于解决我国面临的自然资源与自然环境重大难题,对社会和经济发展产生重要影响;③突出学科发展前沿和学科交叉与融合,实现地球科学基础研究的重要突破。

 

19个科学挑战与优先研究方向

 

 

(一)前板块构造与板块起源

 

科学挑战1:大陆起源与早期构造体制

科学挑战2:板块构造启动的时间与机制

 

(二)大陆的生长与再造

 

科学挑战3:大陆增生

科学挑战4:大陆的保存与再造

科学挑战5:巨量花岗岩与大陆构造意义

科学挑战6:陆内构造与动力学

科学挑战7:大陆流变性状与大陆变形

科学挑战8:沉积盆地动力学

科学挑战9:洋- 陆过渡带地质过程与效应

科学挑战10:超大陆聚散及其动力机制

科学挑战11:大陆构造与成矿成藏作用

科学挑战12:青藏高原生长及其周缘响应

 

(三)构造与环境协同演化

 

科学挑战13:重大构造事件的环境与生命巨变

科学挑战14:构造- 气候- 地表过程的相互作用

科学挑战15:大陆地壳变形局部化过程与地震

 

(四)地球动力系统与重建

 

科学挑战16:变形与微板块构造恢复

科学挑战17:东亚大陆岩石圈三维结构与状态

科学挑战18:动力地形与深部地幔耦合

科学挑战19:四维行星地球动力学

 

我们希望,随着板块构造理论的不断发展,以及对大陆构造及大陆动力学理论的不断探索,我国地球科学家将对板块构造与大陆动力学开展更为深入的探索,从而取得更为深入、更高层次的科学新认识。

 

根据调研可以预见,我国科学家将会在前板块体制与板块起源、微小陆块拼接与改造、陆内构造动力学过程、大陆岩石圈流变学、陆内变形过程,地球圈层相互作用、大陆聚散与生命演化等方面做出新的突出的创新性成果。而这些新突破、新认识的产生将标志着大陆动力学理论的发展与创建和板块构造理论的完善与发展,并使地球科学理论朝着新的包含板块构造理论在内的行星地球构造观与理论体系方向发展。

 

显而易见,中国地球科学界已进入深化发展板块构造理论、构建大陆动力学理论的门槛,或者说已处于地球科学新理论诞生的前夜,其中大陆构造及动力学将成为地球科学新理论产生的重要生长点。重新揭示和认知大陆及其形成演化规律,解决板块构造理论目前尚不能回答的问题,建立大陆构造理论系统,无疑是当代地学基本理论的重大前沿科学问题和任务。

 

如果说20 世纪60 年代,由于我们国家内部自己的原因而失去了参与国际建立板块构造理论体系的机会,现在我们则不应在板块构造理论新发展与大陆动力学的创新和理论创建方面再次失去机遇。

 

 

本文摘编自《中国学科发展战略·板块构造与大陆动力学》(国家自然科学基金委员会, 中国科学院编. 责任编辑:侯俊琳 杨婵娟 吴春花. 北京:科学出版社,2017.3)一书“第三章  发展现状与发展态势”,标题为编者所加。