好书推荐 | 汪品先：为地球系统科学正本清源
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20 世纪80 年代开始的全球变化研究，是20 世纪科学界最大的亮点之一。为了追踪人类排放碳的去向，科学界从大气、海洋到植被、土壤，来了次空前的大清查。研究的结果，一方面引发了气候政治的国际斗争，使“全球变暖”成为历史上第一个由科学界提出的全球性政治问题；另一方面也掀起了学术高潮，将人类生存环境的问题，拓展到整个地球系统的科学研究。
现代科学的发展，经历了从分解到集成的回返过程。起先的趋势是学科越分越细，到一定程度又回过头来相互结合，集成为系统科学，地球系统科学就因此而诞生。在大数据时代知识爆炸的背景下，不但需要有综述的书刊加以汇总，更需要有科学知识本身的集成。这种集成的思想境界，在学术界其实早就出现过，比如二百年前德国的洪堡德就在其《植物地理学札记》里提出“地球总物理学”的概念，认为全球的大气、海洋、地质和生物有着相互联系，应该连接起来观测和研究（Jackson，2009）。但是这种先哲的预见，只有在科技的发展与积累基础上，等到20 世纪后期方能实现。特别是航天技术使人类克服地心引力，离开地球用遥感的宏观视角认识地球。五百年前哥白尼从地球向外看，提出“日心说”替代了“地心说”；现在是离开地球向里看，通过“显宏镜”看到了整个的地球系统，可比喻为“第二次哥白尼革命”（Schellnhuber，1999）。
全球变化提出了人类生存环境的问题，而问题的解答却要求超越人类本身的时空尺度。 拿碳来说，人类排放的碳被大气、海洋和土壤植被三者分担，但是进入土壤的碳可以待上百年， 进入海洋的可以超过十万年，都比大气里长得多。于是需要跨越地球圈层、横穿时空尺度，这就是“地球系统科学”（汪品先，2003）。进一步又发现，全球变化所研究的碳循环和水循环，都不限于地球表层，地幔里大量的水和碳都在和地球表层发生相互作用，只是时间太长、埋藏太深，不易被人类发现。于是又提出了地球内部和表层过程相结合的研究，称为“行星循环”或者“地球连接”（IODP，2011）。
回顾历史，地球系统科学的源头在于全球变化的研究。1983 年，美国国家宇航局建立了“地球系统科学委员会”，1988 年发表了“地球系统科学”报告（Earth System Sciences Committee，1988），提出著名的“Bretherton 图”，展示大气、海洋、生物圈之间，有着物理过程和生物地球化学循环的相互作用。1996 年，美国提出将“地球系统科学”列入教学计划。从此之后，“地球系统科学”的课程和教科书接踵而来。在我国，地球系统科学的新方向早就受到重视，课程和出版物也为数众多，只不过出于理解的不同，有的变成了地球科学的“百科全书”，有的用作遥感观测或者数值模拟的新名称（汪品先，2014）。
在地球科学的诸多领域中，环境变化的研究和地球系统有着特殊的关系。这是因为环境变化涉及的地球圈层最多，环境变化中时间尺度的叠加也最为复杂。因此，这本教材最适合的读者，可能是有关环境变化学科的研究生。同时，地球科学任何学科的研究生，都可能从这本教材里找到与自己所研究问题的学科连接，拓宽视野，从相关学科的进展获得启发。为了便于自学，每章之前都列有提要，每章之后附有思考题，并且对书中重要的观点和论据，都提供了文献出处，便于读者进一步追索。
▲ “第6章 构造尺度的演变”非连续样页
本书是作者基于20年课堂与科研实践、三年编写的产物。同济海洋学院从1996 年起开设“全球变化”课，2001 年开设“地球系统”课，2011 年两课合并为“地球表层系统与演变”，是一门随着国内外学术发展而与时俱进的研究生课程。
三年来，全书和各章的结构均经反复修改，最终由分属3 个部分的12 章组成。第一部分从圈层结构入手，用五章的篇幅分别介绍地球系统的组成与起源、地球的表层与地幔、水循环、碳循环和生物圈；第二部分以时间尺度为纲，从第6 章到第9章分别讨论构造尺度、轨道尺度和人类尺度的过程，并且对气候演变的转型和突变进行专门介绍；第三部分即最后的三章探讨地球系统的研究历史、方法与展望，包括全球变化、定量研究和地球系统运行机制的探索。
本书是集体劳动的成果，除作者外，全书每章还特邀相应专家审阅。承陈大可、郭正堂、黄奇瑜、焦念志、林间、柳中晖、石耀霖、孙立广、孙枢、孙卫东、田丰、赵美训、周力平教授大力相助，提出宝贵意见，改进了本书的质量，谨此深表谢忱。感谢同济大学研究生院教改项目和海洋地质国家重点实验室的资助。全书图片由魏小丽清绘。李科、杜金龙、冯华、凤羽、李金澜、李方舟进行了初期的文字编辑和图片校对工作。
本文摘编自《地球系统与演变》（汪品先等著. 北京：科学出版社，2018. 6）一书“前言”，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-057604-0
责任编辑：韩 鹏 孟美岑
三十年来“全球变化”的研究，把地球科学推上了一个新台阶。地球上的大气圈、水圈、岩石圈和生物圈连成一个完整的系统，牵一发而动全身，甚至地球内部和表层的物质和能量交换，也在影响着人类享用的环境与资源，而这就是地球系统科学的研究对象。本书是在二十年教学科研实践基础上编写而成，前五章介绍各圈层的构成与来历，后五章讨论不同时间尺度的地球系统演变，最后两章介绍地球系统科学的研究方法和理论。全书以圈层间相互作用为主题，重点突出机理追究和问题探讨，不以灌输知识为目的。全书版面活跃、形式新颖，各章均配有内容提要和思考题，适于地球科学各学科作研究生辅助教材使用；同时尽量反映国内外研究的最新进展，提供千余篇文献供读者追索，适于地球科学工作者或者关心环境变化的读者，用作拓宽知识领域、激活研究思路的参考书。
（本文编辑：刘四旦）
资料来源：赛杰奥
本期编辑：徐晓凡 常贵蒋 芦志霞 毛雅倩
审核人：任宇飞 王冠
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