青藏高原未来地球系统研究将成为地球科学研究突破点

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆兰州分馆生态与环境团队曲建升（E-mail:jsqu@lzb.ac.cn）、刘学

审稿专家：中科院院士，中科院青藏高原所姚檀栋研究员

青藏高原未来地球系统研究将成为地球科学研究突破点

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆兰州分馆生态与环境团队曲建升（E-mail:jsqu@lzb.ac.cn）、刘学

审稿专家：中科院院士，中科院青藏高原所姚檀栋研究员

地球系统科学是人类从地球系统的角度全面认识地球及解决复杂的资源、环境和人地关系问题的一种全新的研究理念和研究途径，也是地球科学未来的发展趋势[1，2]。自20世纪90年代以来，国际社会先后启动了陆海（LOICZ）、海气（SOLAS）、陆气（iLEAPS）等跨圈层相互作用研究计划，并大大推进了对地球系统的认识。青藏高原是一个岩石圈、水圈、冰冻圈、生物圈、大气圈、人类圈地球6大圈层相互作用强烈的地区[3]，也是对外部扰动极为敏感的地区和国际地球系统科学研究的关键地区之一。

1　青藏高原是地球系统科学实现创新突破的关键研究区域

青藏高原地区具有多圈层复杂作用的敏感性、人文社会的原生态性、自然生态系统的脆弱性，这使其成为国际地球系统科学研究的绝佳天然实验室，也因此成为全球地球科学家向往的研究区域。以我国科学家为主的青藏高原研究的阶段成果已表明，在该地区的深入研究将揭示青藏高原隆升过程、环境变化规律及其对全球特别是东亚环境变化的影响和响应机理，增进对人类面临的气候变化问题中诸多不确定性的理解，建立青藏高原隆升、成矿机制及其对环境响应的新理论，有助于确立中国在青藏高原研究中的引领地位，带动国际地球系统科学相关研究，并对青藏高原地区资源与社会可持续发展发挥重要的科学支撑作用。

2　青藏高原地球系统研究将着力在圈层间相互作用机理上实现突破

青藏高原地球系统研究将聚焦于高原地球深部过程及深部岩石圈构造变动对浅表层的影响、地表系统各圈层相互作用的规律及其与人类活动的关系、青藏高原隆升机制及其对环境的响应等方面。具体包括：地表系统圈层相互作用中季风和西风的驱动机制是未来重大科学突破点，在该科学突破点上可以产生引领国际青藏高原研究的重大科学成果；从深部地球系统来讲，尚存与青藏高原隆升过程密切相关的若干热点问题，包括长江黄河的起源、印度大陆与青藏高原首先发生碰撞的部位及其演进轨迹、众多关于青藏高原隆升机制中能否有一种被最终全面证实或者是否有一种新的理论能够全面解释目前困惑科学界的众多地质过程和现象等[4]；从地球表层系统来看，青藏高原地区土壤圈-生物圈-水圈-大气圈-人类社会间的复杂作用机理的研究亦有待进一步突破。这些研究工作可为其他地区的类似研究工作提供类似“本底”的研究参考，也可支持制定协调资源开发、生态保护与社会发展多重目标的科学决策。

3　青藏高原地球系统研究将推进从科学到发展等若干重大问题的科学认识

青藏高原地球系统科学研究，一方面将实现我国地球系统科学研究的科学突破，为占据国际地球科学研究制高点提供重要契机；另一方面将全面增进青藏高原地区及其对全国乃至整个东亚地区环境效应的认识，从全新的角度诠释人类面临的气候变化问题的诸多不确定性，并对青藏地区资源与社会可持续发展提供科学支撑。

（1）开展青藏高原深部过程和深部岩石圈构造变动研究，将实现板块运动科学理论的创新性突破，并支持地震等地质灾害的科学预报、预警与监测。青藏高原是开展地球深部过程研究的天然实验室，在该区域的研究被寄予厚望。通过在青藏高原开展地球系统科学研究，可以查明青藏高原特提斯俯冲造山过程和印度-欧亚大陆碰撞造山过程，揭示俯冲、碰撞过程中壳幔相互作用及其对高原隆升的制约，进而为国际板块运动理论提供全新的发展机遇。地震等地质灾害是青藏高原周边地区不容回避的重要灾害类型，近年发生的汶川、玉树、芦山以及定西地震都与青藏高原隆升过程存在密切联系[4-6]。对青藏高原深部构造运动的研究有助于确定该区域及其周边的地震等地质灾害的发生与发展机理，进而支持地震等自然灾害的预测、预防、预警和救助等规划和科学决策工作。

（2）通过研究青藏高原碰撞造山带成矿作用，建立成矿模型和找矿模型指导找矿方向，提高成矿预测能力。大陆成矿作用是当代区域成矿学研究的重大前缘课题，大陆碰撞造山成矿作用则是研究和建立大陆成矿理论体系的关键所在。青藏高原是印度大陆与亚洲大陆自6 500万年以来强烈碰撞而形成的活动大陆碰撞造山带。伴随大陆碰撞造山发生的成矿作用，规模大、时代新、矿床类型多、保存条件好，因此说青藏高原是矿床学家研究大陆碰撞成矿的关键地区[7]。通过精细刻画俯冲与碰撞成矿系统的时空结构与矿化特征，实现青藏高原形成演化、圈层相互作用理论的原创性突破，可为快速取得找矿重大突破提供理论依据。

（3）青藏高原各圈层相互作用的研究将系统性地揭示该区域地表系统演化的基本规律，更好地认识、保护并发挥青藏高原的环境与生态安全屏障作用，实现环境与社会的协调发展。青藏高原的隆起改变了大气的动力和热力条件，形成了独特的水热分配格局，对我国和东亚气候系统具有重要的影响。青藏高原也是亚洲重要江河的源头地区和我国重要的生态安全屏障，在全球变暖的大背景下，青藏高原的地表过程（冰川、冻土、湖泊、湿地、生态系统、人类活动）的任何变化都直接影响着其生态安全屏障效用的发挥和区域经济社会的发展，青藏高原的未来变化与区域发展联系密切[8，9]。因此，要深入揭示青藏高原地表过程变化，就要进行圈层相互作用研究。研究青藏高原末次冰盛期以来特征时段的地表环境格局、水体相态转换、生态系统的时空变化、人类活动的驱动和适应选择，将从机理上认识冰川变化、水分循环、生态环境变化之间的相互联系，并为实现若干生态敏感区环境与社会协调发展提供坚实的科学知识基础，为保护青藏高原生态屏障功能、实现青藏高原地区的协调可持续发展提供科学支持。该方面的研究已通过国家重大项目的支持取得了重要进展，如最新研究揭示，青藏高原季风与西风环流的变化可影响冰川动态的区域性差异变化[10]，就是大气圈和冰冻圈相互作用的典型过程。

4　国内外进展与中国优势

早在19世纪下半叶，一些外国探险家和科学家就在青藏高原进行过各种考察和调查，20世纪80年代起，由于板块理论的兴起，国际地学界掀起“青藏高原热”，先后开展了中法喜马拉雅联合考察、中日西昆仑山冰川联合考察、中德青藏高原冰川考察、中英青藏高原综合地质考察、中美青藏高原热量平衡科学考察等数十项国际合作研究。20世纪90年代开始，一系列与青藏高原有关的国际研究计划陆续展开，包括：“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验”（GAME/Tibet，1996—2000）[11]、“全球协调加强试验计划之亚澳季风青藏高原试验”（CAMP/Tibet，2001—2005）[12]、欧盟第七框架项目“长期观测结合卫星遥感与数值模拟研究青藏高原水文气象过程及亚洲季风系”（CEOP-AEGIS,2008—2012）[13]。最近由中国科学家联合具有知识和技术优势的欧美科学家及具有地缘优势的青藏高原周边地区国家的科学家发起的“第三极环境计划（TPE）”[14]不仅使得中国科学家在青藏高原研究领域站在了国际引领的位置，也使得青藏高原研究向多圈层相互作用的方向深入了一步。

中国对青藏高原的研究是一个持续发展的过程。20世纪30年代我国科学家刘慎谔、徐近之、孙健初等分别在高原对植物、地理和地质进行了考察。新中国成立以后，中国科学家多次对青藏高原进行了综合性考察评价，以适应青藏高原社会经济建设的需要，并先后开展了“八五”攀登计划“青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统”，“九五”攀登计划“青藏高原地-气系统物理过程及其对全球气候和中国灾害性天气影响的观测和理论研究”，以及“青藏高原演变与资源形成和环境变化关系”（1998年）、“青藏高原环境演变及其对全球变化的响应与影响”（2005年）、“青藏高原南部大陆聚合与成矿作用”（2010年）、“青藏高原重大冻土工程的基础研究”（2012年）等多项“973”计划。不久前，启动了“第三极水体多相态转换”基金委重大项目，最近中科院又启动了“战略先导专项（B）类——青藏高原多圈层相互作用以及资源环境效应”项目。尽管以青藏高原为舞台多国合作与竞争的局面已形成，但高原的主体在我国境内，因此我国开展青藏高原研究具有地缘优势。根据国际青藏高原研究文献统计结果[15]，中国、美国、印度是国际青藏高原研究的核心国家，而中国的发文量以较明显的优势位居第一位，从机构层面来看中科院居于全球青藏高原研究的首位，已具备全面展开地球系统科学研究的优势积累。

1 NASAAdvisory Council.Earth System Science:AClos er Revirew.Washinton DC:NationalAeronautics and SpaceAdministration,1988.

2毕思文.地球系统科学——21世纪地球科学前沿与可持续发展战略科学基础.地质通报，2003,22（8）: 601-612.

3马耀明.青藏高原多圈层相互作用观测工程及其应用.中国工程科学，2012,14（9）：28-34.

4姚檀栋.“世界屋脊”拿什么破解气候密码？（访谈观点）.科技日报，2013-7-5.

5徐锡伟，闻学泽，叶建青等.汶川Ms 8.0地震地表破裂带及其发震构造.地震地质，2008，30（3）.

6单斌，熊熊，郑勇等.2013年芦山地震导致的周边断层应力变化及其与2008年汶川地震的关系.中国科学:地球科学，2013,43（6）：1002-1009.

7侯增谦，莫宣学，杨志明等.青藏高原碰撞造山带成矿作用:构造背景、时空分布和主要类型.中国地质，2006，33（2）.

8孙鸿烈，郑度，姚檀栋等.青藏高原国家生态安全屏障保护与建设.地理学报，2012,67（1）：3-12.

9香山科学会议.气候变化与青藏高原生态安全屏障——香山科学会议第450次学术讨论会综述.http:// www.xssc.ac.cn/Read-Brief.aspx?ItemID=992.2013年1月.

10 Yao Tandong,Lonnie Thompson,Yang Wei et al.Different glacier status with atmospheric circulation in Tibetan Plateau and surroundings.Nature-Climate Change, 2012,2：663-667.

11 GAME-Tibet.http://monsoon.t.u-tokyo.ac.jp/tibet/.

12 http://data.eol.ucar.edu/codiac/dss/id=76.129.

13 http://www.ceop-aegis.org/.

14 Third Pole Environment（TPE）.http://www.tpe.ac.cn/.

15张燕，王婷，孙成权等.国际青藏高原及其周边地区研究文献计量分析报告（2003-2008年）.地理科学进展，2011,30（3）.