科學通報 | 徐義剛院士:?地球科學對人類文明的貢獻

徐義剛中國科學院廣州地球化學研究所研究員, 中國科學院院士、美國地質學會會士、美國地球物理聯合會會士、國際地球化學學會會士. 主要從事地幔巖石學、深地科學和宜居地球研究. 在華北克拉通破壞、峨眉山大火成巖省以及東亞大地幔楔等方面取得創新認識.

地球是人類的搖籃與唯一的家園。地球系統即使是微小變化, 也會對人類社會和文明進程產生深遠的影響。那么，地球科學究竟如何推動人類文明的發展？

中國科學院廣州地球化學研究所徐義剛院士在”地球科學對人類文明的貢獻”一文中，從文明演化的角度，提出認知、財富和規則為人類文明的新三要素，并提出評判對人類文明發展貢獻的三個依據。

文章從認識自然、利用自然、和諧自然三個維度舉例梳理了地球科學對人類文明發展的歷史貢獻，闡述了我國地球科學家在促進世界/中國社會和經濟發展中的貢獻，旨在進一步提升地球科學的社會功能，以期在未來文明發展中，特別是應對全球性挑戰和促進可持續發展，發揮更大的作用。

1 地球科學的雙重屬性

地球科學是研究地球的結構、形成和演化的基礎學科，其最終功能是認識地球、造福人類。它具有基礎性和應用性雙重屬性。

• 基礎性體現在地球科學探索自然的最基本規律。地球科學缺席的人類認知體系是不完整的——天體起源、生命起源和人類的起源等根本問題，都離不開地球科學的研究。

• 應用性則體現在資源能源開發、生態環境保護、災害預警和預測等方面。地球科學不僅幫助人類獲取對自然的認知，還為如何適應、利用、保護自然提供了科學的方法論和行動指南。

2人類文明的三要素

文章提出了一種新的文明評判框架，即認知、財富和規則（圖1）。

• 認知：對生存環境、自然規律、人與自然以及人與人之間關系的認識，決定了人類文明的高度。

• 財富：通過勞動和技術革命創造和積累財富，改善和提高人的生存質量，這是人類的天性與內在需求。

• 規則：文明的本質是使人類脫離野蠻狀態、進入有序社會。在全球化的今天，“地球-生命共同體”理念下的全球治理體系，成為新的文明標桿。

基于此，評判地球科學對文明貢獻的標準可以歸納為三個維度：是否顛覆了人類的認知？是否提高了生產力而創造了財富，改善了人的生存質量、改變了人的生活方式？是否形成了共識，改善了人地關系，促進了全球治理？（圖1）

圖1 人類文明的三要素及評判地球科學對人類文明貢獻的依據

3 歷史貢獻：三個維度的深度解讀

3.1大幅提升人類對自然的認知

• 沒有地質學，就沒有進化論

1831年，達爾文帶著萊伊爾的《地質學原理》開啟了五年環球航行。他在自傳中寫道：“我在科學上所做的一切，幾乎歸功于對他偉大著作的研究。”萊伊爾提出的地球漫長演化史（至少3億年），為達爾文構建生物進化思想奠定了堅實基礎。

隨后，地球化學家克萊·帕特森在20世紀50年代用鉛同位素方法將地球年齡精確確定為45.5億年；古生物學家發現最早的生命出現于38億年前；東非阿法爾洼地發現的318萬年前的直立人化石，奠定了“人類走出非洲”學說。這些地質學進展在更廣的時空尺度為進化論提供了支撐。

• 改變世界的地圖

1815年，威廉·史密斯繪制了第一張現代地質圖，指明了英格蘭產煤地層的位置，為第一次工業革命奠定了能源基礎。1957年，瑪麗·薩普繪制了全球第一張海底綜合地圖，發現了貫穿全球的8萬公里洋中脊，為板塊構造理論提供了關鍵證據。

• 板塊構造理論：20世紀自然科學的四大成就之一

從魏格納的大陸漂移說到海底擴張學說，再到板塊構造理論，地球科學完成了一場革命。這一理論顛覆了“固定論”的地質思維，將地球作為一個整體，揭示了全球尺度的物質和能量循環方式，預測了火山、地震的分布，也揭示了礦產資源的分布和富集狀態。

3.2提高生產力、改善人類生存質量

• 沒有地質學，就沒有工業革命

人類文明史就是一部能源利用史。19世紀煤炭取代柴火，推動了世界經濟巨變；20世紀60年代石油取代煤炭，帶來了戰后繁榮；21世紀的頁巖氣革命，使人類社會進入多能并存、低碳經濟的新階段（圖2）。

經典石油地質學理論（背斜說、圈閉說等）的提出，總在大規模能源結構更替之前的20~50年出現，這正是基礎研究引領文明進步的生動寫照。

圖2 經典石油地質學原理的提出、世界能源體系演化與人類文明演替之間的關系圖（底圖據文獻[20]）。圖中的小紅點標志著一種能源超越另一種能源所發生的時間，小紅旗代表了經典的地質學原理提出的時間

尤為值得一提的是中國的“陸相生油理論”。20世紀20年代，美國人給中國扣上了“貧油”的帽子。但以潘鐘祥、李四光、黃汲清為首的中國科學家提出陸相沉積也能生油，正是在這一理論指導下，先后發現了大慶油田和勝利油田。可以說，沒有陸相生油理論，就沒有中國的現代化工業體系。

• 人類文明史也是一部資源利用史

從石器時代到青銅器時代再到鐵器時代，人類文明演替直接以材料命名。伴隨工業化進程，人類使用的金屬種類從不到6種增加到現在的幾十種。板塊構造理論和地幔柱理論，支撐了全球礦產資源的大規模發現（圖3）。

圖3人均礦產資源消費量與人均GDP之間的關系

3.3提升與自然和諧相處的能力

• 全球環境治理的成功案例

1952年倫敦煙霧事件直接促使英國通過《清潔空氣法案》，推動了現代環境保護運動。1985年南極臭氧空洞的發現，促成《蒙特利爾議定書》，成為20世紀最成功的全球環境治理案例之一。

• 氣候變化研究改變了世界經濟發展的范式

1958年開始的基林曲線，記錄了大氣CO?濃度的持續上升。在此基礎上，地球科學家提出并論證了全球變暖的存在及其巨大影響。1988年成立的政府間氣候變化專門委員會（IPCC）架起了科學與政治之間的橋梁。從《京都議定書》到《巴黎協定》，國際社會正以前所未有的方式建立“無碳經濟”目標，重構了工業革命以來全球經濟發展的范式。

4 中國地球科學的貢獻

• 認識自然、提升認知方面

中國學者提出了陸相生油和中國特色成煤理論、大陸深俯沖、克拉通破壞、中亞型地殼生長、碰撞成礦等重要學術思想，發展了板塊構造理論；建立了11個全球年代地層單位界線層型剖面（“金釘子”）；黃土研究使其與深海沉積、冰芯并列為全球變化研究的三大支柱；澄江、熱河等古生物群的發現，為早期生命演化、鳥類起源提供了關鍵證據；重建了晚古生代生物多樣性曲線，為揭開了生物大滅絕和之后的生物復蘇的奧秘。

迄今為止，已有四位地球科學家（劉東生、葉篤正、曾慶存、李德仁）獲得國家最高科學技術獎。

• 利用自然、大國崛起方面

“一五”時期國家重點建設項目中一半投資在資源型城市，53個因礦而生的城市見證了地球科學在國家經濟建設中的貢獻。發現白云鄂博稀土礦（輕稀土）和江西足洞離子吸附型重稀土礦，使中國成為兼有輕、重稀土的稀土大國，使稀土成為大國博弈的重要砝碼。

• 和諧自然、制定規則方面

20世紀以來，我國發生了大量破壞性地震，七度及以上地震高烈度區占國土面積的58%。中國科學家建立了全球最完整的地震誘發地質災害數據庫，提出的“天-空-地”一體化地質災害隱患早期識別體系已得到廣泛應用。

5 五點啟示

（1）沒有地學的自然科學體系是不完整的。人類至今無法擺脫對地球的依賴。

（2）保持好奇心、想象力、全球觀和整合力。地學研究既要攀登科學制高點，也要服務國家需求。

（3）重視觀察和觀測，擁抱新技術。像達爾文、薩普、基林那樣幾十年如一日獲取第一手資料；加強地學大數據和人工智能的應用。

（4）以相互欣賞的態度進行跨學科交叉。萊伊爾與達爾文、威爾遜與瓦因的交往，證明了這一點。

（5）地學革命和創新不分男女長幼。創建板塊構造理論的主力隊員多是30歲左右的年輕人，而赫斯和威爾遜則是60多歲的前輩。

6 未來擔當

• 兩大方向

一是以科技強國為己任，維系中華文明永續發展；二是踐行“地球-生命命運共同體”理念，為人類文明貢獻智慧。

• 四大重點

（1）敬畏自然，拓展認知邊界——發起國際大科學計劃，如深時數字地球、海洋負排放等。

（2）服務國家意志，保障國家安全——加強鋰、鈷、鎳等新能源金屬的找礦突破；探索深層-超深層油氣；突破深海核心裝備技術。

（3）提升和諧自然能力，增進人民福祉——統籌氣候應對、生態保護與污染防治，提升對滑坡、地震、磁暴等災害的抵御能力。

（4）拓展生存空間，走向深空——地球科學將為嫦娥工程、天問工程等深空探測提供最富生命力的科學設計。

地球科學在人類文明的演替中無處不在。從原始文明到農耕文明到工業文明再到生態文明，地球科學始終以“認識自然、利用自然、和諧自然”的方式，推動著人類社會的進步。在百年未有之大變局的今天，地球科學不僅關乎資源安全、環境治理和災害防控，更關乎大國崛起的根基與人類命運的未來。

文章信息

徐義剛. 地球科學對人類文明的貢獻. 科學通報, 2026, 71(19)：4398-4410, doi: 10.1360/CSB-2025-0635

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