一项对全球1100多名地球科学家进行的调查，就如何应用地球科学来保护地球的未来指明了新方向。
过去地球的气候变化为未来几十年日益变暖的世界提供了可能的模型。来源：Openverse
根据对一千多名地球科学领域专家的最新调研，过去、现在和未来的气候变化是最紧迫的研究课题。碳捕获和储存，以及能源资源也获得了较高得分，强调了控制温室气体排放相关研究的重要性。
“气候变化在调研结果中理应占据首位。很难说还有什么比之更能帮助我们了解我们的星球、以及人类在其变化中发挥的作用。”美国华盛顿特区卡内基科学地球与行星实验室的矿物学家Robert Hazen说。
Hazen是一项重大的国际地质科学计划——深时数字地球（DDE）计划的科学委员会成员。这项调查由DDE与施普林格·自然合作组织，并帮助将调研结果传播给广大研究人员。完整结果将于 2024 年 8 月 25 日至 31 日在韩国举行的国际地质大会上公布。
紧迫性
本次调研共收到来自 85 个国家、 1100 多名研究人员的 11000 多张选票，他们从通过分析 40 余万篇研究论文1得出的 30 个候选主题中，选出了他们认为至关重要的课题。意大利博洛尼亚大学地层学和沉积学教授、DDE 科学委员会另一名成员 William Cavazza 表示，此次调研的规模意味着“结果有着重大的影响力”。
“这些主题需要更多的研究。” Cavazza说。“目前媒体的报道往往肤浅且耸人听闻。公众和决策者需要更多易于理解的确凿数据。”
Cavazza表示，基于数据的知识可以帮助我们为气候变化主导的未来做好准备。“过去地球的气候变化为未来几十年变暖的世界提供了可能的模型。”Cavazza 说。得益于 2023 年的一项国际项目，研究人员可以比以往回顾更久远的过去，该项目重建了过去 6600 万年的大气二氧化碳记录——这是迄今为止最完整的记录2。
地质历史的变化揭示了地球系统（包括大气、海洋、冰、植被和气候）如何对地球碳循环精细平衡的扰乱产生反应。“地球历史上的气候一直以极端变化为特征，其中一些变化可与当下比拟。” Cavazza补充道。
他说，现在最重要的是获得可靠的科学信息，以帮助指导未来几十年必须做出的“艰难选择”。Cavazza说：“这正是 DDE 可以提供帮助的地方，为重新关注人类的首要任务之一提供了坚实的基础。”
数据发现
其他进入前十名的主题包括机器学习和大数据分析、地球三维结构、生命起源以及极端地震等自然地质灾害。
深时数字地球调研结果的地球科学十大研究趋势。来源：DDE
“这项调研非常具有启发性，因为结果反映了对地球科学重要趋势富有思考深度的概述。”哈森补充道。“不过，DDE 的数据科学工作必须超越任何一项调查重点，并将地球视为一个复杂演化中的系统。”
DDE 计划由国际地质科学联合会于 2018 年启动。该计划汇集了世界各地的专业协会、学术机构和科学家的资源，旨在协调“深时”数字地质数据，促进数据驱动的发现，以了解地球的演化。
深时数据与地球在数百万年的地质时期经历的变化过程有关。这包括生命和气候的演变、板块运动和地球地理演变的数据。
“虽然有大量的科学数据，但这些数据分散在众多数据库、出版物、数据存储库和其他渠道中。”Cavazza 说。他解释说，即使是同一专业的数据也经常使用不同的标准进行记录，这使得比较和整合变得困难。“这种异构数据集需要统一，这就需要 DDE 的作用。”
通过该计划，数据将在可访问的中心提供，从而深入了解资源和材料的分布和价值以及风险。它还可以帮助研究人员更清楚地了解地球的地质历史，同时洞察地球的未来。
DDE计划的首要重点是研究固体地球科学（研究地球和其他岩石行星的地壳、地幔和地核）如何为相关系统的发展奠定基础。具体来说，该计划旨在整理和提供与物质、生命、地理和气候演化相关的结果。
矿物和化石
Hazen自己的研究着眼于矿物的演化。2022 年对 5,659 种矿物类型的研究揭示了与其不断演变的形成环境相关的矿物多样性和分布模式3。
与之前的估计相反，研究发现，只有三分之一的矿物类型完全是生物过程的结果。增强地球矿物多样性的一个更重要的因素是动态水文循环。研究发现，至少有 4583 种矿物（占所有类型的 81%）是通过水与岩石的相互作用产生的。
这对生命的演化有重要意义。他补充道：“矿物质在生命起源中发挥了关键作用，生命和矿物质共同演化了四十亿年。”
要追踪和了解生命的早期发展，关键是分析化石记录，并结合预测模型。虽然这些技术很有用，但它们提供的画面却支离破碎，存在着数百万年之久的荒芜空缺。这使得人们很难真正理解环境力量对生态过程的作用。
为了解决这个问题，地球科学家正在转向机器学习来填补空白。2020 年，由中国南京大学地球科学家领导的研究人员使用超级计算机提供了对远古时期更完整的图景4。通过使用机器学习分析大量海洋古生代数据集，他们创建了一个时间空缺仅为约 26000 年的记录。这种精细尺度的分辨率揭示了新事件和先前描述的模式的重要细节。
科学家还利用现代计算机模型来展示侵蚀和沉积过程如何在一亿年间改变了地貌的形状和性质5。
Hazen说：“如果不了解固体地球的演变，没有别的方法可以了解地理的演变。”
欲了解更多详情，请访问 DDE 网站：https://www.ddeworld.org/
参考文献:
1. Zhao, Y., et. al., J. Data Inf. Sci., 9(3), 29–43. https://doi.org/10.2478/jdis-2024- 0023 (2024)
2. The Cenozoic CO2 Proxy Integration Project Consortium, Science382 (6675) https://doi.org/10.1126/science.adi5177 (2023).
3. Hazen, R. and Morrison, S. American Mineralogist 107 (7), 1262-1287 https://doi.org/10.2138/am-2022-8099 (2022).
4. Fan, J. et al. Science 367, 272-277, https://doi.org/10.1126/science.aax4953 (2020).
5. Salles, T. et al. Science 379, 918-923, https://doi.org/10.1126/science.add2541 (2023).