摘要：大洋科學(xué)鉆探計(jì)劃是地球科學(xué)領(lǐng)域迄今為止歷時(shí)最長、成效最大的國際科學(xué)合作計(jì)劃。自1968年以來，先后經(jīng)歷了深海鉆探計(jì)劃、國際大洋鉆探計(jì)劃、綜合大洋鉆探計(jì)劃和國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃4個(gè)階段。進(jìn)入國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃，IODP工作組兩次發(fā)布科學(xué)框架，文章對(duì)兩個(gè)科學(xué)框架進(jìn)行了對(duì)比分析。大洋科學(xué)鉆探的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)是堅(jiān)持解決重大科學(xué)問題，由地球拓展到太陽系，重視技術(shù)和大數(shù)據(jù)，以及擴(kuò)大社會(huì)影響和宣傳。這給我國發(fā)起國際大科學(xué)計(jì)劃提供了啟示，一要注重科技創(chuàng)新，運(yùn)用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù);二要加強(qiáng)科學(xué)管理，促進(jìn)開放和共享;三要重視提升影響力，擴(kuò)大宣傳和影響。

關(guān)鍵詞：大洋鉆探;科學(xué)框架;對(duì)比分析;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：P7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2023）03-0030-09

0 引言

大洋科學(xué)鉆探計(jì)劃自1968年啟動(dòng)開始，迄今已有50余年，先后經(jīng)歷了4個(gè)階段（圖1）。深海鉆探計(jì)劃（Deep Sea Drilling Program，DSDP，1968—1983 年）、國際大洋鉆探計(jì)劃（OceanDrillingProgram，ODP，1985—2003年）、綜合大洋鉆探計(jì)劃（Integrated Ocean Drilling Program，IODP，2003—2013年）和正在進(jìn)行的國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（InternationalOceanDiscoveryPlan，IODP，2013—2023年）是地球科學(xué)領(lǐng)域迄今歷史最長、規(guī)模最大、影響最深、成效最大的國際科學(xué)合作研究計(jì)劃，也是引領(lǐng)當(dāng)代國際深海探索的科技平臺(tái)[1-9]。所取得的科學(xué)成果驗(yàn)證了板塊構(gòu)造理論，揭示了氣候演變的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)海底“深部生物圈”和“可燃冰”，創(chuàng)造了地球科學(xué)一次又一次的重大突破，始終站在國際學(xué)術(shù)領(lǐng)域前沿[2，10-11]。目前，共有23個(gè)國家參與IODP，包括美國、日本、中國、歐洲15 國、韓國、印度、巴西及澳大利亞和新西蘭等。

2023年第4階段任務(wù)即將到期，IODP工作組編寫了面向2050年的大洋科學(xué)鉆探框架，提出了七大戰(zhàn)略目標(biāo)、五大旗艦計(jì)劃和四大能力建設(shè)舉措[12]。本研究對(duì)大洋科學(xué)鉆探面向2050年科學(xué)框架和2013—2023年科學(xué)計(jì)劃進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 大洋科學(xué)鉆探進(jìn)展與成果

截至2021年11月，大洋科學(xué)鉆探已經(jīng)在世界各大洋執(zhí)行了303個(gè)航次，完成了1732個(gè)站位的鉆井4043口，采集了超過45.3萬m 的巖心和大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)（表1）。各國學(xué)者利用這些地質(zhì)資料實(shí)現(xiàn)了一系列科學(xué)突破，如驗(yàn)證海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造、重建地質(zhì)歷史時(shí)期氣候演化、證實(shí)洋殼結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)深部生物圈等。這不僅使我們更加全面地認(rèn)識(shí)地球的過去與現(xiàn)在，也為預(yù)測(cè)未來全球變化提供了重要參考[1，5]。

1.1 深海鉆探計(jì)劃（DSDP）階段

深海鉆探計(jì)劃（DSDP，1968—1983年）是由美國主導(dǎo)的海洋鉆探計(jì)劃，通過在世界大洋大量布設(shè)鉆井，廣泛采集沉積巖心，取得洋底地殼上層的資料。在這15年里，利用“格羅瑪·挑戰(zhàn)者”號(hào)完成了96個(gè)航次，并在除北冰洋以外的各大洋624個(gè)站位上鉆井1053口，獲取巖心97056m。該階段鉆探驗(yàn)證了海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造學(xué)說，鉆探了太平洋邊緣俯沖帶、洋殼基底火成巖，揭示了新生代以來古溫度演化，發(fā)現(xiàn)了有機(jī)碳含量極高的白堊紀(jì)黑色頁巖，驗(yàn)證了著名的熱點(diǎn)假說，發(fā)現(xiàn)了深部生物圈[1，5，15-16]。

1.2 大洋鉆探計(jì)劃（ODP）階段

大洋鉆探計(jì)劃（ODP，1985—2003年）是通過在大洋底部鉆探采集洋底沉積物、巖石樣本并利用鉆孔進(jìn)行井下測(cè)試和實(shí)驗(yàn)的國際合作項(xiàng)目。我國于1998年4月正式加入ODP計(jì)劃。在這18年里，利用“喬迪斯·決心”號(hào)實(shí)施了111個(gè)航次的調(diào)查，在669個(gè)站位上鉆井1797口，獲取巖心222704m。該階段鉆探驗(yàn)證了大西洋貧巖漿型大陸邊緣的破裂與洋殼的形成，揭示了喜馬拉雅山的隆升過程和其風(fēng)化作用對(duì)海洋化學(xué)的影響、地球軌道周期與地中海沉積、大火成巖省的環(huán)境效應(yīng)，證實(shí)了南極與澳大利亞的分離導(dǎo)致南極冰蓋的形成，鉆取了天然氣水合物，鉆探了海底熱液硫化物礦床[1，5，16-18]。

1.3 綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）階段

綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP，2003—2013年）致力于開展一系列針對(duì)地球系統(tǒng)的、以過程為導(dǎo)向的研究計(jì)劃，更加強(qiáng)調(diào)不同國家、組織之間的協(xié)同聯(lián)系，一方面使用多種鉆井平臺(tái)以及先進(jìn)的采樣和觀測(cè)技術(shù);另一方面加強(qiáng)與其他國際性地學(xué)研究計(jì)劃以及石油工業(yè)界的合作。在這10年里，利用“喬迪斯·決心”號(hào)“地球”號(hào)和特定任務(wù)平臺(tái)，累計(jì)完成54個(gè)航次，在250個(gè)站位上鉆井649口，獲取巖心66306m。該階段鉆探推動(dòng)了固體地球和地球動(dòng)力學(xué)發(fā)展，喚醒了公眾對(duì)全球氣候環(huán)境變化重要性的認(rèn)識(shí)，揭示了古新世/始新世大暖期，恢復(fù)了新時(shí)代赤道地區(qū)碳酸鹽補(bǔ)償深度（CCD）演化歷史，重建了高分辨率的海平面變化記錄，實(shí)現(xiàn)了深部生物圈的新發(fā)現(xiàn)，探索了天然氣水合物研究的新領(lǐng)域[1，5，19-20]。

1.4 國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP）階段

國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP，2013—2023年）致力于氣候與海洋變化、生物圈前沿、地球聯(lián)系和活動(dòng)的地球等四大科學(xué)主題研究。名稱的變化體現(xiàn)了該階段在鉆探目標(biāo)和研究思路上的調(diào)整，以及對(duì)新方向和新前景的期待。一方面，是為了適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需求所進(jìn)行的必要調(diào)整;另一方面，有望構(gòu)筑起國際地球科學(xué)學(xué)術(shù)界—工業(yè)界的研究合作平臺(tái)，從而更好地為深海新資源勘探開發(fā)、環(huán)境預(yù)測(cè)和防震減災(zāi)等社會(huì)目標(biāo)服務(wù)，而且也為應(yīng)對(duì)氣候和環(huán)境變化提供政策指導(dǎo)。截至2020年11月，利用“喬迪斯·決心”號(hào)“地球”號(hào)和特定任務(wù)平臺(tái)，累計(jì)完成42個(gè)航次，在189個(gè)站位上鉆井544口，獲取巖心67393m。該階段鉆探證實(shí)了大陸破裂的新模式，探索了新生代以來亞洲季風(fēng)、印度—太平洋暖池為代表的氣候演變熱帶過程，研究了基性/超基性巖蛇紋石化或者海底風(fēng)化的生物和非生物過程，提升了預(yù)測(cè)未來、預(yù)警災(zāi)害的能力[1，5]。

2 兩個(gè)階段科學(xué)框架發(fā)展路線對(duì)比

2011年，IODP工作組出版《照亮地球：過去、現(xiàn)在與未來———IODP 科學(xué)計(jì)劃（2013—2023 年）》。該科學(xué)計(jì)劃是在前3個(gè)階段大洋鉆探計(jì)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，聚焦4個(gè)重要主題，每個(gè)主題包含一系列最緊迫的科學(xué)挑戰(zhàn)問題，目的在于指導(dǎo)大洋科學(xué)鉆探在2013—2023年的多學(xué)科國際合作，幫助我們更好地理解地球的過去，更好地預(yù)測(cè)地球的未來[19]。這些主題和科學(xué)挑戰(zhàn)具有同等的重要性，沒有提出具體的發(fā)展路線。

2020年，IODP工作組出版《大洋科學(xué)鉆探探索地球———面向2050年的科學(xué)框架》。該科學(xué)框架的首要目標(biāo)是加深我們對(duì)地球系統(tǒng)的理解，重點(diǎn)關(guān)注地球系統(tǒng)的相互聯(lián)系、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、演化過程、反饋機(jī)制和翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，提出了“一七五四八”的發(fā)展路線，即以一個(gè)地球系統(tǒng)為核心，統(tǒng)籌七大戰(zhàn)略目標(biāo)，執(zhí)行五大旗艦計(jì)劃，增強(qiáng)四大能力建設(shè)，堅(jiān)持八項(xiàng)指導(dǎo)原則。

2.1 一個(gè)地球系統(tǒng)

地球是一個(gè)復(fù)雜的、相互聯(lián)系的系統(tǒng)（圖2）。動(dòng)態(tài)地球、其氣候和環(huán)境，以及所有在此起源、進(jìn)化的生命，都存在內(nèi)在聯(lián)系，這些地球系統(tǒng)的組成部分又與控制地球過程和反饋的周期和速率、自然災(zāi)害的位置和強(qiáng)度，以及全球海洋的健康和宜居性有關(guān)。大洋科學(xué)鉆探可以部署設(shè)備對(duì)海底進(jìn)行長期觀測(cè)，提供海底沉積物、連續(xù)巖心和微生物等樣品，科學(xué)家通過觀測(cè)信息研究相互聯(lián)系的地球系統(tǒng)是如何工作的，并建立揭示真相的地球模型，這將推動(dòng)對(duì)整個(gè)地球科學(xué)的認(rèn)知極限，甚至超越地球科學(xué)。

2.2 七大戰(zhàn)略目標(biāo)

戰(zhàn)略目標(biāo)包括廣泛的地球科學(xué)研究領(lǐng)域，涵蓋了整個(gè)地球系統(tǒng)相互聯(lián)系的過程和反饋，每個(gè)目標(biāo)都側(cè)重于了解地球系統(tǒng)內(nèi)部的相互聯(lián)系，構(gòu)成了到2050年大洋科學(xué)鉆探的基礎(chǔ)。這些目標(biāo)是多學(xué)科的、開放的，超越了以往大洋科學(xué)鉆探的傳統(tǒng)主題，鼓勵(lì)科學(xué)思想的創(chuàng)新與演變。七大戰(zhàn)略目標(biāo)分別是地球上的生命和宜居性、板塊的生命周期、地球氣候系統(tǒng)、地球系統(tǒng)反饋機(jī)制、地球歷史的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)、全球能量和物質(zhì)循環(huán)，以及影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害（圖3）。

2.3 五大旗艦計(jì)劃

旗艦計(jì)劃由歷時(shí)10～20年的多次大洋科學(xué)鉆探來完成，通常結(jié)合多個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)，是長期的研究工作。每一項(xiàng)多學(xué)科研究的目標(biāo)都是檢驗(yàn)科學(xué)范式和假設(shè)，涉及與社會(huì)密切相關(guān)的問題。旗艦計(jì)劃通常結(jié)合多個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)的研究目標(biāo)。旗艦計(jì)劃的執(zhí)行取決于科學(xué)建議，這些科學(xué)建議制定的協(xié)調(diào)戰(zhàn)略，包括長期計(jì)劃、技術(shù)發(fā)展以及對(duì)已有或新的大洋科學(xué)鉆探數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應(yīng)用。五大旗艦計(jì)劃分別是未來氣候變化真相、地球深部探測(cè)、地震和海嘯災(zāi)害評(píng)估、海洋健康診斷，以及生命及其起源探索（圖4）。

2.4 四大能力建設(shè)

能力建設(shè)是通過各種廣泛的影響和外聯(lián)舉措， 與具有互補(bǔ)科學(xué)目標(biāo)的組織協(xié)作，建立伙伴關(guān)系，以及持續(xù)的技術(shù)開發(fā)和先進(jìn)數(shù)據(jù)分析的創(chuàng)新應(yīng)用，進(jìn)而顯著推進(jìn)大洋科學(xué)鉆探目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。四大能力建設(shè)分別是擴(kuò)大影響和宣傳、由大陸科學(xué)鉆探到大洋科學(xué)鉆探、由地球到星外，以及技術(shù)研發(fā)與大數(shù)據(jù)分析。

2.5 八項(xiàng)指導(dǎo)原則

科學(xué)框架的實(shí)施需要一種國際方法和一套連貫一致的指導(dǎo)原則，以便將未來的大洋科學(xué)鉆探信息電子化，是大洋科學(xué)鉆探可持續(xù)發(fā)展的重要措施。這8項(xiàng)指導(dǎo)原則遵循了當(dāng)前大洋科學(xué)鉆探的優(yōu)勢(shì)，分別是開放樣品和數(shù)據(jù)、統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、自下而上提交建議書和同行評(píng)議、透明的區(qū)域規(guī)劃、通過現(xiàn)場(chǎng)特征提升安全性和成功率、定期框架評(píng)估、協(xié)作和包容的國際方案，以及加強(qiáng)多樣性。

3 兩個(gè)階段科學(xué)框架戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)展重點(diǎn)對(duì)比

地球系統(tǒng)的所有組成部分，包括固體地球、水圈、大氣圈、冰圈和生物圈，都通過物質(zhì)、能量流和生命的流傳聯(lián)系在一起[19]。大洋科學(xué)鉆探是通過地質(zhì)鉆探探索整個(gè)地球系統(tǒng)，也是評(píng)估現(xiàn)代地質(zhì)過程和影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害的卓越工具[3]。兩者都向科學(xué)界拋出了一系列基礎(chǔ)性問題，為全球海洋海底大范圍、多學(xué)科的開拓性研究奠定了基礎(chǔ)。

IODP科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）聚焦4個(gè)重要主題，分別是氣候與海洋變化、生物圈前沿、地球聯(lián)系，以及活動(dòng)的地球。在此基礎(chǔ)上，面向2050年科學(xué)框架提出了七大戰(zhàn)略目標(biāo)，包括廣泛的地球科學(xué)研究領(lǐng)域，為2050年大洋科學(xué)鉆探奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)發(fā)展的延續(xù)性和側(cè)重點(diǎn)，對(duì)兩個(gè)階段科學(xué)框架的戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比如下。大洋科學(xué)鉆探2013—2023年科學(xué)計(jì)劃目標(biāo)[19]研究主題及面臨的挑戰(zhàn)。

（1）氣候與海洋變化：解讀過去，預(yù)示未來。①地球氣候系統(tǒng)對(duì)大氣CO2 濃度提高如何響應(yīng);

②冰蓋和海平面對(duì)氣候變暖做何反應(yīng);③降水分布由什么控制，如季風(fēng)和厄爾尼諾的降水分布是受什么控制的;④大洋化學(xué)成分發(fā)生變動(dòng)后，是如何恢復(fù)的。

（2）生物圈前沿：深部生命、生物多樣性和環(huán)境驅(qū)動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)。①海底群落的起源、組成及全球意義是什么;②海底深部的生命極限是什么;③生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性對(duì)環(huán)境改變的靈敏程度如何。

（3）地球聯(lián)系：深部過程及其對(duì)地表環(huán)境的影響。①地球上地幔的組成、結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)是什么;②海_______底擴(kuò)張和地幔熔融如何與洋殼結(jié)構(gòu)相聯(lián)系;③洋殼與海水之間化學(xué)變換的機(jī)制、程度和歷史是什么;④俯沖帶如何開始形成，揮發(fā)性物質(zhì)如何循環(huán)，陸殼如何形成。

（4）活動(dòng)的地球：人類時(shí)間尺度上的災(zāi)害與過程。①破壞性地震、滑坡、海嘯發(fā)生的控制機(jī)制是什么;②支配碳在海底以下儲(chǔ)存和運(yùn)移的因素和過程有哪些;③流體與海底以下構(gòu)造、熱和生物地球化學(xué)過程的聯(lián)系如何。

大洋科學(xué)鉆探面向2050年科學(xué)框架戰(zhàn)略目標(biāo)及重點(diǎn)研究方向[3]。

（1）地球上的生命和宜居性———定義海洋環(huán)境中生物生存條件極其生命作用。重點(diǎn)研究方向：①宜居性和深部生物圈;②棲居海底的生命類型;③微生物在地球歷史中的作用;④海洋生物群落和生物泵;⑤影響海底宜居性的行星過程。

（2）板塊的生命周期———研究海洋巖石圈的形成、年齡、運(yùn)動(dòng)和破壞。重點(diǎn)研究方向：①確定板塊構(gòu)造生命周期;② 全新大洋的形成;③ 洋殼起源;④洋殼成熟;⑤蛇紋石化過程;⑥熱點(diǎn)火山活動(dòng)和大型火成巖省;⑦俯沖帶中的板塊破壞;⑧俯沖作用起源。

（3）地球氣候系統(tǒng)———檢驗(yàn)冰蓋、海洋和大氣動(dòng)力學(xué)以及海平面的變化規(guī)律。重點(diǎn)研究方向：①通過鉆探理解氣候系統(tǒng);②海洋環(huán)流是氣候變化的誘因;③水文氣候行為和季風(fēng)的影響;④氣候系統(tǒng)中的遙相關(guān);⑤極地冰的作用;⑥冰蓋和海平面上升。

（4）地球系統(tǒng)反饋機(jī)制———制約地球、海洋、大氣和生命之間的活動(dòng)過程。重點(diǎn)研究方向：①構(gòu)造驅(qū)動(dòng)反饋;②冰凍圈驅(qū)動(dòng)反饋;③海洋天然氣水合物和碳循環(huán)反饋;④生物驅(qū)動(dòng)反饋;⑤由陸到海反饋;⑥潛在海底微生物反饋。

（5）地球歷史的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)———通過研究地球地質(zhì)歷史闡明未來環(huán)境變化。重點(diǎn)研究方向：①地球氣候系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)點(diǎn);②翻轉(zhuǎn)點(diǎn)行為的驅(qū)動(dòng)因素;③翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的尺度和速度;④結(jié)果和恢復(fù)。

（6）全球能量和物質(zhì)循環(huán)———確定地球循環(huán)系統(tǒng)的作用、機(jī)制和重要性。重點(diǎn)研究方向：①地球是相互聯(lián)系的儲(chǔ)存系統(tǒng);②能量循環(huán);③物質(zhì)循環(huán)：水;④物質(zhì)循環(huán)：碳;⑤物質(zhì)循環(huán)：金屬。

（7）影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害———理解海洋環(huán)境中的自然災(zāi)害。重點(diǎn)研究方向：①確定地質(zhì)災(zāi)害的物理控制;②評(píng)估災(zāi)害周期;③在災(zāi)害記錄中學(xué)習(xí);④海底監(jiān)控和觀測(cè)。

3.1 持續(xù)發(fā)展、不斷強(qiáng)化的重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)

3.1.1 地球氣候系統(tǒng)的作用與反饋

海洋占地球表面積的71%，在氣候系統(tǒng)中起著核心作用。深海巖心是最重要、分布最廣泛、也是最連續(xù)的地球氣候歷史檔案，只有通過大洋科學(xué)鉆探才能獲得。大洋科學(xué)鉆探所取得的沉積物能重建生物圈、水圈、大氣圈、冰圈以及固體地球等各個(gè)圈層之間關(guān)鍵的生物地球化學(xué)循環(huán)、通量和相互作用。這可以提高古氣候重建的連續(xù)性、分辨率和準(zhǔn)確性，建立能夠更好地預(yù)測(cè)未來氣候與環(huán)境變化的模型。IODP科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）就此提出了“氣候與海洋變化”的戰(zhàn)略目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注地球氣候系統(tǒng)對(duì)大氣CO2濃度增高的響應(yīng)、冰蓋和海平面對(duì)氣候變暖的反應(yīng)、降水分布的控制因素，以及大洋化學(xué)成分變動(dòng)后的恢復(fù)機(jī)制等。面向2050年科學(xué)框架強(qiáng)化了對(duì)地球氣候系統(tǒng)的研究，將其作為“地球氣候系統(tǒng)”和“地球系統(tǒng)反饋機(jī)制”兩個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)，分別表述了地球氣候系統(tǒng)的作用與反饋，研究冰蓋、海洋和大氣動(dòng)力學(xué)以及海平面變化的規(guī)律，巖石圈和地幔、水圈、大氣、冰凍圈和生物圈之間及其內(nèi)部的相互作用，以及構(gòu)造、冰凍圈、海洋資源等對(duì)氣候的反饋。

3.1.2 地球生物圈與宜居性

地球是目前已知的唯一存在生命的行星。地球生物圈不僅分布在地球表層環(huán)境，還向下延伸至深海沉積物和巖石圈。深部生物圈是地球上活體生物總量的一個(gè)重要組成部分，大洋科學(xué)鉆探為我們了解深部生物圈的起源、演化、生存環(huán)境、生物多樣性和生物地球化學(xué)等方面的問題提供了可能性。對(duì)深部生物圈的起源和演化，微生物生長的機(jī)理，以及深海環(huán)境的改變?nèi)绾斡绊懳⑸锏目偭康葐栴}的理解，既可以使我們對(duì)地球古老生命的演化有更為深刻的認(rèn)識(shí)，又可以為我們思考太陽系中其他星球可能存在的生命形式提供線索。IODP科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）就此提出了“生物圈前沿”的戰(zhàn)略目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注海底群落的起源和意義、海底深部的生命極限、生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性對(duì)環(huán)境改變的敏感程度等。面向2050年科學(xué)框架將“地球上的生命和宜居性”擺在了七大戰(zhàn)略目標(biāo)的首位，不僅對(duì)深部生物圈的生命類型及其對(duì)地球的作用進(jìn)行研究，還加強(qiáng)了地球宜居性的研究，為探索其他宜居星球提供線索。

3.1.3 板塊的生命周期

由于地球內(nèi)部熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)了洋殼的形成、演化和消亡，每2億年地球表面的2/3被重塑。這種行星尺度的演化推動(dòng)了能量和物質(zhì)的全球循環(huán)，調(diào)整了地球的環(huán)境條件，產(chǎn)生了關(guān)鍵的礦產(chǎn)資源，控制了對(duì)人類社會(huì)造成嚴(yán)重影響的自然災(zāi)害，并對(duì)生命體存在提供了關(guān)鍵支撐。形成與破壞大洋盆地，改變陸地位置，以及產(chǎn)生火山和地震的地球動(dòng)力過程從地核延伸至大氣層，對(duì)于理解行星演化范疇下的全球變化至關(guān)重要。IODP 科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）就此提出了“地球聯(lián)系”的戰(zhàn)略目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注地幔的組成結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)、海底擴(kuò)張和地幔熔融與洋殼結(jié)構(gòu)的聯(lián)系、洋殼與海水之間的交換、俯沖帶的形成等。面向2050年科學(xué)框架提出了“板塊的生命周期”的戰(zhàn)略目標(biāo)，重點(diǎn)研究海洋巖石圈的形成、年齡、運(yùn)動(dòng)和破壞，對(duì)大洋巖石圈演化整個(gè)生命周期進(jìn)行研究，從初始洋殼到最成熟的、發(fā)生嚴(yán)重蝕變的洋殼，涵蓋整個(gè)板塊演化的完整序列。

3.1.4 影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害

地球巖石圈的動(dòng)力過程作用于廣泛的時(shí)間和空間尺度上，從造成地震、滑坡與海嘯發(fā)生的張力累積與釋放，到海底沉積物與火成巖地殼中碳的循環(huán)與儲(chǔ)存，以及熱量、溶解物和微生物物質(zhì)在海洋與海底之間的流通。地震、滑坡、海嘯、火山爆發(fā)和其他極端事件的破壞性影響對(duì)全球人類、工業(yè)和海洋基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成直接威脅。大洋科學(xué)鉆探能夠提供研究地質(zhì)災(zāi)害的位置要素，尋求有效降低其風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)認(rèn)知，有助于評(píng)估和對(duì)比分析災(zāi)害發(fā)生前、中、后的聯(lián)系。IODP科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）就此提出了“活動(dòng)的地球”的戰(zhàn)略目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注破壞性地震、滑坡和海嘯發(fā)生的控制機(jī)制等。面向2050年科學(xué)框架則加強(qiáng)了對(duì)海洋自然災(zāi)害的研究，提出了“影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害”的戰(zhàn)略目標(biāo)，不僅要了解海底災(zāi)害，確定地質(zhì)災(zāi)害的物理控制，還要評(píng)估災(zāi)害周期，對(duì)已有災(zāi)害進(jìn)行深入研究，并對(duì)海底進(jìn)行監(jiān)控和觀測(cè)。

3.1.5 能量和物質(zhì)循環(huán)

物質(zhì)和能量在不同儲(chǔ)庫之間的遷移，驅(qū)動(dòng)了地球的長周期演化，也促成了新的海洋盆地?cái)U(kuò)張、造山和陸地風(fēng)化剝蝕，不斷塑造地球的表面。同時(shí)，還推動(dòng)了大氣和海洋的化學(xué)變化，控制了生命發(fā)展和進(jìn)化的物理和化學(xué)條件，將地球氣候從重大擾動(dòng)中恢復(fù)過來，觸發(fā)了威脅全球人類的災(zāi)害事件，以及聚集了包括淡水和重要金屬在內(nèi)的主要資源。大洋科學(xué)鉆探能夠確定地球系統(tǒng)中能量和物質(zhì)的遷移模式、強(qiáng)度和速率。IODP 科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）并未單獨(dú)就此提出戰(zhàn)略目標(biāo)，而是在地球聯(lián)系和活動(dòng)的地球中對(duì)此有所涉及。面向2050年科學(xué)框架單獨(dú)提出了“全球能量和物質(zhì)循環(huán)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，要確定地球循環(huán)系統(tǒng)的作用、機(jī)制和重要性，理解地球是由相互聯(lián)系的儲(chǔ)庫組成的，并且分別對(duì)能量和物質(zhì)循環(huán)進(jìn)行研究，物質(zhì)循環(huán)中特別提到了水、碳和金屬。

3.2 新增的重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)

地球系統(tǒng)的許多組成部分均受翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的影響，當(dāng)超過一個(gè)臨界閾值，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。目前，我們對(duì)地球系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)產(chǎn)生的原因和閾值的認(rèn)識(shí)仍不充分，對(duì)達(dá)到和恢復(fù)閾值的過程和速率也知之甚少。大洋科學(xué)鉆探通過從淺海陸架到深海大洋所有海洋盆地、多種構(gòu)造環(huán)境的鉆探獲取沉積物和巖石，可以闡明翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制，揭示局部和區(qū)域范圍內(nèi)的變化對(duì)全球系統(tǒng)的影響，定義地球系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的邊界條件。為此，面向2050年科學(xué)框架提出了“地球歷史的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，通過研究地球歷史闡明未來環(huán)境變化，確定地球其后系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，研究翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)因素、尺度和速率，以及其造成的結(jié)果和恢復(fù)等。

4 大洋科學(xué)鉆探的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

大洋科學(xué)鉆探面向2050年的科學(xué)框架堅(jiān)持開放獲取樣品和數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、自下而上提交方案、區(qū)域規(guī)劃、通過鉆探選址特性提高安全性和成功率、定期框架評(píng)估等原則。

（1）堅(jiān)持解決重大科學(xué)問題。IODP科學(xué)計(jì)劃（2013—2023年）聚焦氣候與海洋變化、生物圈前沿、地球聯(lián)系和活動(dòng)的地球等4個(gè)重要主題，面向2050年科學(xué)框架關(guān)注地球上的生命和宜居性、板塊的生命周期、地球氣候系統(tǒng)、地球系統(tǒng)反饋機(jī)制、地球歷史的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)、全球能量和物質(zhì)循環(huán)以及影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害等7個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)。探索地球系統(tǒng)是大洋科學(xué)鉆探的永恒主題，面向2050年的科學(xué)框架重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)地球系統(tǒng)的相互聯(lián)系，通過關(guān)注全球自然災(zāi)害，著眼于全球海洋的健康和宜居性，將涵蓋地球系統(tǒng)的基本組成部分，加深對(duì)動(dòng)態(tài)地球、氣候和環(huán)境以及生命之間眾多而復(fù)雜的各種聯(lián)系的理解。

（2）由地球拓展到太陽系。大洋科學(xué)鉆探和大陸科學(xué)鉆探的目標(biāo)是緊密聯(lián)系在一起的，通過兩者協(xié)同，有望在人類所面臨的幾個(gè)挑戰(zhàn)中取得重大科學(xué)突破，未來將強(qiáng)調(diào)通過從海洋盆地到大陸的橫斷面鉆探，在近海和沿海地區(qū)實(shí)現(xiàn)從陸地到海洋的聯(lián)合創(chuàng)新鉆探活動(dòng)。面向2050年的科學(xué)框架已不局限于地球，而是將探索研究范圍拓展到太陽系。航天機(jī)構(gòu)旨在加強(qiáng)對(duì)地球、太陽系和外層空間的認(rèn)知。通過太空探索，人類渴望發(fā)現(xiàn)太陽系的基本物理規(guī)律，破譯推動(dòng)行星形成和演化所需要的條件，最終揭開太陽系和生命的起源。大洋科學(xué)鉆探與航天機(jī)構(gòu)合作，能夠更好地理解行星演化并評(píng)估太陽系其他地方是否存在生命的可能性。

（3）重視技術(shù)和大數(shù)據(jù)。從海底獲取樣品和數(shù)據(jù)既是一項(xiàng)科學(xué)挑戰(zhàn)，也是一項(xiàng)工程技術(shù)挑戰(zhàn)。大洋科學(xué)鉆探的持續(xù)成功需要鉆井平臺(tái)和取芯技術(shù)能夠鉆探獲取高質(zhì)量樣品，實(shí)驗(yàn)室和井下儀器能夠?qū)︺@取的樣品進(jìn)行分析測(cè)試、原位測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)設(shè)施能夠存儲(chǔ)、處理、分析和模擬所生成的大數(shù)據(jù)和資料。實(shí)現(xiàn)未來大洋科學(xué)鉆探的宏大科學(xué)目標(biāo)，必須依靠新技術(shù)研發(fā)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。為了更加深入地鉆探地球，實(shí)現(xiàn)在更極端的原位溫度和壓力下作業(yè)，需要技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)新的鉆探取心技術(shù)。大洋科學(xué)鉆探產(chǎn)生大量巖心，其發(fā)展越來越依賴于數(shù)據(jù)編譯、集成和分析，發(fā)掘數(shù)據(jù)的最大科技潛力，大數(shù)據(jù)分析至關(guān)重要。

（4）擴(kuò)大社會(huì)影響和宣傳。大洋科學(xué)鉆探的核心目標(biāo)是提高對(duì)地球系統(tǒng)如何影響人類社會(huì)的認(rèn)識(shí)，這有助于了解自然災(zāi)害的性質(zhì)、發(fā)生頻率和潛在影響，找到緩解或解決辦法。大洋科學(xué)鉆探成果是幫助人類理解其對(duì)地球影響的有力來源，展示了人類社會(huì)對(duì)全球溫度、侵蝕率、海洋酸化和生物多樣性前所未有的影響。大洋科學(xué)鉆探是國際合作的典范，研究人員跨越職業(yè)、跨越國家、跨越文化共同工作，實(shí)現(xiàn)共同的科學(xué)目標(biāo)，并共享數(shù)據(jù)、巖心樣品與研究成果。通過多種形式廣泛迅速傳播大洋科學(xué)鉆探的成果，讓科研人員、教育工作者和普通公眾及時(shí)了解最新研究發(fā)現(xiàn)，傳遞科學(xué)信息，讓大洋科學(xué)鉆探成為有關(guān)海洋歷史、地球系統(tǒng)及其與社會(huì)聯(lián)系的主要可靠知識(shí)來源。

5 結(jié)語

大洋科學(xué)鉆探順利運(yùn)行50余年，這對(duì)我國發(fā)起國際大科學(xué)計(jì)劃提供了啟示，具體如下。

（1）注重科技創(chuàng)新，運(yùn)用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)。若想實(shí)現(xiàn)宏大的大科學(xué)計(jì)劃目標(biāo)，必須掌握先進(jìn)的科學(xué)與技術(shù)。用科學(xué)理論確定目標(biāo)，用先進(jìn)技術(shù)研發(fā)卓越工具，用卓越工具獲取數(shù)據(jù)資料，用大數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)，驗(yàn)證科學(xué)假說，推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步。形成大成果需要集大智慧，共享數(shù)據(jù)和樣品有助于集成大成果。

（2）加強(qiáng)科學(xué)管理，促進(jìn)開放和共享。大科學(xué)計(jì)劃必然會(huì)產(chǎn)生大量的研究成果，對(duì)成果進(jìn)行科學(xué)的管理和共享分配是大科學(xué)計(jì)劃成功的重要標(biāo)志。在大科學(xué)計(jì)劃實(shí)施的后期成果管理中，應(yīng)該細(xì)化成果的管理和共享管理機(jī)制，明確成果權(quán)屬，利用多形式、多類別的推廣方式對(duì)可公開數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布，整體提升科學(xué)計(jì)劃對(duì)解決世界性重大科學(xué)難題的貢獻(xiàn)。

（3）重視提升影響力，擴(kuò)大宣傳和影響。讓科研人員參與大科學(xué)計(jì)劃，通過多種形式的宣傳號(hào)召跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的學(xué)者加入，運(yùn)用交叉學(xué)科切實(shí)解決實(shí)際問題;讓教育工作者知曉大科學(xué)計(jì)劃，激發(fā)學(xué)生探索地球的興趣，提升大科學(xué)計(jì)劃在學(xué)生心中的地位，培養(yǎng)下一代大科學(xué)家;讓社會(huì)公眾了解大科學(xué)計(jì)劃，明白其目標(biāo)和意義，使公眾真正關(guān)心的問題與需求得到響應(yīng)，提升公眾對(duì)大科學(xué)計(jì)劃的支持程度。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 中國大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃辦公室，海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（同濟(jì)大學(xué)）.大洋鉆探五十年[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2018.IODP-Chinaoffice，StateKeyLaboratoryofMarineGeology（TongJiUniversity）.Fiftyyearsofscientificoceandrilling[M].Shanghai：TongJiUniversityPress，2018.

[2] 拓守廷，翦知湣.科學(xué)大洋鉆探船的回顧與展望[J].工程研究———跨學(xué)科視野中的工程，2016，8（2）：155161.TUOShouting，JIANZhimin.Scientificoceandrillingvessels：reviewandprospect[J].JournalofEngineeringStudies，2016，8（2）：155-161.

[3]KOPPERSAP，COGGONR，BURBERRYC，etal.ExploringearthbyScientificOceanDrilling：2050scienceframework[EB/OL].（2020-10-27）[2023-0216].https：//doi.org/10.6075/J0W66J9H

[4] 劉文浩，鄭軍衛(wèi)，趙紀(jì)東，等.大洋鉆探計(jì)劃管理機(jī)制及啟示[J].世界科技研究與發(fā)展，2019，41（1）：77-87.LIU Wenhao，ZHENGJunwei，ZHAOJidong，etal.ManagementmechanismandenlightenmentandOceanDrillingPrograms[J].WorldSci-TechR amp; D，2019，41（1）：77-87.

[5] 汪品先.大洋鉆探五十年：回顧與前瞻[J].科學(xué)通報(bào).2018，63（36）：3868-3876.WANGPinxian.Fiftyyearsofscientificoceandrilling：Reviewandprospect[J].ChineseScienceBulletin.2018，63（36）：3868-3876.

[6] 中國大洋鉆探學(xué)術(shù)委員會(huì).中國加入綜合大洋鉆探（IODP）科學(xué)計(jì)劃（2003—2013）[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2003（5）：662-665.ScienceCommitteeof ODP-China.Chinesenationalscienceplan（2003-2013）forparticipationinIODP[J].AdvancesinEarthScience，2003（5）：662-665.

[7] 中國大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2020，35（11）：1098 IODP-China[J].AdvancesinEarthScience，2020，35（11）：1098-1211.

[8] 汪品先.未雨綢繆：迎接大洋鉆探學(xué)術(shù)新計(jì)劃的制定[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2017，32（12）：1229-1235.WANGPinxian.Towardsthenew decadeofoceandrilling：Preparingitsscienceplan[J].Advancesin Earth Science，2017，32（12）：1229-1235.

[9] 翦知湣.進(jìn)軍深?？茖W(xué)前沿：我國參與大洋鉆探的進(jìn)展[J].科學(xué)通報(bào)，2018，63（36）：3877-3882.JIAN Zhimin.Towardsthescientificfrontierofdeep-searesearch-ProgressofChina’sparticipationinoceandrilling[J].ChineseScienceBulletin，2018，63（36）：3877-3882.

[10] 丁仲禮.中國大洋鉆探二十年[J].科學(xué)通報(bào)，2018，63（36）：3866-3867.DINGZhongli.TwentyyearsofscientificoceandrillinginChina[J].ChineseScienceBulletin，2018，63（36）：3866-3867.

[11] 劉志飛，拓守廷.科學(xué)大洋鉆探回顧與展望[J].自然雜志，2007（3）：141-151.LIU Zhifei，TUO Shouting.Scientific Ocean DrillingPrograms：Reviewandprospect[J].ChineseJournalofNature，2007（3）：141-151.

[12] 《大洋鉆探—探索地球》：面向2050大洋鉆探科學(xué)框架發(fā)布[J].地質(zhì)裝備.2021，22（1）：7-8.“Expedition statisticsexploring earth by Scientific OceanDrilling：2050 science framework” was released [J].EquipmentforGeotechnicalEngineering.2021，22（1）：7-8.

[13] IODP.CombinedIODP，ODP，amp;DSDPdrillsites[EB/OL].[2022-06-17].http：//iodp.tamu.edu/scienceops/maps/iodp_odp_dsdp.pdf.

[14] IODP.ExpeditionStatistics[EB/OL].（2022-04）[2023-2-16].https：//www.iodp.org/expeditions/expedition-statistics.

[15] 金性春，周祖翼，汪品先.大洋鉆探與中國地球科學(xué)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1995.JINXingchun，ZHOUZuyi，WANGPinxian.OceanDrillingProgramandearthscienceinChina[M].Shanghai：TongJiUniversityPress，1995.

[16] 寧伏龍.大洋科學(xué)鉆探：從DSDP-ODP-IODP[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2009.NINGFulong.Scientificoceandrilling：from DSDPtoODPtoIODP[M].Wuhan：China University of GeosciencesPress，2009.

[17] 同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.地球、海洋與生命：IODP初始科學(xué)計(jì)劃2003-2013[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.Laboratoryof Marine Geology，Tongji University.Earthoceanandlife：IODPinitialscienceplan2003-2013[M].Shanghai：TongJiUniversityPress，2003.

[18] 柴育成，周祖翼.科學(xué)大洋鉆探：成就與展望[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2003（5）：666-672.CHAIYucheng，ZHOU Zuyi.Scientificoceandrilling：achievementsandprospects[J].AdvancesinEarthScience，2003（5）：666-672.

[19] 中國綜合大洋鉆探計(jì)劃辦公室.照亮地球：過去、現(xiàn)在與未來[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2013.IODP-Chinaoffice.IlluminatingEarth’sPast，Present，andFuture[M].Shanghai：TongJiUniversityPress，2013.

[20] 趙義，蔡家品，阮海龍，等.大洋科學(xué)鉆探船綜述[J].地質(zhì)裝備，2019，20（3）：11-14.ZHAOYi，CAIJiapin，RUAN Hailong，etal.Summaryofscientificoceandrilling[J].EquipmentforGeotechnicalEngineering，2019，20（3）：11-14.