2.3.2　“三個地球”的研究內容

2.3.2.1　“透明地球”——傳統地質學向地球系統科學的轉變

以遙感技術為代表的空間信息技術的發展讓科學家的視線從地表觀測轉向太空對地觀測，科學家開始系統地觀測全球，地球系統科學由此逐步形成。地球系統是由巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈組成的統一整體，它是一個多圈層相互作用的復雜巨系統，具有整體性、層次性、開放性、目的性、突變性、穩定性、自組織、相似性等特點。地球系統科學是地球科學與系統科學學科深度交叉的一門學科，其主要理論包括系統論、耗散結構、非線性理論等，其采用的主要方法包括傳統地質方法、地球物理、地球化學、鉆探和遙感等方法（圖2-5）。

“透明地球”建設應在地球系統科學的指導下進行，著眼于多圈層、多尺度、多學科集成的研究手段，通過大跨度的學科交叉，構建地球系統演變框架，理解當前正在發生的過程和機制，揭示全球資源生態環境及社會多要素協同過程與機理，為我國可持續發展與生態文明建設及全球生態環境保護提供科學支撐。

2.3.2.2　“數字地球”——地質勘探向人工智能轉變

“數字地球”是地球科學與信息科學、計算機科學的交叉融合。來源于地球系統的信息流在加工、處理、分析和模擬過程中，其信息形態經歷了數據—信息—知識—數據的變化，信息屬性也經歷了客觀信息—主觀信息—客觀信息的變化，地球空間認知在這種信息轉變過程中完成（千懷遂等，2004）。“數字地球”的相關理論是信息科學理論在地球科學中的應用，包括信息流、自組織、自相似、突變和混沌、相關性和異質性等（圖2-6）。1998年，時任美國副總統戈爾初次提出“數字地球”時，“數字地球”技術主要指空間信息技術（遙感、地理信息系統、全球定位系統）、網絡技術和虛擬現實。隨著技術的發展，“數字地球”的內涵也在不斷發生變化。

2007年，圖靈獎得主吉姆·格雷發表了一次名為“科學方法的革命”的演講，提出可將科學研究分為四類范式：經驗科學、理論科學、計算科學和數據密集型科學。其中的“數據密集型科學”，現在也被我們稱為“大數據科學”。

幾千年前，人類主要靠描述和記錄自然現象的方法完成對某一現象的科學研究，這是科學發展的初級階段，稱為“經驗科學”，也就是第一范式。隨著研究的推進，科學家們開始追求更精確、更系統地理解自然現象，并使用模型或歸納法進行科學研究，因此出現了第二范式，即“理論科學”。20世紀中葉，計算機得到了發展，馮·諾依曼由此提出了現代電子計算機架構，利用電子計算機對科學實驗進行模擬仿真的模式得到迅速普及。人們利用計算機對復雜的現象進行模擬仿真，推演出更多復雜的現象。計算機仿真逐漸開始取代實驗，成為第三范式，即“計算科學”。隨著如今數據的大爆發，海量數據不斷生成和累積，計算機的功能已經不再僅僅滿足于模擬和仿真，還要從海量數據中進行分析總結，得到理論。由此，數據密集范式理應從第三范式中分離出來，成為一個獨特的科學研究范式。這種科學研究的方式被稱為第四范式，這也是大數據時代下科學發展的必然。

1956年，科學家們在達特茅斯學院的一次會議上首次提出了“人工智能”的概念，其后，人工智能滲透到各個行業。網絡技術的發展催生了大數據概念，大數據概念使得人工智能重新成為熱點。機器學習、深度學習、神經網絡都可以歸納為人工智能的范疇。通過利用機器學習、深度學習等前沿技術為發展趨勢的人工智能，是大數據時代地質發展的重要方向。未來地勘行業要基于大數據理念，運用現代數學理論、云計算、物聯網、移動通信等新一代信息技術，加快推進龐大地質數據的智能處理和分析、可視化呈現步伐，逐步實現勘查技術手段智能化、精細化、快捷化，加快推進由“數字地質”向“智慧地質”轉變，加快“數字礦山”“智慧礦山”研發建設步伐；提高資料數字化率，建立煤炭、化工礦產資源信息網絡服務系統，提高地質信息資料綜合利用率和社會化服務水平。

2.3.2.3　“美麗地球”——協調的人地關系

在早期地質勘探和礦山開采時，常常以資源為導向，未能充分考慮可持續發展和協調的“人地關系”，對人類生存空間造成了不同的危害，包括生態環境破壞、增加環境污染、土地利用效率低等（胡旭忠，2018）。

1955—1972年的骨痛病事件是日本富士縣神通川流域發現的一種土壤污染公害事件，其原因是神通川上游的鉛鋅礦在采礦和冶煉中未處理好排放的廢水，導致大量含鎘廢水污染了周圍的耕地和水源。油氣鉆探過程中的井噴有可能造成毀滅性的災害，因為鉆井液中會使用大量的化學藥劑，如果殘留在地面則能夠造成較長時間的生態危害，其同期產生的噪聲污染也十分嚴重。石油開發和煉制過程中產生的泄露原油、天然氣、污水以及各種化學藥品和廢泥漿等污染物質，是造成生態環境惡化的重要因素（范明霏，2014）。根據鄂爾多斯市政府給內蒙古自治區政府提供的調研報告，僅鄂爾多斯市的伊金霍洛旗就因采煤造成耕地塌陷2萬畝，林地、草地面積減少2.8萬畝，嚴重影響了當地農牧民的生產生活，造成了巨大財產損失（王玉濤等，2015）。

（1）人地關系的發展

人地關系是人類和自然環境間關系的簡稱。在漫長的人類歷史中，人地關系的思想經歷了崇拜自然、改造自然、征服自然和人地協調的幾個過程。在人類社會的早期，生產力極為低下，人類依靠采摘和狩獵生存，只能被動地適應自然。在這個階段，人類對自然存在恐懼和崇拜。

新石器時期，人類文明進入了刀耕火種的時代，產生了原始農牧業。狩獵采集者中的一部分開始從事作物栽培和動物馴化飼養業，人與自然的關系由先前的完全依賴轉化為順應自然規律進而利用自然的階段。這一時期的人地關系思想主要表現為“環境決定論”“或然論”（張秀清等，2009）。古典時期地理環境決定論的代表是希波克拉底（Hippocrates），他認為人類特性產生于氣候，氣候和季節變換可以影響人類的肉體和心靈；近代地理決定論的代表是黑格爾，他將地理環境看作精神的舞臺，是歷史的“主要的而且必要的基礎”，不同的環境會有不同的歷史進程。美國歷史學家巴克爾（Buckle）的歷史學基本框架是：地理、氣候條件影響人的生理，生理差異導致人的不同精神和氣質，從而有不同的歷史進程（魯西奇，2001）。

18世紀中葉，人類進入工業文明時期，隨著生產工具的革新和生產力的提高，人類利用和改造自然的能力大大增強。人類乘著蒸汽輪船踏足新的大陸，設立城鎮、興建工廠、開采礦產和開墾農田，此時人類從順服自然轉為征服自然，這個階段的人地關系論轉變為“人定勝天論”和“人類中心論”。

（2）生態文明思想

生態危機、環境破壞是工業文明的必然現象，是西方國家在工業化進程中相伴隨的情況。只有揚棄、超越舊工業文明，建設、建構新型文明，才能從根源處真正解決問題。這種新型文明就是生態文明。

“美麗地球”作為專業概念是新近才出現的。20世紀中葉，西方發達國家相繼發生一系列環境事件，促使人們反思人與自然的關系，警惕工業化、城市化、現代化過程中地球環境破壞的危險。慢慢地，原先多少帶有一些浪漫主義色彩的“美麗地球”審美，開始越來越多滲透進環境評價的因素，“美麗”的藝術框架里開始融入環境保護的內容。

可持續發展要求地勘行業進行轉變，構建一種和諧的人地關系。2019年，習近平總書記首次提出了“美麗地球”的理念。中國煤炭地質總局提出在地勘領域開展“美麗地球”建設工作，這一工作思想是對習近平總書記“美麗地球”理念的貫徹落實與行業實踐。地勘行業應該在可持續發展理論、生態文明理論、人地關系理論的指導下，開展綠色勘探、環境監測與修復和災害防治，以實現地勘領域的“美麗地球”（圖2-7）。

---

(1)　圖片來源：滕艷，2014。