近日，由中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎联合中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员郭正堂和中国科学院院士、同济大学教授汪品先，共同组织的《科学通报》专辑“水循环的地质演变”正式出版。
水是维持地球生物多样性和生态系统健康的根本保障，更是地球表层系统机体运作的“血液”。 政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第6次评估报告中，特别突出了系统性评估气候变化对全球水循环影响的重要性。由中国科学院院士汪品先、郭正堂、焦念志、金之钧、王成善等负责、2019年年底立项的国家自然科学基金委员会-中国科学院前沿领域发展战略研究项目“地球系统科学(能源、环境和气候)发展战略研究（2021-2035年）”和中国科学院地学部学科发展战略研究项目“地球科学的转型——向系统科学发展”，将“水循环”与“碳循环”、“西太-东亚构造衔接”一起，作为系列战略研讨的三大主题之一。其中，以地球系统演化理论为指导，探索地质时期不同时空尺度和气候背景下的水循环过程和规律，即“水循环的地质演变”成为“水循环”主题研讨中的专题之一。
根据战略研讨专家组的要求，2021年10月11日在上海同济大学成功举办“水循环的地质演变”专题研讨会，并在会上决定组织《科学通报》“水循环的地质演变”专辑。专辑聚焦水循环的地质演变，探讨地球不同历史时期古气候演变和水循环过程及其调控机制这一地球系统演变的基本科学问题。
“水循环的地质演变”专辑包括12篇文章，涉及今后需要重视与加强的主要科学问题和研究方法。
朱茂炎、郭正堂、汪品先三位专家在专辑中撰写了综合评述《水循环的地质演变：研究现状与关键问题》。文章在简要回顾水循环地质演变研究现状的基础上，系统提出了水循环研究领域合今后需要加强的5个重大科学问题：即雪球地球时期的水循环、植被起源和演化对水循环的影响、深时热带辐合带（inter-tropical convergence zone，ITCZ）的演变与水循环、暖室期地下水与海平面变化、深时水循环中的氧同位素示踪。同时，三位专家还在评述中建议了我国未来亟须加强的4个研究方向：即深时冰室期向暖室期转变中的水循环、深时水循环与生态系统演变、深时水循环研究方法的发展、深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型。
受邀参加专题研讨和专辑的作者都是活跃在相关研究前沿方向的中青年学术骨干，其中，南京古生物所副研究员要乐等重点围绕泥盆纪-石炭纪陆地植物演化对水循环的影响，分析了其与海洋生态系统，特别是生物礁演替之间的耦合关系和研究中存在的问题。研究员史恭乐针对被子植物演化和水循环这一问题进行了系统阐述，并结合实例，就如何利用被子植物化石重建古降水和古湿度等多个水循环相关的气候指标进行了介绍。博士生仲钰天和研究员陈吉涛等人回顾了晚古生代大冰期碳-水循环研究现状并就存在的问题进行了讨论，在指出1-8百万年轨道周期尺度下的冰期-间冰期旋回的同时，认为晚古生代大冰期地球表层系统各个圈层之间的反馈过程都非常复杂，今后需要开展不同复杂程度地球系统模型的模拟工作，以全面揭示晚古生代大冰期碳-水循环关联机制。研究员陈波等人详细评估了成岩蚀变、生命效应、区域性海水同位素组成等不确定性因素对准确重建深时古温度的制约和解决方法，以及应用氧同位素指标开展深时水循环研究中的进展和存在的问题。张莹刚博士等回顾了COPSE（Carbon-Oxygen-Phosphorus-Sulphur-Evolution）和GEOCARB为代表的早期长时间尺度碳循环箱式模型的不足，对基于COPSE模型结合了FOAM（Fast Ocean-Atmosphere Model）气候模型数据集而发展起来的SCION（Spatial Continuous Integration）地球系统模型的特点和存在问题进行了介绍，并指出了下一步优化和发展的技术路径。
此外，多个相关兄弟单位中青年学术骨干也受邀撰写了专辑文章。中国科学院地质与地球物理研究所吴志鹏博士等人围绕南北半球海冰和降水对不同外部驱动的响应、热带降水中的半岁差信号和太阳辐射引起的降水突变等科学问题，结合团队近期研究进行了分析总结，并提出一些当前研究中所面临的不足以及未来研究亟须加强的方向。北京大学薛进庄副教授等人系统分析了早期维管植物辐射演化对土壤-植物-大气连续体和维管植物型陆-海水文连续体的形成，以及与长时间尺度水-碳循环耦合关系方面的研究进展。中国地质大学武汉的宋汉宸博士等人聚焦古、中生代之交水循环的一系列重大变化进行了总结，包括全球干旱面积和降雨的变化、超级季风现象和热带辐合带的迁移摆动等，指出这些演变可能是该时期岩石圈、大气圈、水圈与生物圈相互作用的重要体现。北京大学李明松研究员等人则从温室期地下水储库与海平面变化关系的角度，提出了天文驱动的大陆地下水活动导致海平面变化这一“海绵大陆假说”，并讨论了该研究方向亟待解决的问题。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邓涛研究员等人以古生物化石材料为依据，重点总结了新生代温室和冰室两种气候背景下动物区系发生的一系列重大演变。中国科学院西双版纳热带植物园李树峰副研究员等人则结合古植物、地质学、地球化学等数据开发的古气候模拟方法的应用，针对新生代青藏高原的生长如何对东亚水循环及生态系统产生影响进行了系统总结。
“水循环地质演变”专辑的出版不仅对揭示地球系统演变规律至关重要，也为科学认识和应对当今全球升温下的水文气候灾害和生态危机提供理论支撑，进而有助于推动我国“水循环地质演变”领域的发展。
《科学通报》专辑“水循环的地质演变”封面
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