美国国家研究理事会（National Research Council，NRC）最近发布了《美国国家科学基金会地球科学十年愿景（2020—2030）：时域地球》（A Vision for NSF Earth Sciences 2020-2030: Earth in Time）的地球科学十年战略规划报告。该报告以时域地球作为标题，提出了美国国家科学基金委员会（National Science Foundation，NSF）地球科学未来十年的12个优先科学问题，并列出配套的研究基础设施和设备、信息化建设以及人力资源基础架构等方面的建议。这次报告提出的12个优先科学问题反映了地质时期、地球表面和内部的关联、地质和生命的共同演化、人类活动影响以及社会关联的重要性，突出了以时间为自变量的地球不同尺度变化过程的研究。按照从地核到大气圈云层的空间顺序，列出12个优先科学问题。

（1）地球的内部磁场是如何产生的？（How is Earth’s internal magnetic field generated?）

（2）板块构造是在什么时候、因为什么、如何开始的？（When, why, and how did plate tectonics start?）

（3）关键元素在地球上是如何分布和循环的？（How are critical elements distributed and cycled in the Earth?）

（4）什么是地震？（What is an earthquake?）

（5）什么引起了火山活动？（What drives volcanism?）

（6）地形变化的前因后果是什么？（What are the causes and consequences of topographic change?）

（7）地球关键区域如何影响气候？（How does the critical zone influence climate?）

（8）对于气候系统的动力学，地球的过去揭示了什么？（What does Earth’s past reveal about the dynamics of the climate system?）

（9）地球的水循环是如何变化的？（How is Earth’s water cycle changing?）

（10）生物地球化学循环是如何演变的？（How do biogeochemical cycles evolve?）

（11）地质过程如何影响生物多样性？（How do geological processes influence biodiversity?）

（12）如何通过地球科学研究来降低地质灾害的风险和损失？（How can Earth science research reduce the risk and toll of geohazards?）

这次美国国家研究理事会发布的地球科学十年战略规划，以“Earth in Time”作为标题，强调了理解地球如何随时间演变的重要性，凸显了地球科学研究中如何将百万年地质时间尺度的造山过程和海陆变迁等与分秒时间尺度的地震、火山等事件联结起来的迫切性，也预示着未来地球科学领域的侧重点，将由物质和结构方面的研究向以时间为自变量的不同尺度变化过程研究的转变。

对这份地球科学十年战略规划报告提出的12个优先科学问题的理解，不同学科专家的解读会有所不同，无论如何，将对从事地球科学的研究学者带来思路和新认识上的启发。下文概貌性描述第12个优先科学问题，为深入解读提供参考。

自20世纪以来，各种地质灾害（如地震、海啸、火山喷发、滑坡和洪水）造成全球约十万亿美元的经济损失和约800万人的死亡，对地质灾害的本质特性和次生灾害的深化研究与认知必须借助地球科学研究的成果，地球科学家对于地质灾害的预测能力和定量化认识是防灾减灾工作的重要前提。

尽管随着科技的进步，人类在了解自然灾害方面已经取得长足进步，但在认识自然灾害的本质特征等方面，仍然有诸多重大的科学问题尚未解决。例如，2011年日本9.0级Tohoku-Oki大地震，诱发了海沟物质大规模快速滑移，从而引发灾难性海啸等次生地质灾害，而以往研究认为，俯冲带海沟区物质是不太可能发生快速滑塌的，因此这次大地震引发的次生海啸事件对于海啸预警和防范最严密的日本来说也是出乎意料的；最近，在研究相对充分的美国San Andreas断裂带，所观察到的间断现象难以被现有地震预测模型合理解释，因此无法判定该地区在不远的将来是否会有大型地震发生；夏威夷是地球上火山研究最为成熟的地区，学者们对其2018年的Kilauea火山喷发进行精细研究，发现仍有诸多出乎意料的现象，地球科学家们依然难以预测火山喷发的准确形式。对于以上3个已深入研究的体系，现今研究仍存在较多不确定性。而对于研究较少的体系，了解和认识地质灾害将面临更多挑战。

由于许多地质灾害仍有诸多尚未探知的特征，长期规范化的持续性、多参数的观测数据的收集，将在地质灾害基础观测数据积累方面发挥重要作用。因此，如何结合诸如基于大数据分析的机器学习等方法和高新技术，并充分利用已有基础设施，开展不同尺度的多种物理场、化学场、生物场等多参数的、长期连续的、更高时间和空间分辨率的地球内部各种复杂系统相互作用的重要过程的实时监测，通过大量高精度的观测、试验和增强真实性模拟分析的高性能计算模拟相结合的研究模式，将成为理解并预测地质灾害的突破口。