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研究前沿

人类在地球科学领域当下正在推进的最前沿——尚未解决的问题、谁在攻关、近年的突破，以及仍然未知的边界。这里收录的是“正在发生的知识”，而非已盖棺定论的结论。

8 个前沿议题

大气与计算1 篇

2020s

AI 天气与气候建模：当预报不再求解方程

AI Weather and Climate Modeling — Forecasting Without Solving the Equations

2025 年 2 月 25 日，欧洲中期天气预报中心（ECMWF）把一个机器学习模型 AIFS 提升为正式业务系统，与运行了四十多年的物理模式 IFS 并列发布官方预报^aifs。同年 7 月 1 日，51 个成员的 AIFS 集合预报也投入业务运行。按 ECMWF 的口径，AIFS 做一次全球预报的能耗约为物理模式的…

Remi Lam（Google DeepMind） · Dmitrii Kochkov（Google Research） · Stephan Lang（ECMWF）

古气候1 篇

2020s

冰芯里的百万年：从 Beyond EPICA 读取最古老的大气

A Million Years in the Ice — Reading Earth's Oldest Atmosphere with Beyond EPICA

2025 年 1 月，在南极内陆一个叫"小冰穹 C"（Little Dome C）的地方，海拔超过 3200 米、年均气温零下 35°C 的荒原上，一支欧洲钻探队把钻头送到了基岩——总进尺约 2800 米。他们带回了一根冰芯，里面封存的最底层冰，年龄至少 120 万年。这是人类取得的最古老的连续冰芯记录，把此前的纪录…

Carlo Barbante（威尼斯大学 / Beyond EPICA 协调人） · Robert Mulvaney（英国南极调查局） · Hubertus Fischer（伯尔尼大学）

固体地球1 篇

2020s

地震预测：为什么我们能预报飓风却预测不了地震

Earthquake Forecasting — Why We Can Forecast Hurricanes but Not Quakes

2012 年 10 月 22 日，意大利一家法院做出了一个震惊全球科学界的判决：六名地震学家和一位政府官员，因在 2009 年拉奎拉（L'Aquila）地震前"淡化风险"，被判过失杀人罪。那场 6.3 级地震夺走了约 300 条生命。检方的逻辑是：专家在地震前的一次公开评估中传递了"无需特别担心"的信息，结果灾难发生了…

Paul Johnson（洛斯阿拉莫斯国家实验室） · Edward Field（美国地质调查局） · Herbert Dragert（加拿大地质调查局）

海洋与地球内部1 篇

2020s

深海前沿：生命起点、地下生物圈与海底采矿的争夺

Deep-Sea Frontiers — Life's Origin, the Deep Biosphere, and the Fight over Seabed Mining

2023 年，国际大洋发现计划（IODP）的 399 航次在大西洋中脊以西约 15 公里的"亚特兰蒂斯海山"（Atlantis Massif）打下钻头，钻入了地球的地幔岩石。一年后，2024 年 8 月，他们的成果登上《Science》：一段长达 1268 米、被海水蚀变（蛇纹石化）贯穿始终的地幔橄榄岩岩芯^iodp。…

Nick Lane（伦敦大学学院） · William Brazelton（犹他大学） · Andrew McCaig（利兹大学 / IODP）

气候干预1 篇

2020s

碳捕集与地球工程：能不能把气候"修"回去

Carbon Capture and Geoengineering — Can We Engineer the Climate Back?

2024 年 5 月 8 日，在冰岛一片火山玄武岩荒原上，一座叫 Mammoth（猛犸）的工厂启动了。它用巨大的风扇把空气吸进来，用化学吸附剂把里面的二氧化碳抓出来，再注入地下与玄武岩反应、变成石头永久封存。它的设计年捕集能力约 3.6 万吨 CO₂——是当时全球最大的直接空气捕集（DAC）设施，比前一座 Orca 大…

David Beerling（谢菲尔德大学） · Frank Keutsch（哈佛大学） · David Keith（芝加哥大学）

气候系统1 篇

2020s

气候临界点：地球系统的不可逆开关

Climate Tipping Points — The Earth System's Irreversible Switches

2024 年 10 月，来自 15 个国家的 44 位海洋环流与临界点专家联名给北欧部长理事会写了一封公开信，警告大西洋经向翻转环流（AMOC）的崩溃"风险此前被严重低估"。一年后，2025 年 11 月，冰岛政府做了一件几乎没有先例的事：把 AMOC 停摆的风险正式列为国家安全威胁。一个海洋环流，为什么会被一个国家…

Timothy Lenton（埃克塞特大学） · David Armstrong McKay（埃克塞特 / 斯德哥尔摩复原力中心） · Henk Dijkstra（乌得勒支大学）

碳与气候1 篇

2020s

地质碳封存：把二氧化碳塞回地下，地球答应吗

Geological Carbon Storage — Will the Earth Keep the CO₂ We Bury?

2025 年 8 月，在挪威卑尔根外海约 100 公里处，第一批来自欧洲的液化二氧化碳被注入北海海底以下约 2600 米的咸水层。这是 Northern Lights 项目的首次商业注入——全球第一个"跨境运输、代客封存"的二氧化碳服务：工厂在别处捕集 CO₂，用船运到挪威，再由它泵进地底^nl。它脚下的地质条件并不新…

Philip Ringrose（挪威科技大学 / Equinor） · Juerg Matter（南安普顿大学 / Carbfix） · Matthew Gidden（马里兰大学 / IIASA）

行星与近地空间1 篇

2020s

行星防御：人类第一次学会推开小行星

Planetary Defense — Humanity's First Test at Pushing an Asteroid Away

2022 年 9 月 26 日，一个约 570 公斤、冰箱大小的航天器，以每秒约 6.6 公里的速度，主动撞上了一颗叫 Dimorphos 的小行星。这不是事故，而是 NASA 的 DART 任务——人类历史上第一次刻意改变天体轨道的实验。撞击前几周，全球地基望远镜测出 Dimorphos 绕其伴星 Didymos 一…

Amy Mainzer（加州大学洛杉矶分校 / NEO Surveyor 首席科学家） · Cristina Thomas（北亚利桑那大学） · Patrick Michel（法国蔚蓝海岸天文台 / Hera 任务首席科学家）