鉴于地球科学的发展，尤其海洋科学发展和培养人才的需求，中国海洋大学李三忠教授团队新编写了系列新教材，《海底构造系统》 (上、下册) 是其系列教材的第二本和第三本，也是构建“完整海底构造系统” 理论的核心内容，系统介绍了岩石圈及地球更深层动力学的基本概念、基本规律、基本过程。这些知识是认知海底的基础，也是为其他圈层研究或学科发展、深化、拓展所必需，更是走向系统完整认知地球的起点，其终极目标是揭示海底或洋底的本质与规律及其与其他圈层的关联。

中国科学院院士

2018 年5 月28 日

屈原在他的伟大诗篇《天问》里写道:

遂古之初，谁传道之?

上下未形，何由考之?

冥昭瞢暗，谁能极之?

冯翼惟象，何以识之?

明明暗暗，惟时何为?

阴阳三合，何本何化?

圜则九重，孰营度之?

惟兹何功，孰初作之?

笔者认为，2300多年前屈原《天问》 篇的部分内容是先人的宇宙观。结合现今宇宙学和地球系统科学理念，理解上述屈原之问如下: 盘古开天，是谁首先认知和传承的? 那时天地混沌未分，是怎么知道的? 天地暗中有明，总体混沌晦暗，谁能彻底认清呢? 光明广大的虚空也只是一个表象，又是怎么理解呢? 忽明忽暗之间，只是时间转换导致的吗? 阴阳参差交错，天、地、人又是如何起源和如何演进呢? 天上环绕运行的星辰，是什么控制的呢? 如此浩大的体系，最初是谁创造呢? 《天问》 接着写道:

斡维焉系，天极焉加?

八柱何当，东南何亏?

九天之际，安放安属?

隅隈多有，谁知其数?

天何所沓? 十二焉分?

日月安属? 列星安陈?

出自汤谷，次于蒙汜。

自明及晦，所行几里?

夜光何德，死则又育?

厥利维何，而顾菟在腹?

女岐无合，夫焉取九子?

伯强何处? 惠气安在?

何阖而晦? 何开而明?

直译如下: 天体运转的轴心系在天轴的什么地方? 天轴的顶部，又安置在哪里? 八根擎天柱又由什么支撑着呢? 为什么东南角下沉了呢? 天的中心和边界又在哪里、又是什么呢? 宇宙角落有很多的时空弯曲，谁知道具体数目是多少呢? 天地交合在何处? 为什么将它十二分呢? 在这个体系中，日月属于何处? 所有的星星又如何摆放? 太阳从汤谷这个地方升起，陨落于蒙汜这个地方，从白天到黑夜，要走多远呢? 月光的什么特性以至于会阴晴圆缺、生灭变换呢? 到底什么有利因素使月亮能怀育一只兔子呢? 宇宙生命又是如何诞生的呢? 可怕的瘟疫又起源何处呢? 和生万物的氛围环境又在何处? 什么关闭导致晦暗? 什么开启导致明朗? 笔者认为，这部分是屈原处于当时盖天说或浑天说背景下，对当下现代科学也在追问的天体运行根源及对生命起源等的发问。

地史期间超大陆的集结过程和旋回

如同2005 年7 月Science 杂志创刊125 周年提出的125 个重要科学问题(涉及生命科学的问题占46%，关系宇宙和地球的问题占16%，与物质科学相关的问题占14%以上，认知科学问题占9%)，这些问题都反映了中国先人的宇宙观、世界观、历史观。

125 个重要科学问题中与地球相关的问题

宇宙是否唯一?

是什么驱动宇宙膨胀?

重力的本质是什么?

第一颗恒星与星系何时产生、怎样产生?

驱动太阳磁周期的原因是什么?

行星怎样形成?

地球内部如何运行?

使地球磁场逆转的原因是什么?

是什么引发了冰期?

水的结构如何?

是否存在有助于预报的地震先兆?

太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命?

地球生命在何处产生、如何产生?

谁是世界的共同祖先?

什么是物种?

什么决定了物种的多样性?

地球上有多少物种?

一些恐龙为什么如此庞大?

生态系统对全球变暖的反应如何?

外界环境压迫下，植物的变异基础是什么?

能否避免物种消亡?

迁徙生物怎样发现其迁移路线?

地球人类在宇宙中是否独一无二?

什么是人种，人种如何进化?

自然界中手性原则的起源是什么?

是什么提升了现代人类的行为?

什么是人类文化的根源?

地球到底能负担多少人?

……

这些问题也是当代科学前沿，是我们自然科学工作者千百年来乐此不疲、不断追求的本质和重大基础性科学问题。这些问题都不是孤立的，某种程度上存在千丝万缕的联系，需要整体系统分析。以往西方国家的分科研究并不能全面认识这个庞大无垠而又各尺度多层面交织的体系，存在科学的局限性或非科学性。我们钦佩中国先人具有的科学思想，它增强了民族自信、文化自信，乃至科学自信。作为地球科学工作者，要超越先人，站在现代科学理论之上，去深度认知宇宙、世界、社会、人类。对于人居中心的地球，在新的地球认知历程中，在《海底构造系统》 (上、下册) 中，我们要系统地、科学地认知地球系统。

在以往的课程体系中，关于海底构造系统的知识内容有的称为板块构造，并不断强化教授给学生。但是，正如《海底构造原理》一书中所展示的，海底构造不只是板块构造，还有地体构造、地幔柱构造、前板块构造体制等。

板块构造理论不能解释板块构造出现之前的太古宙海底的构造，也不能解决超越岩石圈演化的地幔动力学、地幔柱起源等。因此，本书对海底构造不再按照Global Tectonics 一书中讲授的方案划分，即按裂谷、被动大陆边缘、活动大陆边缘和转换型大陆边缘这类概念来按顺序讲授，本书以地球系统为理念，将这类术语改称或重新归并如下: 伸展裂解系统、俯冲消减系统、深海盆地系统、转换构造系统、洋脊增生系统，深入浅出地系统介绍其基本概念、基本构造单元、物质组成、结构构造、地质地球物理特征、本质内涵和前沿研究；从现象到本质，从过程到机理，由浅及深重点分析了各子系统的成因认识、基本特征、发展与运行规律。本书的核心和实质内容是板块构造理论框架下的活动大陆边缘及被动大陆边缘等，但同时也介绍了很多新概念、新技术、新理念。

活动大陆边缘基本构造单元划分

例如，对于“活动大陆边缘” 来说，它难以包括马里亚纳岛弧这类洋-洋俯冲形成的类似活动大陆边缘的现象。然而，马里亚纳岛弧从动力学和成因上与活动大陆边缘别无二致，都属于俯冲消减系统。这样的做法，主要是试图解决板块构造术语运用存在的局限性。

再如，如果本书将“板块构造” 这个概念拓展到板块构造体制尚未出现的早前寒武纪，就不会被人们所广泛接受。然而，很多地球化学家又通过岩石地球化学特征识别出了很多板块构造出现之前的活动大陆边缘地球化学特性，如岛弧型岩石地球化学特性，尽管“活动大陆边缘” 这个概念可以用于早前寒武纪地质中，但是岛弧型岩石地球化学特性不一定就是板块构造体制下的产物，因为俯冲消减系统也可以形成活动大陆边缘的岛弧型岩石地球化学特性，这样岛弧型岩石地球化学特性就与有无板块构造体制无关了。实际上，地球化学方法难以确定板块构造体制的存在与否。这是因为板块构造体制的出现是一种物理机制，化学记录只是其衍生产物。本书提出的用俯冲消减系统替代活动大陆边缘的概念，有助于强调系统性。

洋内俯冲带剖面结构和构造单元示意图

从分类体系看，活动大陆边缘只是洋-陆型或陆-洋型俯冲消减系统的一种，并没包括洋-洋型俯冲消减系统。从平面上看，活动大陆边缘强调的只是大陆一侧的产物，如边缘海或弧后盆地、相关变形变质和岩浆、成矿等，而俯冲消减系统还强调俯冲的输入部分，也就是俯冲板块一侧；从深度或垂向上，俯冲消减系统还包括俯冲板片以及深部过程(如地幔楔对流循环、脱水脱碳等过程)。

基于上述种种原因，无论是从时空范畴，还是从板块构造与前板块构造之间过渡过程的知识重构上，《海底构造系统》 (上、下册) 中的伸展裂解系统、俯冲消减系统、深海盆地系统、转换构造系统、洋脊增生系统的术语完全可以适用于前板块构造，也可以用于板块构造理论中，这应当是板块构造理论的一种延伸或发展。板块构造理论中的被动大陆边缘、活动大陆边缘和转换型大陆边缘术语当然同样也可以继续适用于对前板块构造描述。这样，可以将现有知识体系与新术语体系建立起一种紧密联系，逐渐将板块构造理论拓展，并试图建立地球全史的统一动力学理论体系，回答从古至今的哲人或科学家的千年追问。

通过18 年的不断积累和讲授，本书综合国际最新学科动态和前沿进展，尽可能给读者选择和展示一些当下最美的图件、最前沿的成果和最创新的理念，以响应“一带一路” 倡议以及适应当代中国走向深海大洋、海洋强国、创新驱动的国家战略需求。本书强调基本概念、基础知识、基本事实、基本系统，但也在不同的章节为高层次读者展示了当前研究中的前沿问题和历史争论，期望能从中体现一些地质思想，并让读者从地质思想的形成演变中训练形成自己独有的地质思维模式。本书力求系统完整，在讲授时宜针对不同层次的学生有所选择，循序渐进地讲授。为了便于阅读或学科交叉，也插入了一些与之密切相关的其他学科的基本知识。读者在阅读时，也可跳跃看，涉及不熟悉的概念，在本书都可搜索到，因而本书也可以当做工具书。

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本文摘编自《海底构造系统（上、下册）》（李三忠, 索艳慧, 刘博编著． 北京: 科学出版社, 2018．8）一书“前言”。有删减修改，标题为编者所加。

来源：赛杰奥（科学出版社地球科学公众号）