引言

《Annual Review of Earth and Planetary Sciences》：Introduction

地球与行星科学期刊第53卷聚焦多领域进展，涵盖地质记录分析、气候模型优化、微生物地球化学作用、能源金属地质及地震机制研究。文章通过整合古海洋生物骨骼记录、地质序列与气候史关联、金属元素成矿过程及行星磁场形成机制，揭示地球系统跨尺度相互作用。同时探讨公众参与地震记录数字化和虚拟田野实践的创新教育模式

　　本期刊旨在为地球与行星科学领域的读者提供及时的综述，覆盖多个学科的重要进展。我们的目标是向那些对相关领域了解有限的读者，无论是刚刚接触该领域的学生，还是来自其他学科的资深研究者，传递当前的研究成果和该主题的广泛吸引力。我们追求内容的平衡性，同时也重视作者个人的视角和风格。通过简明扼要、具有教学意义的综述文章，我们希望激发跨学科研究的兴趣，并帮助学者们跟上本领域不断涌现的新进展。

在本卷中，我们有幸邀请了三位具有深厚科学背景的作者，他们各自展现了独特的研究轨迹和学术贡献。Alexandra Navrotsky与Manuel Scharrer合作的文章，回顾了硫属化合物（chalcogenides）的历史与现状，包括其热力学特性。Navrotsky不仅提供了丰富的科学信息，还分享了她对热力学研究方法的个人见解，特别是在实验技术上的发展历程。文章还附带了一段视频，生动地展现了她丰富而精彩的科研生涯。Walter álvarez则讲述了他年轻时的科研经历，这些经历奠定了他后来多样化的研究方向。他在文章中强调了跨学科研究的重要性，并通过亲身经历说明了如何通过不同领域的知识融合，推动对地球表层动态变化的理解。他的叙述不仅充满个人色彩，也体现了科学探索中偶然与必然的结合。Sergei Stishov的文章则聚焦于他在科学研究中经历的挑战与突破，尤其是他发现的高压下形成的二氧化硅（SiO?）的致密rutile结构相，这是自然界中首次发现的高配位硅酸盐。这一发现不仅揭示了地球内部物质在极端条件下的行为，也反映了他在科研道路上所面临的困境与坚持。Stishov的反思提醒我们，科学的发展不仅依赖于研究者的智慧，也受到外部环境的影响，特别是在某些地区，科学活动可能受到政治与社会因素的制约。

本卷的多篇文章从地质学的角度探讨了地球快速变化的气候系统。Bolton和Stoll的研究聚焦于古代海洋中广泛存在的coccolithophores，这是一种微小的浮游生物，其骨骼残骸保存了丰富的地质信息。这些碳酸钙板状结构可以作为研究过去海洋温度、洋流、海洋生产力以及深海环境变化的宝贵资料。随着全球变暖，热带气旋的破坏力可能进一步增强，这将对全球沿海社区造成重大影响。Donnelly的文章则探讨了沉积物记录在反映过去极端天气事件中的作用，分析了这些记录在现代气候风险评估中的价值。Jeevanjee及其合作者提出了一种更全面的气候模型方法，以捕捉地球气候系统对二氧化碳浓度上升的非平衡反应。他们的研究强调了在气候建模中需要考虑的复杂因素，包括气候变化的速度、驱动因素以及反馈机制。这些研究为理解当前气候系统的演变提供了新的视角，同时也提醒我们，由于现代大气和海洋中的二氧化碳浓度已超过过去300万年间的任何水平，因此必须借助地质历史的数据，以更好地预测未来的气候趋势。Tierney及其团队则利用统计方法，评估了古气候数据如何能够被整合进现代气候模型中，以弥补不同地质记录在时间和空间上的空白，从而更精确地重建过去气候的变化过程，并为未来提供科学依据。

此外，本卷还探讨了海洋生物在地质记录中的重要性。某些鱼类，如鲨鱼、鳐鱼、鳐目鱼类和鬼鱼，它们的骨骼由软骨构成，早在4亿多年前的化石记录中就已经出现。Kim及其团队利用这些化石记录，研究了软骨鱼类的形态特征和地球化学信号，以揭示它们的生存环境、生态角色以及进化历史。这些研究不仅有助于理解古海洋生态系统，也为现代海洋生物的保护提供了科学依据。与此同时，Martin和Jaouen则探讨了哺乳动物骨骼和牙齿中的金属同位素如何能够用于重建其饮食、来源、活动范围、生态位置以及代谢特征。这些同位素信号可以作为研究古代生物行为的重要工具，为理解生态系统动态变化提供了新的方法。

在南亚地区，Siwalik沉积序列提供了丰富的化石记录，这些沉积物主要由河流沉积和土壤层组成，形成于1800万至350万年前。Badgley及其团队综合了过去50多年来的古生物学和地球化学研究成果，揭示了喜马拉雅山脉前缘的生态系统演变过程。他们指出，这一地区的生物多样性与地质构造和气候条件密切相关，特别是在板块运动和气候变化的共同作用下，形成了独特的生态环境。这些研究不仅丰富了我们对古代生物多样性的认识，也为理解现代生态系统如何响应环境变化提供了重要参考。

在当今的海洋中，微生物在碳循环中扮演着主导角色。Levine及其团队回顾了过去三十年的宏基因组测序数据，并展示了这些数据如何被整合到海洋生物地球化学模型中。这些模型能够更深入地揭示微生物如何影响海洋生态系统的碳循环，从细胞层面到全球尺度。通过案例研究，如海底火山喷发，Carey及其团队探讨了流体压力变化如何影响喷发过程及其形成的地质结构。这些研究强调了海洋生态系统对火山活动的高度依赖性，并指出需要加强实时观测能力，以更全面地理解这种最普遍的地质现象。

甲烷在行星气候中具有重要作用，其存在和变化与大气氧化还原条件密切相关。Glass和H?rst回顾了甲烷在地球上的历史，指出其在生命出现之前可能以非生物方式广泛存在，并在今天仍活跃于土卫六（Titan）的甲烷湖泊中。甲烷的分布不仅限于地球，还可能存在于火星上，并成为寻找地外生命的重要指标。这些研究揭示了甲烷在地球和行星系统中的关键作用，也为未来的行星探索提供了科学依据。

微生物在地球化学循环中发挥着独特作用，尤其是在铁的氧化还原循环方面。Atekwana及其团队指出，微生物活动不仅影响铁的分布，还可能改变非生物矿物的性质，并形成新的生物矿物。这些过程对地球磁性记录的解读提出了挑战，也促使研究者需要加强地球化学家与地球物理学家之间的交流与合作，以更准确地理解微生物对地质记录的影响。

本卷中的多篇文章从不同角度探讨了生命演化与地球过程之间的相互作用。Vervoort和Kemp的研究聚焦于地壳形成过程中产生的化学和同位素信号，特别是铪（Hf）同位素系统。他们提出了一种新的参考线，基于38亿年前的地幔减容过程，并认为大陆形成的过程是在这一时间之后才开始的。这一观点为理解大陆地壳的演化提供了新的视角。Chowdhury及其团队则探讨了陆地何时首次从海洋中浮现的问题，结合岩石学和地球化学证据，提出在早期太古宙可能存在短暂的陆地阶段，并在大约30亿年前由于大陆地壳的增厚和板块构造的启动而得以稳定和扩展。稳定的陆地对地球生命的发展、大气和海洋的氧气化以及气候调节机制的形成至关重要。

在奥陶纪，地球经历了长期而缓慢的降温过程，这一现象在地球化学指标中得到了充分的体现。Bergmann及其团队整合了多种地质证据，探讨了降温过程中风化作用的作用，认为这一过程可能受到板块构造配置和火山活动减少的影响。他们指出，这一时期的降温与冈瓦纳大陆的冰川形成密切相关，并伴随着全球海洋生物多样性的显著增加。这一研究为理解地球历史上的气候变迁提供了重要线索。Siberian Traps作为典型的大型火成岩省（LIP），代表了大规模火山喷发的地质遗迹。尽管LIP在地球历史上频繁出现，但它们与生物大灭绝之间的关系仍存在诸多未解之谜。Burgess和Black的文章总结了2.52亿年前的火山喷发事件，并探讨了其喷发过程中释放的大量气体如何影响全球环境、气候和生物多样性。这些研究不仅揭示了火山活动对地球生态系统的影响，也为理解大规模地质事件与生物演化之间的关系提供了新的思路。

某些关键金属，如铜、镍、钴、锂和稀土元素，是实现碳中和能源技术的重要资源。Reich和Simon的文章详细介绍了这些金属在地球内部形成和富集的地质过程，包括岩浆作用、热液流体活动以及流体运输机制。这些过程不仅决定了这些金属在地壳中的分布，也影响了其在全球范围内的地理分布，进而塑造了相关的地缘政治格局。这些研究为资源勘探和可持续利用提供了科学依据，也为应对全球能源转型中的金属需求提供了新的视角。

在地球的地震活动研究中，环太平洋的俯冲带是研究地震机制的重要区域，这一区域从墨西哥延伸至南美洲的智利，涵盖了从巨大地震（超过9级）到较小的慢滑事件。Ruiz及其团队通过分析地震记录，详细探讨了这一地震带的分布特征、地震发生模式以及慢地震与快速地震之间的联系。他们指出，这一区域的地震活动具有高度的复杂性，需要进一步的监测和研究，以解答当前仍存在的科学问题。同样，新西兰东北部的Hikurangi俯冲带也是研究地震活动的热点区域，近年来受益于国际海洋钻探计划（IODP）的深入研究。Henrys及其团队结合钻探和地球物理数据，分析了这一区域复杂的俯冲带结构，并指出其滑动特征和板块耦合的变化可能与上覆板块的应力状态、厚度以及流体压力有关，同时也与下伏板块的粗糙度相关。这些研究为理解地震带的动态行为提供了新的视角。

Grady的文章则延续了Jay Melosh早期关于岩石在冲击波作用下的行为研究。通过核试验和实验室数据，他揭示了不同尺度下岩石粘度的变化规律，并指出这些变化对冲击响应模型具有重要意义。冲击波响应高度依赖于材料的物理性质，因此，他的研究不仅适用于地球上的陨石撞击事件，也为其他行星上的类似研究提供了参考。

Soderlund及其团队回顾了行星磁场的形成机制，探讨了地球、水星和木卫二（Ganymede）等天体内部的地质动力过程。他们还分析了其他行星体，包括小型岩石天体和气态巨行星，以及可能存在于太阳系外的类地行星，其磁场特征和形成机制。这些研究不仅深化了我们对行星磁场的理解，也为未来的行星探测任务提供了科学支持，例如“贝皮可伦坡”（Bepi-Columbo）任务对水星的探索，以及“木卫二任务”（Juice）对木卫二磁场的研究。

本卷还特别关注了如何让非专业人士参与地球与行星科学的研究。Kano和Hashimoto介绍了日本的一项公民科学项目，旨在扩展地震历史记录。该项目名为“Minna de Honkoku”，邀请公众参与转录1900年前使用的日本草书（kuzushiji）文本。这一项目吸引了近万名参与者，共转录超过4千万个字符，为日本的地震研究和灾害评估提供了宝贵的历史数据。Semken及其团队则探讨了技术如何克服传统教育中的障碍，使学生能够通过虚拟实地考察的方式体验科学。他们指出，虚拟实地考察不仅能够让更多人接触到科学研究，还能显著提升学习效果，尤其是在入门级课程中。通过一系列案例研究，他们展示了如何利用现代技术手段，如虚拟现实和在线资源，将复杂的地质现象以更直观的方式呈现给学习者。

综上所述，本卷的多篇文章从多个维度探讨了地球与行星科学的最新进展，涵盖了从地质历史、气候变迁、海洋生态系统到微生物作用和行星磁场等广泛领域。这些研究不仅深化了我们对地球和行星系统的理解，也为未来的科学研究和实际应用提供了重要的理论支持和实践指导。同时，它们也展示了科学探索中个人与集体的结合，以及跨学科合作的重要性。无论是对科学史的回顾，还是对当前研究热点的分析，这些文章都体现了地球与行星科学的多样性和深度，为我们提供了丰富的知识和启发。