一方面，科学的进步，特别是计算机技术和空间科学的发展导致对地观测技术的飞速发展以及地球科学等分支学科的日益成熟，使得人类研究全球环境问题成为可能，以全球环境问题为对象的全球变化研究成为当代重要的科学前沿之一。
近20年来，国际上相继实施了世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际全球环境变化人文因素计划（IHDP）、生物多样性计划（DIVERSITAS）等全球变化研究计划，在理解地球系统的整体行为和运行特征等方面取得了重要进展。
以全球环境变化问题为研究对象的全球变化研究所倡导的学科交叉与综合集成研究代表了地球科学及相关学科的发展趋势，推动了地球科学各分支学科、地球科学与其他学科、以及自然科学与社会科学的的交叉、渗透与融合。它借用并强调的“系统”观、“整体”观 和“相互作用”的概念，对地球科学及相关学科从宏观层面认识世界产生了积极影响。诞生了地球系统、生命系统、无生命系统（又称生命支持系统）的概念，物理-化学-生物过程的相互作用、圈层相互作用、陆-海-气相互作用等概念，派生了全球变化科学、可持续发展科学等所谓“科学”的提法，影响和推动了学科发展。
5.1.2 关键科学问题
全球变化及其区域响应研究的关键科学问题是：几十年至百年尺度的全球变化事件的发生规律和特征；全球变化的成因、人类活动的诱发机制及主导全球变化的相互作用的物理、化学和生物学过程；全球变化早期信号的捕捉、监测与预警；全球变化过程的建模、模拟与预测；重大全球变化事件的影响及后果；全球变化减缓、规避与适应对策。
5.1.3 目标与重要研究方向
目标：通过对上述关键科学问题的研究，提高对全球变化规律的了解和未来变化趋向的认识，回答全球变化的成因、现在是如何运行的、未来会出现怎样的变化，为解决人类生存与可持续发展面临的资源供给、环境优化、减轻灾害等重大问题提供科学与技术支持。
重要研究方向：
（1）亚洲季风环境系统变化与适应
? 宏观环境格局的形成、演化与气候环境系统
? 亚洲季风气候环境系统中的海陆气相互作用、各种时间尺度变异的原因和物理机制 ? 区域气候环境系统变异的模拟和预测 ? 气候系统与环境系统的耦合过程
? 人类适应气候和环境系统变异的理论和方法 （2）东亚地区生态系统的碳氮格局与关键过程 ? 生态系统碳、氮收支的格局和变率
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? 生态系统界面过程与碳氮交换
? 生态系统碳氮收支的过程和圈层相互作用 ? 生态系统碳氮过程变化与人类活动干扰 ? 碳氮格局变化的区域效应 ? 碳管理与区域发展途径
（3）西太平洋、东印度洋与青藏高原“三角区”的陆海气相互作用 ? 西太平洋-东印度洋（暖池海域）在多时间尺度气候变异中的作用 ? 西太平洋边界流系统演化及其对东亚和我国气候变化的影响 ? 亚洲形变与气候环境演化的海陆对比 （4）过去全球变化研究 ? 环境记录重建的方法研究
? 多手段、高时空分辨率数据集的重建和数据库建设 ? 过去重大全球变化事件的发生和演化机理 （5）东亚环境变化对全球变化的影响与响应 ? 东亚地区环境的自然变化趋势
? 人类活动（土地利用、工业化、城市化过程）及其环境影响 ? 东亚地区对全球变化的响应和适应问题研究 5.2 地球环境与生命过程
5.2.1 背景与意义
地球环境的演变决定了生命的起源与演化过程，而生命过程又影响着地球表层环境以及大气圈、水圈及岩石圈的物质循环。二者之间存在着相互作用、相互制约的协同演变关系。系统地研究生物的起源、演化与环境制约、地球环境事件和现代地表环境与生物多样性的演化与发展、极端环境中的生命特征与适应机制等已成为国际上当代地球与生命科学研究的前沿领域。
随着人类工业化进程的加快,当代地球正面临一次新的重大转折。通过对地圈与生物圈的相互作用研究,了解过去、认识现代、预测未来，为人与自然协调发展和保护生物多样性的实施提供科学支撑。
生命科学已成为当代领头科学。包括地球科学在内的现代科学和生命科学的交叉融合已势在必行。生命科学为地球科学的迅猛发展提供了强大的推动力和先进的理论、方法和技术平台。这种交叉融合可望取得地球环境与生命的协同演化领域的新突破。
我国研究过去地球环境与生物演化的古生物学与地层学，十余年来取得了举世瞩目的成果。
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据不完全统计，从1995年至今，我国古生物学与地层学工作者仅在“Nature”和“Science”两种刊物上就发表了80余篇论文，成为我国基础学科的一个亮点。我国的地史、古生物记录完整，例如澄江生物群和热河生物群都是全球罕见的化石宝库。
一个具适度规模、学科齐全、以中青年为主且具有广泛国际合作基础的地球科学与生命科学研究队伍已逐渐形成，两者的交叉研究有的已进行了十几年，某些成果已在国际顶级刊物发表。合作各方的积极性很高，经过努力可望取得原创性成果。
我们依靠资源和人才优势，经过努力，可以继续保持地球环境与生命协同演化某些领域国际前沿的地位。当前急需通过学科交叉在本领域取得综合性和高层次成果，在国际上逐步取得主导地位。
5.2.2 关键科学问题
生命起源是当代重大科学难题，需要地球科学和生命科学联合攻关。我国早期生命记录得天独厚，在真核细胞、后生动物、脊椎动物等起源研究上已处于国际前沿。地史上重大全球变化多次导致了生物界的重大变革（绝灭、复苏、起源、辐射），构成地球环境与生命协同演化的历史，并且对了解当代、预测未来有重要启示作用。生命之树（Tree of Life）是当代生命科学的前沿研究计划，我国可以利用已有工作基础，结合化石记录的优势，选择若干关键方向，构建有中国特色的生命之树研究领域。该领域的关键科学问题是：1) 地球早期生命和环境的协同演化；2) 重大全球变化期环境效应与重要类群的起源、演化；3) “生命之树”关键支系的构建与环境制约。
5.2.3重要研究方向
(1) 地球早期生命和环境的协同演化 ? 生命起源及其环境背景
? 氧化大气圈的形成和真核生物的出现
? Rodinia超大陆的裂解、雪球事件与真核生物的辐射 ? 寒武纪生命大爆发及其环境过程
(2) 重大全球变化期环境效应与重要类群的起源、演化 ? 古生代海洋生物群的兴衰与环境演变 ? 陆地环境演变和陆地生命系统的形成
? 泛大陆Pangea的聚散与生物辐射、绝灭和复苏 ? 中生代全球变化与现代生态系统的形成和演化
? 新生代以来的气候变化的生态响应、人类演化与生物多样性危机 ? 重大全球变化期的高分辨率年代格架
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(3) “生命之树”关键支系的化石记录和分子标记与环境制约 ? 构建“生命之树”的方法与技术平台
? 早期生命关键类群生命之树的构建服役期环境制约 ? 重要脊椎动物类群的系统发育重建及其环境制约 ? 陆生植物的起源、系统发育及其环境制约 ? 人类起源及其环境背景
? 物种形成与支系分化速率及其环境制约的实证 （4）生物地球化学过程与地球表面环境演化 ? 地球演化史中生命元素的地球化学循环 ? 极端环境和地质突变期的生物地球化学过程 ? 地微生物及其生物地球化学过程的环境效应 5.3地球深部过程与大陆动力学
5.3.1背景与意义
地球是人类生活的唯一场所。研究地球深部过程与大陆动力学过程，是提高人类对地球形成与演化、地球内部运行规律认识程度的重要途径。
20世纪90年代以来，国际地学界一直非常注重大陆动力学领域的研究。国际岩石圈计划的重点从岩石圈的结构、构造和演化转向了过程和动力学，其中大陆岩石圈、深部作用过程和动力学成为国际岩石圈计划的主要研究领域。美国国家科学基金会、地质调查局和能源部联合提出并实施了为期30年（1990～2020）的“大陆动力学计划”，其目的是建立大陆不同尺度的动力学演化模型，为地震预报、资源预测及大尺度生态环境变化预测提供新的基础。由欧洲16个国家针对大陆成因与演化而共同开展的“欧洲探测”计划从1992年开始实施，延至21世纪初，其目的是增进对地球壳－幔构造演化和控制其随时间演化的动力学过程的理解。美国国家科学基金会地球科学部把大陆动力学作为长期资助的方向，并在近年来实施了“地球探测”（Earthscope）大型研究计划，试图较为系统和精确地描述北美大陆的结构与演化。
中国大陆地质构造复杂、演化历史漫长。它不是像北美或者欧洲大陆那样以一个巨型前寒武纪克拉通为主体形成的单一大陆，而是由一些小克拉通（或小陆块，准地台）和众多微陆块及其间的褶皱带（造山带）组合而成的复合大陆。古生代以来中国大陆构造的发展和演化记录了古亚洲洋、特提斯洋、太平洋三大全球性动力学体系之间的相互作用。中、新生代太平洋板块俯冲和印度板块碰撞导致的大陆边缘和内部复杂的动力学过程在中国大陆及邻区留下了明显
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的印记。西部陆-陆碰撞产生的世界屋脊青藏高原及其所伴生的陆壳抬升和增厚，东部的岩石圈减薄及典型的边缘海体系，横贯东西的中央山系以及大别－苏鲁超高压变质带，还有别具特色的众多盆地等等。华南地区是几大板块汇聚的地区，是中国大陆古生代以来地质事件发育和叠加复杂而完整的地区，是典型的特提斯构造域和太平洋构造域转换地区，是我国重要的多金属成矿区，是环太平洋重要的火山岩－花岗岩“火成岩省”，是研究大陆动力学天然的实验室。充分发挥这一地域优势，通过野外实验室的系统、精细研究，结合空间大地测量和深部地球物理探测以及对典型地区的科学钻探，充分开发和利用测年技术所提供的重要时间信息，建立更加符合中国大陆地质实际的物理与数学模型进行理论概括与定量化数值模拟，研究中国大陆的物质组成、结构、演化过程与动力学，并与世界其它大陆地质和大陆动力学研究成果进行比较研究，中国科学家完全有可能在大陆动力学这一国际关注的研究领域做出重要贡献。
5.3.2关键科学问题 该领域的关键科学问题是：
（1）大陆岩石圈结构与组成的非均一性和动力学； （2）中新生代大陆变形过程及其动力学； （3）大陆形成与演化机制。 5.3.3目标与重要研究方向
目标: 选择以青藏高原、大华北、华南为突破口，以重点科学问题研究为主线，以多学科相结合为主要研究方式，揭示地质历史时期中国大陆的形成与裂解，造山作用与高原隆升和盆地形成，以及大规模岩浆活动的机理，探测现今中国大陆壳－幔系统的物理和化学三维结构及其力学状态，探讨大陆物质增生和消减的规律，对比亚洲相邻地区和世界其它大陆，建立中国大地构造格局及其演化过程的新的理论框架。
重要研究方向:
（1）青藏高原深部过程与资源、环境和灾害效应
? 壳幔三维结构与现代变形过程：从深部构造到与地表构造变形 ? 印度-欧亚大陆碰撞过程及大陆动力学
? 深部过程与环境、气候等地球表层过程之间的耦合关系 ? 深部过程反演：壳幔物质相互作用和深部作用过程 ? 沉积盆地动力学：隆升过程的地质记录 ? 青藏高原及邻区综合：模型和模拟 （2）大华北新生代大陆动力学、气候演化和灾害
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