海洋是生命的摇篮，是支撑地球宜居性的关键空间，是地球系统科学发展的重要引擎。海洋是地球气候系统的调节器，对地球系统的热量循环、水循环、物质循环等有重要的调控作用，深入认识海洋动力过程及能量物质循环过程是理解和应对全球及区域气候变化的关键。海洋也孕育了地球上最大的生态系统，具有巨大的服务功能和价值，认识蓝生命系统过程与规律、合理开发和保护蓝生物资源是支撑人类社会可持续发展的重大战略需求。随着人口持续增长，人类对能源、粮食、空间、矿产、淡水等资源提出了更加迫切的需求。与此同时，随着人类活动的加剧，温室气体、污染物（如重金属、持久性有机污染物、微塑料）等排放量增加，地球气候系统正在急速变化，环境和生态系统正在迅速退化。认识海洋、经略海洋关系到人类社会的兴衰。
然而到目前为止，广袤深邃的海洋只有5%的区域被人类探索。未知的海洋蕴藏着无尽的资源，是重大科学发现和颠覆性技术创新的摇篮。海洋独特的生命过程，特别是热液、冷泉以及深海暗生命系统等一系列重大发现，颠覆了人类对于生命极限的认识，有望通过人类的探索解答地球生命起源这一终极问题。海洋作为地球系统的〃血液〃，是联系地球系统各圈层的纽带（图1）,开展以海洋为核心的多圈层耦合研
究，是催生地球科学重大发现、创建和发展地球系统科学新理论的必由之路。
图1地球系统多圈层耦合小意图
自20世纪中期以来，围绕海洋中的物理、化学、生物和地质过程及其对气候和生态系统的影响，全球海洋科学界以国际合作的方式发起了一系列国际大科学计划，例如海洋与气候方面的世界海洋环流实验(WoCE)、Argo全球海洋观测网、耦合模式比较计划(CMIP),海洋生物地球化学和生态系统方面的全球海洋通量联合研究计划(JGoFS)和全球海洋生态系统动力学研究计划(G1oBEC),海洋地质和地球系统科学方面的国际大洋发现计划(IoDP)、国际地球科学计划(IGCP)等。这些国际大科学计划极大地推动了海洋科学各个分支的发展及其与其他学科的交叉融合。历经几十年的发展，海洋科学正在整体进入转型期，学科已逐步提升到集成整合、探索机理的系统科学新高度，深化拓展近海研究与管理、聚焦深海与极地新疆域、开展多圈层多尺度耦合研究成为世界各国海洋研究的新趋势。2017年12月，联合国大会第72届会议宣布2023-2030年为〃联合国海洋科学促进可持续发展十年〃,并于2023年10月在线发布了《实施计划摘要》,提出〃构建我们所需要的科学，打造我们所希望的海洋〃十年愿景,旨在〃推动形成变革性的海洋科学解决方案，促进可持续发展，将人类和海洋联结起来〃。本文对当前海洋研究领域诸多悬而未决的重大前沿科学问题进行了梳理和凝练，回顾总结了我国海洋科学领域的研究进展与发展态势，对标出与世界先进海洋强国的差距，并基于当前这一重要历史机遇，对我国海洋科学未来发展方向和具体目标进行了展望。
中国十大悬案一、海洋科学前沿问题
海洋科学具有鲜明的多学科综合交叉的特点，其研究前沿实质上是学科交叉的前沿，更是孕育颠覆性创新的高地。Science杂志在创刊125周年公布的125个最具挑战性科学问题的前25个问题中，与海洋密切相关的包括地球内部运行机制、地球生命起源、温室气体导致地球增温的上限、石油能源的替代、地球的人口承载力。目前，海洋科学的前沿研究领域主要集中在海洋物质能量循环、跨圈层流固耦合、海洋生命过程、健康海洋、海岸带可持续发展、快速变化的极地系统等方面。
1阐明海洋物质能量循环机理是认识地球宜居性的关键
自工业革命以来，人类因使用化石燃料造成的累计碳排放已达4500亿吨，目前全球气温正在以平均每百年15°C的速率迅速升高。全球变暖引发的气候波动、海平面抬升以及日益频繁的海洋和气象灾害给人类社会带来了前所未有的威胁。海洋由于其巨大的热容，储存了整个气候系统中超过90%的热量盈余，作为地球系统中最大的活动碳库，吸收了大约30%的人类活动排放的CO2o这些从根本上减少了进入大气系统的热量，从而减缓了全球变暖的速率。海洋多尺度过程及其相互作用如何决定海洋物质能量循环，进而决定海洋对热量和
CO2的吸收能力？物理泵与生物泵的贡献分别有多大？深海大洋对热量和CO2的极限吸收能力是多少？对热量与CO2的吸收如何改变海洋的动力过程和生物地球化学环境？又如何进一步影响不同时空尺度上的海平面、极端天气和水循环等变化？在地质历史时期，大气Co2的变化幅度远大于工业革命以来的监测结果，其控制因素是什么？对地球的宜居性产生了哪些影响？回答这些问题与认识未来地球的宜居性息息相关，同时也是增加我国在应对全球气候变化、部署地球工程等重大世界性事务中话语权的关键。
2•深入理解海洋与岩石圈的耦合过程是拓展地球系统科学理论的必由之路
海洋是地球不同圈层物质与能量交换的关键载体，既是地球内外动力地质作用的交融地，也是不同来源物质的汇集地。海洋的存在使得地球上广泛存在流体活动，在地质历史时期改变着大洋板块的物理化学组成，改变着海洋固体地表。随着板块构造，大洋板块俯冲将流体和流体改造的岩石圈带入地球深部，影响着岩浆活动、板块运动、海底资源的形成，乃至整个地球系统的演化（图2）。20世纪60年代板块构造理论的建立，兴起了一场改变地球科学发展轨迹的革命。海底是全球环境变化的记录者，通过沉积物记录的全球气候和环境变化是揭示地球演化和人类生存环境变化规律的重要科学参考。海底流体活动和地质
过程形成的重要成矿资源，是人类未来赖以生存发展的潜力所在。但是，长期以来许多相关问题仍然没有得到解答，如现代大洋壳/幔边界结构和组成是什么，板块构造的驱动力是什么，地球内外物质交换的基本规律是什么，地球深部过程演化与宜居地球环境形成的关系是什么，尤其是，地球内部各圈层之间的碳、氧和水循环规律是什么，以及地质历史上对地表环境的影响如何，海底地震发生的机制是什么，如何科学评估和预测滑坡等大型地质灾害的发生等。这些海洋和地球科学中亟待解决的重要科学问题，不仅有助于揭示地球系统的运行规律，也关系到人类生存环境的演化和社会可持续发展。
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