国家最高科学技术奖获得者钱七虎院士&英国知名地质学家Gillian R. Foulger教授作序推荐、国家自然科学基金原创探索计划项目资助、大连理工大学唐春安教授所著的《地球大龟裂：地球演化新说》(绘画版)，近期将由地质出版社出版发行。
本书作者从龟裂自然现象的形成机理入手，提出了以地球自身热平衡为驱动力的地球演化新说——地球大龟裂。通过建立地球系统的热平衡方程，阐述了热平衡性态变化导致地球周期性冷、热变化的基本规律，对地球演化过程中的板块起源、超大陆裂解、漂移和碰撞、火山喷发与玄武岩溢流、生物灭绝、冰河生长与消融以及全球变暖等一系列彼此相关的重大地质事件给出了系统性新解释。本书为中、英文对照绘画版，图文并茂。
为唐春安教授的《地球大龟裂：地球演化新说（绘画版）》作序，要从多年前一次同行说起。2011年，我任中国岩石力学与工程学会理事长时，唐春安教授任该学会副理事长。当时我们学会组团参加美国的一个岩石力学会议，唐春安教授与我们同行。一路上，他多次与我谈起他对美国科罗拉多大峡谷形成机制的看法。他从龟裂的角度，运用能量最小、路径最短的力学原理，介绍了他的关于大峡谷形成的模型。我觉得唐教授从力学的角度、从热抬升破裂的机制去考虑大峡谷的形成有一定的道理。一年多以后，唐教授又将他有关地球演化与全球变暖的进一步思考及他与国外多位地球科学专家的书信往来向我进行了汇报，他的执着使我开始感到应该重视他的研究。
为此，2012年11月3日，我推动中国岩石力学与工程学会邀请了相关专家和学者30余人，在北京组织了一次地球演化与全球变暖新观点研讨会，专门听取了唐教授关于“地球大龟裂”的汇报；会议讨论十分热烈，对唐教授的观点基本给予了正面评价。2013年，中国科学技术协会特批以“地球演化与全球变暖”为主题在北京举办了新观点新学说学术沙龙，我与唐春安教授任联合领衔专家，中国科学院地质与地球物理研究所王思敬院士、南京地质古生物研究所沈树忠研究员及美国、加拿大等相关单位30多位专家出席了沙龙交流。唐教授的主题发言——地球大龟裂，引起了多数与会者的极大兴趣。唐教授基于热力学、物理学和岩石力学基本原理，对地球演化和全球变暖机理进行了全新的思考，提出了地球的热平衡方程并对地球演化进行了逻辑推演。他认为，地球演化的历史就是一部地球热能在冷-热周期不断转换中渐进衰变的历史。地壳与地幔物质在热平衡条件下的不断相互转化，诱发了一系列以升温与冷却、膨胀与收缩、熔融与凝固为特征的地表变迁史。全球变暖和变冷是地球演化热周期的必然趋势，但并不排除气候变暖是人类活动影响的结果。
我个人认为，唐教授的新观点并不与传统地质科学对立。他的观点也是基于大量的地质学观测和证据提出来的。我们可以回顾历史上很多重大的科学成就，都是后人站在前人的肩膀上取得的成功。第谷、开普勒、牛顿有关天体运行和万有引力的科学贡献，就是很好的例子。第谷是一位观察家，开普勒是一位现象学家，而牛顿则是一位起关键作用的理论家。如果没有第谷的精确观察，开普勒可能就不会发现他的三条定律。如果没有开普勒或其他研究者总结、归纳第谷浩如烟海的观测数据，将其梳理成简洁的定律，也许就没有后来牛顿的发现。
路甬祥院士在中国科学与人文论坛上曾经做过《魏格纳给我们怎样的启示》的演讲，其中提到了三个启示：第一，创新需要勇气和自信、需要非凡的想象力和严谨的科学思维；第二，地球科学是一门跨学科的复杂系统科学；第三，应为地球科学研究创造更加良好的条件和环境。我们很多熟悉唐春安的专家，包括我，支持他的研究，但因学科领域限制，并不一定适合对他的观点做评述，而是希望力学与地学的交叉能够有更多的讨论、争论，有更多的理性探索，这样才能期待产生新的学术观点，甚至新的学术理论。
当前国家高度重视科学普及，强调提高全民科学文化素质。本画册涉及的内涵极其复杂，唐春安教授通过绘画的形式，图文并茂，形象生动，如此简洁地再现了他对地球演化过程的思考脉络。这本画册虽然不是科学专著，但不管是从弘扬科学精神、鼓励科学探索的角度，还是从丰富我国科学家原创科学读物的角度看，都是一本不可多得的地球科学探索性读物，值得推荐。
中国工程院院士，防护工程学家，陆军工程大学教授，曾任国际岩石力学学会副主席、中国岩石力学与工程学会理事长。长期从事防护工程及地下工程的教学与科研工作，创建了我国防护工程学科，荣获国家科学技术进步奖一、二、三等奖各1项，2018年荣获国家最高科学技术奖。
板块构造理论的研究意义比人们的普遍认知更为深远，与我们的生活息息相关。由板块构造引发的火山作用和地壳变形影响着气候、地表地形以及土壤、大气和水圈的结构和化学性质。自从板块构造理论在20世纪60年代被主流地球科学家接受以来，人们一直在思考：它是如何开始的？是什么力量在维持？其他岩石类行星是否也有板块构造现象？
尽管这些问题极其重要，但针对这些问题的回答仍然众说纷纭。在过去60年里有很多猜测提出，但一直没有出现一个令人信服的以数学为基础的解决方案，以及可以经受数值模拟考验的理论。
基于这个原因，唐春安教授和他的团队接受了这个挑战，并对这个重要问题进行了卓有成效的探讨。这本画册中所讲述的内容是他们最近发表在国际著名科学杂志《自然通讯》上的文章，其受到了大家的广泛关注。他们通过数值模拟方式提出：板块构造运动可能是行星冷却的必然结果。他们应用了一种最新的基于计算机进行的大型计算方法来解决这个问题，成功地模拟出一颗行星随着时间的推移，冷热交替变换，其内部不断从放射性衰变中产生热量的行为。研究工作表明，在冷却地壳形成之后，随之而来的是升温和膨胀，最终地球开裂为我们如今所见的形式，由6个主要板块和几个较小的板块组成。
一个好研究项目的标志是它能引导解答更多的问题，此项研究工作符合这个特点。一个问题随即被提出：是什么机制导致了俯冲带系统的自我维持，并在扩张脊不断补充新的地壳？本画册作者进一步推测，冷却模拟不只能解释板块构造的起源。他们提到一个有趣的可能性，与地球类似的行星也有可能处在不断的冷热循环中。这个新说也可以解释其他的主要地质事件，包括大灭绝、全球火山爆发、玄武岩溢流、地热输出波动和气候变化等。相关研究人员已经对其中许多问题进行了详细研究，但它们涉及的起源问题都不涉及任何机理性的解释。
因此，这一新说为今后的研究提供了丰富的潜力。这本画册图文并茂，清晰地展示了这一新说及其含义，对各年龄段、各学科的学生和科学家来说，可以作为这一课题的一个理想引导 。
拥有英国剑桥大学的学士学位和硕士学位（自然科学），以及杜伦大学的理学硕士和博士学位（地球物理学）。她曾在英国、冰岛和美国工作过，现担任《地球科学评论》副主编。主要研究领域是地震学、火山学和地热能。发表了120多篇论文和4本专著，其中最具影响力的专著为《板内地幔岩浆作用成因之争：板块构造还是地幔柱》。她领导了有关地幔驱动或岩石圈驱动的火山活动成因机制的全球辩论。由于这项工作，她荣获了皇家天文学会普莱斯奖及德国地质学会的利奥波德·冯·布克莱特奖。
龟裂在自然界随处可见，也普遍存在于我们的生活中。土地干裂、陶瓷裂纹，常以龟裂形式出现（图1）。树皮、钢材甚至火星表面也都存在龟裂现象。
图1 龟裂现象
我是研究岩石力学的，对龟裂研究感兴趣，纯属偶然。10年前，我和太太杨欣去大连金石滩国家滨海地质公园游览，园内一块龟裂石引起了我们的好奇（图2，左图）。这块镇园之宝已有6亿年的历史。太太指着龟裂石上的多边形裂纹问我：“你不是研究岩石破裂的吗？龟裂石上的多边形裂缝是怎么形成的？”
问者无心，听者有意。太太随意的“龟裂”之问，竟激发了我对龟裂现象的极大兴趣，并使我渐渐变成了一个“龟裂迷”。在我30多年的学术生涯中，我的“得意之作”应该就是自己带领团队开发的一款岩石破裂过程分析RFPA软件。当我试图用它来模拟龟裂时，它没有辜负我多年来为此付出的心血。我打开电脑，启动RFPA软件，建好模型，设置好参数，仅仅几小时后，电脑屏幕便令人惊讶地显示了我期待的龟裂图像（图2，右图）。这些成果后来先后在国际期刊《物理评论》和《美国科学杂志》发表。
从龟裂现象到“地球大龟裂”，则又是另一次偶然。那是2008年，适逢中国科学院武汉岩土力学研究所50年所庆。该所邀请我去做一个学术报告，我的报告题目是《龟裂及其数值模拟》。为了吸引听众，我在报告的结尾，播放了一段我做的球壳破裂过程模拟的动画。当时一位来自中国地质大学（武汉）的参会研究生，在报告的讨论环节，极认真地建议我回去看看地球板块构造。他觉得我模拟的球壳多边形破裂与地球的板块很相似。回到宾馆，我上网一搜，一幅冈瓦纳超大陆裂解图像出现在屏幕上（图3，右图）。地球大龟裂！这5个字立即从我的脑海中蹦出。这一夜，我激动得难以入眠。没想到，与这位研究生的这次“邂逅”，居然将我推上了地球探索这条“不归路”。
最初一直萦绕在我脑海的问题，就是龟裂是否遵循力学的跨尺度原理？从6亿年前的细胞分裂化石（图3，左图；沈树忠院士提供），到农村孩子们手上玩耍的泥巴坨（图3，中图），再到超大陆裂解（图3,右图;源自:www.mantleplumes.org/EarthTess2.html），除了尺度不同以外，三者的龟裂图像是如此地几何相似，使我对这个问题有了越来越坚定的肯定回答。一个大胆的设想浮出水面：地球的板块构造可能就是从地球大龟裂开始的。
图3 龟裂的跨尺度性
我研发的岩石破裂过程分析软件（RFPA）模拟结果表明，球壳内部如果存在某种原因的升温，就会引起球壳的膨胀（后来我知道，对于地壳来说，这个原因主要与放射性元素的衰变产热有关）。只要膨胀的量级足够大，球壳最终必然破裂，并形成龟裂（图4）。这一结果对于早期板块起源的解释，很快得到了更多人的认可，使我最终得以在《自然通讯》发表，还引起了数十家国外主流媒体的评述性报道或转载。
图4 地球大龟裂及地球板块起源数值模拟
其实，地球大龟裂数值模拟结果的意义，远远不止于对板块起源的新认识。地球大龟裂是地球内部热积累到极端状态时的大破裂。这种全球尺度的大破裂，会像高压锅的阀被顶开一样，造成地球内部的热量快速释放，不仅会扰动地表气候和自然环境，造成生物灭绝，而且也会造成地球表层结构的本质性变冷，诱发冰河期。相关论文已经发表在国际《地质学杂志》上。
“地球大龟裂”是一个有关地球45.6亿年演化的新说，也是我10年苦苦思索逐渐形成的一种地球演化新观。近年来，我所做的“地球大龟裂”的国内外学术交流报告已不下百场，但如何用简洁的方式清晰地表达“地球大龟裂”，却是一个挑战。3年前，我太太杨欣萌生了求助画师帮我创作“地球大龟裂”系列油画的想法，并很快付诸实施。我们家位于鲁迅美术学院大连分校附近。她很快就找到了愿意接受委托创作的画师。经过近半年努力，21幅“地球大龟裂”系列油画诞生了。这次出版的画册中的图片，就是基于这些油画初稿增至35幅，委托电绘画师王剑峰先生通过电脑创作的。
特别要强调的是，本画册既不是科学专著，也不是狭义的科普读物。它只是反映了我对地球演化探索的一种思想脉络。作为一种观点，与主流认知可能并不一致，对错也许只有未来才可定论。谬误与否，则需读者谨慎甄别。
本画册的出版，要感谢的人很多。特别要感谢中国岩石力学专家钱七虎院士和英国地质专家福格尔教授为本画册作序。他们的赞扬、点评、鼓励和展望，俨然成了本画册的点睛之笔，不仅给画册增色，更可能激发读者去积极思考和探索。感谢太太杨欣多年的支持，从“龟裂”之问，到《地球大龟裂——地球演化新说（绘画版）》画册出版，凝聚了她不少心血。我的博士生陈甜甜与冯献慧负责完成了整个画册的前期整理工作。陈甜甜还协助我进行了文字的中、英文互译，福格尔教授、郑子琼博士、嵇少丞教授、刘红元博士、龚斌博士、蔡明教授对本画册的英文文字进行了校正和润色。地质出版社刘亚军编审为本画册的编辑出版做出了卓有成效的贡献。还有那些一直关心、关注和关爱我的朋友。在此一并致谢！
唐春安 ，男，1958年3月生于湖南省黔阳县。1982年毕业于中南大学采矿专业，1984年和1988年分别获得东北大学硕士和博士学位，1991—1992年赴英国帝国理工学院做博士后研究。教育部长江学者特聘教授，现为大连理工大学岩土工程学科教授、中国地质大学（武汉）大地构造学科首席教授（兼）。国家重点基础研究发展计划（“973”计划）首席科学家。国务院第五届地矿油学科评议组成员，中国岩石力学与工程学会第五、六和八届副理事长。《岩石力学与工程学报》副主编、《国际岩石力学与采矿科学杂志》《岩土力学与工程》杂志编委。
唐春安主要从事岩石破坏力学及其应用研究，发表各类学术论文400余篇，出版英文版《岩石破裂机理》等学术专著6部。获得国家科学技术进步奖二等奖、省部级二等奖以上科技成果奖励7次。1994年获得国家教委“跨世纪优秀人才培养计划”资助，1995年获得“国家杰出青年科学基金”资助。曾荣获第四届中国青年科技奖，连续7年入榜爱思唯尔(Elsevier)中国高被引学者榜单。
近年来，唐春安热心地球科学，积极开展基于力学的地学思考，提出“地球大龟裂”地球演化新说。基于热力学，阐述了热平衡性态变化导致地球周期性冷、热变化的基本规律，对地球演化过程中的板块起源、超大陆裂解、漂移和碰撞、火山喷发与玄武岩浆溢流、冰河生长与消融、生物灭绝以及全球变暖等一系列彼此相关的重大地质事件给出了一种新的系统性解释。
责任编辑：刘亚军
版 次：2021年6月北京第1版
印 次：2021年6月北京第1次印刷
定 价：180.00元
书 号：ISBN978-7-116-12694-7
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