广义的地球科学涵盖地球物理学、地球化学、地质学、地理学、大气科学、海洋科学等。这个领域的研究内容纷繁无比，毕竟，行星地球在过去46亿年间发生过的事情多到数不清，其中的谜团也是不计其数。

那么，地球科学的文献浩如烟海，也就不奇怪了。每年发表的论文数以万计或十万计^[1]，历史上曾经发表过的论著总数就更大了，应该已达到10⁷篇/部的量级。任意挑选一个术语进行网上检索，例如“沉积物收支”，跳出来数万条文献也很平常。

虽然如此巨大的数字已经让研究者感到痛苦（即便在很小的研究方向上也难以读完全部文献），但与未来将继续问世的论文总数相比，目前的数字还小得可怜。为什么？回答这个问题，得从地球科学核心理念说起^[2]：地球科学的特点使得野外工作、过程与机制、时空尺度成为学术理念的标配。由于所探究的问题涉及的因素太多，无法像物理学那样做“判决性”实验来建立理论，因此不得不从野外工作中获得线索。不然的话，若有20个影响因素、每个因素存在3种状态，得做3²⁰次实验，一个人即便穷其一生也完不成。有了野外观察得来的的线索，才能进行过程和机制分析，尝试获得主控因素的信息。最后不能忘记的一点是，不同时空尺度上起主导作用的过程和机制是不同的，例如在短时期、小范围内，海岸沉积受控于物质供给和水动力条件，但在全新世陆架环境下，海面变化和陆架初始地形成为关键因素。

早先，我们刚刚步入研究生阶段时，有一次听了一个讲座，是关于如何寻找科研论题的。讲演人说到，时间、空间、主题构成一个坐标系，其中的任意一点均可以成为潜在的论文题目，例如，以石炭纪为时间，以南京地区为空间，以珊瑚为主题，那么论文的题目就是“南京地区石炭纪的珊瑚”。当时我们对研究还很陌生，不能自主判断选题的价值，所以觉得这个办法不太实用。但是，如下所示，这个坐标系对于地球科学研究论文规模的分析却很有用。

假设要研究地球演化的整个历史，其时间尺度为10⁹年，而研究一次地震和海啸过程，其时间尺度小于10^-3年，期间跨越了12个数量级。如要选取其中任一时间尺度，有12种可能。实际上，研究往往同时涉及多个时间尺度，例如，半日潮流引发沉积物输运的观测，涉及半日潮周期到大小潮周期。按照组合公式计算，2个尺度的组合有66种可能^[3]，同理，3个尺度的组合有220种可能，诸如此类。最后，12个尺度的组合有1种可能。因此，共有3655种可能。

时间段的选择是另外一个问题。同样是研究10⁷年尺度的问题，可以是关于早石炭纪的，也可以是关于中石炭纪或晚石炭纪的，或者一并研究。在12个数量级的时间跨度上，时间段的选择可以说几乎是无穷无尽的。为了论证的简便，不妨减少一些选择的可能性，将其局限在10³种之内。这样，关于时间尺度和时间段的选择，共有3655×10³种可能。

再来看空间因素。地表范围的空间尺度10^-3～10⁴千米，跨越8个尺度。例如，一个样方的尺度是10^-3千米，而洋盆的尺度是10⁴千米。组合计算结果是有255种可能。垂向范围也是10^-3～10⁴千米，例如，土壤剖面的尺度为10^-3千米，地幔动力分析的尺度可达10⁴千米。因此，地表和深度/高度的结合，产生65025种可能。

此外，还有地理位置和地点问题，研究大型河口的地貌动力过程，可以选择长江口，也可以选珠江口、黄河口。再加上各种组合，可以说是有无穷多种可能。同样，为了论证的简便，不妨取一个较小的值，比如说10⁶种可能。因此，关于空间尺度和地点的选择，共有65025×10⁶种可能。

时间和空间因素总共导致2.4×10¹⁷种可能。空间因素的贡献大于时间因素的贡献，这是因为时间是一维的，而空间是三维的，所以空间问题的多样性更大。

研究对象方面，岩石、矿物的种类成千上万，即便我们把研究范围限定于常见矿物，仍有10²种的量级；地貌、沉积环境的类型也有相同的量级，如海岸陆架环境里就有海湾、河口湾、砂砾质海滩、潮滩、潮流脊、潮汐汊道、河流三角洲、基岩海岸、海岛、珊瑚环礁等；生态系统的类型也不会少于10²种，光是海岸线附近就有盐沼、海草床、红树林、牡蛎礁、珊瑚礁、陆架底栖生物、水层生态、海湾与河口生态系统等，深海和陆地的生态系统就更多了。

生态系统涉及的生物物种达到天文数字。动、植物，再加上微生物，至少有10⁶量级的生物物种，在生态系统中以这些物种构成10³类研究议题，应是轻而易举的。

对研究对象的分析涉及系统特征、过程机制和演化历史和趋势。从学科视角看，有物理、化学、生物的各个方面。物理因素有力震重磁热声光电及其组合，如前所述，有255种可能。化学因素有10²种元素，有的涉及到化合物、有机态无机态、溶解态颗粒态、营养物质，研究者们当前关心的有数十种元素，其中每一种又有不同的存在形态，至少构成10³个可能的主题。生物因素有基因的、形态的；宏观的、微观的；系统分类的、生态系统的。

综上所述，考虑研究对象和学科交叉，不管时空因素，课题的数量将在3×10²×10³×255×10³=7.6×10¹⁰以上。

论文写作的方面也有多种可能性。论文可分为研究论文和综述论文，两者均涉及系统特征、理论分析、方法技术，这样就有6种类型。其实，两类论文还可进一步细分，例如理论分析可以是逻辑推理的、归纳的、哲学理念的、基于史料的，为简便起见，这些可能性可暂时忽略。

另外还有一个科学社会学的因素。同样主题的论文是否允许再写、再发表？有的研究者是主张允许的，并且认为重复研究对于科学理论的发展非常必要^[4]。现实的情况之一是，论文经常有错漏和局限性，因此同一主题的论文可能要写多次，在文献中同一题目的论文曾多次出现，发表于不同的时间、不同的期刊，并且可能由不同的作者所写。荷兰有一位学者，在其研究生涯中反复打磨同一篇论文，发表了多个版本^[5]，最后成为经典论文。可以说，一次就成功，准确无误，其概率很小。所以，我们不妨假定同主题的论文平均需要写作5次。因此，论文格式本身就至少产生了30种可能。

现在，我们将以上总结的2.4×10¹⁷、7.6×10¹⁰和30等多个数字相乘，就得到了保守估算的一个潜在论文总数，即5.5×10²⁹篇！这还不包括未来研究中新产生的论题。目前已经完成的数字，满打满算也小了20个量级。

这个数字意味着什么？首先，我认为研究必须是认真的，科研的经费和时间很宝贵，应全部投入到真实的研究中去。如果像我们经常看到的那样，论文灌水、弄虚作假，那么再多的投入也没有用。“论文需要写5次”是针对认真工作态度的假设，瞎折腾的话，写100次也是等于零。

其次，做科研应有谦逊态度，不能自我膨胀。有时候我们看到，一有论文发表，就马上出现重大突破、创新性成果、开创性贡献诸如此类的廉价吹捧，但是别忘了，放在科学史的天平上许多所谓成果其实是微不足道的。乔治·萨顿告诫说，科研评价应以历史上的科学家为参照系，贡献大小的计算要有根据^[6]。管理者应知道，重大突破不可能常有，一般人能做好本职工作就很好了。地球科学尤其如此，许多资料都是多解的，要搞对不容易，应与历史上的学者通过他们的著作多对话，力求避免愚蠢的错误。

最后，迄今发表的全部论著比起所需的研究规模是如此之小，以至于在看得见的将来此种局面也难以改变。这个问题有一个可能的方案：发展人工智能写作技术。目前已经出现了这一趋势，很可能20年之后科研人员就写不过机器人了，那时论文发表的任务会正式移交给人工智能。不过，我们还应努力研究，以便在那一天到来时，让机器人觉得我们这个时代的人写的论文还不错、有水平。

注释

[1] 每年发表论文的情况统计见于科学文献计量研究人员的定期报告，如：肖仙桃, 孙成权, 2005. 国际及中国地球科学发展态势文献计量分析. 地球科学进展, 20(4), 467-476；张志强, 王雪梅, 段晓男, 2016. 国际地球科学发展现状与中国影响力分析. 中国科学院院刊, 31(4), 477-484。Web of Science数据库也实时公布发表于SCI期刊的地球科学(Geosciences)论文。

[2] 有关地球科学核心理念的系统性阐述见于：Kastens K, Manduca C A, Cervato C, Frodeman R, Goodwin C, Liben L S, Mogk D W, Spangler T C, Stillings N A, Kastens S T, 2009. How geoscientists think and learn. EOS Transactions, AGU, 90(31), 265-266.

[3] 根据组合公式计算，见《数学手册》第24-25页（高等教育出版社，1979）。

[4] 有关重复研究的意义，见R. K. 默顿的专著（Robert K. Merton, 1973. The sociology of science: theoretical and empirical investigations. University of Chicago Press, Chicago, 605 pp. Edited by Norman W. Storerages）。

[5] 这里指的是荷兰海洋研究所H. Postma教授，他关于潮滩细颗粒物质输运的论文发表了十多次，时间跨度长于20年。代表性作品为：Postma H, 1961. Transport and accumulation of suspended matter in the Dutch Wadden Sea. Nethyerlands Journal of Sea Research, 1, 148-190。

[6] 关于科学研究评价应以历史上的科学家为参照系的论述，见乔治·萨顿（George Sarton, 1884～1956）所著《科学的历史研究》（上海交通大学出版社, 2007）。