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地球科学论文:存量与潜力简析

已有 1111 次阅读 2022-1-17 20:58 |个人分类:科研管理|系统分类:科研笔记

 

 

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)。

 





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