地球科学最前沿的科学问题是山脉和盆地、大陆和大洋的成因及其关联机理；最难的问题是科学预测地震；最大的问题是能源危机；最深远的问题是全球变化。地球系统动力学及其以此为指导的取热减灾减排为解决这些难题提供了一个新思路。
三个假说
1990~1991年间，笔者通过青藏高原南部野外调查，认识到中新世具有热隆伸展性质的喜马拉雅不是由始新世板块碰撞挤压而成，而是在板块碰撞之后由中新世恒河盆地下地壳流动形成的。在综合前人成果的基础上，笔者于1992年提出以大陆下地壳层流、盆山耦合为核心的大陆动力学假说，其后相继提出地核层流制约深地幔岩浆板状上涌带动地幔软流圈层流、洋陆同步形成与演化以及流入大陆的地幔软流圈热流物质底辟作用同步造盆造山的地球内部系统动力学假说和太阳与地核的不均匀热活动驱动地球内部系统、地球表层系统、地球外部系统多级多类物质、能量循环的地球系统动力学假说。上述地学假说突破了板块学说的时空局限性和机理不确定性，合理地解释了板块学说难以解释和没有解释的一些自然现象，还成功地实现科学预测。例如，笔者在层流构造基础上于1993年提出四维动态成矿理论、板内成矿学和成矿动力学，1994年预测青藏高原南部存在四个大型成矿带，墨竹工卡、尼木是大型铜多金属矿集区。这些理论预测与2000年以来的找矿实践十分吻合。
上述理论体系顶层的地球系统动力学，具有如下特点：（1）将整个地球系统作为研究对象，强调多尺度层块的关联性；（2）循环运动区别于槽台学说和地幔柱假说的单纯垂直运动和板块学说的单纯水平运动；（3）地貌单元与构造单元一致，盆地与山脉、大洋与大陆的结构、构造、建造、成因统一，思路简明，原理简单；（4）地球多圈层流体流动维系地球的活性，保持其动态演变，产生远程效应；（5）大陆盆山之间地壳物质循环、洋陆之间壳幔物质循环以及火山物质循环、碳循环、水循环、大气环流等均受温度制约，并相互制约；（6）不均匀的热流体运动是构造运动及其岩浆活动、地震、极端气候事件和环境灾变的主因；（7）热动力主导地球动力系统，不同程度地影响和制约应力、重力、引潮力、电磁力；（8）热积累与热耗散制约地球分阶段演化、渐变与突变交替、灾害周期性连发和群发；（9）不同天文周期的天体作用触发地球内部流体层异常运动，引起突变和灾变，地球系统动力学是通往地球—天体系统动力学的桥梁。
三大变革
地球系统动力学理论创新可以带动能源、减灾和环境的变革。
1.新地学革命与能源变革
能源需求在不断增大，不可再生能源反而在减少。源于地球内部重原子核裂变和轻原子核聚变产生的热能动态演变，取之不尽，局部富集。主动开发变宝，被动释放成灾。应将其作为新能源的首选。
青藏高原、西南、华北、东北、东南沿海、台湾大地热流值高，地热资源丰富，灾害周期性链式复发。优先系统开发异常热集区深层、中层和浅层热能，是发展低碳经济、建设低碳环境不可多得的根本途径。
地壳的稳定性取决于热流体异常运动，地壳热结构、热构造、热状态、热演化应当作为安全评价的重要指标。核电站、重要城市、大型工程、军事基地应尽量避开热流体富集区。无法避免和已建区域要加强地热开发，尤其是地热发电站与核电站要联合布局。
2.新地学革命与减灾变革
灾害系统关系到社会系统，取决于地球系统。流体运动让地球充满活力，热流体不均匀流动导致地球进入病态，取热可以减少地球成长的烦恼。
各种物质熔点不同，在特定温度条件下发生熔融，由此形成的流体异常富集，可以成矿和成藏，也可以成灾。重大灾害链能够引起社会变革甚至生物绝灭。地球历史上5次大的生物绝灭事件可能与构造运动及其流体作用产生的超级火山—冰冻—地震—洪涝灾害链有关，巨灾连发导致恐龙死亡。
热富集区常常是多灾区。以地震为例，从全球来看，绝大多数地震分布在南纬60度与北纬60度之间，两极几乎没有地震。尽管地震主要是地球内部热能不均匀作用的结果，但是来自太阳的热能也可能起一定的作用。对大陆而言，多震区与高热流区一致。我国大地热流值最高的西藏当雄曾发生过两次8级地震。剖面上，大陆地震震源集中分布在能够积累应变能的韧脆性中地壳。脆性上地壳尽管断层发育，但几乎没有构造地震。发震能量只能是来自更高能的下地壳高温流变层，而不是震源之上的断层作用。根据热流体地震成因理论，不仅能够预测地震，而且开发热能可降低震级。
近年来西南和华北热流体异常运动已形成灾害链，鲜水河—小江构造带和环渤海湾地区的强震监测和预测刻不容缓。
3.新地学革命与环境变革
固体物质吸热融化和汽化及其热流体不均匀流动是全球变化的主因。最大的全球变化是巨型热灾害链：晋宁、加里东、华力西、印支、燕山、喜马拉雅等构造运动产生由超级干旱—火山—冰冻—地震—洪水组成巨灾链。其机理是：地球内部热能经过数千万年至1亿多年的积累之后，在数百万年内通过巨型热灾害链释放，首先形成超级干旱和超级火山，地壳相应变冷；巨量二氧化碳、甲烷、水汽、硫氧化物等进入空中形成巨厚的混合物质层，反射太阳辐射热能，进一步造成地球浅表层变冷，进入冰期。随着地球内部热能再积累，在地幔和下地壳热流作用下冷而脆的上地壳发生公里级的断裂，形成里氏12级以上地震，并释放大量热能、水汽等，改造和溶化曾冷凝结晶的大气混合物，形成大范围巨量降雨，超级洪水强烈冲刷和剥蚀山脉，盆地同步形成巨厚的砾石层和不整合，海平面上升。这种巨型热灾害链会彻底改变地球环境，造成生物锐减甚至生物绝灭。
巨型热灾害链是热能长期积累和突然释放的结果。地质历史上还有无数较短周期、较小尺度的热灾害链。它们结构相似，机理相同，不同程度地影响地球生态环境和全球变化。因此，取出部分剩余热能，可以减缓热灾害链强度，推迟热灾害链发生时间，圆梦美丽地球，助建美丽中国。
美丽地球不是梦，取热减灾能圆梦！
（作者单位：中国地质大学〈武汉〉地球科学学院）
《中国科学报》 (2013-03-11 第6版 专题)
