地球科学的“主旋律”每隔二三十年就会发生一次变革。20 世纪初四次冰期理论的提出，使人类认识到第四纪曾有旋回性的寒冷冰期气候出现。1930~1940 年代对冰期旋回的天文解释最终导致米兰科维奇理论的诞生。1960~1970 年代以地球固体圈层运动规律为主攻对象的板块构造研究，导致板块理论的诞生，被认为是自然科学的重大突破，也极大地推动了矿产资源和灾害等领域的研究。80 年代开始的全球变化研究开启了另一主旋律，主要以地表流体圈层的运动规律为研究对象，旨在解决日益突出的环境问题，获得了一批前所未有的科学认识。

但近年来越来越多的学者意识到，仅研究地球的固体圈层过程可能无法根本解决人类面临的资源问题，因为许多矿产资源受气候-环境演变的强烈控制；仅研究地表流体圈层过程可能也无法根本解决环境问题，因为固体圈层的运动通过控制海陆分布、地形及深部-表层碳循环等而控制气候-环境演变。整合地球所有圈层的关联过程和机制，才是解决环境、资源和灾害问题的出路。近年来，国际学术界提出一系列研究报告或科学计划，各自的侧重点虽然有所不同，但倡导的一个共同科学目标是理解从地质到人类尺度上，联系地球各个系统变化的物理、化学、生命和地质过程与机制。这种强调所有“圈层动力过程整合”的研究，是地球科学正在响起的又一个主旋律。

圈层动力过程整合要求科学理念的变革。由于板块构造和全球变化研究已分别在地球固体和流体圈层的分尺度和分圈层过程整合方面取得长足进展，打破时空尺度的、穿越固体-流体圈层的、考虑“人类圈”的“跨维过程整合”就成为挑战中的挑战。这也要求科学方法学的变革，即从单一学科的研究真正转向多学科交叉研究，从定性研究转向定量化的过程研究，从相对独立的数据观测和数值模拟研究转向以新的关键数据获取和大数据支撑的“数据-模式驱使科学研究体系”。未来哪些国家能真正形成自主完善的“数据-模式驱使科学研究体系”，率先构建出以新数据获取和大数据支撑的、全面耦合地球固体-流体圈层和人类活动过程的先进数值模型系统，哪些国家就有望成为未来地球科学的引领者及重大理论突破的主要贡献者。