海洋是地球表层最大的碳储库，通过物理、生物、化学、地质等途径，可以有效吸收大气二氧化碳并储存于深海水体和海底。然而，海洋碳循环的过程与机制十分复杂，涉及海洋、大气、陆地、生物、岩石等地球多圈层之间的相互作用。利用海洋的多种碳泵过程，有望开发出高效、经济、规模化的碳增汇技术和实施方案，提供基于海洋的“碳中和”路径，相关研究的基础理论和技术设备研制属于国际最前沿方向，一旦成功有望占据国际制高点。我国科学家引领提出海洋碳循环的“四泵(BCP-CCP-MCP-SCP)融合”理论体系。在此基础上，进一步提出海洋“新碳”/“老碳”的概念。“新碳”指年龄偏新(百年以内)、明显受 1950 年以来强烈的人类活动影响的碳，往往只触及几百米以浅的海洋上层，与溶解度泵和生物碳泵等“快循环”过程紧密联系；而“老碳”指年龄偏老(百年、千年或更长时间)的碳，主要赋存于深部海水和海底，更多涉及微型生物碳泵和沉积碳酸盐泵等“慢循环”过程。“新碳”和“老碳”在特定条件下可以相互迁移、转换，海洋深部的碳循环一般比上层的缓慢，但可以发生快速变化、进入人类时间尺度。通过从陆地河流、近岸浅海、到远洋深海，从低纬热带到高纬极地的跨时空尺度、跨圈层的海洋碳循环研究，深入理解“新碳”/“老碳”之间的迁移和转变机制，有望建立海洋碳循环多时间尺度过程与机制的创新理论和方法，揭示“新碳-老碳”循环与气候变化的关系，为预测大气 CO 2 等温室气体和未来气候系统自然变化趋势提供科学依据。如果能够将“新碳”移除或者转变成“老碳”，长时间不参加碳循环，就可以达到“有效”海洋碳中和的目的。因此，建立海洋碳循环多圈层过程的实时连续观测和监测，研发“新碳转换增汇”和“老碳封存增汇”技术路线，开展陆海统筹生态负排放、海洋牧场综合负排放、海洋碱化增汇等生态环境工程示范，创建“四泵融合”海洋综合储碳的海洋负排放(ONCE)中国方案，将有助于实现我国碳达峰和碳中和的战略目标。

地球是一个复杂系统，海洋是地球系统中连接大气圈、岩石圈、生物圈、冰冻圈乃至地球深部的重要单元。海洋科学是地球系统科学的重要组成部分，地球表面 70%以上被海洋覆盖，但蓝色星球的大部分内部空间仍未被探索。对海洋与地球系统相互作用的复杂机制的探究，无法由某个国家单独完成。在过去二十年间，国际海洋科技合作取得了巨大进展。到目前为止，在深海探测领域，最活跃的应该是对全球大洋中脊系统和俯冲带系统的跨学科研究。大洋中脊环绕地球 60,000 多公里，是太阳系中最大的单一火山形态，在地球表面的变化中发挥着至关重要的作用。近 75%的地球总热通量通过海洋地壳产生，其中大部分是通过岩石圈和海洋之间的热液循环在洋中脊产生的。有关深海热液喷口和海底生物圈化学合成生命的研究，对地球生命的起源有直接影响。国际科技合作的另一个关键领域是俯冲带，大地震和海啸起源于此。国际海洋发现计划(IODP)开创性地引领了对全球地震带的深钻。近年来，新技术正在改变我们解决重大海洋与地球科学问题的能力。由于深海无人飞行器、海洋和海底观测站、大洋钻探技术、人工智能以及新一代天-空-海-地传感器的快速发展，全球海洋与地球科学探索正进入一个前所未有的历史新时期。当前最先进的技术成果包括中国科学家研发的“梦想”号超深水大洋科考钻探船，以及“奋斗者”号全海深载人潜水器等。海洋与我们这个时代最紧迫的全球问题息息相关，从气候变化、碳中和、生物多样性、地质灾害到蓝色经济发展等。鉴于中国人口约占世界总人口的 18%，中国经济总量约占世界经济总量的 18%，未来十年间，中国科学界有望在海洋与地球科学研究中发挥核心作用，包括引领在南海、西太平洋、印度洋等的综合研究计划。本报告将重点介绍令人振奋的新突破与新方向，阐述在国际新格局下，海洋与地球科学面临的新挑战与新机遇。

日地空间中的能量粒子加速主要受到两种驱动源的影响：共转相互作用区(CIR)和日冕物质抛射(CME)。CIR 是由快速太阳风追赶并压缩慢速太阳风形成的区域，其边界处常伴随有磁场和速度的剧烈变化，是粒子加速的理想场所。而CME 则是太阳大气中大规模的等离子体爆发，其速度可达数千公里每秒，携带着巨大的能量和磁场结构；当它们撞击地球磁场时，会引发强烈的空间天气事件。磁场重联与波-粒相互作用是宇宙空间中的基本物理过程，是理解太阳风与地球磁场相互作用的关键。这些过程在日地空间中频繁发生，尤其是在日冕物质抛射(CME)和太阳风高速流等驱动地球磁暴活动期间。通过磁场重联与波-粒相互作用，地球空间的离子、电子等带电粒子被加速到接近光速，这些高能粒子随后引发一系列连锁反应，形成了复杂的空间天气现象。在地球磁层内，能量大于 100keV 的高能电子被称为“杀手电子”。这些电子的能量极高，足以穿透卫星的防护层，对卫星内部的电子设备造成损害。“杀手电子”的形成与地球磁层的波动和波-粒相互作用加速密切相关。能量电子它们会在特定的电场和磁场结构中被加速到非常高能量，形成“杀手电子”。除了“杀手电子”外，地球磁层内还存在大量的环电流离子。这些离子主要由太阳风中的质子和地球大气层中逃逸的离子组成，它们被地球磁场捕获并垂直地球磁场做漂移运动，形成环绕地球的电流环。环电流的强度与地球磁场活动水平密切相关，当地磁活动增强时，环电流的强度也会相应增加，从而形成驱动地球磁暴的环电流。近年来，我们提出了跨尺度能量传输的新思路来理解日地空间中的复杂现象。这一思路认为，从太阳风到地球磁层再到电离层，能量和动量在不同尺度之间以复杂的方式传递和转换。通过数值模拟和实验观测相结合的方法，进一步揭示这些跨尺度传输过程的物理机制及其对地球空间环境的影响。同时，为了深入研究日地空间中的高能带电粒子及其加速机制，我们发展了先进的卫星搭载的能量粒子探测器可以实时监测空间中的粒子能谱、通量和投掷角等参数。这些探测数据不仅为科学研究提供了宝贵的第一手资料，还为空间天气预报和卫星防护等应用提供了重要支持。综上所述，地球空间能量粒子加速传输是一个复杂而迷人的研究领域。通过不断探索和研究，我们将能够更好地理解这些自然现象的物理机制及其对人类社会的影响。