2015年國際地球科學領域發(fā)展態(tài)勢概覽 —— 文章正文2016-03-28

　　編者按：

　　隨著人類對自然界認識和開發(fā)利用的不斷深入，地球科學重要性日益凸顯，已成為妥善解決人類經濟社會發(fā)展面臨的能源安全、資源安全、氣候變化、生態(tài)環(huán)境、城鎮(zhèn)化等一系列挑戰(zhàn)的重要基礎。

　　本文主要基于對2015年國際地球科學領域的重要科學戰(zhàn)略規(guī)劃、重要科技進展和重要科技文獻等反映的科學研究發(fā)展動態(tài)的系統(tǒng)監(jiān)測和整理，遴選并總結了2015年國際地球科學領域的主要科學前沿問題和科技發(fā)展態(tài)勢，以供讀者參閱。

　　固體地球科學發(fā)展態(tài)勢

　　1. 深部地幔柱的研究持續(xù)加強并取得重大突破

　　地幔柱一直都是地質學研究的熱門話題。美國地球物理學家通過超級計算機，對過去20年間全球發(fā)生的273次強震的地震波全波數據分析和對地幔柱進行成像，繪制出高精度的地球內部模擬圖，研究了深部地幔柱與火山點之間的關系，首次發(fā)現地幔柱存在的證據?！犊茖W》雜志對這一研究成果進行了評論，認為這是2015年全球十大科學突破之一，并指出這一重要研究成果的獲得得益于“全波形層析成像”模擬技術的應用。

　　此外，蘇黎世聯邦理工大學科學家通過模擬研究發(fā)現，由地幔柱誘發(fā)的板塊運動很可能在前寒武紀（約30億年前）大范圍盛行，進而推斷地幔柱誘發(fā)地球最早期的板塊運動。

　　2. 地殼的形成和演化研究獲得多項重要認識

　　冰島大學科學家通過GPS和衛(wèi)星定位，系統(tǒng)地對發(fā)生在冰島的地殼形成過程進行觀測研究，闡述了在火山中心間歇性的聚集噴發(fā)巖漿如何有效進行長距離運移分配，從而在不同的板塊邊界形成新的上地殼的過程。普林斯頓大學學者利用EarthChem數據庫分析后認為，真正控制陸殼形成過程的是地球深部熔融物質在上升過程中所發(fā)生的分級結晶作用，而非已形成地殼的重新熔融。澳大利亞科學家通過對源自太陽系形成初期墜落至地球的隕石中鋯石Lu-Hf同位素的地球化學分析指出，最早的地殼可能形成于45億年之前。

　　布里斯托大學研究人員基于對世界各地的13000多塊巖石樣品的測量結果分析后認為，人類賴以生存的陸殼正在不斷萎縮，若以目前的速度計算，則在數十億年后陸殼或將消失。

　　3. 地震機理及監(jiān)測預測研究得到重點關注

　　2015年，全球對地震的發(fā)生機理及監(jiān)測預測等研究再次成為研究熱點。蘇黎世聯邦理工學院科學家對2011年日本大地震后震區(qū)斷層應力恢復研究指出，大型逆沖地震的發(fā)生具有隨機性，沒有具體的位置、大小或復發(fā)周期。美國加州大學圣地亞哥分校研究人員利用全球地震臺網（GSN）數據研究發(fā)現，2015年尼泊爾地震是由主要向東移動的微弱破裂、最大滑移破裂、比較緩慢破裂3段破裂造成。美國加州理工學院地質學家利用GPS臺站數據并結合地震臺站的數據以及軌道衛(wèi)星的雷達圖像，首次繪制出完整的2015年尼泊爾廓爾喀（Gorkha）地震期間地表損毀圖像，并通過研究指出，未來喜馬拉雅山地區(qū)仍存在發(fā)生大地震的風險。

　　4. 行星科學研究取得重大突破

　　2015年7月，美國航空航天局（NASA）宣布發(fā)現太陽系外距離地球1400光年宜居帶上的“第二個地球”（開普勒-452B），激發(fā)了國際上宇宙探測強國間開展星際空間地球科學研究的熱潮。同年9月，NASA宣布在火星發(fā)現液態(tài)水存在證據的消息。NASA好奇號火星車利用ChemCam激光儀分析火星上的某些淺色巖石，發(fā)現該巖石類似地球上的花崗巖陸殼?？梢哉f，這是人類首次在火星上發(fā)現疑似“大陸地殼”。

　　此外，美國“新視野”號探測器于美國東部時間2015年7月14日7時49分近距離飛過冥王星，成為首個探測這顆遙遠矮行星的人類探測器。

　　資源科技發(fā)展態(tài)勢

　　1. 礦產資源形成機理及勘探開發(fā)相關環(huán)境問題備受關注

　　英國布里斯托大學科學家通過對包括智利在內的世界主要銅礦產區(qū)分布的現代火山弧進行研究，建立了富鹽流體從大規(guī)模巖漿體中分離、銅富集成礦的兩階段銅礦成礦模式，揭示出銅礦形成與巖漿之間的真正聯系。瑞士蘇黎世大學研究人員通過對南非Witwatersrand盆地研究后認為，以火山雨、缺氧河流以及太古宙生物等為特征的惡劣地球環(huán)境促進了這種沉積型砂金礦藏的形成。

　　美國地質調查局（USGS）在國際期刊《應用地球化學》雜志發(fā)表專輯論文，從開采預測工具、開采中污染防治、礦井污水處理和有毒物質監(jiān)測四大方面對采礦造成的特殊環(huán)境影響及其監(jiān)測、預測和防治措施進行了闡述。

　　2. 非常規(guī)油氣資源開發(fā)的環(huán)境風險及處理問題研究得到重視

　　多國政府高度重視非常規(guī)油氣開發(fā)引發(fā)的環(huán)境問題，如美國內政部土地管理局（BLM）公布水力壓裂法最終細則、德國總理內閣簽署水力壓裂法案（草案）、英國開展水力壓裂監(jiān)測并啟動水力壓裂前環(huán)境基線監(jiān)測項目。

　　同時，科學家們也十分熱衷相關環(huán)境問題及應對技術研究。美國科羅拉多大學研究人員發(fā)明了一種基于微生物電池的污水處理技術，可更方便地去除油氣開采廢水中的鹽和有機污染物，從而達到處理的目的。此外，該技術還能生產出可用于維持設備運轉或其它用途的額外電能，為油氣生產過程中廢水的低成本處理帶來新曙光。

　　大氣與海洋科學發(fā)展態(tài)勢

　　1.大氣成分機理及其對氣候的影響研究取得進展

　　美國、瑞士和韓國科研人員通過研究，揭示了過去千年大氣CO2濃度的變化機制，指出在幾十年至上百年的時間尺度上，CO2濃度波動的主要原因來自氣候與陸地碳庫之間的反饋機制。美國密歇根大學研究人員采用全球氣候模型，定量分析了大氣中氧含量變化對氣候的影響，指出在整個地球歷史中大氣中氧氣含量的變化顯著改變著全球氣候，若氧含量下降則會引起大氣密度降低，地表蒸發(fā)加快，繼而降水增加、氣溫回暖。德國波茨坦氣候影響研究所研究人員認為，海洋影響大氣脫碳的長期效果，并指出由于海洋系統(tǒng)對CO2和熱量的慣性作用，如果仍以當前速率排放CO2，即使實施大氣脫碳收效也不佳。

　　2. 氣候預測影響因素研究取得新認識

　　2015年，德國亥姆霍茲海洋研究中心科學家首次證明了太陽活動11年周期與北大西洋濤動（NAO）之間位相同步變化的關系，解釋了地表氣候信號的傳輸機制和地-氣相互作用，為提高長期氣候預測水平提供了新視角。德國波茨坦氣候影響研究所（PIK）研究人員利用因果效應理論，發(fā)展了一種基于維數縮減和重建因果關系的方法，可用于評估地質工程和極端事件的全球效應，提升對復雜系統(tǒng)中極端事件的恢復力。

　　此外，美國斯坦福大學研究人員通過定量分析大氣環(huán)流變化對極端溫度事件的影響，指出中緯度大氣環(huán)流的變化可部分解釋北半球極端溫度事件的變化，熱力因素和動力因素對極端溫度變化趨勢均有貢獻。

　　3. 大氣科學研究新的重點方向與優(yōu)先領域被提出

　　2015年3月，國際“表層海洋-低層大氣研究”計劃（SOLAS）科學指導委員會公布新修訂的未來10年（2015年~2025年）戰(zhàn)略規(guī)劃草案，提出SOLAS未來將圍繞：溫室氣體與海洋，海-氣界面及其物質與能量通量，大氣沉降與海洋生物地球化學，氣溶膠、云以及生態(tài)系統(tǒng)之間的聯系，海洋生物地球化學過程對大氣化學過程的控制作用這5個核心主題開展研究。

　　同年5月25日~6月12日，世界氣象組織（WMO）第十七屆世界氣象大會通過了WMO未來戰(zhàn)略規(guī)劃，確定出2016年~2019年的7個優(yōu)先研究領域：災害風險減輕；全球氣候服務框架；WMO綜合性全球觀測系統(tǒng)；航空氣象服務；極地與高山地區(qū)；氣象和水文能力拓展；WMO組織治理。

　　4. 深海研究及深海資源的開發(fā)利用受到關注

　　2015年7月，英國地質調查局（BGS）宣布開展新的深海地質調查合作，促進深海研究。同月《科學》雜志發(fā)布了題為《深海海底采礦管理》的文章，并指出國際海底管理局（ISA）目前正在審議深海海底采礦的管理框架，全球領先機構的研究人員將商討提出關于平衡深海資源的商業(yè)提取與保護海底環(huán)境多樣性的策略。9月，歐洲海洋局（EMB）發(fā)布報告《鉆得更深：21世紀深海研究的關鍵挑戰(zhàn)》，工作組審查了當前深海研究現狀和相關知識缺口以及未來開發(fā)和管理深海資源的一些需求，提出未來深海研究的目標與相關關鍵行動領域，并且建議將這些目標與行動領域作為一個連貫的整體，指出構成歐洲整體框架的基礎是支持深?；顒拥陌l(fā)展和支撐藍色經濟的增長。

　　5. 北極及其發(fā)展戰(zhàn)略研究得到重視

　　北極地區(qū)以其巨大的經濟價值、重要的軍事地理位置、對全球貿易格局的重大影響以及巨大的科研價值，正逐漸成為世界各國關注的熱點，并引發(fā)各國的爭奪。

　　2015年6月，美國國際戰(zhàn)略與研究中心（CSIS）發(fā)布《美國在北極》戰(zhàn)略研究報告，提出美國的北極發(fā)展戰(zhàn)略趨勢，同時指出美國目前在北極正面臨巨大的變化和挑戰(zhàn)，亟需提高在北極地區(qū)的活動能力。CSIS還發(fā)布了《新的冰幕——俄羅斯的北極戰(zhàn)略研究》報告，分析俄羅斯未來在北極的多邊合作，以及對日益脆弱的北極生態(tài)系統(tǒng)的影響。隨著北極地區(qū)商業(yè)船只航行的不斷增加，美國國家大氣與海洋管理局（NOAA）加緊對該地區(qū)的海圖進行升級工作。2015年，NOAA所屬的海岸調查辦公室利用自有船舶及海岸警衛(wèi)隊所收集的數據對北極航行圖進行升級，升級的里程達12000海里。

　　研究基礎平臺設施建設

　　1. 地球探測監(jiān)測設施部署得到加強

　　2015年1月，美國國家大氣與海洋管理局發(fā)射深空氣候觀測衛(wèi)星DSCOVR，它將能更可靠地預警太陽風暴，提高監(jiān)測太陽活動的能力。英國氣象局宣布，將于今年全面建成專門用于探測和預報火山灰分布的大氣探測系統(tǒng)網絡——“光探測與測距系統(tǒng)”（LiDARs），整個監(jiān)測網絡由10個LiDARs探測系統(tǒng)單元組成，最終獲取大氣顆粒物的特征及其垂直分布情況。

　　2. 眾包技術在災害預警中得到應用

　　由美國地質調查局（USGS）、加州理工學院（Caltech）、美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室等聯合提出的眾包型地震預警系統(tǒng)（Crowdsourced Earthquake Early Warning），在智能手機及其它類似設備上得到廣泛使用，利用智能手機等配置的GPS感應器還開展了大地震預警，并使用了2011年日本東北9級地震的真實數據進行了眾包型地震預警模擬。

　　同時，英國萊切斯特大學宣布承擔歐盟IMPROVER項目，也關注利用社交媒體構建災害預警系統(tǒng)，宣布利用社交媒體構建災害預警系統(tǒng)來增強社區(qū)應對自然災害和人為災害的能力。（作者： 鄭軍衛(wèi) 趙紀東 張樹良 等, 作者單位：中國科學院國家科學圖書館蘭州分館）

　　展會背景：中國國際礦業(yè)大會（CHINA MINING）

　　中國國際礦業(yè)大會作為全球礦業(yè)高峰論壇暨展覽會，是世界頂級礦業(yè)盛會之一，是全球最大的礦產勘探、開發(fā)交易平臺之一，涵蓋了地質勘查、勘探開發(fā)、礦權交易、礦業(yè)投融資、冶煉與加工、技術與設備、礦業(yè)服務等整個產業(yè)鏈，為國內外礦業(yè)企業(yè)創(chuàng)造交流機會、加強相互合作起到了積極的推進作用。

　　2016（第十八屆）中國國際礦業(yè)大會將于2016年9月22-25日在天津市區(qū)的梅江會展中心舉行。