2015年國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)概覽 —— 文章正文2016-03-28

　　編者按：

　　隨著人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)和開發(fā)利用的不斷深入，地球科學(xué)重要性日益凸顯，已成為妥善解決人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(chǔ)。

　　本文主要基于對(duì)2015年國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域的重要科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃、重要科技進(jìn)展和重要科技文獻(xiàn)等反映的科學(xué)研究發(fā)展動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和整理，遴選并總結(jié)了2015年國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域的主要科學(xué)前沿問題和科技發(fā)展態(tài)勢(shì)，以供讀者參閱。

　　固體地球科學(xué)發(fā)展態(tài)勢(shì)

　　1. 深部地幔柱的研究持續(xù)加強(qiáng)并取得重大突破

　　地幔柱一直都是地質(zhì)學(xué)研究的熱門話題。美國(guó)地球物理學(xué)家通過超級(jí)計(jì)算機(jī)，對(duì)過去20年間全球發(fā)生的273次強(qiáng)震的地震波全波數(shù)據(jù)分析和對(duì)地幔柱進(jìn)行成像，繪制出高精度的地球內(nèi)部模擬圖，研究了深部地幔柱與火山點(diǎn)之間的關(guān)系，首次發(fā)現(xiàn)地幔柱存在的證據(jù)?！犊茖W(xué)》雜志對(duì)這一研究成果進(jìn)行了評(píng)論，認(rèn)為這是2015年全球十大科學(xué)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(shù)的應(yīng)用。

　　此外，蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)科學(xué)家通過模擬研究發(fā)現(xiàn)，由地幔柱誘發(fā)的板塊運(yùn)動(dòng)很可能在前寒武紀(jì)（約30億年前）大范圍盛行，進(jìn)而推斷地幔柱誘發(fā)地球最早期的板塊運(yùn)動(dòng)。

　　2. 地殼的形成和演化研究獲得多項(xiàng)重要認(rèn)識(shí)

　　冰島大學(xué)科學(xué)家通過GPS和衛(wèi)星定位，系統(tǒng)地對(duì)發(fā)生在冰島的地殼形成過程進(jìn)行觀測(cè)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(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)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(xué)學(xué)者利用EarthChem數(shù)據(jù)庫(kù)分析后認(rèn)為，真正控制陸殼形成過程的是地球深部熔融物質(zhì)在上升過程中所發(fā)生的分級(jí)結(jié)晶作用，而非已形成地殼的重新熔融。澳大利亞科學(xué)家通過對(duì)源自太陽(yáng)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(xué)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(xué)研究人員基于對(duì)世界各地的13000多塊巖石樣品的測(cè)量結(jié)果分析后認(rèn)為，人類賴以生存的陸殼正在不斷萎縮，若以目前的速度計(jì)算，則在數(shù)十億年后陸殼或?qū)⑾А?/p>

　　3. 地震機(jī)理及監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)研究得到重點(diǎn)關(guān)注

　　2015年，全球?qū)Φ卣鸬陌l(fā)生機(jī)理及監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)等研究再次成為研究熱點(diǎn)。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家對(duì)2011年日本大地震后震區(qū)斷層應(yīng)力恢復(fù)研究指出，大型逆沖地震的發(fā)生具有隨機(jī)性，沒有具體的位置、大小或復(fù)發(fā)周期。美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員利用全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN）數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，2015年尼泊爾地震是由主要向東移動(dòng)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(guó)加州理工學(xué)院地質(zhì)學(xué)家利用GPS臺(tái)站數(shù)據(jù)并結(jié)合地震臺(tái)站的數(shù)據(jù)以及軌道衛(wèi)星的雷達(dá)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?yè)p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(fēng)險(xiǎn)。

　　4. 行星科學(xué)研究取得重大突破

　　2015年7月，美國(guó)航空航天局（NASA）宣布發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外距離地球1400光年宜居帶上的“第二個(gè)地球”（開普勒-452B），激發(fā)了國(guó)際上宇宙探測(cè)強(qiáng)國(guó)間開展星際空間地球科學(xué)研究的熱潮。同年9月，NASA宣布在火星發(fā)現(xiàn)液態(tài)水存在證據(jù)的消息。NASA好奇號(hào)火星車?yán)肅hemCam激光儀分析火星上的某些淺色巖石，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)疑似“大陸地殼”。

　　此外，美國(guó)“新視野”號(hào)探測(cè)器于美國(guó)東部時(shí)間2015年7月14日7時(shí)49分近距離飛過冥王星，成為首個(gè)探測(cè)這顆遙遠(yuǎn)矮行星的人類探測(cè)器。

　　資源科技發(fā)展態(tài)勢(shì)

　　1. 礦產(chǎn)資源形成機(jī)理及勘探開發(fā)相關(guān)環(huán)境問題備受關(guān)注

　　英國(guó)布里斯托大學(xué)科學(xué)家通過對(duì)包括智利在內(nèi)的世界主要銅礦產(chǎn)區(qū)分布的現(xiàn)代火山弧進(jìn)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(lián)系。瑞士蘇黎世大學(xué)研究人員通過對(duì)南非Witwatersrand盆地研究后認(rèn)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(jìn)了這種沉積型砂金礦藏的形成。

　　美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）在國(guó)際期刊《應(yīng)用地球化學(xué)》雜志發(fā)表專輯論文，從開采預(yù)測(cè)工具、開采中污染防治、礦井污水處理和有毒物質(zhì)監(jiān)測(cè)四大方面對(duì)采礦造成的特殊環(huán)境影響及其監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和防治措施進(jìn)行了闡述。

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

　　多國(guó)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(guó)內(nèi)政部土地管理局（BLM）公布水力壓裂法最終細(xì)則、德國(guó)總理內(nèi)閣簽署水力壓裂法案（草案）、英國(guó)開展水力壓裂監(jiān)測(cè)并啟動(dòng)水力壓裂前環(huán)境基線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

　　同時(shí)，科學(xué)家們也十分熱衷相關(guān)環(huán)境問題及應(yīng)對(duì)技術(shù)研究。美國(guó)科羅拉多大學(xué)研究人員發(fā)明了一種基于微生物電池的污水處理技術(shù)，可更方便地去除油氣開采廢水中的鹽和有機(jī)污染物，從而達(dá)到處理的目的。此外，該技術(shù)還能生產(chǎn)出可用于維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)或其它用途的額外電能，為油氣生產(chǎn)過程中廢水的低成本處理帶來新曙光。

　　大氣與海洋科學(xué)發(fā)展態(tài)勢(shì)

　　1.大氣成分機(jī)理及其對(duì)氣候的影響研究取得進(jìn)展

　　美國(guó)、瑞士和韓國(guó)科研人員通過研究，揭示了過去千年大氣CO2濃度的變化機(jī)制，指出在幾十年至上百年的時(shí)間尺度上，CO2濃度波動(dòng)的主要原因來自氣候與陸地碳庫(kù)之間的反饋機(jī)制。美國(guó)密歇根大學(xué)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(duì)氣候的影響，指出在整個(gè)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(huì)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(guó)波茨坦氣候影響研究所研究人員認(rèn)為，海洋影響大氣脫碳的長(zhǎng)期效果，并指出由于海洋系統(tǒng)對(duì)CO2和熱量的慣性作用，如果仍以當(dāng)前速率排放CO2，即使實(shí)施大氣脫碳收效也不佳。

　　2. 氣候預(yù)測(cè)影響因素研究取得新認(rèn)識(shí)

　　2015年，德國(guó)亥姆霍茲海洋研究中心科學(xué)家首次證明了太陽(yáng)活動(dòng)11年周期與北大西洋濤動(dòng)（NAO）之間位相同步變化的關(guān)系，解釋了地表氣候信號(hào)的傳輸機(jī)制和地-氣相互作用，為提高長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)水平提供了新視角。德國(guó)波茨坦氣候影響研究所（PIK）研究人員利用因果效應(yīng)理論，發(fā)展了一種基于維數(shù)縮減和重建因果關(guān)系的方法，可用于評(píng)估地質(zhì)工程和極端事件的全球效應(yīng)，提升對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中極端事件的恢復(fù)力。

　　此外，美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員通過定量分析大氣環(huán)流變化對(duì)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(dòng)力因素對(duì)極端溫度變化趨勢(shì)均有貢獻(xiàn)。

　　3. 大氣科學(xué)研究新的重點(diǎn)方向與優(yōu)先領(lǐng)域被提出

　　2015年3月，國(guó)際“表層海洋-低層大氣研究”計(jì)劃（SOLAS）科學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)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(zhì)與能量通量，大氣沉降與海洋生物地球化學(xué)，氣溶膠、云以及生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，海洋生物地球化學(xué)過程對(duì)大氣化學(xué)過程的控制作用這5個(gè)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(huì)通過了WMO未來戰(zhàn)略規(guī)劃，確定出2016年~2019年的7個(gè)優(yōu)先研究領(lǐng)域：災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)減輕；全球氣候服務(wù)框架；WMO綜合性全球觀測(cè)系統(tǒng)；航空氣象服務(wù)；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(guān)注

　　2015年7月，英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（BGS）宣布開展新的深海地質(zhì)調(diào)查合作，促進(jìn)深海研究。同月《科學(xué)》雜志發(fā)布了題為《深海海底采礦管理》的文章，并指出國(guó)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(lǐng)先機(jī)構(gòu)的研究人員將商討提出關(guān)于平衡深海資源的商業(yè)提取與保護(hù)海底環(huán)境多樣性的策略。9月，歐洲海洋局（EMB）發(fā)布報(bào)告《鉆得更深：21世紀(jì)深海研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)》，工作組審查了當(dāng)前深海研究現(xiàn)狀和相關(guān)知識(shí)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(biāo)與相關(guān)關(guān)鍵行動(dòng)領(lǐng)域，并且建議將這些目標(biāo)與行動(dòng)領(lǐng)域作為一個(gè)連貫的整體，指出構(gòu)成歐洲整體框架的基礎(chǔ)是支持深?；顒?dòng)的發(fā)展和支撐藍(lán)色經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。

　　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(jīng)濟(jì)價(jià)值、重要的軍事地理位置、對(duì)全球貿(mào)易格局的重大影響以及巨大的科研價(jià)值，正逐漸成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)，并引發(fā)各國(guó)的爭(zhēng)奪。

　　2015年6月，美國(guó)國(guó)際戰(zhàn)略與研究中心（CSIS）發(fā)布《美國(guó)在北極》戰(zhàn)略研究報(bào)告，提出美國(guó)的北極發(fā)展戰(zhàn)略趨勢(shì)，同時(shí)指出美國(guó)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(dòng)能力。CSIS還發(fā)布了《新的冰幕——俄羅斯的北極戰(zhàn)略研究》報(bào)告，分析俄羅斯未來在北極的多邊合作，以及對(duì)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(guó)國(guó)家大氣與海洋管理局（NOAA）加緊對(duì)該地區(qū)的海圖進(jìn)行升級(jí)工作。2015年，NOAA所屬的海岸調(diào)查辦公室利用自有船舶及海岸警衛(wèi)隊(duì)所收集的數(shù)據(jù)對(duì)北極航行圖進(jìn)行升級(jí)，升級(jí)的里程達(dá)12000海里。

　　研究基礎(chǔ)平臺(tái)設(shè)施建設(shè)

　　1. 地球探測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)施部署得到加強(qiáng)

　　2015年1月，美國(guó)國(guó)家大氣與海洋管理局發(fā)射深空氣候觀測(cè)衛(wèi)星DSCOVR，它將能更可靠地預(yù)警太陽(yáng)風(fēng)暴，提高監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的能力。英國(guó)氣象局宣布，將于今年全面建成專門用于探測(cè)和預(yù)報(bào)火山灰分布的大氣探測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)——“光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)”（LiDARs），整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由10個(gè)LiDARs探測(cè)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(shù)在災(zāi)害預(yù)警中得到應(yīng)用

　　由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、加州理工學(xué)院（Caltech）、美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室等聯(lián)合提出的眾包型地震預(yù)警系統(tǒng)（Crowdsourced Earthquake Early Warning），在智能手機(jī)及其它類似設(shè)備上得到廣泛使用，利用智能手機(jī)等配置的GPS感應(yīng)器還開展了大地震預(yù)警，并使用了2011年日本東北9級(jí)地震的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了眾包型地震預(yù)警模擬。

　　同時(shí)，英國(guó)萊切斯特大學(xué)宣布承擔(dān)歐盟IMPROVER項(xiàng)目，也關(guān)注利用社交媒體構(gòu)建災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，宣布利用社交媒體構(gòu)建災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)來增強(qiáng)社區(qū)應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和人為災(zāi)害的能力。（作者： 鄭軍衛(wèi) 趙紀(jì)東 張樹良 等, 作者單位：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家科學(xué)圖書館蘭州分館）

　　展會(huì)背景：中國(guó)國(guó)際礦業(yè)大會(huì)（CHINA MINING）

　　中國(guó)國(guó)際礦業(yè)大會(huì)作為全球礦業(yè)高峰論壇暨展覽會(huì)，是世界頂級(jí)礦業(yè)盛會(huì)之一，是全球最大的礦產(chǎn)勘探、開發(fā)交易平臺(tái)之一，涵蓋了地質(zhì)勘查、勘探開發(fā)、礦權(quán)交易、礦業(yè)投融資、冶煉與加工、技術(shù)與設(shè)備、礦業(yè)服務(wù)等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，為國(guó)內(nèi)外礦業(yè)企業(yè)創(chuàng)造交流機(jī)會(huì)、加強(qiáng)相互合作起到了積極的推進(jìn)作用。

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