2013年國際地球科學前沿

1、打開全球地學研究新視野2013年國際地球科學領域發(fā)展態(tài)勢概覽地球科學是與自然環(huán)境演化和社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關的一門歷史悠久的自然學科。地球科學自身的發(fā)展和完善不但大大提升了人類 認識地球、利用地球和管理地球的能力，同時也為生態(tài)學、水文學、環(huán)境科學以及全球變化研究等提供了支持。筆者基于對2013年國際 地球科學領域的重要科學發(fā)現(xiàn)和重要科技文獻的整理調(diào)研，對2013年國際地球科學研究發(fā)展動態(tài)進行了系統(tǒng)監(jiān)測，遴選并總結了 2013 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。固體地球科學研究發(fā)展態(tài)勢2013年國際固體地球科學研究更趨于解決與地球演化和人類生存密切相關的重大科學問題

2、，如地球起源、板塊運動機理、地震成因、 自然資源開發(fā)等。與此同時，一些重要的傳統(tǒng)基礎理論認識受到挑戰(zhàn)。自然：地球科學雜志在2013年第1期發(fā)表特刊文章對2007 年以來地球科學領域的研究進展進行回顧，指出當前地球科學研究的熱點領域是：氣候變化評估、人類世、大氣氧之謎、海冰大幅縮減、 大型逆沖區(qū)地震、海洋酸化、淡水循環(huán)、擁擠的太陽系、氣候敏感性。2013年1月，英國地質(zhì)調(diào)查局（BGS）、瑞士聯(lián)邦理工學院（ETH）、 德國地球科學研究中心（GFZ）等發(fā)布報告20132033年及以后歐洲固體地球科學路線圖展望，提出未來20年歐洲固體地球科學研 究將集中在氣候變化、自然災害與風險、資源、地球起源和地球

3、動力學等5大主題領域，并指出了各領域的關鍵科學問題。地球系統(tǒng)科學研究得到加強2013年美國國家科學基金會（NSF）再次增加了地球系統(tǒng)科學研究方面的投入。繼2010年發(fā)起的地球系統(tǒng)動力學前沿（FESD）計 劃及2011年10月前后批準的7個項目后，2013年9月NSF出資2800萬美元，繼續(xù)資助FESD計劃的6個新項目：地球系統(tǒng)的氧化動 力學，亞馬遜/安第斯森林生物多樣性形成及山脈、景觀和氣候分布的動力學，地球系統(tǒng)動力學及其在非洲人類進化中的作用，火山、海 洋、冰川以及碳實驗，大陸-島弧波動，南半球臭氧層空洞對氣候的影響。設立這些項目的最終目的是探索地球過程和系統(tǒng)之間的聯(lián)系。 隨后NSF又宣布在

4、地球系統(tǒng)動力學的重點發(fā)展方向一人與自然耦合研究領域資助21個研究項目，總經(jīng)費1940萬美元，用于促進更好 地理解自然過程和循環(huán)、人類行為和決策、以及它們?nèi)绾位ハ嘤绊懞秃螘r互相影響。地球動力學研究取得新發(fā)現(xiàn)2013年6月，地質(zhì)學家研究發(fā)現(xiàn)葡萄牙海岸附近海域有一個新的俯沖帶正在形成，即歐洲大陸和美洲大陸越來越靠近，而大西洋正 在閉合。這是“大西洋板塊的被動邊緣正變得活躍”的首個證據(jù)，并預示著在伊比利亞區(qū)威爾遜循環(huán)是一個新階段的開始。9月，德國科學 家對微小地震信號進行直接計算后，獲得了淺層地震波速結構的詳細的近實時圖像，進而在近地表部分識別出了 2個小的分支斷層，這 一直接觀測結果為大量發(fā)生在帕米

5、爾和天山地區(qū)的300千米深度的地震提供了解釋。12月9日，自然雜志發(fā)表題為地下火山的 文章指出：地震波研究顯示夏威夷地幔柱不同于經(jīng)典模式，呈罕見的膨脹趨勢，在地下約110千米155千米處存在一個暖池，該暖池并 非位于夏威夷主島的正下方，而是在主島西側100千米處。這一發(fā)現(xiàn)可能意味著夏威夷地幔柱受某種化學界面的影響，到達地表時地幔 柱發(fā)生轉向，或者地幔柱一開始就沿著傾斜的路徑上升?！暗蒯Ｓ稹奔僬f受到質(zhì)疑板塊構造理論從根本上改變了人們對地球內(nèi)部運動的認識，但是，對板塊內(nèi)部及板塊分離邊界處的隆起或海山的形成，并沒有合理 統(tǒng)一的解釋。20世紀70年代，J Morgan提出了“地幔羽”假說，認為發(fā)起于殼

6、幔邊界的溫度的局部異常所導致的大規(guī)模巖漿涌出地表，形 成了代表較厚地殼或洋殼的隆起或海山。2013年，同濟大學周懷陽與美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）的Henry J B Dick在自然雜 志撰文指出，西南印度洋馬里安隆起（Marion Rise）有約3200平方千米的區(qū)域幾乎完全缺失洋殼，地幔直接出露于地表，而原“地幔羽” 假說對此無法解釋。他們認為，地幔的成分異常很可能才是控制洋中脊深度變化的主因。英國劍橋大學教授Maclennan在評論文章中認 為，如果這一對印度洋洋中脊的地質(zhì)觀測是正確的話，將對人類深入理解地幔具有重要意義。資源科技研究發(fā)展態(tài)勢2013年10月31日，國際重要石油與能

7、源新聞專業(yè)網(wǎng)站“oilprice”的資深編輯James Stafford發(fā)表全球油氣工業(yè)未來趨勢分析文章， 指出未來全球油氣工業(yè)出現(xiàn)5大趨勢：海底油氣作業(yè)系統(tǒng)將成為研發(fā)重點；三次采油技術（CO2-EOR技術）將得到廣泛應用；超級計算 機系統(tǒng)將成為未來油氣勘探所必需的設施；液化天然氣相關基礎設施投資規(guī)模持續(xù)擴大；頁巖油氣革命將徹底改變?nèi)蛴蜌夤窬?。全球?qū)搸r氣認識更趨理性以頁巖氣為代表的非常規(guī)油氣勘探開發(fā)依然是2013年全球關注的熱點，但與2012年相比各主要機構對這一事件的認識更趨理性。2 月，普華永道公司（PWC）發(fā)布報告頁巖油一新的能源革命，該報告指出未來20年全球頁巖油產(chǎn)量將強勁增長

8、，預計2035年頁 巖油產(chǎn)量將占到全球原油供應總量的12%，同時頁巖油供應的大幅增加可能導致油價下跌40%。5月14日，國際能源署（IEA）發(fā)布2013 年度中期石油市場報告，指出北美地區(qū)以非常規(guī)石油為主的原油產(chǎn)量的大幅上升給全球供應鏈帶來沖擊，這將成為未來5年市場的 變革性力量。8月，美國研究理事會（NRC）發(fā)布能源技術誘發(fā)地震的可能性報告，認為：水力壓裂及目前采用的頁巖氣開采技術不 會誘發(fā)高風險的可感知地震；廢水注入地下會造成一定風險，但有文獻記錄的地震只占很少一部分。11月7日美國布魯金斯學會在其網(wǎng) 站發(fā)文指出，美國頁巖能源革命將可能對中國產(chǎn)生5個方面的重大影響：頁巖能源革命輸出到中國；

9、為中國國有石油公司海外收購創(chuàng)造 機遇；制約中國石油公司在伊朗的經(jīng)營活動；為中國在中俄天然氣管道談判帶來了更大優(yōu)勢；有利于中國加大波斯灣石油進口。11月15 日法國科學院發(fā)布關于頁巖氣開發(fā)的建議對歐洲頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀和前景進行了評估，并就解決頁巖氣開發(fā)面臨的技術和環(huán)境等問題 提出9點建議。全球礦產(chǎn)勘探投資持續(xù)增加全球礦產(chǎn)勘探投資持續(xù)增加，深部、深海和隱伏礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)得到重視。2013年3月，金屬經(jīng)濟集團（MEG）發(fā)布2013年全 球勘探趨勢深入分析了 2012年全球非鐵礦產(chǎn)的勘探情況，并簡要分析了 2013年的發(fā)展形勢。2012年全球勘探總支出達到215億美元， 主要投資在開發(fā)程度較高的項目上

10、。MEG預計，2013年的勘探預算達到與2012年相當?shù)乃?，但在新區(qū)勘探投資可能會低于2012年， 這將導致全球非鐵礦產(chǎn)勘探水平的小幅下滑。5月，加拿大政府宣布投資5100萬美元資助新的“足跡項目”（Footprints Project）合作項目 用于采礦業(yè)的研究和創(chuàng)新。在澳大利亞公布的20132014年財政預算中為地球科學領域額外提供3400萬美元的資金支持，以幫助確保澳 大利亞未來的能源和礦產(chǎn)資源需求。8月，挪威貿(mào)易與工業(yè)部（NMTI）發(fā)布了挪威礦業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，提出了挪威礦業(yè)的幾個戰(zhàn)略優(yōu)先 領域，包括海底礦產(chǎn)資源等。10月21日，挪威科技大學（NTNU）、挪威國家石油公司Statoil和礦

11、業(yè)公司Nordic Mining正在合作開展 研究項目，繪制沿大西洋中脊的海洋礦產(chǎn)資源地圖。此外，國際上一些企業(yè)深海采礦計劃正在或已經(jīng)付諸行動，深海采礦產(chǎn)業(yè)端倪顯現(xiàn)。淡水資源研究取得突破2013年12月4日，自然期刊在線發(fā)表了題為作為一種全球現(xiàn)象一近海岸蘊藏著地下淡水的文章，澳大利亞等國科學家研 究發(fā)現(xiàn)在澳大利亞、印度尼西亞雅加達、美國新澤西州和佛羅里達州、中國東海、北美蘇里南（Suriname）、南非布雷達斯多普盆地 （Bredasdorp Basin）、格陵蘭島等附近大陸架海床下儲存著低礦化度的地下水，總量估計達到50萬立方米。這一發(fā)現(xiàn)意味著人類在緩解 干旱和陸地水資源短缺影響方面有更多的

12、選項可供考慮。海洋科技研究發(fā)展態(tài)勢海洋酸化研究得到重視2013年6月，北極委員會發(fā)布報告對北極地區(qū)的海洋酸化現(xiàn)狀進行了概述。11月，美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）等機構聯(lián)合 發(fā)布了海洋酸化的20個事實報告，歸納出海洋酸化問題被科學界廣泛接收的20個事實。同月，IGBP等發(fā)布報告，對海洋酸化相關 問題的置信級別進行了分類，將海洋酸化問題的判斷分為非?？尚?、高可信、中度可信和低可信4個級別。美國開始重點關注北極海冰融化2013年2月，美國北極研究政策聯(lián)合委員會（IARPC）確定了 20132017年北極研究5年計劃。重點資助的7個研究領域。8月， 美國國會研究部（CRS）發(fā)布了題為北極的變化：

13、服務于國會的背景與問題，對北極海冰融化帶來的主權、航道、資源、生態(tài)等問 題進行了分析。9月24日，美國NOAA宣布了其新的五年研究和發(fā)展計劃20132017，將工商業(yè)對北極的影響和北極生態(tài)系統(tǒng)特征 研究作為未來研究重點之一。北極海冰融化趨勢已漸趨清楚，以美國為首的相關國家正著手應對海冰融化后的新形勢，北極資源和航道 既是北極地區(qū)最重要的戰(zhàn)略資源，也是北極地區(qū)問題的焦點。日本加強海洋資源勘探開發(fā)2013年4月，日本內(nèi)閣正式通過了海洋基本計劃（20132017）決議。制定了未來5年的新舉措，其中值得關注的資源開發(fā)措施 有：2018年，完善可燃冰商業(yè)化開采技術；20232028年逐步扶持私營企業(yè)參與

14、海底熱液礦床商業(yè)化項目中；對錳結核與富鉆結殼的資 源量與生產(chǎn)技術開展調(diào)查研究。3月12日，日本宣布成功從愛知縣附近深?？扇急鶎又蟹蛛x出甲烷，成為世界上首個掌握了海底可燃冰 采掘技術的國家。研究平臺基礎設施建設態(tài)勢地學研究平臺基礎設施建設得到加強，重點建設海底觀測、碳觀測、生態(tài)系統(tǒng)觀測、數(shù)值模擬和基礎研究設施，逐步實現(xiàn)了觀測、 探測和模擬相互補充的地球系統(tǒng)與環(huán)境科學研究體系。2013年1月，英國多家研究機構發(fā)布的20132033年歐洲固體地球科學路線圖展望咨詢建議報告指出歐洲固體地球科學未來20 年急需的基礎設施包括：多參數(shù)觀測和研究中心（鏈接地球物理、地球化學、水文、氣象、環(huán)境參數(shù)等），可以提

15、供永久性綜合監(jiān)控超 級站點；多參數(shù)設備工具，以提高特定區(qū)域的分辨率；大型野外實驗移動設備；用于地球科學監(jiān)測的衛(wèi)星飛行任務；用于海底、斷裂帶、 冰下的鉆井設備；鉆孔觀測網(wǎng)絡；海底電纜網(wǎng)絡；已有的冰芯和沉積物數(shù)據(jù)與海洋和大陸基礎設施鏈接設備等。2013年10月，荷蘭皇家氣象研究所（KNMI）基于歐洲板塊觀測系統(tǒng)（EPOS）、加強美國和歐盟環(huán)境基礎設施研究領域之間的合 作（COOPEUS）、歐洲地震風險評估和減災基礎設施研究網(wǎng)（NERA）和歐洲地震學觀測和研究設施（ORFEUS）項目的研討會，發(fā)布 了題為歐洲地球科學路線圖：下一代地球物理研究的基礎設施的報告，提出集成核心服務（ICS）為正在開發(fā)的技術發(fā)展規(guī)劃提供多 學科服務，將覆蓋固體地球科學領域，重點為應用于地球過程的地震學、火山學、地質(zhì)學、大地測量學和地磁學，科學數(shù)據(jù)管理（如EPOS 和 EarthCube 戰(zhàn)略）。大數(shù)據(jù)研究計劃不斷推出，支撐地球科學與資源可持續(xù)發(fā)展的需求。繼2012年3月宣布正式啟動“地球立方體”計劃之