2015年固体地球科学发展态势概览

随着人类对自然界认识和开发利用的不断深入,地球科学的重要性日益凸显,已成为妥善解决人类经济社会发展面临的能源安全、资源安全、气候变化、生态环境、城镇化等一系列挑战的重要基础。本文主要基于对2015年国际地球科学领域的重要科学战略规划、重要科技进展和重要科技文献等反映的科学研究发展动态的系统监测和整理,遴选并总结了2015年固体地球科学领域的主要科学前沿问题和科技发展态势,以供读者参阅。     

刘嘉麒院士谈地球

正地球是人类的家园,人类生存所需要的大部分物质都取之于地球,关乎人类生存的资源、能源、气候、环境、生态、灾害等重大问题都需要地球科学去研究、去解决,从本质上说,地球科学就是养活人类的科学,其宗旨是探索自然奥秘。地球是怎么形成的?生物是怎么诞生的?气候如何变化?人类向何处发展?……这一系列问题,都蕴含着丰富的自然奥秘和科学内涵,需要人们不断地探索和研究。     

生物圈·生命圈

地球环境的演变决定了生命的起源与演化过程,而生命过程又影响看地球表层环境以及大气圈、水圈及岩石圈的物质循环生物多样性是地球演化的独特产物,对地球生命维持系统起着极为重要的作用,是人类赖以生存和发展的基础。因此,研究地球与生命的互动,研究生物多样性的起源和发展对人类可持续发展具有重要意义。     

中国地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究的序幕——从1958年柴达木沉积盆地深部地震反射探测看半个世纪来该科学领域的发展导向和启迪

喜马拉雅山系的崛起、青藏高原的隆升以及与成山、成岩、成盆、成矿和成灾相关的深层过程是东亚乃至全球地球动力学研究中最为重要的科学事件.1958年始在柴达木盆地的地震反射探测与地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究开启了青藏高原地球内部研究的先河,半个世纪以来它影响并引导着我国这一科学领域的发展和前进.本文为纪念地壳与上地幔精细结构和大陆动力学在中国的诞生而作.柴达木盆地壳、幔精细结构地震反射探测结果表明:柴达木盆地的沉积层巨厚可达15~19 km,且存在着迴折波和不同类型与路径的多次波.地壳厚达50~52 km,且存在着高速梯度夹层和低速层.Moho界带为由高、低速相间的薄层束组构,且上地幔顶部纵波速度为8.1 km/s.从这一基点出发,对包括柴达木盆地在内的青藏高原地球深部与地球动力学研究中的几个科学问题进行了思考!为今后青藏高原地球物理深化研究的内涵和布局提出了初步的见解.     

深井地球物理观测的最新进展与中国大陆科学钻探长期观测

深井地震与地球物理观测(Borehole Seismology)是21世纪的一项崭新的高科技项目. 其目的是为了解决地球的表面效应和人类社会高度发展的城市化、工业化、现代化带来的噪音干扰,提高信噪比,推进现代地球物理观测与研究.随着地球系统科学的深入以及解决环境、资源、地震灾害预报等问题的需求, 近年来世界大陆科学钻探以及在钻孔深井内进行的地球物理长期观测得到了飞速发展,取得了高精度的观测研究成果. 中国大陆科学钻探长期观测在前期工作基础上,已经启动并正在构建我国第一个无地面干扰的深井地震、地球物理长期观测站,为实现我国的“入地”科学计划,开创我国21世纪地球科学观测研究的新局面作出贡献.     

构造微生物学:地球生物学研究的新理念

地球微生物学是地球生物学的核心分支,主要研究微生物与环境之间的相互作用.其中,一个非常重要的科学问题是在现代板块运动的理论框架下,微生物在驱动生物地球化学循环过程中如何与地球构造活动紧密相关.构造微生物学概念的提出就是要聚焦微生物活动与构造活动过程的协同研究.这样的视角能进一步加强固体地球科学家与微生物科学家之间的交流,使得双方可以更加有效地探索和理解构造和微观尺度上的地球系统的演化与发展.     

地球内部各圈层介质的地震各向异性与地球动力学

地球内部各圈层的结构和构造在本质上是不均匀的和各向异性的.各向异性的研究不论是对深化地球本体的认识,还是在资源、能源、灾害和环境以及全球变化的研究中均具有重要作用.本文基于这一科学问题的本质性和重要性着重讨论了以下5个问题:1)各向异性介质中地震波场效应与判据;2)复杂介质地震各向异性#*[-15]-#*[+15]-S波分裂的成因分析;3)当今S波分裂监测技术的进展与探索;4)地震各向异性在不同科学问题研究中的效能;5)地震各向异性在地球科学发展中的作用与今后的任务.     

地球物理学及地球动力学研究与计算数学

地球物理学是20世纪,特别是在其中叶以后迅速发展起来的一门边缘科学.它以物理学、数学和信息科学为依托,并与地质学、地球化学密切结合;以研究和探索地球内部介质的属性、结构变异和深部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应.这在促进社会与经济的发展和科学与技术的进步中占有重要地位,因为大量资源的需求和自然灾害的防范在人类生活和生存空间以及可持续发展中乃核心所在.在研究和探索这一系列的地球科学问题的进程中,首先必须通过地表进行高精度的地球物理探测、观测和高分辨率的数据采集,进而利用不同的数学方法反演计算地球内部介质的精细结构和其物理—力学过程与动力学响应.基于此,本文主要讨论了：1）地球物理学和地球动力学的发展趋势及特点;2）地球物理学的发展对计算数学的需求;3）地球动力学和数值模拟与计算地球物理学.最后对这些问题和基本导向进行了讨论.     

岩石层物理与动力学研究的进展

以当代国内外岩石层物理与动力学研究的主要成就和最新动向为背景,对该学科领域的发展方向、目标和问题进行了综合研究,突出地讨论了以下四个方面:(1)当代岩石层物理与动力学发展的主导趋势和总特点;(2)岩石层物理与动力学研究的现状和趋势;(3)中国岩石层与动力学研究在全球范围内的战略地位和在发展进程中的作用;(4)中国在岩石层物理和动力学发展中的方向,目标和问题.岩石层物理与动力学研究在地球科学发展中是十分关键的领域.21世纪将是地球科学的世纪,它必将会对人类生存,科技进步和社会经济发展作出重大贡献!     

地球空间双星探测计划简介

1目的意义利用卫星对地球外层空间进行科学探测,极大地开拓了人类的科学视野和科学实验领域,提高了人类认识自然和利用自然的能力．空间科学探测不但推动着空间科学的发展,而且对空间技术提出新的要求、新的启示和开拓新的思想,从而推动空间技术的发展．空间科学探测的水平是衡量一个国家空间科学和技术发展程度的一个重要标志,是知识创新体系的重要组成部分．双星计划主要目的是：探索地球空间的未知,推动我国空间物理和空间环境（空间天气）预报研究的发展;为保障空间活动的安全和保护人类生存环境提供科学依据和对应措施;为发展…     

欧洲地球物理研究基础设施未来建设规划框架

针对基于欧洲板块观测系统（EPOS）、加强美国和欧盟环境基础设施研究领域之间的合作（COOPEUS）、欧洲地震风险评估和减灾基础设施研究网（NERA）和欧洲地震学观测和研究设施（ORFEUS）等项目之间的合作,2013年8月26日至9月4日,在意大利西西里岛举行了研讨会,讨论了欧洲地球科学路线图中下一代地球物理研究基础设施的建设,并于10月发布了会议成果报告.会议的主要目标是：①概述欧洲和美国EPOS相关基础设施的发展;②讨论欧洲、美国地球科学家和IT专家对基础设施发展、模型和计划;③修改和完善项目间的协调和发展.该报告主要集中在EPOS主题和集成服务：包括地震学、信息和通信技术创新和相关举措,目标是制定欧洲固体地球科学的发展路线图.     

地球的道理

地球是一颗幸运之星,经历了46亿年的沧,桑变化。一方面,太阳慷慨地将其44亿分之一的热能赐给地球表面;另一方面,在距今300万年的时候,地球惬意地做了人类的母亲。地球无私地为人类创造了一个适宜生活和繁衍的环境,同时提供了人类赖以生存的资源,这里包括氧气、水、动植物、矿物资源等。但是我们作为个体的人,究竟了解地球有几分？你知道它的来龙去脉、它的品质、     

美国国家科学基金会（NSF）地球科学部（GEO）2010财年经费按学科资助模式分析及固体地球科学优先研究领域和资助重点

美国国家科学基金会（NSF）主要支持基础研究活动及其产生的跨学科的新知识和新技术,并培养世界一流的科学家和技术专家队伍。NSF地球科学部（Directorate for Geosciences,GEO）主要支持海洋科学、大气与地球空间科学、固体地球科学领域的研究以及基础设施与教育,深化对整个地球系统的理解。GEO不仅在理解、预测和帮助美国响应环境事件和环境变化中发挥着关键作用,而且在帮助决定更好地利用地球资源中也起到了重要作用。     

人类圈与地球系统

作为最新地球圈层的人类圈和地球系统是现代地球科学中两个重要的基本概念。正确而深刻地认识这两个概念对全球环境变化和持续发展等问题的研究具有重要的意义。目前对它们及其相互关系尚缺乏统一的认识。本文主要讨论：（１）对地球系统的三种理解；（２）人类圈与人类活动、生物圈和智慧圈等的基本区别；（３）人类圈与地球系统的关系，并主张人类圈是现代地球系统中五个地球圈层之一。     

新时期西藏防震减灾工作的几点思考

0引言运动是宇宙的主题。天体运动、地壳运动、生命运动等等,演化出无垠的宇宙,绚丽的地球和多彩的世界。大自然在赋予了人类生存发展的地球环境的同时又以种种的自然灾害不断地考验着人类的生存能力。在这些自然灾害中,地震做为一种地球构造运动的表现形式,它与固体地球的形成     

海潮负荷对沿海地区宽幅InSAR形变监测的影响

海岸带地区是全球自然生态环境最为复杂和脆弱的地域之一,合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术可以为全球人类活动、气候变暖和俯冲带剧烈构造运动等背景下的大范围海岸带地理环境变化研究提供重要观测资料.海洋潮汐导致固体地球长周期形变,波长尺度为10²~10³ km的海潮负荷引入mm级至cm级的形变梯度,此类非构造信号对海岸带InSAR精密形变分析（如：大范围、微小、缓慢且非稳态构造过程等）造成显著影响.本文以宽幅模式SAR数据为例,基于多种海潮模型研究了全球典型海岸带地区（福建、智利和阿拉斯加湾）海潮负荷效应对宽幅InSAR形变监测的影响,给出了宽幅InSAR海潮负荷三维分量估计与差分相位提取方法,并进一步讨论了基于不同海潮模型估计海潮负荷位移的差异.海潮负荷影响不仅与研究范围大小有关,其形变梯度变化与研究区域地形特征存在强相关,对于长波长形变分析而言,传统平面或者曲面拟合方法难以有效分离海潮负荷位移.     

大陆深钻：探秘地球的“望远镜”

大陆科学钻探,被称为伸入地球内部的“望远镜”,是带动21世纪地球科学和相关工程技术发展的大科学工程,同时也是解决人类社会所面临的资源、灾害和环境等问题的重要基础研究课题之一,具有划时代的意义。     

地球空间双星探测计划

地球空间双星探测计划包括两颗小卫星,将分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的近地赤道区和近地极区.双星计划的主要科学目标是用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区探测场和粒子的时空变化;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式.为了实现科学目标,赤道卫星和极区卫星上各载有9台探测仪器.赤道卫星的轨道是:近地点550km,远地点60000km,倾角约2.5°;极区卫星轨道是:近地点350km,远地点25000km,倾角约90°左右.为了使双星计划与欧空局ClusterⅡ相配合,赤道卫星计划于2002年12月发射,极区卫星计划于2003年6月发射.双星计划与ClusterⅡ相配合,可形成地球空间6点探测计划,这将成为21世纪初国际上重要的地球空间探测计划.     

近年来我国地热学的研究与展望

简要回顾了近年来我国地热研究的现状及取得的重要进展，包括大地热流、岩石层热状态、地壳-上地慢热结构、地热与气候变化、灾害环境以及矿山地热、油田地热、地热资源等；并从固体地球科学发展动向及国民经济需求两个方面，展望我国理论地热学和应用地热学研究的今后发展方向     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.