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中科院科学发展报告地球科学发展 [复制链接]

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地球科学领域科技发展战略观察

张志强1,郑*卫1,赵纪东1,张树良1,翟明国2

(1.中国科学院兰州文献情报中心,甘肃兰州;2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京)

地球科学是认识地球系统的过程与变化及其圈层相互作用、地球环境的演化规律与人类利用、管理地球以服务于人类进步的科学知识体系[1,2]。地球科学作为人类社会发展的支柱科学之一,其研究正朝着系统化、整体化、组织化、规模化、技术化、平台化、数字化方向发展。年,地球科学领域发展凸显了研究理念、基础研究、应用研究和平台设施建设等并重的特点,在地球深部探测与内部演化、行星地球与大陆壳形成、固体地球圈层相互作用、生命起源与演化、大气组分形成机理等方面取得重要认识,在矿产资源发现、空间地球科学研究、能源开发相关的环境风险研究、北极研究等方面的研究布局得到重视,对我国地球科学研究有重要启示。

一、重要研究进展

1.地质学领域研究继续取得重要进展

(1)地幔柱、山根等经典理论持续受到质疑。美国科罗拉多大学科学家指出[3],越来越多的研究表明,对于起源于核幔边界的热岩上升流(地幔柱)的研究并不仅仅是存在一些小的“批评”,其是否存在仍然是一个问题。传统地质学理论认为高的山有深的根,但是南加州大学的地球科学家[4]对非洲阿特拉斯山(AtlasMountain)的研究却发现,该山脉的形成突破了这一标准模式,在新的模式中,山脉漂浮在一层热熔岩(这些熔岩在岩石圈之下的区域流动)之上。

(2)地球深部研究取得重要新认识。尖晶橄榄石是橄榄石的一种高压多晶型,最初是在陨石中发现的,被认为是地幔过渡带的一个主要组成成分。加拿大阿尔伯塔大学Pearson等[5]提供了来自巴西Juína的一个金刚石包裹体以及关于尖晶橄榄石在陆地上首次出现的证据。这种富含水的包裹体直接证据证明,地幔过渡带至少是局部含水的,含量大约为1%(重量比),接近于全世界海洋水的总量。法国国家科学研究中心科学家Cordier等[6]提出了一个橄榄石聚集体变形的模型,将使研究人员能够对上层地幔的流变学进行从原子尺度到大尺度地幔流的多尺度模拟研究。而澳大利亚莫纳什大学Moresi等[7]提出一种关于大陆增生的新的数值模型,阐明了造山系统的较大曲率是怎样形成的以及背弧区(backarcregion)的构造逃逸(tectonicescape)机制。

(3)生命起源与演化研究依然是研究热点。多项研究[8-10]揭示,地球早期大气中氧的含量与复杂形态生命的出现关系不大,地球上首次出现的动物形态——海绵可以在氧含量低至目前大气氧含量水平0.5%的条件下生存,同时氧含量充足也不一定会导致高级生命的演化,造氧生物的出现,比此前预想的至少早万年。美国伍兹霍尔海洋研究所研究人员[11]对生命起源于深海热液假说提出质疑,其实验研究揭示早先被认为是生命起源关键的甲硫醇可以作为微生物的分解产物轻而易举地形成,早期生命可能在海底广泛存在;氧浓度的急剧下降、酸雨以及微生物等可能是导致地球生命演化停滞或生物灭绝的原因。科学家对20多年来新发现的、主要产自中国的化石研究表明,羽毛这样的类似鸟类的特征,实际上早在最早的鸟类出现以前就已经在不同的恐龙类群中多次重复出现,其可能是用于保暖、展示,也可能有保持平衡的作用,而不是飞翔[12];该项研究被《科学》杂志评选为年度十项重大科学进展之一。

2.矿产资源可持续开发研究得到更广泛重视

(1)深海矿产资源的可持续开发受到

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