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      返航途中,“海洋六号”的工作和生活相对轻松,但甲板部的工作则仍然丝毫不能放松。归途遥遥,对甲板部的驾驶员和水手们来说,只有驾驶海六将大家安全带回国的那一刻,他们才能真正松一口气。
    不开灯的驾驶室
      “怎么不开灯呀?”10月26日晚19点,记者来到位于顶层的驾驶室,见眼前黑乎乎一片,不经脱口而出。白天一上驾驶室就能看见的驾驶台、平日里很想去坐一坐的三个驾驶位都不见了。
      一听我这话,值班的三副李胜勇、水手阿武都不禁笑了,很多第一次晚上来驾驶室的人都会问这个问题。“驾驶室晚上是不能开灯的,就跟晚上开车不能开车内灯一样,为了安全。”经船长蓝明华这么一解释,真觉得自己那个问题问得好幼稚。
      原来,虽然在现代科技的助力下,船舶驾驶工作不像“加勒比海盗”里演绎的那样惊心动魄,但驾驶员的眼睛一刻也不能开小差,看航线有没有偏离、看仪表盘各项数据是否正常、看雷达上面有没有出现异样,甚至从200多度视角的驾驶台看夜晚的海面上有没有出现不明物体,以提前发出警报等等……虽然不需要耳听八方,但眼光眼观六路是实实在在的。如果开灯,光线会影响驾驶员观察外面夜幕下的海面。三副李胜勇手中拿了一个高倍望远镜,那是驾驶员的宝贝。
      “夜晚航行时,船舶只能开航行灯。”记者想起前一阵子的一天晚上,大家欢呼海面来了一条船,跑出去一看,只见天边有一盏比夜幕上的星宿大不了多少的黄色灯光。大概,那就是航行灯了吧。茫茫太平洋上,常常连日连月见不到其他的船舶、岛屿、飞鸟。难怪一盏灯会让他们兴奋不已。这是题外话了。
      其实,不仅驾驶室不能开灯,其他光线也是严格限制——尽可能不影响瞭望。“如果驾驶台以前的舱室有光线外露,不但会妨碍值班驾驶员正规瞭望,而且会影响其他船舶观察我船的号灯。不同的号灯,代表船舶不同的航行状态,比如航行灯亮表示船舶正在航行,锚灯亮表示船舶在锚泊。所以夜间航行,是禁止光线外露的。”蓝明华解释到道。
      难怪驾驶室后侧的两个开放式的工作台,在晚上的时候都会拉上厚厚的帘子围住。
      虽然在太平洋上遇见其他船舶的可能性小之又小,但安全航行的规定还是要严格遵循的。
      现代科技让航海变得更安全
      逐渐适应光线,驾驶室内的一切在眼前渐渐显现。面前三把椅子一字排开,左右两侧的是驾驶位,中间的是水手位,水手位前面是一排操作手柄。
      “驾驶员发出指令,水手则在中间具体操作。以前的船舶,水手是站着操作的。现在船舶设计更加人性化,水手专门配备了位置。”蓝明华扶着水手位说到。难怪水手位比驾驶位会高出来很多,大概是方便水手操作仪器吧。水手阿武目视前方,时刻准备着,一有指令他得立马操作,不能有丝毫犹豫。
      在椅子前方是一排显示屏,上面各种数据在变动。
      蓝船长选其中的几台仪器做了介绍。电子海图显示屏上有红、黑两条线的是航线显示屏。红色的是设定航线,航线终端就是“海洋六号”的母港广州了。黑色的是“海洋六号”实际走的航线。
      在这块显示屏的一侧,有一串各种各样的数据。“6米这个数据显示的是我们现在实际的航线的中线与设定航线中线的偏离距离,一般大洋航行,航线宽度设定为500米,即左右两侧偏离250米。所以,我们现在的航线误差是在允许范围内的”、“255度表示的是我们现在的航行方向,正北为零度,所以我们现在在向西南方行走”……李胜勇、蓝船长耐心地给记者讲解。如果发现偏离,则立马要修正整航线。当然,如果出现天气不好、海况差等情况,预订的航线也会根据需要做一定修正的。
      雷达相当于人的眼睛。能见度不良或夜间航行时,主要靠雷达来辅助瞭望。“雷达的扫描半径有很多种,96海里、48海里、24海里、12海里不等等,扫描半径越大精确度越低。大洋航行过往船舶较少,我们一般设定12海里,如果发现相遇船舶,可以给驾驶员1预留足协调避碰的时间。海洋六号船航经海域,不在商船推荐航线上,水深、船少,通常半个月都很难碰到过往船舶,雷达显示屏上根本没有目标出现。”蓝船长指着雷达显示屏,不厌其烦地讲解。
      说起现代海航技术,电子航海图是倍受赞誉的一项。在电子航海图显示屏上,可以看见密密麻麻的一串数字,那是海底深度。蓝船长说,“这里可以随时显示我们船所在位置的水深,这对于我们设计航线和航行是非常有帮助,设计时避开浅滩、暗礁,航行时可以直接从海图上观察航行时的船位,特别是进出港时,非常直观、方便。以往只能借助纸质海图进行人工定船位,那样的话精确度就会降低。”
      记者看了看,我们现在的位置,水深3000多米。想起之前这上面显示的一连串5000多米的数据,大为过瘾。每次海洋六号跨过马里亚纳海沟时,仪器房都会聚集一大班人来欣赏多波束测深数据跳到“7000至10000多米”的精彩瞬间。而通过电子海图,驾驶员也可以提前预知船过马里亚纳海沟的准确时刻。
      不能有一丝马虎的纸质航海资料
      驾驶室后面两个被厚厚的窗帘围的严严实实的工作区,一个是报务区,这是对外通讯的“沟通台”;一个是“海图作业区”。当然,这是记者根据用途擅自取的名字。
      记者怀着好奇心,掀开布帘。不知什么时候,三副李胜勇已经来到海图作业区。台灯下,他正拿着铅笔、圆规、直尺在几张摊开的地图面前忙碌着。这情景,记者不禁想起抗战前线的作战指挥部。
      “虽然有电子航海图,但是我们每次航线都需要在纸质航海图上画出航线。”蓝船长解释到,“一般航海图在出海前或离开工区时就画好了,但这几天因为天气影响多次修改了航线,检查发现有些地方需要做一下调整。”
      原来,在没有电子航海图之前,船舶需要线做好纸质航线图,然后每小时记下实际船位,再画到纸质航线图看,比较航线有无偏差。记者发现,在海图上,计划航线上或附近每隔一个小时都有用铅笔画的小五角星就是驾驶员们画的实际航行坐标了。“虽然有了电子海图,可以实时测知船舶船位,但仍需要在纸质版海图上每隔一个小时进行定位,如果是近岸航行,还需要缩短定位时间,以发现船舶是否偏离航线航行,以保证航行安全。”
      记者细心发现几张海图的比例尺不一样。“比如,近海的地图比例尺比较大。因为近海的礁石、港口、设施等都很多,需要仔细画图,避开一切障碍物。而在大洋上,水深几千米,障碍物相对较少,海图比例尺不需要太大。”蓝船长介绍到。
      虽然海图比例尺不一样,但要保证航线在每张地图上的一致性。
      “铅笔再削得细一点,笔头太粗了,一笔下去就可能偏离几海里。”蓝船长提醒道,拿出铅笔刀将笔尖削得更细。李胜勇是90后,去年刚到“海洋六号”船。在这里,船长经常对驾驶员言传身教,手把手的“传、帮、带”无时不在。
      除了纸质航海图,重要的还有航海日志。蓝船长说,“航海日志跟飞机上的黑匣子一样,清晰、准确记载船舶的航行状态,具有法律效力。万一有什么事情发生,这上面记录的一切都是追根溯源的原始证据。”
      翻开航海日志,每天航行了多少里、船舶位置、船舶状况都记得一清二楚。每个值班的人员都要在上面郑重地签上自己的名字。
      转眼,就快到交接班时间,李胜勇将航海情况仔细地记录下来,并在右下角签上自己的名字。
      接下来值班的是二副龙春宇和水手蒋学军。太平洋上,在大家安睡的夜晚,他们将用自己的双眼、双手继续守护大家的安全。


    船长蓝明华(右)正指导三副李胜勇作图


    夜航值班
    夜探驾驶台

    该照片拍摄于2018年7月6号内蒙古额济纳旗黑鹰山镇戈壁荒漠区,在一个风和日丽的上午,地质队员正在野外填图,他爬上了一座黑色的碎石山,登高望远,拿着掌上机,记录着周围的地质现象。 

     

     
     
    天津地调中心工作人员在内蒙古额济纳旗黑鹰山镇戈壁...

    “锂”从山中来,仗剑走天涯

     邓伟 李成秀 冀成庆 徐莺 周雄

    1.“锂”的家族群

    1)锂(Li)

    锂的克拉克值为30ppm,是较分散而又广泛分布的元素,主要在岩浆结晶作用的晚期阶段富集在伟晶岩中;花岗岩中含量最高,其次是碱性岩。矿床中经常与铍、铷、铯、钽等有益元素共生。

    目前,已知含锂的矿物有150多种,呈独立矿物形式的有30多种,主要工业锂矿物有锂辉石、锂云母、透锂长石、磷锂铝石、铁锂云母等。川西稀有金属矿集区中的锂资源基本以锂辉石形式产出。

    锂辉石,化学成分LiAl[Si2O6]。一般Li2O含量7%左右;晶体呈柱状、板状、针状,颜色可呈无色、灰白、淡紫、淡绿、淡黄、宝石绿色;条痕白色;摩式硬度6.5-7;比重3.03-3.22。

    含锂矿物特征

    2)铍(Be)

    铍的克拉克值为6ppm,为显著的亲石元素。在花岗岩及霞石正长岩中的含量较高,在岩浆分异过程中富集于岩浆残液中,经常固结集中在岩石圈最上部,在地壳深部含量减少。

    世界上已发现的铍矿物和含铍矿物有60多种,常见的矿物约有40多种,主要的工业矿物有绿柱石、硅铍石(似晶石)、羟硅铍石、金绿宝石(铍尖晶石)和日光榴石。

    绿柱石,化学成分Be3Al2[Si6O18],一般BeO含量13%左右;晶体一般呈柱状,呈绿色、黄色、浅蓝色、红色;条痕白色;玻璃光泽或树脂光泽;性脆;硬度7.5-8;比重2.65-2.91。

    含铍矿物

    3)铌(Nb)和钽(Ta)

    铌和钽的原子构造类似,因此,两者在物理化学性质、地球化学性质及矿物学性质方面都很相近。铌、钽经常共生,在岩石和绝大多数矿物中铌和钽的含量此消彼长。在成因上与碱性岩有关的矿物中铌相对富集,与花岗岩有关的矿物中钽相对富集。

    铌在地壳中的丰度为3.2ppm,钽的丰度为2.4ppm。由于铌、钽的地球化学迁移行为不同,铌开始早、收敛晚,钽主要富集于晚期。所以铌矿物种类多,分布广;而钽的变种少,分布不广。目前,已知的铌、钽矿物和含铌、钽矿物有130多种,常见的有30多种。如铌铁矿-钽铁矿、钽铁矿、铋铁矿、褐钇铌矿、易解石、铌易解石、铌铁金红石、烧绿石、锰钽矿、重钽铁矿、黄钇钽矿、细晶石等。铌钽矿物基本呈黑-棕红色,半金属光泽、油脂光泽,少数为金刚光泽;比重大,因此可用重选方式得以富集;化学成分极为复杂。

    含铌钽矿物

    4)铷(Rb)和铯(Cs)

    铷在地壳中的丰度为90ppm。目前没有发现铷的独立矿物,呈分散状态,常以类质同象混入物出现在含钾矿物中。工业来源主要从富含铷的锂、铍、钾的矿物中提取。如锂云母中含Rb2O3%、微斜长石(天河石)中含Rb2O0.3%、铯榴石中含微量铷等。

    铯在地壳中的含量为20ppm。含铯的矿物有10多种,但铯的主要来源还是稀有金属伟晶岩中的铯榴石和锂云母。除此之外,铯还分散在其他矿物中,如绿柱石、黑云母、天河石和堇青石等。

    含铷铯矿物

    铯榴石,化学式Cs[AlSi2O6] nH2O。一般含Cs2O30%左右,晶体往往呈立方体、粒状及致密块状,无解理;颜色为无色、白色,有时带灰、粉红、浅紫等色颜色;性脆,硬度6.5-7;比重2.67-3.03。

    2.“锂”从哪里来

    1)传统矿山

    在您印象中矿山是什么样的?答案也许是偏远、荒凉、破旧的厂房,艰苦的条件,又或许是漫天尘土、泥浆满地、污水四溢,像这样又或许是那样……

    2)绿色矿山

    随着时代的发展和绿色矿山建设的推进,如今的矿山早已不再是从前的样子。先进的设备、一流的技术、现代化的厂房,一座座“花园式”的矿山正拔地而起。清洁生产,循环用水,大家再也不用担心环境污染了!

    3)“石头”变“电池”

    石头是如何变为电池的呢?锂辉石矿经过采矿进入选矿厂,选矿厂采用物理方法分选出含锂矿物,含锂矿物经过冶金处理成为碳酸锂产品,再由产业部门深加工,最终脱胎换骨成为电池。

    3.崭新“锂”程

    1) 锂之应用——走入寻常百姓家,健康美好新生活

    随着科技的快速迭代升级,锂在日常生活中的应用越来越常见。含丁基锂的橡胶轮胎更加耐用,寿命比原来提高了4倍以上,让驾车出行更加安心;锂动力电池驱动的新能源汽车逐渐进入普通家庭,成为城市代步、环保出行的首选之一;锂电池和其他锂产品在娱乐设备上也得到广泛应用,为我们的休闲娱乐生活开启了无限可能性;锂的应用在家中随处可见,它为我们提供了便捷舒适的智能生活。

    厨房里,添加了锂的电磁炉面板等玻璃制品,可以使其变得更轻、更结实、更耐溶。锂盐可为蔬果进行“健康护理”,防止西红柿腐烂和小麦锈穗病,让人们吃得放心、吃得安心。锂在医学保健方面也有新的应用,不仅可以强身健体,还能防治疾病,是人体健康的“守护者”。国外研究发现,锂与阿尔茨海默病存在关联,一款为中老年市场打造的天然矿泉水“锂水”就此诞生。而锂的用途还在不断拓展中,从交通工具到健康护理,锂的应用遍布我们生活的每个角落,改写了每一个人的生活方式。

    新世纪崭新的“锂”程指日可待。

    2) 铍之应用——让医疗成像、诊断和激光医学走到科技前端的金属材料

    铍,是仅次于锂的轻金属,主要是以铍铜合金和铍金属的形式广泛应用于航空、医学等领域,是新兴产业发展必需的战略性矿产资源。目前,世界上只有美国、中国、俄罗斯等国具有工业规模的从铍矿石开采、提取冶金,到铍金属及合金加工的完整铍工业体系。

    ①提高X射线成像效果

    因为铍金属既可以稳定地处理高温阻抗,又可以实现对X射线的高度透明,铍箔在医疗和科研X射线设备当中已经使用了很长时间。铍箔作为窗口来穿透聚焦的X射线,同时可以保持X射线发生管那一侧的真空环境。

    ②使低辐射成为可能

    铍箔仍是CT扫描和乳腺X射线成像等高分辨率医学成像设备中必不可少的材料。在新一代乳腺癌X射线成像设备中使用低辐射扫描可以得到更精细的肿瘤分辨率,使许多早期可治疗阶段的乳腺癌被及时发现,治愈乳腺癌成为可能。

    ③改善X射线光管强度和稳定性

    作为成像技术的前端科技,铍持续为满足X射线光管高强度、稳定性、抗高温、X射线穿透率等性能要求。

    ④光学激光器的小型化

    使用氧化铍的医学激光器可以帮助眼科医生为数百万患者恢复或改善视力。具有高导热、高强度、介电性能的氧化铍是唯一能控制微小高功率气体激光器的材料。

    ⑤简化外科手术

    铜铍连接器将精确的电信号传送到精密手术器械和最新的非侵入性外科技术的监测装置当中。这种技术减少了对病人的创伤和感染风险,同时加快了愈合和恢复的过程。

    ⑥分析血液

    铍还用于分析HIV和其他疾病的血液分析设备部件当中,给医生和病人提供所需的精确性和可靠性数据。

    3) 铌之新应用——冉冉升起的电子材料之星

    铌行业全球市场集中度非常高,目前全球最大的铌矿企业是巴西矿冶公司(CBMN),占据全球市场80%-85%的产量,主要从事铌产品的开发、工业化和商业化运营,是世界上唯一一家可以生产全系列铌产品(包括标准铌铁、特殊牌号铌铁、真空铌铁、真空镍铌、铌金属和五氧化二铌)的企业,对铌价格的走势具有较强的影响力,控制着全球铌产品扩产计划的进度。

    具有超导性能的元素不少,铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金,临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度,是目前最重要的超导材料之一。

    2019年,材料领域国际顶级期刊《自然材料》发表了复旦大学修发贤团队的最新研究论文《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》。文章显示制备出二维体系中具有目前已知最高导电率的外尔半金属材料——砷化铌纳米带,电导率是铜薄膜的100倍,石墨烯的1000倍。此次制备出的材料砷化铌纳米带的电导率是铜薄膜的100倍,石墨烯的1000倍。业内表示,导电材料是电子工业的基础,现在最主要的材料是铜,已经大规模运用于晶体管的互连导线。

    4)钽之新应用——人体“亲金属”的神奇医学材料

    钽作为一种金属材料,具有优异的力学性能和抗疲劳特性,因此被广泛应用于医学领域,尤其是在骨科领域。它可以替代人体骨组织,起到承重作用,目前已在临床取得显著疗效。钽金属材料在与人体组织结合时,具有强度、生物相容性和稳定性等优点。因此,它比传统金属材料的人工置入物更具有优势,在医学领域的发展前景十分广泛。

    研究和临床应用表明,多孔钽金属具有比金属钛和钛合金更好的骨融合和骨传导性能,运用钽金属材料制作的仿生骨骨组织长入良好,骨性生物固定优良。未来,利用3D打印高致密度和高力学性能钽金属核心技术,将为我国在高端骨科植入物、医疗器械和难熔金属工业部件发展领域做出积极的贡献。

    不仅如此,将钽金属与其他金属材料结合应用在临床医学中也取得了十分重要的突破。很多金属材料因其独特的性能可用于医学领域,但是由于缺乏生物相容性,不能将其优点很好地应用在临床。为此,科研人员想到将耐腐蚀性强且稳定的钽金属涂覆在这些金属材料的表面,使那些有独特性能但原先忌于低生物相容性而不能用于临床的金属材料重新用于临床,并取得显著疗效。

    5)铷之应用——超视距精确授时,极佳光电传感器件制造

    全球独立铷矿床非常少,下游应用供应链受限,已成为全球对该元素发展的约束要素。铷是自然界一种最大光电效应的稀有分散元素,其合成材料在智能制造中逐渐开始发力。

    铷因其极佳的光电效应,在光电管、红外辐射仪表、太阳能光电池等器件制造方面均实现了重大革命性变革。据外媒报道,太阳能电池在通往最高效率的道路上正在不断改进中。德国国家可再生能源实验室研究人员开发了一种新的太阳能电池,为了改善用于吸收可见光的钙钛矿与用于吸收红外线的铜、铟、镓和硒的混合物两层之间的接触,研究小组在它们之间添加了一层铷原子,团队让电池的峰值效率达到24.16%。

    铷基设备材料精准计时功能助力集群医用设备同步获取精确时间信号。近年来,基于星载铷钟开发的网络同步时间服务器在国内卫生部门得到良好的推广,为医院提供标准的网络时间统计信息服务,也为局部辐射区域近万台网络客户端提供精度小于5毫秒的时间同步服务器,较大程度地改善了全区医疗机构网络系统,包括:医护人员的办公PC及医疗设备、走廊、大堂子钟系统等授时操作的统一性,充分实现了大数量集群精确医疗设备同步作业中时间的精准性保障。

    铷基量子传感器有望用于诊断房颤。心房颤动(AF)是一种导致心率异常的疾病,发作时心脏中传导的电生理信号易出现紊乱行为。目前,常规用于检测房颤的心电图受到灵敏度、时间等诸多限制。据一项发表于《应用物理学快报》的研究,科学家利用原子磁强计,通过基于铷的量子传感器接受信号,成功对导电率与生物组织相近的溶液进行电磁感应成像,可测出高导电性的区域。这项技术实现了非屏蔽环境下的小体积成像,且灵敏度较传统技术提高了50倍,为房颤的快速临床诊断带来了希望。

    固体废弃物如何变身宝藏?

    邓杰 邓善芝

    几个世纪以来,人类社会的快速发展基于对自然资源的使用与消耗。尤其是第三次工业革命以后,生物科技与产业革命的迅速发展,使人们对能源和矿石的需求量激增。同时,为满足迅速增长的社会需求,各行各业纷纷扩能扩产。2012年,国际民间组织“全球足迹网络”(GFN)及英国智库“新经济基金会”提出“地球生态超载日”的概念。“地球生态超载日”是指地球当天进入了本年度生态赤字状态,已用完了地球本年度可再生的自然资源总量。据测算,约从1970年起,人类对自然的索取开始超越地球生态的临界点。从过去数十年来看,几乎每隔10年这一天的到来就会提前1个月。

    资源过度开采和废弃物的无节制排放,造成越来越严重的生态环境问题。人类用碧海蓝天换来了现代社会的方便快捷和科技的快速发展。随着人们经济水平的提高以及对自身健康的重视,环境的重要性被越来越多的人认识。如何在保障人类需求的前提下,尽可能保护和改善环境,寻求资源环境和谐发展的解决方案,成为时下人们关注的重点。为节约资源、提高现有资源的利用率,资源综合利用的概念逐渐被人们所熟知。

    在资源开发利用及使用消费过程中,不可避免会产生伴生矿石、围岩及选矿尾矿等,比如钨矿中伴生的铜、铅、锌等含有稀有分散元素的矿物,氧化矿中的碳酸盐和硅酸盐类脉石、有机物生产中产生的废水、生活中的废旧金属和电池等,这些生产和生活废弃物中含有大量的有价金属、有机及无机盐类矿物质资源,将其直接排放到环境中,不仅会造成大量的宝贵资源白白流失,还会影响耕地质量、污染空气和水源,破坏生态环境。在资源开发利用和消费过程中,针对这些伴生矿物资源和生产生活中的废弃物开展回收利用,使其重新资源化,从而最大限度地实现现有资源的高效利用,可以称之为资源的综合利用。

    如何实现资源的综合利用?现阶段,资源的综合利用主要从三方面开展:

    一、在矿产资源开采过程中对共生、伴生矿进行综合开发与合理利用。

    煤炭被人们誉为“黑色的金子”“工业的粮食”,它是18世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤矸石是与煤伴生的一种含煤高岭土,过去采煤过程中产生的大量煤矸石一直被作为大宗固体废弃物堆放在煤矿周围。正如犹太经典《塔木德》中所说:“世上没有废物,只是放错了地方。”煤的伴生矿——煤矸石也是如此。煤矸石综合利用的途径很多,除了传统的利用途径,如回填煤矿采空区、铺路、土壤改良、做建筑材料和发电等。最新研究表明,煤矸石还可以作为下游精细加工业的原料。如,煤矸石经处理后可以作为橡胶填料,获得与炭黑相当的补强效果;还可以制备聚硅酸铝铁,用于处理造纸综合废水等;此外,煤矸石可以用于陶瓷、耐火材料、橡胶工业、涂料、塑料、4A分子筛、铝硅铁合金等十多个行业。

    二、对生产过程中产生的废渣、废水(液)、废气、余热余压等进行回收和合理利用。

    除矿石中的伴生资源外,矿石资源生产加工过程中还会产生大量的废弃物资源。以铜矿尾矿为例,研究表明,铜尾矿中除了可以回收有价金属元素铜之外,还可以回收非金属组分石榴子石、硅灰石等,并将剩余部分作为植物培养基等原料进行利用,实现铜尾矿的减量化和资源化。部分有色金属尾矿的主要成分为SiO2,且包含大量钙、镁等元素的氧化物,和市场上普遍运用的建筑材料的化学组成非常相似。尾矿用作建筑材料时加工方式比较简洁,能够有效解决成本和能耗问题。

    三、对社会生产和消费过程中产生的各种废物进行回收和再生利用。

    除开展矿山资源的综合利用之外,再生资源回收利用也是开展资源综合利用的重要方面。发展再生资源回收行业可以节省采矿、冶炼、电解等工艺环节,大量减少污染排放和能源消耗,也是降低资源对外依存度、推动我国生态文明建设的必由之路。中国是全球公认的制造业大国,然而近些年随着人口红利日益消失,以及环保成本的不断抬升,我国资源的对外依存度逐渐走高。在此背景下,大力发展再生资源回收利用产业,具有积极重要的战略性意义。

    现阶段,资源环境和谐发展之路仍然崎岖且漫长,人类需要开展更多的探索与实践。相信在不久的未来,资源综合利用方法和途径会越来越多,资源环境和谐发展之路必将越来越顺利。

    带你了解这朵“云”——地质云

    戴新宇

    “地质云1.0”闪亮登场,魅力初现

    “地质云”是自然资源部中国地质调查局主持研发的一套综合性地质信息服务系统,集地质调查、管理、共享、服务四大功能于一身,面向社会公众、地质调查技术人员、地学科研机构、政府部门提供丰富的各类地质信息服务。经过“地质云”研究开发团队艰辛付出,2017年11月6日,“地质云1.0”闪亮登场,迈出了“地质云”建设三步走的第一步。

    “地质云1.0”刚上线运行,就受到地质调查科技工作者的青睐,局系统内外正式用户达4000多人,日均访问量突破6000次,在地质调查管理和应急事件服务上体现出精准、快捷的特点。例如,在2017年11月18日西藏林芝市米林县发生6.9级地震后,“地质云”首次启动了应急服务工作机制,在2小时内线下完成震区地质图数据制作,仅用10小时就为应急救灾在线提供了震区区域地质图、国家地质资料馆藏涉及震区的地质资料,以及林芝地区卫星遥感影像图、震中300公里范围地质钻孔、林芝专题地质文献库等系列地质信息产品。毫无疑问,“地质云1.0”实现了地质调查数据共享破冰,为75个国家核心地质数据库的互联共享和2382个信息产品提供社会化服务。

    “地质云2.0”华丽转身,飒爽英姿

    在2018年10月18日召开的中国国际矿业大会上,“地质云2.0”宣布正式上线,完成“地质云1.0”云上数据资源和系统功能的全面升级,完成手机版地质云APP国家地质大数据共享服务平台研发,通过数据资源整合和信息系统集成,全面提升地质调查数据采集、汇聚、处理、分析、共享与服务能力,为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力,及时、有效地满足政府部门、行业用户、社会公众等各类用户对地质信息的多元需求,以信息化带动地质调查现代化。

    “地质云3.0”鲲鹏展翅,大展宏图

    “地质云”建设三步走设想2020年上线运行“地质云3.0”。为此,地质云研发团队的科研人员做足了功课,全力以赴助推云平台、大数据、智能化“三位一体”建设应用迈上新台阶,为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力支撑,建成分布式地质大数据中心,并在以下九个方面提供全方位综合地质服务:

    一是升级完善“在线化”调查系统、研发升级重要专业应用系统,初步实现在线化调查,构建立体式地质信息感知体系。二是显著扩大中大比例尺实体数据共享资源,精准开发地质信息系列产品,提供地质信息专题服务,提升“地质云”服务门户访问便捷性,加快构建地质信息共建共享云生态,基本实现在线化服务,显著扩大地质信息线上共享服务规模。三是升级地质调查业务管理系统,完善地质调查业务管理大数据辅助决策系统,强化在线化管理,支撑地质调查业务管理高效运行。四是推行地质调查在线化办公,支撑远程办公、便捷办公。五是通过攻关实现智能区调矿调、智能识别、智能管理、智能数据搜索引擎等智能地质调查技术突破,示范构建智能化工作模式。六是建立完善地球科学“一张图”大数据体系,更新维护国家核心地质数据库。七是采取优化地质调查网络、规范化运维“地质云”节点体系、加强网络安全建设等措施,建实地质调查基础设施与网络安全体系,保障安全稳定运行。八是完善地质调查信息化制度标准体系,支撑自然资源信息化建设。九是加强信息化人才队伍建设与国际合作,提升中国地质调查局在国内外的影响力。

    这就是中国地质调查局功能强大的地质云(Geocloud)!神奇的地质云(Geocloud)!

     

     

    用好这些珍贵的矿产资源

    从9月12日起航算起,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋六号”科考船已经在西太平洋上持续作业一周。继海底摄像、“海马”号ROV投入作业之后,又一海底地质调查的主力军——深海浅钻设备登场亮相。在接下来近一个月的工期中,深海浅钻将承担获取海山区富钴结壳及基岩岩芯的重任。“深海浅钻作业是本航次的‘重头戏’,计划完成1.5米和6米两种共70余个测站的钻探任务,难度和压力不小。”航次首席科学家王海峰表示。

    兵马未动粮草先行

    9月17日一大早,听说深海浅钻作业即将展开,记者赶忙抓起相机奔到后甲板作业区。前几日晴空万里的好天气不见了,连绵细雨伴随着阵阵海风,涌浪让船体的摇晃更加明显。后甲板上,四五名调查人员正围着黄色的钻机,为它进行入水前最后的全面“体检”。

    “浅钻设备外表粗旷,内部精密部件众多,由于已有几个月没有使用,水下照明系统、摄像头、液压系统、阀箱、钻具等关键部件涉及的油路和电路,必须经过仔细检查,否则很容易出现设备损坏甚至安全事故。”调查人员肖锐说。

    经过一上午的排查,调查人员发现阀箱有故障,需要替换备用阀箱。所谓阀箱,是一个长相类似路由器的方盒子,连接有控制钻具转速、钻进提钻动作以及钻机姿态调整的十几根线路。“可不能小看这不起眼的阀箱,钻机的一切动作全靠它,相当于钻机的神经中枢。”调查人员姜振军说。记者看到,调查人员在连接线路时格外小心谨慎,因为一旦连接错误,必将导致钻机无法完成调查人员发出的指令。“应该把线路连接的示意图做出来,以后照着图纸就不用担心出错了,效率还高。”姜振军一边操作一边总结着经验。

    16时许,钻机准备就绪。在绞车的牵引和调查人员拉紧的止荡绳的合力下,这个庞然大物终于平稳地进入水面,慢慢消失在深蓝的海水之中。调查人员稍作喘息,快步来到位于四楼的地质取样工作室,隔着屏幕操纵钻机的一举一动。

    精准操控精确取样

    记者看到,操控钻机的电脑屏幕上密布着控制按钮,各种参数和指针令人眼花缭乱。绞车操作员将操纵杆轻轻上推,缆绳的长度不断增加,钻机也随之不断下放。过了近1个小时,钻机即将着在2500米左右深的海底。调查人员任自强熟练地打开了照明系统和摄像头,大屏幕上立即显示出海底的影像。随着钻机的成功着底,他启动了3000伏的高压供电,并轻点“低速正钻”按钮。屏幕上立即腾起了黑色的烟尘。“这里肯定有结壳!”王海峰向记者介绍着经验,“黑色烟尘表明打到了金属结壳,如果烟尘是白色的,说明打到的是沉积物。”随着钻具的高速旋转,钻进深度的刻度尺不断下移,逐渐达到了一米以上。“可以了,收上来吧!”首席助理陈宗恒一声令下,调查人员关闭了高压供电,在发出提钻指令后,钻具缓缓从海底里拔出,随着揽绳的回收,离开了海底。

    在绞车收揽的过程中,深海浅钻项目负责人陈家旺向记者介绍了今年浅钻设备的不同之处。据介绍,“海洋六号”执行大洋科考任务以来,深海浅钻作业已经持续了9年,但以往的浅钻设备故障频发,作业效率和效果都大打折扣。“我们今年对设备进行了全方位的优化升级,改造了钻进液压系统和控制程序,设备将比以往更稳定、更便于控制。陈家旺说,”此外,钻机今年还新增了防扭推进机构,可以通过屏幕实时监测并控制设备姿态,有效防止钻机扭动造成光缆受损。”

    为地质资料库再添宝藏

    当绞车回收至200余米,调查人员已经抑制不住激动的心情,纷纷跑到后甲板等待钻机出水。钻机平稳地落在后甲板上后,调查队员将钻具取下,并小心地将样品从钻具中取出。记者看到,样品长69厘米,顶部有6厘米左右的黑色结壳,其余部分是白色的基岩。据王海峰介绍,白色基岩为生物礁灰岩,致密坚硬,中间还夹杂着贝壳等生物痕迹,对于研究富钴结壳资源评价及早期成矿背景颇具价值。

    或许是受到了外力作用,样品断裂成了五段,负责地质描述的黄慧耐心细致地将样品拼接好,拍照、测量长度、填写样品描述表,在完成一系列标准流程后,轻轻地用保鲜膜将样品包好,装入包装筒并贴好标签。至此,一件珍贵的海底岩芯样品完成了登记入库,为海洋地质调查研究增添了新的宝藏。“从钻机入水到登记入库,一次成功的浅钻取样需要耗费4~5个小时,‘海洋六号’的调查队员们采取三班轮换制,24小时连续奋战在工作现场,确保航次调查任务顺利完成。”技术负责胡波介绍。

    浅钻作业时间紧、任务重,钻机高负荷运行,故障随时可能出现。当进行到第7个站位时,钻机出现了电机故障无法正常作业。经过钻机保障组20个小时的紧急抢修,目前故障已经排除,钻机重新入水作业。

     

     
     
    摸底“深蓝”——“海洋六号”深海浅钻作业现场见闻

    “多美的风景啊,虽然油气资源调查工作环境艰苦了点,但我们并不缺少发现美丽的眼睛......”“出油啦!出油啦......我要把这胜利的瞬间记录下来,让中心的其他同志也看看咱们的1号井。”

    新年伊始,为庆祝改革开放40周年,展现新时代自然资源工作者崭新风貌,弘扬油气地质文化,丰富广大干部职工业余生活,自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心举办了“庆祝改革开放40年 展现新时代新风貌”摄影比赛活动。工作人员把参赛的107幅作品制作成展板集中展示。看着一幅幅魅力动人的摄影作品,该油气调查中心全体职工争先恐后把代表选票的“笑脸”粘贴在最喜欢的照片旁。经过投票,其中4幅摄影作品脱颖而出喜获一等奖,另有15幅摄影作品喜获二、三等奖。

    油气调查中心长期以来坚持抓业务工作和抓文化建设齐头并进,使业务工作融入文化内涵,文化建设彰显业务特色,两手抓、抓两手,双促进、双丰收。近年来先后开展了参观见学、素质拓展、爬山健步、体验一线生活、野外采风等综合活动,文化建设工作形成了朝气蓬勃的良好局面。

     

    获奖作品《京都之夜望京SOHO 

     获奖作品《黑色的金子》 

    获奖作品《村里的圆桌会议》 

    中心职工为喜欢的摄影作品投票 

     
     
    镜头展现“魅力油气资源调查”

    春天的渭北高原,舒爽宜人。白云漫卷,微风习习,裹着椒香,透着斯文。4月22-23日,受韩城市国土资源局邀请,西安地质调查中心秦岭及宁东二级项目组针对全市煤炭资源开发及黄土地质灾害特点,与韩城市国土资源局联合开展了“黑色的煤炭,绿色的开采”及“地质灾害防治”科普宣传活动。

    为切实做好第49个“世界地球日”的科普宣传活动,突出“珍惜自然资源,呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”的主题,本次活动主要分为两个阶段。活动的第一阶段为科普资料的派送,在韩城市人民广场进行。项目组围绕韩城市最重要的自然资源——煤炭的开发利用,以“黑色的煤炭,绿色的开采”和“建设绿色矿山”等新理念新模式为内容,制作了展板和宣传材料,并现场为民众讲解。大量市民前来了解和咨询相关科普知识,展板前人流络绎不绝。活动的第二阶段为科普讲座,在市金城二中进行。教授级高级工程师张江华为该中学初一年级全体学生做了“绿色矿山建设和地质灾害防治”报告,报告结合韩城市的矿产资源及开采引发的环境地质问题现状,现身说法,深入浅出地讲解了如何既能合理开发利用有限的矿产资源,同时又能保证环境友好,以及关系到每个人切身生命财产安全的地质灾害的预防措施等,引经据典、科学实用,加深了学生对珍惜自然资源、爱护家园、保护蓝天绿水青山的责任感、使命感。

    本次活动在两家单位的精心筹划下顺利举行,韩城市电视台对本次活动进行了现场采访及报导。

     

    科普系列活动现场

     

    地球日宣传员

    西安地调中心走进太史故里韩城开展第49个世界地球日...

          7月20日晚,正在太平洋海面进行环境调查的海六号意外收获了大颗粒球状富钴结核。下午3点,调查人员将箱式取样器沉入海底,晚上8点半回收到甲板。满满一箱水放走,留在底部的沉积物之上有一层黑色的球状富钴结核。大家被意外的收获乐得合不上嘴。经过测量,这一箱富钴结核重13公斤,最大的球状直径有6.5厘米。


    海洋六号意外发现球状富钴结核

        你或许见过山,或许见过海,但是,大洋几千米以下的海山,你了解吗?在蓝色的海水下,也同样有高山、平原、峡谷、暗流,现在,请跟随“海洋六号”船,到中太平洋某海山一探虚实。

        当地时间8月23日,这是中国大洋23航次进行到近一半的时间,按照计划,海洋六号实施深海摄像。海底摄像这还是第一次出马,大家很关注。

        这些天,海况并不太好,浪花翻滚,远处一排排的白浪溅起飞沫。记者得知,当天风力4-5级,浪高2米,海上作业有些困难。

        年轻科考人员胡波是深海摄像作业的负责人之一,刚值完大夜班吃过早餐睡了不到一个小时就被叫醒,带着困意,到可视工作室协助调试海底摄像系统。后甲板的科考队员们也正忙碌地准备着: 吊放浅钻,换接系统接口,开机调试。

        直到中午12:30,海底摄像系统完成准备工作,从三层作业甲板下水,记者看到,这套系统仿如一个两米长,1米多高的飞艇,包括两个高精度水下摄像机和水下光源,以及高度计、倾角传感器和压力传感器,水下定位信标等。据正在现场指挥作业的摄像作业负责人张锦炜高级工程师介绍,经过10多年的多次改进,这套摄像系统已今非昔比,可以通过光电复合缆控制水下部分的电力供应和数据传输。也就是说,实现了甲板供电,甲板录制,作业时间不受限制。

        下水前,只见科考队员王俊珠满身油污趴在甲板上,用毛巾清洗摄像头后再用镜头纸进行擦拭。其后,A型架启动,海底摄像系统吊起,2组4位科考队员分两队从两侧用绳索将系统牵引稳定后,深海摄像系统入水。

        而在综合地球物理室内,导航定位组负责人彭朝旭、科考队员黄宁从上午8:30就开始为水下定位紧张忙碌,通过这套水下定位系统,可以准确地获知深海摄像系统所在的位置和深度,数据稳定,绝大部分时间效果令人满意,大家很高兴。

        下午,进行深海摄像作业期间,由于海上风向突然变化,光纤缆被海流牵引倾斜,被避免被磨损,首席科学家助理刘方兰紧急协调,后甲板与驾驶台密切配合,顺利将设备回收水面。其后又再次下放。

        “进行海底摄像作业时,对绞车操作要求很高,眼睛要时刻盯着摄像画面和绞车转轮,手要时刻握住绞车操作杆,将设备时刻保持在适当水深处,既要保证设备离海底很近,使摄像画面足够清晰,又要保证设备离底一定高度,避免触底。”首次参加远洋科考的李琦体会着,“连续进行了7个小时的绞车操作,在精力如此集中的情况下,对绞车操作员的精神和体力都是一个很大的考验,还好作业过程中有傅晓洲和炜哥(张锦炜高工)替换。”

        深海观山不易。进行水下定位、下放摄像系统、观测、记录,期间还要综合海流、风向等各方因素,更需要船舶驾驶、轮机配合,后甲板科考人员的高度协调,从上午8点,到晚上23时30分关闭海底摄像系统,“海洋六号”船科考人员们经过了15个小时的工作,完成了对中太平洋的一座平顶海山的首次探索之旅。

        由于本航次开展的富钴结壳调查,因此,所选择的海山为可能富集结壳的平顶海山。海底摄像要从水深1000多米的平顶海山的山顶处到水深3000多米的山脚。那就让我们跟随海底摄像一起探海遨游吧!

        打开系统,在海底摄像系统投射的灯光照射下,白色的“雪花”纷纷飘落,继续向下推进,高清摄像镜头传回的画面稳定、清晰。到海底了,摄像系统席卷着海流掀起了一阵浓雾很快沉静下来,一片灰白的画面上分布一些弯弯曲曲的纹路,间或有些孔洞,充满着神秘感,犹如上个世纪70年代黑白电视纪录片的画面。这就是我们第一眼看到的深海海底世界。

        此刻,正负责记录班报的董彦辉博士解释到,那些纹路应该是海底底栖生物爬过的痕迹。孔洞则可能是生物的藏身之处。

        “看,鱼,那姿态,真叫妩媚!”科考队员王俊珠提醒着我们。画面上,一条黑色的小鱼从我们的眼前扭动着腰躯游过。

        再深一些,海底又是另一幅景象了。凹凸不平的,犹如菠萝蜜表面圆润的黑色块状物,那就是深海富钴结壳,本航次科考的目标之一,低凹处覆盖着灰白色的海底沉积物。深海摄像带着我们安静掠过的前人从未到达的深处和海域,记者仿佛正俯身翱翔。

        几个小时过去了,灰白色的画面上,黑色结壳、海底沉积物交替或穿插出现,一朵摇曳的“花”出现在结壳的缝隙间,有着多次大洋科考经验的首席科学家助理邓希光博士解释到,那是深海红色珊瑚。

        “海洋六号”以两节的速度在中太平洋公海沿预定测线慢速行进,涌浪袭来,间或有些晕眩。科考队员李琦、傅晓洲等轮换操纵着万米光纤缆绞车,牵引深海摄像系统继续向深处进发。

        深海底下,深海摄像系统犹如一个外星来客,静静地缓慢的从距离海底几米的高处飞过,静寂的海底世界并没有被这群来自中国的海洋地质工作者打乱。

        一只色如血红的虾从镜头下游过。此刻画面上显示水深已达3000多米。操作绞车的工程师李琦、记录班报的宋维宇博士精神为之一振。

        时间已是8月24日晚上9点多,10分钟后,根据此前完成的多波束测深表明,此处已是海山底部,然后,结束深海摄像,回收系统,结束水下定位等等时,已是当天的11:30。

        在可视工作室观看深海摄像的首席科学家何高文对记者说,“深海摄像是开展大洋科学考察的一种重要的调查手段,它可以帮助我们直接观察海底地貌等情况,为其他采样作业手段选择合适的采样点提供依据,提高了采样的针对性;可以圈定结核、结壳的分布范围,此外,画面中关于海底生物的分布活动等情况,可以为环境学家们提供海区环境评价的基础资料。”

        从清晨到深夜,整整15个小时,科考队员们完成了对中太平洋某海山的深海摄像1条测线的作业。

        记者已随船科考半月,据记者观察,几乎每次深海作业,少则三、五小时,多则十几小时。科考队员于宗泽感慨到,“海上情况瞬息万变,气候、海浪、仪器甚至人的情感,不经意间就会出现这样或者那样的问题,整个航次也是在不断的发现问题大家共同解决问题中过来的。”如今,科考时间已近半,远洋科考队员在太平洋海域继续探索。

    深海摄像系统入水

    2、	神秘的海底世界(中太平洋海山上的富钴结壳与海底生物——红珊瑚)

    神秘的海底世界(中太平洋海山上的富钴结壳与海底生物——红珊瑚)

    神秘的海底世界(中太平洋海山上的海底沉积物与海底生物——深海红虾)

    深海观山记

    2021年全国科普日活动期间,中国地质调查局青岛海洋地质研究所发挥科普基地平台优势,在中国科协科普部指导下,联合青岛市市南区教育和体育局、科普中国科技前沿大师谈、新华科普、地质出版社、山东教育电视台,于9月25日共同举办了“地球之肾 湿地‘碳’究—走进自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站”大型科普直播活动。活动通过科普中国、新华网、地质出版社小黑马科学、山东教育卫视、微赞等平台面向全网直播。

    湿地专家和主持人在直播现场

    本次科普直播活动围绕“滨海湿地碳循环研究支撑服务国家碳达峰碳中和目标”的主题,采用现场主持人与专家进行科普访谈,期间插播科技人员在湿地野外的科普讲解视频形式开展。自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站站长叶思源研究员及其团队骨干裴绍峰研究员、丁喜桂正高级工程师、赵广明副研究员做客直播间,与正在山东黄河三角洲国家级自然保护区的东营湿地野外站开展碳循环调查工作的项目组成员一起,介绍水-土-气-生等生态环境要素的监测装置和技术方法,讲解湿地生态地质科学知识,展示国内外科学家依托湿地野外站的全球湿地增温网(CROWN)开展全球滨海湿地生态环境对比研究的大科学计划和科研成果,以及科技人员保护和修复湿地的科学实践。裴绍峰博士详细解读了双碳目标的内涵,介绍了碳在地球上各圈层的循环交换过程以及地球上的四大碳库:岩石圈碳库、大气碳库、陆地生态系统碳库和海洋碳库。他告诉大家,通常把海洋和海岸带所吸收捕获的碳称为“蓝碳”,其储碳周期可达数千年,在气候变化中发挥着不可替代的作用,尤其滨海湿地因具有远高于其他生态系统的固碳能力和潜力,已成为现在科学家们关注研究的重点。

    直播开始,主持人从近年来全球频频出现的极端天气讲起。这些极端天气形成的原因主要在于碳排放加剧及其导致的全球变暖。为此,我国也积极采取措施,明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。那么滨海湿地碳循环研究是如何支撑服务国家碳达峰碳中和目标呢?

    叶思源研究员对湿地先做了简单的介绍。湿地是位于陆生生态系统与水生生态系统之间的过渡地带,包括各种咸水淡水沼泽地、湿草甸、湖泊、河流以及洪泛平原、河口三角洲、泥炭地、湖海滩涂、河边洼地或漫滩、湿草原等。其中滨海湿地物种丰富,有很高的生态服务功能,在水土保持、岸线稳定、污染物质净化、固定大气中的二氧化碳以及为人类提供原材料和休息娱乐场所等方面具有很高的价值。 

    滨海盐沼湿地是一个复杂又独特的生态系统,包含了植物、动物、微生物以及水、土壤、大气等生态要素,各要素相互协同,使湿地具备了较高的固碳效率和长期持续的储碳能力。青岛海洋所滨海湿地团队就是致力于滨海湿地基础地质、沉积环境演化、生态系统固碳功能评价、生态环境地质监测以及生态修复技术等综合调查和创新研究工作。团队依托青岛海洋所建设了自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站,可以对碳在水---生多圈层中的循环过程进行长期监测。

    直播中,观众通过观看湿地团队野外工作视频,观赏了滨海湿地美丽的景色,了解了科技人员艰苦的工作条件以及他们在野外站开展的调查监测任务和科研过程。

    在滨海盐沼湿地生态系统中,首先要了解该区域生长的典型植物,它们可以通过光合作用吸收二氧化碳,这是最直观的固碳过程。科技人员展示了芦苇、碱蓬、柽柳和互花米草几种代表性植物,详细介绍了每种植物的特点。为了更好地向观众展示湿地植物的固碳过程和强大的固碳能力,江星浩同学在野外展示了植物光合作用的测量方法,周攀同学演示了如何通过植物的“样方调查”测量植被地面生物量。

    湿地土壤不仅为湿地的生物生存提供场所,还可以涵养水源,净化水质、抵御洪水、干旱等自然灾害,更是湿地生态系统最大的碳汇。赵广明副研究员对此进行了详细介绍,何磊博士通过视频展示了湿地土壤样品,那黑色的物质就是土壤中富含的碳,来自植物根茎和残骸。土壤中的微生物可以分解碳,裴理鑫博士用生动形象的比喻讲解了湿地水淹环境下微生物是如何工作及其对土壤碳汇的影响。

    除了植物和土壤,分布在湿地各处的水体的固碳情况也是很可观的。裴绍峰博士告诉大家,水中生长着大量肉眼看不到的浮游植物,它们与芦苇、碱蓬等宏观植物一样也可以进行光合作用,将水中的游离的碳转化为有机碳。水里的碳减少后,大气中的二氧化碳就会进入水体中进行补充,从而减少了大气中的二氧化碳含量,这就是水域光合固碳作用。段云莹同学在野外展示了测量水域初级生产力的仪器和方法。

    储存在湿地生态系统的碳并不是100%稳定存在的,其中的一部分会通过植物的呼吸作用和土壤矿化分解作用,以二氧化碳或甲烷的形式返回到大气中,这就形成了水-土-气-生各圈层的碳循环。谢柳娟博士在野外介绍了使用涡度塔开展温室气体的长期监测工作,展示了芦苇通过通气组织传输气体的科学小实验。

    水-土-气-生各圈层的碳循环过程在全球变暖条件下会发生变化。科技人员在野外站需要借助一些试验装置来研究湿地碳汇过程对全球变暖的响应。赵广明副研究员在野外展示了能实时监测46个环境因子的增温模拟试验装置——增温箱。该装置现已布设在辽河三角洲、黄河三角洲和盐城三个湿地,覆盖了两种植被,三个纬度带,并与欧美国家同等的增温站联网,全球科学家共享数据,开展合作研究,预测不同纬度、不同生境、不同地质演化阶段的滨海湿地在未来气候变暖情况下固碳能力的变化,为应对全球变暖提出科学建议。

    滨海湿地团队在东营湿地野外站 

    直播最后,叶思源研究员介绍了我国滨海湿地由于人为围垦、海洋环境污染、海岸工程建设等原因,出现了较为严重的湿地面积退化现象。据调查,我国在1975年滨海盐沼分布面积为2285平方千米,而2017年遥感数据解译结果显示我国滨海盐沼分布面积仅为1234平方千米,退化率达到54%。青岛海洋所湿地团队积极采取应对措施:在黄河三角洲湿地建立了200亩的湿地修复示范区,在91种芦苇基因中优选出具有耐盐、抗旱、生物量大的品种来进行植物修复,目前已取得了很好的效果。叶思源研究员指出滨海盐沼未来修复的潜力巨大,若将我国滨海盐沼恢复到1975年前的状态,将大大增加湿地的碳汇能力。因此加强湿地保护,更好地发挥湿地储碳、固碳能力,对双碳目标的实现具有重要的意义。专家呼吁大家:关爱湿地,保护湿地,自觉践行节能减排,通过实际行动为实现“碳中和”目标贡献自己的力量。

    本次活动是青岛海洋所首次采用现场专家科普访谈的形式开展的大型科普直播。活动采用提问、解答、讲解、ppt展示和野外实景视频播放相结合的方式,形式新颖活泼,内容有趣生动。观众们通过聆听专家的讲解,观看科普视频,明白了“碳达峰”“碳中和”“碳汇”等刷屏热词的内在含义。活动包含了丰富的海洋学、地质学、生态学、水文学、地球化学等多个学科领域的知识点,让大家系统全面地认识滨海盐沼湿地的生态功能,了解科研工作者开展湿地碳循环调查研究工作的意义。活动还弘扬了新时代科学家精神,提高了大家关心湿地、认识湿地、保护湿地的意识。观众们在后台纷纷留言,表达出自己激动的心情和实现国家双碳目标的决心,他们对常年奋战在野外一线的科研工作者也表示出深深的敬意。

    活动当日吸引了全国众多的中小学生及科普爱好者,各平台总收看量达5万余人次,活动圆满成功,取得了良好的科普传播效果。

    青岛海洋所成功举办“地球之肾湿地‘碳’究”全国科...

    捷克团队在小南海地下河做示踪试验。翟秀敏 摄

    天星岩“T”字大厅主洞地下河下游方向,受洞道崩塌块石的淤塞,因而在崩塌体上游一侧堆积大量砾石。更为奇特的是在崩塌体之上,有水平层理保存完整的古砾石层,说明崩塌体年代较久。 扬·斯洛特克 (捷克) 摄

    中外科考队在天星岩主洞和支洞交叉的“T”字大厅合影。扬·斯洛特克 (捷克) 摄

    占据全球天坑总数1/4的陕西汉中天坑群,一经发现便引起国内外的广泛关注。

    中国地质调查局岩溶地质研究所、中国地质环境监测院、陕西省地质调查院联合开展天坑和洞穴普查,发现典型的天坑和漏斗54个,其中口径大于500米的超级天坑2个、大型天坑7个、常规天坑45个,其他地质遗迹473处。中国科学院院士袁道先一行对汉中进行实地考察后认为,这是在北纬32°~33°范围首次发现的、我国岩溶台原面上发育数量最多的天坑群,这一发现将我国湿润热带—亚热带岩溶地貌区界线显著北移,对中国南北方乃至全球古地理环境及气候变化的对比分析具有重要科学价值。

    为了更好地保护和利用汉中天坑群地质遗迹资源,通过岩溶水文地貌系统的深入调查进一步揭示汉中天坑群的演化机理,中国地质调查局于2018年下达了《陕中南岩溶区水文地质环境地质调查》项目,由岩溶所承担,并作为“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划的组成部分。4月28日~5月9日,岩溶所通过自然资源部第四次邀请捷克科学院地质所和捷克洞穴协会的专家,协助开展了汉中南郑洞穴调查;同时,与陕西省地质调查院、中国地质环境监测院共同组织精兵强将,开展了区域地质、水文地质、地下水示踪、洞穴年龄、第四纪古环境等方面的调查与研究。

     

    中捷联合科学考察新发现

    张远海 翟秀敏 陈伟海

     

    这是中国—捷克第四次对汉中天坑群进行联合科学考察。

    捷克团队11人共分3组,分别利用地下潜水、橡皮艇漂流、洞穴单绳技术对小南海观音洞地下河系统、天星岩洞穴系统、伯牛坑洞穴系统进行了洞穴探测。中方团队29人,承担了大佛洞洞穴系统、西沟洞洞穴系统的补充探测工作,并就小南海台原地区的洞穴沉积物进行了系统的采样。

    此次科考新发现洞道15.3千米,其中天星岩新发现洞道6224米,包括2处溶洞大厅;伯牛坑新发现洞道407米;小南海观音洞新发现洞道1036米,它是大佛洞主要的地下河排泄系统;吊洞新发现洞道584米;新发现大佛洞支洞5547米,探测西沟洞1442米。大佛洞地下河系统新发现洞道超过1000米,并与多个洞穴大厅相连,说明大佛洞洞穴系统发育期次之多,规模之大超于早期认知。

    科考团队采集了重砂样品5件,其中洞内3件、地表样2件,为揭示洞内砾石来源和地下水运移途径提供了科学依据;采集岩石标本8件和草测地质剖面4条,以揭示南郑台原地区的天坑、洞穴发育的构造、岩性的控制作用,分析天坑洞穴的成因规律;采集宇生核素石英样品8件,以测定洞内石英的埋藏年龄和洞口石英沉积物的曝露年龄,推理洞穴发育时间和崩塌时间;采集洞穴石笋4根,分析了南郑地区末次冰期DO18事件的区域特殊性,是北半球驱动的特殊响应。

    科考团队在伯牛坑投放荧光素钠示踪剂,并于大佛洞地下河出口、观音洞、白水洞、龙王庙洞进行了样品的接收,实验结果将揭示南郑台原地区洞穴系统的排泄途径和地下分水岭情况,为揭示岩溶洞穴、天坑发育提供又一有力证据。

    此次科考在陕西最大溶洞大厅发现,地下分水岭成因揭示和天坑演化地貌背景研究等3个方面取得新成果。

    ——发现陕西最大的溶洞大厅。

    2016年5月,第一次中国—捷克联合天坑科考队在汉中市南郑区小南海岩溶台原面西北侧干河沟村发现了天星岩。当时,对天星岩2个消水洞和天星岩漏斗的探测结果是,洞穴长度157米,认为这是一个季节性的消水洞。今年5月1日,科考队再次对消水洞进行勘查,发现150米深处的地下河峡谷,沿地下峡谷1.7千米后,在丁字洞道交叉处发现主洞道,主洞道高大宽敞,沿主洞道行进3.5千米后,发现了长300余米、宽100米的溶洞大厅,而且主洞道仍在延伸。科考团队根据区域地质情况推测,这可能是陕西最大的洞穴大厅。

    岩溶所副所长蒋忠诚指出,一般在岩溶发育条件非常好的热带及亚热带低纬度地区才有洞穴大厅。此次发现的长300米长、宽100米的洞穴大厅,相当于十几个足球场的大小,这在亚热带和温带交界地区是少见的。这说明,这里的岩溶发育程度、岩溶动力条件非常好。

    ——揭示分水岭成因。

    在天星岩探测过程中,科考队发现,洞穴走向完成了一个360度的大拐弯,最后向西北侧的白水洞排泄;而在同纬度的小南海岩溶台原面东北侧却是小南海地下河出口。二者间地下分水岭在哪里?岩溶所教授级高级工程师吕勇在经过仔细踏勘后认为,导致天星岩地下河和小南海地下河分水岭的原因是宽缓褶皱的背斜部位,更重要的是石灰岩众多硅质条带夹层的隔水作用。这个认识也解释了天星岩洞道东侧硅质条带上发育的众多瀑布的机理。

    ——天坑演化地貌背景研究新认识。

    过去在进行天坑演化历史的研究中,关注更多的是洞穴沉积物埋藏年龄研究,寻找洞穴古河流堆积物中的石英颗粒。而此次对大佛洞对岸罗汉洞的古地下河沉积物中石英颗粒的研究,转变为对石英暴露年龄的研究,这样一来,就从单纯洞穴演化历史的研究转变为对整个区域环境演化的研究。

    今后,岩溶所将在中国地质调查局的指导下,以及陕西省地质调查院的支持和配合下,继续加大投入开展《陕中南岩溶区水文地质环境地质调查》项目,用科学数据证实汉中天坑群的科学价值,进而提升岩溶地貌学、岩溶水文地质学的社会应用价值。

     

    汉中洞穴探险记

    张远海

     

    4月底,汉中的雨季尚未完全到来,虽然小南海岩溶台原面龙头山上还残留皑皑白雪,但气候业已回暖,鲜花盛开,正是洞穴调查探险的好季节。我们与来自捷克科学院地质所和捷克洞穴协会的探险家们一起,再次赶赴汉中,开展天坑群联合可科学考察。

    洞里淘砂

    龙洞,位于小南海台原面中东部,是个出水洞穴。5月5日,我们于午后从小南海镇出发前往龙洞。

    车停于洞口下方,我们带上安全帽和头灯,攀援而上。洞口凉风徐徐而来,洞底溪流叮当而出。在入洞50米许,中国地质调查局岩溶所的区域地质调查专家吕勇找到一处回水区,正好是沙砾堆积之处。按照吕勇的指导,我在下游堆一小坝,蓄水淘砂。

    淘砂是为了进行重砂分析,寻找它的地表源头。重砂是相对密度较大、物理和化学性质比较稳定的矿物,因其相对密度较大、呈砂状,故名重砂。根据重砂的矿物组合,进行物源识别,从而判定物源方向和物源区的大致位置。

    吕勇熟练地利用淘砂盆的角度首先将黏土淘洗出去,然后将大颗粒的砾石扔掉,很多遍之后,黑色的粉末状物质浮现出来。这就是重砂。后来我们又在溪流上游、洞穴深处又淘了两处重砂样,差不多1千克,装入塑料袋中,编上号,大功告成。

    接着,我们赶往大佛洞淘砂。大佛洞在1970年代是兵工厂所在地,如今被开发为旅游洞穴。因为做过工厂,洞中沉积物大部分已荡然无存。因此,寻找样品只能在洞穴深处和洞道高处。

    下午的时间所剩不多,我们分为两组分头行动。在距离大佛洞洞口200米东南侧上方、60~70米高处为古佛洞上层洞,2016年在探险过程中发现洞道一侧有古地下河水文边槽,边槽内有古地下河的沙砾堆积。从下层洞到上层的道路为30~40厘米宽的步道,甚是险峻。好在,2016年留下的绳索还在。我抓住绳索,绕右手腕一圈,一步一绕,匍匐上行。步道顶端为乱石堆,越过乱石堆,才至边槽平台。很快采满了一大袋样品,然后背负下洞。

    比起上坡,因为负重,脚底反而更稳,加上绳索护身,倒也不觉艰难。

    山中寻宝

    淘砂只能确定洞内的堆积物从何处来,无法确定沙砾堆积什么时候进入洞穴。要确定沙砾进入洞穴的时间,还要寻找更好的“宝贝”——沙砾堆积物中的石英。

    5月6日清晨,我们从小南海镇出发,到罗汉洞寻找石英。

    与我一同展开寻宝之旅的是陕西省地质调查院教授级高级工程师张俊良。出发之前,老乡告诉我们寻着养蜂人的小道可以方便地找到洞口。

    到达山边,果然看到了一条小道,但并不是养蜂人的羊肠小道。往山上望去,坡度60度以上不仅有浮土,更危险的是碎石,甚至大块石。一旦滚落山下,可能危及谷底的寺庙和香客。

    我们小心翼翼地尽量寻着基岩裸露的谷坡上行。上到一半,幸运地在毛竹林中找到了养蜂人的“之”字形小道。从小道穿过竹林,终于可以一窥洞口的风貌,却发现此洞口好像不是与大佛洞相对应的洞口。带着疑问,张俊良给同伴打电话,同时挥舞手中的强光手电,让同伴看看我们所站的位置是否是大佛洞正对的洞口。果不其然,同伴告知,大佛洞正对的洞口在我们所在洞口的右侧。从我们所在的位置向右望去,完全是悬崖峭壁。借助藤蔓的保护,我们决定翻越峭壁。

    抓住藤蔓,我们不敢上望,也不敢往下看,每移动一下,都思考数分钟,生怕意外发生。但越是小心,越出问题。有时藤蔓挂住背包的带子,有时缠住背包里露出的鎯头手柄,令人进退不得。只好一只手抓住藤蔓,腾出另一只手解开藤蔓,再继续前行。

    越过陡崖,终于到达另一个山坳,洞口就在陡坡上方50米左右的位置。比起峭壁,陡坡因为有许多松动的块石而更难攀援。我跪在陡坡上,寻找着可依附之物,或树根,或兰草,或藤蔓,好不容易上升了20多米,人已气喘吁吁。又前行了20余米,宽大的洞口已近在咫尺。

    仔细环视洞口,洞口呈岩屋状,宽50米左右,洞高15~20米,大洞口西侧还有一个小洞,洞口宽3米,洞高2米,洞深5米多,洞壁四周全是石英沙砾沉积,而且沙砾沉积表现明显的韵律层理,粗砂——较大的卵石和砂——细砂——黏土,如此循环反复。

    张俊良和我,一边讨论砂砾石形成的地质背景,一边测定砂砾石沉积剖面。我从上至下、从左到右依次取样;张俊良则采集10厘米以上的花岗岩砾石样和砂卵石样,回去左切片样,这样做物源分析更有效果。我采集了大约40多斤的样品,背负下山。

    坑底寻洞

    天星岩,是小南海台原面西北侧的一个天坑,于2016年中国—捷克联合科考探险时发现。

    天星岩天坑坑口直径和深度都接近百米,上部是天坑洞口,底部为一条季节性的消水洞。消水洞平时为干洞,下雨的时候,水会充盈溪沟,满灌洞口。

    在消水洞西北方向大约2公里是地下河出口——白水洞;而在消水洞东北方向约3公里也是地下河出口——小南海观音洞。那么,消水洞的水究竟流向何处?为了确定地下水的流向,探险队决定再次对天星岩地下洞穴进行探测。

    前三天,主要是安装单绳系统。探测从第四天开始进行。

    最开始探测数据显示,洞道往东南延伸,于是大家判断洞道往伯牛坑方向延伸,可能与伯牛坑相连。次日,探测数据显示洞道又转向东北方向,于是大家又推断,洞道往西沟洞方向延伸,可能与西沟洞相通。再探测的数据又显示东南向延伸,大家的推断又回到伯牛坑。每天科考回来,无论多晚,我们都要将数据输入电脑,看看洞道的延伸方向。直到第7日探测,探险队发现了一条宽30米、高50米以上的大洞穴,才明白以前探测的不过是天星岩洞穴系统的一个小支洞。

    我是最后一天参加科考的,随行的除了捷克的扬·斯洛特克三人团队外,还有汉中洞穴科考爱好者李辉和余欣。

    我们从路边下到季节性河道,然后顺河道走向天坑,首先是个30米的陡坎,然后横向30米,进入第二个40米陡坎,之后一小段横移,下第三个30米陡坎到地下河床。这三个陡坎,正好验证了天星岩天坑的演化历史阶段,从内往外随着河水侵蚀下切,裂点不断后退形成陡坎。

    到达地下河床后,洞底并非水平,也是一段一段的小陡坎和跌水、水潭。为了探测安全和方便,探险队安装了多种类型的绳索系统,从辅助的绳结式或扁带式攀登,到独木桥式跨越,锚点贴壁横移、悬空横移,甚至绳索桥,绳索桥和保护绳配套的横移,应有尽有。

    3个半小时后,我们终于抵达主洞和支洞交叉的“T”大厅。借助强光手电的光,我们初步估计大厅底的面积有1万平方米左右。我仔细观察洞道形态,主洞完全不同于支洞清晰的溶蚀沟槽、窝穴、流痕等丰富的微形态,主洞洞壁则式清晰可见、深浅相间的微倾斜岩层;与支洞洞底丰富的卵石堆积不同,主洞洞底大部分为黏土堆积和崩塌块石,局部可见河床卵石;与支洞峡谷状洞道不同,主洞洞道为大型廊道状,厅堂状洞道;与支洞倾斜洞底和众多跌水不同,主洞洞底则总体起伏不大,但洞道一侧总是伴随大量的崩塌体和黏土堆积形成的高坡;与支洞地下河占据整个洞底并伴随众多水潭不同,主洞地下河仅在洞道一侧流淌,或左或右,流量为支洞地下河的5倍左右。

    我们在洞道高处寻找古地下河沉积物堆积,看看是否能发现石英颗粒。很遗憾,大部分堆积体为黏土,即使发现卵石,其成分大部分为灰岩,个别为砂岩和硅质岩(燧石),没有发现石英颗粒。

    我们前行了一段距离,在采集两个重砂样后,算一算返回时间,决定先行撤离。经过连续4个半小时的艰难攀行,才看到洞口透进来微弱的光。

    (作者单位:中国地质调查局岩溶地质研究所)

    延伸阅读

    中捷科学家汉中探险

    ■ 2016年5月19日~5月31日

    中国地质调查局岩溶地质研究所通过国土资源部,邀请以捷克科学院地质研究所副所长迈克·菲利皮博士为领队的捷克科学院岩溶洞穴科学考察队,在陕西汉中南郑县开展了第一次岩溶洞穴科考合作,证实在陕西省汉中市南郑县小南海镇台原上存在天坑,并对其地下河进行了初步勘查。这是首次在我国热带—亚热带岩溶区最北界发现的天坑地质奇观。

    随后,岩溶所与中国地质环境监测院、陕西省地质调查院开展密切合作,将天坑理论系统引入地质调查工作,在整个米仓山岩溶台原面展开天坑岩溶地质遗迹调查,更多天坑不断被发现。

    ■ 2016年10月20日~11月1日

    岩溶所组织第二次中国—捷克岩溶洞穴科学考察,对宁强县地洞河地下河系统进入探测,探测长度12千米,为我国北亚热带及其以北最长洞穴。这次科考初步确定地洞河天坑发育的水文地质背景和发育特征方面的独特性;与此同时,组织国内洞穴科考爱好者对镇巴县圈子崖、天玄坑及其附近溶洞进行探测,并对天坑形态进行了系统探测。

    ■ 2017年4月30日~5月12日

    岩溶所组织第三次中国—捷克岩溶洞穴科学考察,对镇巴县风洞系统进行初步探测。

    根据以上调查成果,并通过对全球天坑进行对比分析,科考团队确定汉中小南海天坑群和我国西南大石围天坑群为各具特色的两种演化模式,即大石围外源水穿越型岩溶天坑演化模式和小南海内源水窗式岩溶天坑演化模式,同时将天坑类型确定为溶蚀性崩塌天坑和侵蚀性崩塌天坑两种类型。

    同时,岩溶所与陕西地质调查院开展合作,确定汉中天坑群的国际地位:汉中天坑群成群出现,数量众多,迄今发现4个天坑群54个天坑,集中分布于陕西汉中4个台原面,占据全球天坑总数的近1/4,举足轻重;汉中天坑群是内源水窗式岩溶天坑演化模式的典型范例。汉中天坑群是全球发育在岩溶台原上的最大天坑群,也是我国北亚热带最大的天坑群。

    再探汉中天坑群