通往地球之门

　　英国地质调查局（BGS）是世界领先的地质调查机构，专注于为政府提供公益性科学服务，研究并理解地球及环境作用过程。
　　1. 基本情况
　　 每年预算为5000万英镑，其中大约一半来自于英国自然环境研究理事会（NERC）；
　　 有520名科学家与40余所大学、研究机构开展合作；
　　 有120名员工从事科学支撑工作（知识交流、成果宣传和信息技术）；
　　 目前拥有150个私营部门的客户；
　　 拥有20个独具特色的科学实验室；
　　 拥有英国自然环境研究理事会和国家科学的基础设施，包括同位素地球科学、放射性碳、地球物理和大地测量等中心。
　　2. 部分优秀科学成果
　　 英国自然环境研究理事会最新的一项研究评述认为：英国地质调查局90%以上有影响的成果都是非常突出或是有重要意义的，78%的研究获得国际认可或者更好；
　　 2012年，我们的职工共发表了250篇同行评议的论文；
　　 从2008年到2012年，我们发表的同行评议的论文数量增长了75%，每年从我们的研究成果资料库下载资料的量达到25万次。
　　3. 愿景
　　BGS的愿景是成为世界级的地质调查机构，运用新的技术和数据，研究并预测与人类生存和生活密切相关的地质作用。
　　英国地质调查局将会利用新技术探测地球，认识地质作用的实时进程。利用新的认识和现有的科研能力，应对世界范围的挑战，并从以下几个方面为社会服务：
　　 负责任地利用自然资源；
　　 管控环境变化；
　　 提高对环境灾害的适应性。
　　英国地质调查局将通过以下努力来实现上述目标：
　　 培养人才；
　　 发展与大学、科研机构和商业界的合作关系；
　　 将核心力量集中于三维地质和国家地质数据库建设上；
　　 保持英国地质调查局在英国境内外地质科学研究的权威性和独立性。
　　本文列出了我们的战略方向。

　　（一）探测地球
　　过去，地质调查工作集中在固体地球表面，但在未来的数十年，我们需要对地下地质作用进行实时监测。
　　对天气和河水质量的持续监测业已开展，对一些地质作用（如火山和地震）也在实时监测，但是对深部地质作用过程的监测少之又少。未来我们对地下资源（如地下水、能源和废物处置）的利用，都依赖于对地下地质作用过程认识的提高。这将使我们能够更加安全和可持续地管理这些活动。对地下地质作用的监测需要付出更多的努力，这实际上就是“探测地球”。
　　这就要求BGS对其在数据获取、加工和服务的方式方面做出改变，提高应对“大数据”的处理能力，在数据的收集、解译和建模方面保持关注。我们的科学家和全球科学界都将从中获益。

　　1. 国家地质模型
　　探测地球需要一个3D模型。英国地质调查局计划在未来十年完成“国家地质模型”，并从近海开始建立。该模型将加深我们对陆域地下的地下水、放射性废弃物处置和页岩气的理解。近海的地质模型将为油气、碳捕获与存储的研究工作提供支持。

　　2. 走向全球
　　资源、环境变化和灾害是全球性的挑战，因此，英国地质调查局需要具备全球视野。我们将利用欧盟平台在灾害的监测和预测方面开展工作，并通过向其他国家提供全球地质数据库和地质研究成果的方式与国外合作。
“未来十年，英国地质调查局将在人类利用地下资源的时间尺度内研究地下流体和坚固岩体之间的相互作用。”

　　实例1：国际城市的可持续发展
　　在世界城市的长期规划中，很少见到地下情况。城市化给城市的空间、资源和地下空间开发造成了很大压力。因此，加深对城市地下空间的认识是现代地质调查的一个重点领域。空气质量被用来衡量城市的健康，同样，我们现在也需要仪器和实时监测来衡量城市发展轨迹对健康和环境的影响。
英国地质调查局将在城市中设立监测站，对地下作用过程进行监测，同时与地表发生的活动相联系。我们已经开始对泰晤士河流域和伦敦进行监测。
未来5年，我们将与中东和亚洲国家的城市规划者进行合作，在那里发展可持续的城市。
　　（二）负责任地利用自然资源
　　全球人口增长及生活方式的改变增加了对能源、水和原材料的需求。政治和经济的不稳定导致了情况的恶化，造成价格波动、资源缺乏和冲突等问题。　　英国地质调查局将继续对资源安全、评价和开采进行研究，包括地下水和页岩气。我们还将研究能源存储和诸如处置放射性废物和CO2等地质处置。长远来看，英国地质调查局的科学目标是确保我们在不危害环境的基础上获得最多的资源。


　　实例2：能源测试平台
　　地质对英国的能源发展十分重要，不仅仅是因为我们从地下获得了油气，而且我们要处理地下能源工业所产生的废弃物，像放射性废料和CO2。但是，管理者、政府、商业界和公众需要确保这些活动是可行且安全的，因此，我们要更好地去认识地下作用过程。英国地质调查局将建立新的监测和模拟系统来完成这项任务，这也是“能源测试平台”概念的一部分。
　　能源测试平台将包括地震和地下水监测、井中传感器，以及电阻率断层影像、遥感和地表天然气测试等技术。
　　我们将于近期与大学的合作伙伴、企业和管理者展开合作，在可能经历过地下能源开发的区域实施监测。


　　实例3：揭秘非洲的地下水
　　目前，非洲有超过3亿人得不到安全、干净的饮用水。水井将来可能会提供大量饮用水，所以我们要调查清楚该地区有多少水井，及其对气候变化的承受能力。在英国国际发展部和英国自然环境研究理事会支持下，在英国地质调查局领导下，第一次详细绘制出了横跨非洲的地下水资源量分布图。这些图件有助于将来非洲地下水的可持续利用和管理。
　　“这项研究对世界最贫困的人民有着深远的影响，帮助他们抵抗干旱，适应气候变化的影响…”——Andrew Mitchell，前任国际发展部大臣。
　　（三）管理环境变化
　　由于气候变暖和人口增长，环境变化正在加速。英国地质调查局专注于长期监测和观测，并以此来探究那些每天都在发生的且不易察觉的环境变化。我们的研究力图寻找到临界点和反馈信息，未来我们将建立计算机模型来帮助预测环境变化，以便我们及时采用经济的机制来保护生命和财产。
　　“我们专注于长期的监测和观测以发现那些不易察觉的环境变化。”
　　实例4: 气候变化与地下水水位
　　未来，气候会变暖，降雨模式也将发生改变。英国地质调查局与合作伙伴一起，业已评估了英国气象局所做的至2080年气候变化对英国地下水的潜在影响。我们通过校准模型，评估在各种可能的气候情景下地下水水位的变化情况。这些成果为政府在未来可持续的水资源管理和制定开采政策方面提供参考。

　　实例5：模拟关键带的环境变化
　　随着全球气候和土地覆盖的变化，关键带（有生命的岩石区域）也在发生变化。有些地方可能发生滑坡，有些地方土壤侵蚀速率和河流流量可能也在发生变化。营养物和污染物在地下流动的方式也可能发生变化。融化的冰川会影响水资源的可得性，并可能引发洪水。英国地质调查局正在开发能够评估关键带对气候和土地覆盖变化敏感度的数值模型，以帮助我们提高认识，进行预测和预报。
　　（四）提高对环境灾害的适应性
　　人口增长和气候变化同样会影响到环境灾害对人类生存和生活造成的影响程度。英国地质调查局将利用新的技术提高对灾害的卫星测量和实时监测，包括地震、火山、海啸、滑坡、洪涝和地面沉陷等。我们可以利用这些数据对灾害进行评估、建模和预测。如果我们可以对灾害做出更好的响应，减轻灾害的影响，将大大地提高我们对自然灾害的适应能力。
　　“如果我们可以对灾害做出更好的响应，减轻灾害的影响，将大大地提高我们对自然灾害的适应能力。”

　　实例6：计划应对冰岛火山喷发
　　2010年，冰岛艾雅法拉火山的火山灰给航空业造成巨大破坏，全球在火山爆发的第一周就损失了50亿美元。英国地质调查局不仅在英国政府的紧急事件科学顾问组中发挥了关键性作用，在向利益相关者（包括民航局、机场管理者和航空公司）做出科学解释时，也起着关键性作用。
　　现在，我们正与英国及冰岛当局、学术界进行合作，确保以高质量研究为基础的计划，能对未来冰岛火山喷发做出合理响应。
　　我们也将开发情景模型，以此作为英国国家危险评估的一部分，包括对未来类似于1783～1784年冰岛拉基火山喷发可能带来的影响进行预测。
　　实例7：海岸线变化
　　气候变化的影响最直接地体现在沿海居民和基础设施上。它会改变海平面、潮汐变化、潮汐流和波浪。通过与英国环境局和其他机构的合作，英国地质调查局正在对海岸脆弱性进行评估，并且对未来数十年甚至数百年海岸线的变化建立模型，并使该模型适用于全世界的海岸。
　　实例8：空间气象
　　太阳辐射、粒子和磁场会影响到地球的磁场，破坏电缆和通信设施。英国地质调查局正在与企业界合作，帮助对大型磁暴进行预测，并做好准备工作。英国地磁观测站（如勒维克、艾斯克戴慕、哈特兰）的电极系统监控着由太阳驱动的地磁场变化所产生的地表电场。这些磁场测量将增强我们对磁场的监测，有助于我们确定对国家电网有潜在危害的地磁感应电流。

　　前面的章节阐述了英国地质调查局雄心勃勃的计划：提高与人类利用地下资源时间尺度相一致的对地下资源的认知程度。这将使英国地质调查局更好地管理自然资源和应对环境变化，也让英国地质调查局在抵抗环境危害方面更加从容。英国地质调查局将会通过培养员工、加强研究环境——与大学、企业和自然环境研究理事会的其他中心合作，让这些雄心勃勃的计划都成为现实。英国地质调查局将在三维地质和国家地质数据库方面发挥其核心优势，还将与技术人员共同努力，确保其领先地位。英国地质调查局还将与世界其他国家合作，促进负责任的资源开发和现代地质数据的存储。
　　（一）伙伴关系
　　为成为英国现代地球科学的研究中心，英国地质调查局将与最好的大学、研究院及企业进行合作。我们已经与许多单位建立了战略合作伙伴关系：
　　 在地学领域与赫瑞瓦特大学和诺丁汉大学合作；
　　 在地球表层和地下传感器系统方面与生态和水文中心及国家大气科学中心合作；
　　 与SeisUK合作，提升全英地震监测水平；
　　 在矿物研究方面，与埃克赛特大学的坎伯恩矿业学院合作；
　　 在地下水建模方面，与伦敦帝国理工大学和英国兰卡斯特大学合作；
　　 在碳捕获和储存方面，与诺丁汉大学和苏格兰碳捕获和储存技术中心合作；
　　 自然灾害的伙伴关系；
　　 通过欧洲板块观测系统（EPOS）与主要的欧洲国家实验室进行（资源）整合；
　　 与其他的欧洲地质调查组织合作开展“欧洲地质服务”；
　　 与英国一流大学建立合作进行博士培养。
　　实例9：在碳捕获和储存研究方面的合作伙伴关系
　　碳捕获和储存主要目的是捕获工业排放的CO2，并将其封存在深部的岩层中。英国地质调查局与诺丁汉大学在诺丁汉的碳捕获和储存中心，与苏格兰大学在苏格兰的碳捕获和储存中心进行合作。这些合作使地质学家、工程师、数学家、地理学家和社会科学家汇聚在一起。
　　碳捕获和储存在不久的将来可能成为北海很重要的一件事。为了促进近海CO2储存的有效租赁许可，我们正与英国皇家财产局和能源技术研究所进行合作。建立“CO2储存”网站是第一步。它将提供关于哪种地质结构能够储存CO2的信息。未来我们将开发出北海地下3D模型，以便我们能妥善管理储存的CO2。　　这样的模型也能更好地管理北海岩层中剩余的石油和天然气，并提高采收率。


　　实例10：莱伊尔中心
　　英国地质调查局正在建设莱伊尔中心，并将其作为赫瑞瓦特大学在爱丁堡的办公地点的一部分。该中心满员时可容纳220个以上的员工，届时一座崭新的综合办公大楼将成为他们的研究和办公地点。新的研究将跨越地质学、生命科学、计算机、数学和工程学等学科。
　　这里将会为寻求与赫瑞瓦特大学和英国地质调查局人员合作的衍生公司和孵化公司提供机会和空间。该中心将通过在欧洲创建一个引领地球和海洋科学研究的机构，来加强苏格兰的研究基础，并支持其创新战略。
　　（二）数据
　　下个十年，数据管理将在英国地质调查局扮演至关重要的角色。进行实时监测意味着我们将需要接收和处理大量新数据。开放数据和移动平台的出现，意味着我们必须以不同的方式提供数据和信息。例如，提升对特别数据和信息群的关注——就像在格拉斯哥的“访问地下知识（ASK）”网络。我们将与广泛的社会团体合作，利用高性能计算机运行模型，并依托决策支撑工具来开发分析数据的内部技术。这些工具将用于与决策者和资源管理者进行非技术语言的交流。
　　英国地质调查局业已引领了开放数据计划，例如，开放地学（OpenGeoscience）计划和 移动地质（iGeology）计划，但这都是传统的数据供给模型。未来，我们将通过更多地接触更加广泛的地学组织，来加强我们的网络互动。我们将使用网络和应用工具去开发社会团体参与的信息交互和普通用户提供的内容。我们还将与各种持有地学数据的组织建立合作伙伴关系，提出一个全球性的地学数据仓库概念。

　　实例11： 移动地质案例研究
　　移动地质（ iGeology，用于iPhone和安卓系统）及其增强现实技术和iGeology 3D都是智能手机的应用程序，这些程序能够移动访问英国地质调查局的地图和该领域的其他地质信息。这些程序可以免费下载，能够把公共数据直接接入那些需要的人手中。iGeology包含了相当于500幅传统的纸质地图，其下载次数超过了15万次。来自英国地质调查局的另外一个应用程序是Mysoil，该程序是与生态和水文中心、欧洲委员会联合研究中心和英国气象局合作的，可以为农民、园丁和土地使用规划者们提供更为便利的土壤信息。还有更多的其他应用程序正在被开发。
　　实例12：Tellus 3D模型
　　获奖的北爱尔兰Tellus项目和正在开展的Tellus边境项目已经收集了大量的地球物理和地球化学数据，调查和研究人员都可以使用这些数据。北爱尔兰新开发的一个3D模型，可为充分利用数据提供平台。该模型是动态的，能够吸纳来自基岩露头、钻孔或遥感的新旧数据。
　　我们将把Tellus方法引入到英国的其他地方或国外，用以收集地球化学和地球物理数据，并促使3D模型帮助我们高效、可持续的利用地下资源。2013年的夏天我们在英格兰西南部启动了一个航空调查项目。
　　实例13：在线的3D化石图像
　　无论是活体还是化石，每一种生物都有一种型式或一个标本来定义其特征。这些标本存放于世界各地的博物馆和收藏室，标本不仅要方便专家研究，也要方便那些对标本感兴趣的学生和公众去参观。英国地质调查局正在将最好的标本通过高分辨率3D图像和3D数字模型进行数字化，以提供在线研究。
  
　　（三）技术
　　在未来几年内，英国地质调查局的科学将依赖于技术。如传感器网络、建模和可视化等技术的进步，使得科学数据在质和量上均有很大的改观。计算能力、存储能力和联网能力的增强，使得数据的处理和研究成为可能。
　　1. 未来将拓展的领域
　　纳米技术正被越来越多地应用于制造业、医学和工程。英国地质调查局正在将创新性的纳米技术应用于流体流动的研究中（下图），将进一步把它与3D成像技术相结合开发利用。英国地质调查局的地质微生物学家使用微生物来追踪污染物的运移，而且现在有能力使用分子技术来监测和预测地质微生物作用过程。我们使用的核酸基础序列将认同先前未被确认的生物和地质世界之间的联系。医学成像技术的进步正用于工程、材料科学和石油工业，例如，计算机断层扫描（CT）和核磁共振成像（MRI）。英国地质调查局在CO2捕获和储存的地震成像方面位于世界前沿地位，并且在浅层地表的非扩散性地电成像方面也处于世界领先地位。我们将继续与技术公司合作，将新技术引入地质调查。


　　轻便化的无线传感器的飞速发展将提高环境监测的效率和准确性，这将为数据收集、综合和分析带来变革。英国地质调查局正在开发传感器在地质上的应用，例如传感器网络（SENSOR NET），这是由北约克郡土壤湿度传感器组成的网络。
　　我们将开发实时监控有机污染物和硝酸盐污染物的技术，在地表以下运用传感器技术，充分利用现有的基础设施，如钻井和钻孔。
　　我们将继续开发卫星和航空遥感技术来识别灾难，同时为虚拟实地勘查开发3D可视化技术。我们将开发出遥感数据的新用途，例如，监控CO2地质封存的泄漏情况，以及监控能源行业的甲烷泄露情况。
　　实例14：研究海底钻探
　　研究海底世界需要专门的钻井和取心平台。
　　在接下来的10年里，英国地质调查局将会与欧洲合作伙伴一起，在海底构建起40个钻孔体系。这些海底系统能够进行原位取样，对受压样品进行恢复，从而可以进行生物检验，还能对天然气水合物、深部氢和矿物进行准确的资源评估。
　　实例15：流体中的纳米颗粒

　　你怎么才能知道流体已经通过了一个渗透率极低的页岩？答案就是利用纳米颗粒。英国地质调查局已经开发出了一种新技术——使用金和钛的纳米颗粒跟踪流体的流动。纳米颗粒在连续的氦气压力下被注入岩石样本。在样本释压后，利用扫描电镜对切进行成像观察，可以发现能够显示流体移动的纳米颗粒。该技术有助于我们对页岩气的研究，并了解流体如何进入地下的放射性废物库。
　　（四）服务和基础设施
　　英国地质调查局是自然环境研究理事会（NERC）的地球科学部，它拥有实验室、存储库、数据库和其他设备，可用于开展长期的战略性科学研究，并为英国科学和业务需求服务。这些基础设施有：
　　全国地质资料库：存放着收集来的独一无二的钻孔岩心、标本，以及关于英国陆地和近海的地下信息。
　　自然环境研究理事会的地学同位素实验室（NIGL）：该实验室在地球年代学、污染、水文、气候变化、考古学和电子取证等方面处于世界领先地位。
　　在未来5年里，我们将建立新的实验室，进一步整合专业化的数据，并与大学合作联合开发实验基础设施。
　　我们将整合自然环境研究理事会的地球科学基础设施——目前散布于英国地质调查局和各大学——使之成为一个条理清晰的资源体系。我们将把我们的地球化学和岩石物理学设施与各大学联系起来，建立起我们的专业优势。

　　我们将把当前处于世界领先的地质年代学、稳定同位素和放射性同位素技术优势扩大到欧洲，提升技术并将最好的技能传遍世界。在地质年代学领域，我们将提高对地球物质同位素测年的准确性，如通过精确测量铀同位素组成定年。我们还将使用创新性的稳定同位素方法来分析环境变化，如大规模的海洋变化可能影响欧洲未来的气候变化。
　　（五）培养我们的员工
　　1. 营造和谐的氛围
　　我们知道，要维持英国地质调查局在世界一流地质调查研究机构中的地位，我们就需要培养我们的员工。我们将提供最好的实验室、工作条件和基础设施。我们还将通过创新性的地质调查研究项目、与世界一流大学和商业合作伙伴合作等形式，为员工提供最好的提升自我的机会。
　　我们的目标是让我们所有员工有一个多元化的、灵活的工作环境。我们对性别的平等对待已经获得了雅典娜天鹅奖，在这次评奖会上，英国地质调查局荣获一枚铜牌。
　　2. 衡量我们的成功
　　衡量我们的研究成果是很重要的。我们将提升对优异成果的报道，并把研究成果及其对现实世界的影响结合起来。我们会跟踪从出版到政策研究的各阶段，并衡量它的影响和收益。我们还将继续提升同行评审论文的数量和质量。
　　3. 完整性
　　英国地质调查局将继续以最高的专业标准运行，强调公正性、机密性、可靠性、及时性和物有所值。我们还将履行《2000年信息自由法案》和《2004年环境信息法规》中规定的义务。