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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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[交流]
深地科學(xué):透視地球的“金鑰匙”
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地球深部亦即“深地”,一般是指淺地表之下、人類難以達(dá)到的固體地球深部,包括從淺表的地下空間、地殼、地幔、地核和地心在內(nèi)的整個(gè)固體地球系統(tǒng)。 深地科學(xué)是研究地球深部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成與變化過程的科學(xué),是理解深部地球行為和動(dòng)力學(xué)的鑰匙。深地探測(cè)研究揭開了地球深部結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成的奧秘、深淺耦合的地質(zhì)過程與動(dòng)力學(xué)四維演化,為解決能源與礦產(chǎn)資源可持續(xù)供應(yīng)、提升災(zāi)害預(yù)警能力與地球深部認(rèn)知提供深部數(shù)據(jù)基礎(chǔ),促使深地科學(xué)成為大科學(xué)時(shí)代地球科學(xué)發(fā)展的最新前沿。目前,深地科學(xué)正在嘗試在傳統(tǒng)地學(xué)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展其獨(dú)特的科學(xué)假說(shuō)和原理。 地球發(fā)電機(jī)假說(shuō)。地球系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源于兩個(gè)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),一個(gè)是來(lái)自恒星太陽(yáng)的能量補(bǔ)給,另一個(gè)是來(lái)自地球內(nèi)部由固態(tài)內(nèi)核與液態(tài)外核構(gòu)成的地球發(fā)電機(jī)。以往的研究強(qiáng)調(diào)了固體地球外部與天文周期等有關(guān)的全球變化,由此產(chǎn)生了地球系統(tǒng)科學(xué)的革新。地球發(fā)電機(jī)作為地球內(nèi)部變化的內(nèi)因,可能是地球系統(tǒng)的根本動(dòng)力來(lái)源,決定了地球磁場(chǎng)及其變化,也與板塊構(gòu)造具有成因聯(lián)系。 地球結(jié)構(gòu)不對(duì)稱原理。從宏觀尺度到微觀,地球結(jié)構(gòu)均顯示出顯著的不對(duì)稱性,無(wú)論是垂向還是水平方向,穿過地心的地球剖面均顯示了地球結(jié)構(gòu)總體不對(duì)稱特征,包括幾何結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、物質(zhì)組成和熱結(jié)構(gòu)不對(duì)稱等,同時(shí)也反映了深部作用過程的不均衡性。 時(shí)間—深度原理。在巖石圈尺度上,我國(guó)大陸在上地殼與下地殼之間、地殼與巖石圈地幔之間,也出現(xiàn)有年齡結(jié)構(gòu)上的“上老下新”現(xiàn)象。由此可知,由于地質(zhì)事件作用方式不同,造成深度上地質(zhì)體年齡變化規(guī)律和地球結(jié)構(gòu)形成時(shí)間及變化規(guī)律也有所不同。洋脊擴(kuò)張形成的海底磁條帶年齡分布,是地球深部普遍存在的“上老下新”時(shí)間—深度剖面的平面表現(xiàn)形式。 物質(zhì)深循環(huán)原理。洋脊擴(kuò)張、大洋俯沖、地幔柱和火山作用,構(gòu)成地球物質(zhì)深循環(huán)的體征表現(xiàn),而地球元素的同位素特征代表了地球物質(zhì)的“基因”和記憶。地球表層物質(zhì)的深循環(huán),最深可達(dá)核—幔邊界或更深。熱和化學(xué)不均一性,可能是地球物質(zhì)深循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)力。礦物相變?cè)诳刂频厍蛭镔|(zhì)的密度和塑性流動(dòng)性質(zhì)方面起著重要作用。 深部物質(zhì)特異性原理。地球深部也是最大的地球碳儲(chǔ)庫(kù),可能含有地球超過90%的碳,金剛石是一種典型的深部碳庫(kù)。近年來(lái)超高壓實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,超高壓條件下的部分元素可能將發(fā)生超離子化,形成異常的物理化學(xué)性質(zhì),如異常的密度和化合性質(zhì)等。地球深部極端環(huán)境下物質(zhì)變化的臨界與超臨界狀態(tài)的存在,成為深部物質(zhì)研究的亮點(diǎn)。 地球深部探測(cè)研究有效認(rèn)識(shí)了固體地球系統(tǒng)的行為,監(jiān)測(cè)固體地球系統(tǒng)的變化,拓展地球深部認(rèn)知,實(shí)現(xiàn)“透視地球”目標(biāo)和深部空間,資源能源的安全、高效與綠色利用,為現(xiàn)代地球科學(xué)向以深地科學(xué)為代表的地球系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)發(fā)展,帶來(lái)巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)空間,是我國(guó)由地質(zhì)大國(guó)走向地質(zhì)強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)深地領(lǐng)域科技強(qiáng)國(guó)目標(biāo)的重要途徑。(作者系中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球深部探測(cè)中心深部地質(zhì)研究部主任) |

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