共绘全球地球化学一张图 2016-05-19 09:35:46 来源:中国国土资源报 评论:0 点击:
摘要:5月12日,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心(以下简称中心)在中国河北廊坊成立。

——写在联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心成立之际

512日,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心(以下简称中心)在中国河北廊坊成立。这是世界首个地球化学国际研究中心,标志着中国地球化学发展进入一个新的历史阶段,同时也是中国地质调查局向世界一流地调局迈进的重要一步。该中心依托中国地质调查局中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所建立,将致力于提升全球地球化学调查研究水平,推进“化学地球”国际大科学计划实施,为促进地球科学进步、人与地球和谐发展贡献中国力量。



全球地球化学 基准网采样网格

化学元素,构成了地球上的一切,包括所有的动物、植物和矿物。摸清地球上各种化学元素的分布状况及迁移规律,对了解地球演化、生命演化、解决人类所面临的资源和环境问题至关重要。

512日成立的联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心,就是要将元素周期表上所有化学元素的含量和分布绘制在地球上,编制全球地球化学一张图,建立数字地球的“化学地球”平台,为全球资源可持续利用和全球环境变化研究提供基础数据。

1. 地球化学调查研究的中国经验

联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心落户中国,首先看重的是中国在地球化学调查和研究领域取得的巨大成就。

中国的地球化学研究工作,始于上世纪50年代。1951年,中国勘查地球化学的开拓者和奠基人谢学锦,在中国首次开展了勘查地球化学试验,揭开中国地球化学调查研究的序幕。


中国绿色富硒耕地分布图

1978年开始至今,我国实施的《区域化探全国扫面计划》,是世界上持续时间最长、覆盖面积最大、技术最为系统、找矿效果最为突出的地球化学调查工作。该项计划,完成调查面积700万平方千米,完全覆盖中国山区和丘陵地带,为国家矿产资源基地规划建设提供了重要支撑。据不完全统计,从“六五”到“十二五”的35年间,通过区域地球化学调查发现各类矿床2570处,支撑了近700处中型以上金矿的发现。在此基础上,通过后续勘查探明的金矿资源储量超过4000吨,使我国成为世界第一产金大国。

1999年开始,国土资源部、中国地质调查局实施了土地质量地球化学调查计划,调查土地调查面积196万平方千米,其中耕地面积95万平方千米,采集了约50万件土壤样品,分析了54个指标。调查发现12.72亿亩无重金属污染耕地,占已调查耕地面积的91.8%;发现的5244万亩富硒耕地资源,已成为地方政府实施精准脱贫的重要抓手。

2005年开始实施的全国地下水质量与污染调查计划,调查总面积440万平方千米,覆盖了全国主要人口密集区、经济发达区和部分生态脆弱区,共采集地下水样品3.1万组,指标72项,获得数据306万个,提交了首份中国地下水质量与污染调查报告。报告显示,30.2%地下水可直接饮用,34.7%地下水适当处理后可饮用,新发现富含偏硅酸、锶、锌、硒等有益人体健康的优质地下水点2418处,大幅增加了我国饮用天然矿泉水资源。

2008年~2015年实施的中国地球化学基准计划,建立了覆盖全国大陆930万平方千米的地球化学基准网,制作了81个指标的地球化学基准图,建立了8个重金属元素、3个放射性元素以及全碳和有机碳地球化学基准值,为资源与环境评价提供了定量标尺和长期监测的基础。

2. 地球化学调查研究的中国贡献

上述调查计划的实施,在取得丰硕调查成果的基础上,还创造性地发展了金矿勘查地球化学技术、地球化学块体理论、深穿透地球化学理论、超低密度地球化学填图方法,研发了各种景观区地球化学勘查方法、76种元素的分析测试技术,研制了234种地球化学标准物质。这些技术方法的研发,使得中国的地球化学研究走在了世界前列。

中国勘查地球化学对世界的最大贡献,是发展了金异常形成理论,突破了低含量金分析技术,为金矿区域地球化学勘查奠定了理论基础。

金矿勘查地球化学理论技术的创新,发现了大量超微细金和纳米金,突破了金是惰性的不能在水系中长距离迁移的传统认识,提出超微细金可以长距离搬运,形成大规模区域异常的新认识,并创新发明了活性炭富集或聚胺酯泡沫塑料富集金技术,使金分析检出限降到了0.3纳克/克,为圈定低含量金异常提供了技术保障。利用该理论技术,我国发现金矿近1000处,占新发现金矿的80%以上。

通过76种元素高精度实验测试技术的研发,形成了由专业研究机构引领,辐射30个省级地质实验室的全国性地球化学样品分析和质量控制网络,直接从事分析测试人员达3700余人,为不同尺度地球化学调查提供了强大的实验分析测试能力。目前,中国是世界上地球化学元素测试指标最多的国家。

我国目前已研制出岩石、土壤、水系沉积物、矿石、生物等系列共234种地球化学标准物质,占世界50%以上,为全国乃至全球地球化学分析测试数据的一致性和可对比性提供了技术保障。这些标准物质被美国、加拿大、欧洲等40余个国家采用,并被全球地球化学基准委员会推荐为国际地球化学填图的标准物质。

研发的具有自主知识产权的“化学地球”软件平台,是世界上首个化学属性的数字地球平台,与具有物理属性的“谷歌地球”一样,是“数字地球”的重要组成部分,可以实现对全球地球化学大数据管理、展示和查询。

此外,处于国际领先地位的地球化学块体研究,圈定了中国金、银、铜、铅、锌、钨、锡、锑8个主要成矿元素的地球化学块体分布;深穿透勘查地球化学技术,将探测深部矿的能力提升到1000米深度,显著提高了对隐伏矿的探测能力。

3. 地球化学调查研究的中国引领

中国是国际地球化学填图计划(IGCP2591988-1992)和全球地球化学基准计划(IGCP3601993-1997)的发起国,并担任核心职务,引领计划在全球的实施。

在联合国教科文组织、国际地科联、全球地球化学基准委员会的指导下,在各国政府的支持下,中国、美国、澳大利亚和欧盟等30余个国家,合作完成了该计划的第一期任务,覆盖面积近3200万平方千米,约占全球陆地面积的22%,分析指标达81个,为建立全球地球化学基准网、监测全球气候变化和全球资源利用奠定了坚实基础。

 

国际地球化学填图培训

在地球化学基准网建立方面,中国与世界各国一道发展了适于世界各种地理地貌景观的汇水域代表性样品采集理论,并牵头制定了一系列技术指南,包括平原区泛滥平原沉积物采样、山区河漫滩沉积物采样、干旱汇水盆地沉积物取样、半干旱草原季节性湖沉积物采样等。建立的地壳全元素(共81个指标)精确实验分析系统和方法,实现了人类首次对元素周期表所有天然元素的分析,所有元素的检出限、报出率、准确度、精密度等指标均达到国际领先水平。

“化学地球”平台的建立,更是为科学研究、政府决策和社会公众提供了互联网共享服务平台。

目前,已有69个国家、169位科学家带领的团队参与全球地球化学基准计划,中国举办了26次国际地球化学填图培训班,为亚洲、非洲、拉丁美洲等60余个发展中国家培训600余人。为蒙古地质调查中心培训的20余人,组成蒙古国唯一的地球化学调查队伍,完成了蒙古国70万平方千米的地球化学填图工作。

此外,中国还牵头制定了3项全球地球化学填图技术指南,目前正在制定实验室分析指南、数据管理与图件编制指南,指导和帮助有关国家和地区制定了5份地球化学填图指南。以“一带一路”为重点,指导并帮助20余个国家开展了地球化学填图工作,为所在国提供了大量第一手数据。

4. 地球化学调查研究的中国力量

20099月,中国科学院院士谢学锦起草了建立全球尺度地球化学国际研究中心的建议书。随后,在同年10月召开的国际地球化学填图会议上,谢学锦院士、王学求博士和大伟·斯密斯博士等联合提出依托中国地质调查局地科院物化探所建立中心的建议,得到与会全体科学家的一致支持。20102月,物化探所会同国际地球科学计划(IGCP)中国委员会,向联合国教科文组织地球科学计划项目处递交了正式申请书。

中国的申请,得到了国际地球科学计划(IGCP)执行局和国际地科联一致支持,国际应用地球化学家协会、国际地科联全球地球化学基准委员会、国际水文协会大陆侵蚀委员会等国际组织,也纷纷发出支持函。


2009年各国科学家汇聚廊坊研讨建立国际地球化学研究中心

20136月联合国教科文组织第191次执行局会议通过评估报告。201311月,联合国教科文组织第37届大会正式批准在中国廊坊建立全球尺度地球化学国际研究中心。20159月,国务院正式批准中心建立。2016512日,全球尺度地球化学国际研究中心在中国地质调查局地科院物化探研究所正式挂牌成立。

联合国教科文组织于2008年依托中国地质调查局中国地质科学院岩溶地质研究所,在广西桂林建立了国际岩溶研究中心。全球尺度地球化学国际研究中心的成立,使国土资源部成为国内唯一拥有2家教科文组织二类中心的部委。这离不开多年来中国积极参与国际地球科学计划合作研究。截至2015年底,在实施的355项国际地球科学计划项目中,中国参与135项。2015年实施的22个在研的国际地球科学计划项目中,中国科学家参与10项,排名居各会员国首位。

全国尺度地球化学国际研究中心的建立,是中国深化与世界各国在地球科学领域,尤其是地球化学领域合作的新起点。正如国土资源部部长姜大明所言:“在中国建立全球尺度地球化学国际研究中心,既是联合国教科文组织对中国地质调查机构的信任与支持,也是中国对国际地学发展应尽的责任与义务。”

根据发展规划,全球尺度地球化学国家研究中心在未来6年将主要开展4项工作:一是建立全球地球化学基准网,开展全球资源评价和环境变化监测;二是开展“一带一路”地球化学填(编)图,服务国家“一带一路”建设;三是编制全球地球化学一张图与化学地球平台建设,向社会提供服务;四是积极准备“化学地球”国际大科学计划。

5. 地球化学调查研究的国际期盼

当前,地球科学进入了新的发展阶段,需要从大范围、大尺度、大数据系统认知地球,解决全球资源环境重大问题。创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,也需要开展更大范围、更高水平、更深层次的地球科学创新。

迄今,人类发现存在于地球中的化学元素有92种,但人类对这些元素在岩石圈、土壤圈、生物圈、水圈和大气圈的分布状况及迁移规律却从未知晓。系统测量化学元素在地球五大圈层的含量,为层圈之间相互作用、物质与能量交换机理研究提供基础数据,是地球科学创新和发展的重大需求。

 

“化学地球”平台界面 

碳排放引起的气候变化、重金属污染变化、放射性注入量的变化等全球变化问题,是当今社会普遍关注的热点问题。而监测全球自然和人为引起的环境变化,需要建立全球地球化学基准作为定量标尺。对全球矿产资源总量的估算,也需要地球化学基准值提供全球成矿物质背景,为人类永续利用自然资源提供重要依据。

全球尺度地球化学国际研究中心在中国建立,反应了国际社会对中国为地球化学发展作出更多贡献的期盼。

随着中心的成立,2016年~2021年,中国政府预计投入6亿元~8亿元人民币,积极推进“化学地球”国际大科学计划的实施,依托全球尺度地球化学国际研究中心,牵头组织会员国绘制全球地球化学元素图谱,建立“化学地球”大数据平台,支撑全球自然资源与环境可持续发展,架起决策者、科学团体和社会公众的桥梁。

正如联合国教科文组织助理总干事弗莱维娅·施莱格尔表示,“全球尺度地球化学国际研究中心将提供全球高质量地球化学数据和图件,这些数据和图件将为认知地球化学属性作出巨大贡献。”“认识地球的化学属性有助于我们更好地管理我们资源,如果我们要实现联合国2030年行动日程可持续发展目标,全球地球化学是至关重要的。”

“化学地球”国际大科学计划的首要任务是,建立全球地球化学基准网和监测网。全球尺度地球化学国际研究中心副主任王学求形象地把整个地球比喻为一个大实验室,在这间“实验室”里按照160千米×160千米划分5000个基准单元格,在每个基准网格内按照80千米×80千米划分出4个子网格作为“化学地球”国际大科学计划实施的基准网格,全球共1.8万个网格。每个网格内在控制最大汇水域的出口处部署1个采样点,采集样品。

在地球关键带建立全球地球化学监测网,主要是在世界大河流域入海口三角洲建立1000个长期地球化学立体监测点,对能及时反应污染物和放射性变化的水和大气介质进行实时自动采样和记录,持续获得岩石、土壤、水、生物、大气中重金属、放射性和碳等化学元素的变化和循环数据。

获得的科学数据,主要用来开展资源估算和环境评价,包括全球资源总量估算以及评价全球重金属、放射性与碳排放环境,进而研究全球重大地质事件地球化学响应。最后,对数据和成果进行集成,在“化学地球”平台向社会发布信息。

据介绍,该计划未来6年将基本建成覆盖全球50%陆地面积的地球化学基准网,建成关键带地球化学观测网平台和中国关键带地球化学观测网实验观测点100个,建成“化学地球”大数据平台,提交“一带一路”重点国家地球化学图500万平方千米,发布第一期76个化学元素基准值和基准地球化学图,以及中国、北美、欧洲和澳大利亚环境地球科学对比结果。

相信在不久的将来,随着“化学地球”国家大科学计划的实施,人类对地球的了解将更加透彻,解决资源与环境重大问题的能力将大幅提升。
 

(文章来源:中国国土资源报


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