玻璃地球计划,让地球像玻璃一样透明

文章作者:永久免费网 - FarFree.com | 2016-11-23
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自人类诞生之日起,我们就从未停止过对地球的探索和认知。从古代人认为“天圆地方”,到航海家麦哲伦通过环球航行证明地球是圆的;从古希腊科学家埃拉托色尼测量了地球周长,到地球物理学家莫霍洛维奇发现了地幔和地壳的分界层,再到地震学家古登堡发现了地核与地幔的分界层,这一次次的进步都让我们对脚下的地球有了更精确的认识。然而,地球不是透明的,厚厚的土壤和岩石阻挡了我们的视线,使得地球深处对人类来说遥不可及,充满了诸多谜团。

有人幻想,如果脚下的地球像玻璃一样该多好。这貌似一个疯子的想法,就像哥白尼提出日心说,而否定地心说一样,在当时有点天方夜谭的感觉。但是科学的进步往往源自于大胆的设想,当陈旧的思想已经束缚了人们的大脑时,只有少数杰出的人才有勇气打破旧框架,提出新理论。1999年,澳大利亚首先提出“玻璃地球”的概念,虽然他们做不到让整个地球变得透明,但是希望做到使澳大利亚大陆地表以下1000米以内变得透明。这种思想理念一经提出,就引得世界各国效仿,纷纷开始投入大量资金进行实施。

玻璃地球

什么是玻璃地球计划

迄今国内外还没有一个准确的定义。顾名思义,就是让地球像玻璃一样透明,一眼就能发现地下的构造、岩层、矿产甚至成份。让地球一定深度“透明”的主要方法是采用多种地质手段,获取海量的数据,然后建立三维地质模型。当我们需要相关的信息时,能够及时查询、分析、处理这些资料,然后做出正确合理的决策。如此一来,借助于大数据时代的“东风”,便可以充分发挥三维地质信息化的优势,这就是地质学家所期望的“玻璃地球”。当然,这只是一种形象的说法,表达了地质学家对未来地质科学的美好期望。

虽然实现全球领域的“透明化”需要很长的时间,但前瞻性的思想必须走在时代的前列。也许,这不是几百年,甚至几千年能够完成的工作,但我们始终坚信,只要人类探索地球奥秘的步伐不停止,“玻璃地球”的梦想终将实现。

其他国家的玻璃地球计划

澳大利亚“玻璃地球”计划

矿产大国澳大利亚,被誉为“坐在矿车上的国家”。为了解决未来的资源问题,1999年,该国提出了一个别开生面的新概念——“玻璃地球”。顾名思义,就是指希望地球在人类面前能像玻璃一样透明,让我们一眼就能看清哪里分布有矿产资源。该计划的目标是使澳大利亚大陆地表以下1000米深度以内的地质状况变得透明。要实现这一目标,需要大量的地质勘探、地球物理勘探和地球化学勘探工作,如新的钻探技术、航空重力梯度测量、航空电磁法、地球化学填图和同位素跟踪,以及地下水化学研究等。该计划提出之后被正式列入澳大利亚的国家预算,并开始实施。然而令人遗憾的是,2003年因多种原因,该计划被迫终止。

加拿大岩石圈探测计划

在1984-2003年期间,加拿大实施了岩石圈探测计划,目的在于全面了解北美大陆的演化过程。其主要的工作方法是利用地震发射技术,计划涉及该国范围内10条典型剖面,总长度超过1.4万千米。该项计划实施后取得了卓著成绩,不仅解释了北美大陆岩石圈的演化过程,对基础地质研究有了很大突破,而且对该国金属矿产蕴藏丰富的地区建立了新的构造模型。此外,实施该计划后,科研人员在加拿大纽芬兰省西部海岸还发现了石油资源。

英国反射地震计划

在20世纪70年代之前,西方工业国家的石油能源主要来自于亚洲中东地区。但是第四次中东战争时阿拉伯国家宣布“石油禁运”,导致西方国家石油严重短缺。于是,英国开始将目光投向本国近海区域,即介于欧洲大不列颠岛、斯堪的纳维亚半岛、日德兰半岛和荷兰低地之间的北海。这里海底地形复杂,海上气候恶劣,但英国政府痛下决心,大力勘探。得益于反射地震计划的帮助,他们成功发现了储量约47亿吨的北海油田。英国反射地震计划自1981 年开始实施以来,已经探测完成深地震反射剖面2万千米,范围覆盖了英国大陆及海洋大陆架,为北海油田的发现奠定了深部地质基础。

美国“地球透镜”计划

为了研究深部地质,在20世纪60年代,美国曾开展过一项大规模的钻探计划。这项计划以发现了地壳和地幔之间界面的地球物理学家莫霍洛维奇的名字命名,称为“莫霍尔计划”。该项计划原本是想在海底选定某些地点向下钻探,期望穿透地壳,直达地幔。然而,由于美国未能设立专门的组织和人员掌控全局,在管理上出现了诸多问题,虽然投入了巨额资金,但是以失败告终。

到了2001年,美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国宇航局联合发起了一项名为“地球透镜”的计划。该计划总投资约为200亿美元,为期15年(2003-2018年),主要包括圣安德烈斯断层深部观测台、板块边界观测台和美国地震观测台阵三大部分。该计划的主要目的是探索北美大陆的构造与演化,并揭示地震及火山喷发的秘密。比如,科学家找到一处曾经多次发生过断裂的断裂带后打下钻孔,在钻孔深度3千米的地方放置精密观测仪器。这样一来,地下岩层的活动及地震的相关数据就可以被记录下来。截至2014年,该计划已经获得了大量有效数据,并出版了数百本相关学术著作。

除了上述这些国家的研究计划外,还有瑞士地壳探测计划、意大利地壳探测计划、德国大陆反射地震计划和俄罗斯深度地壳探测计划等。由于地质研究与资源勘探密不可分,当前各国的研究计划具有明显的地域限制,仅仅是在本国领土及领海范围内开展工作。相对于整个地球而言,要想真正实现“玻璃地球”计划,还有很长的路要走。

中国的玻璃地球计划待建

2014年,香山科学会议召开了以“中国玻璃地球建设核心技术及发展战略”为主题的讨论会。与会的专家指出,“玻璃地球”概念被提出后,尚缺乏成熟的理论和方法论指导,更缺乏强劲而适用的关键技术支持。

吴冲龙认为:“‘玻璃地球’建设的核心技术是信息技术,其中包括能满足大数据一体化储存与管理的三维地质信息系统技术,能实现地质结构和地质过程快速、动态、精细和全息构建的三维地质建模技术,能支持地质时空大数据分析与挖掘的三维地质信息处理技术等。”

与会讨论者一致认为,当务之急是应在国家层面开展战略规划和顶层设计,正式启动我国的“玻璃地球”建设计划,协调各部门力量着力开展关键技术研发,保证我国“玻璃地球”建设的健康发展。

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