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聚焦“化学地球”

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作者:科普中国来源:科普中国

 新疆天山地球化学项目普查 CFP


为什么会有“化学地球”计划


环境变化和资源短缺是人类社会面临的巨大挑战,备受各界关注。我们吃的大米含镉吗,哪里的大米富硒?我们饮用的水安全吗,哪里的地下水可以直接饮用?我们呼吸的空气除了PM2.5,是否还含有那些重金属和有机污染物?为了找到解决这些问题的答案,我们需要一个权威机构提供全球性、系统性和持续性的观测数据作为衡量标尺。


联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心,将与世界各国一道共同实施一项“化学地球”国际大科学计划,系统测量地球五大圈层化学元素的含量和分布,持续记录全球化学元素基准与变化等科学数据,绘制地球化学元素图谱,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,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,为决策者、科学团体和社会公众提供互联网服务,为世界贡献中国力量。


“化学地球”计划的进展


“化学地球”是集研究与调查、科学与工程、资源与环境一体化的大科学计划。尽管该计划还处在预研究阶段,但已具备很好的前期工作基础。全球地球化学基准计划已经实施了15年,有60余个国家的160余位科学家参加,目前已建立了覆盖面积近3200万平方千米、约占全球陆地面积22%的全球地球化学基准网。


在中国政府部门、中国地质调查局、联合国教科文组织、国际地质科学联合会的支持下,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,发布中国、北美、欧洲和澳大利亚环境地球科学对比结果。相信随着“化学地球”国际大科学计划的实施,人类对地球的了解将更加透彻,解决全球资源与环境重大问题的能力将大幅提升。


“化学地球”计划未来做什么


未来该计划的核心内容有七项,可概括为两网、一平台、一张图和三项应用:


建立覆盖全球的地球化学基准网。碳排放引起的全球气候变化、重金属污染状况、放射性注入量等全球环境变化问题,是当今社会普遍关注的热点问题,但全球变化存在很大争议的一个重要原因是缺乏衡量标准。因此,该计划的首要任务是建立一个覆盖全球的地球化学基准网,获取76种天然元素基准值,建立全球环境变化和自然资源评价的定量标尺。


建立世界大河流域三角洲关键带地球化学观测网。选择世界主要大河入海口三角洲或内流河汇水盆地,设置2000个监测点,持续记录化学元素在岩石圈-土壤圈-水圈-生物圈-大气圈之间的循环和变化,提供全球环境变化、模型建立及人为活动注入量实证性数据。


建立基于互联网的“化学地球”平台,提供全球地球化学大数据和知识共享服务。将来进入“化学地球”,人们点击就可查询了解与环境或健康有关的岩石、土壤、地下水、大气等有害和有益元素信息以及与资源有关的成矿元素分布信息等。


编制“一带一路”地球化学系列图件。“一带一路”沿线国家矿产资源极为丰富,是世界矿物原材料的主要供给基地,在全球经济和社会发展中占有举足轻重的位置,同时,一些国家自然环境脆弱。合作开展地球化学填图,为“一带一路”沿线国家资源与环境协调开发和利用,提供基础数据,服务于“一带一路”经济建设和环境保护,实现互利共赢。


估算全球矿产资源总量。过去对全球资源总量的估算一直依据地壳丰度,即克拉克值,但克拉克值估算资源量的缺陷是每个元素只有1个值。为了弥补这一缺陷,利用20000个网格化地球化学基准值,将更为准确估算全球资源总量,为人类永续利用自然资源提供重要依据。全球近20000个基准网格的深层样品基准值数据,代表该流域未受人类活动影响的背景值,相当于一个基准网格内的元素丰度,估算出每个基准网格内的潜在资源量,将所有网格累加计算即可得出全球潜在资源总量。


评价全球重金属、放射性与自然碳排放现状。建立全球10个重金属(镉、汞、砷、锑、铅、锌、铬、钴、镍、钒)基准值,按照中国土壤重金属环境质量标准和欧盟土壤重金属标准评价土壤污染状况。建立自然界铀、钍、钾基准值,按Beck公式计算离地面1米处空气中的放射性吸收剂量率,以便监测人为活动引起的放射性注入量。


探索生物灭绝、古气候变化等重大地质事件的地球化学响应。利用化学元素变化对重大地质事件灵敏响应这一特性,对生物灭绝、古气候变化等重大地质事件提供科学数据。该计划的优势是利用全球基准值数据,筛选具有全球重大地质事件的元素异常。如中国峨眉山玄武岩大爆发的直接标志是富含铂族元素和超基性元素组合。欧洲最后一期冰期雪球事件,钛元素和二氧化硅分布直接反应冰积物分布范围。小行星撞击地球导致恐龙灭绝事件的重要证据是K-T界面存在高含量铱。(王学求:联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心 郝国杰:中国地质调查局)


新疆天山地球化学项目普查 CFP


陨石的化学检测和分析 CFP


习近平总书记在“科技三会”上的讲话中指出:“成为世界科技强国,成为世界主要科学中心和创新高地,必须拥有一批世界一流科研机构、研究型大学、创新型企业,能够持续涌现一批重大原创性科学成果。”今年5月,联合国教科文组织全球尺度地球化学国家研究中心,依托中国国土资源部、中国地质调查局中国地质科学院物化探所在中国成立。该中心将在我国地球化学科学家的带领下,组织全球地球化学科学家实施“化学地球”国际大科学计划(以下简称“化学地球”计划),为提高我国科技创新能力搭建国际平台。本期科技版邀请到参加该计划的两位中国专家,谈一谈“化学地球”大科学计划的具体内容。


为什么会有“化学地球”计划


环境变化和资源短缺是人类社会面临的巨大挑战,备受各界关注。我们吃的大米含镉吗,哪里的大米富硒?我们饮用的水安全吗,哪里的地下水可以直接饮用?我们呼吸的空气除了PM2.5,是否还含有那些重金属和有机污染物?为了找到解决这些问题的答案,我们需要一个权威机构提供全球性、系统性和持续性的观测数据作为衡量标尺。


联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心,将与世界各国一道共同实施一项“化学地球”国际大科学计划,系统测量地球五大圈层化学元素的含量和分布,持续记录全球化学元素基准与变化等科学数据,绘制地球化学元素图谱,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,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,为决策者、科学团体和社会公众提供互联网服务,为世界贡献中国力量。


“化学地球”计划的进展


“化学地球”是集研究与调查、科学与工程、资源与环境一体化的大科学计划。尽管该计划还处在预研究阶段,但已具备很好的前期工作基础。全球地球化学基准计划已经实施了15年,有60余个国家的160余位科学家参加,目前已建立了覆盖面积近3200万平方千米、约占全球陆地面积22%的全球地球化学基准网。


在中国政府部门、中国地质调查局、联合国教科文组织、国际地质科学联合会的支持下,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,发布中国、北美、欧洲和澳大利亚环境地球科学对比结果。相信随着“化学地球”国际大科学计划的实施,人类对地球的了解将更加透彻,解决全球资源与环境重大问题的能力将大幅提升。


“化学地球”计划未来做什么


未来该计划的核心内容有七项,可概括为两网、一平台、一张图和三项应用:


建立覆盖全球的地球化学基准网。碳排放引起的全球气候变化、重金属污染状况、放射性注入量等全球环境变化问题,是当今社会普遍关注的热点问题,但全球变化存在很大争议的一个重要原因是缺乏衡量标准。因此,该计划的首要任务是建立一个覆盖全球的地球化学基准网,获取76种天然元素基准值,建立全球环境变化和自然资源评价的定量标尺。


建立世界大河流域三角洲关键带地球化学观测网。选择世界主要大河入海口三角洲或内流河汇水盆地,设置2000个监测点,持续记录化学元素在岩石圈-土壤圈-水圈-生物圈-大气圈之间的循环和变化,提供全球环境变化、模型建立及人为活动注入量实证性数据。


建立基于互联网的“化学地球”平台,提供全球地球化学大数据和知识共享服务。将来进入“化学地球”,人们点击就可查询了解与环境或健康有关的岩石、土壤、地下水、大气等有害和有益元素信息以及与资源有关的成矿元素分布信息等。


编制“一带一路”地球化学系列图件。“一带一路”沿线国家矿产资源极为丰富,是世界矿物原材料的主要供给基地,在全球经济和社会发展中占有举足轻重的位置,同时,一些国家自然环境脆弱。合作开展地球化学填图,为“一带一路”沿线国家资源与环境协调开发和利用,提供基础数据,服务于“一带一路”经济建设和环境保护,实现互利共赢。


估算全球矿产资源总量。过去对全球资源总量的估算一直依据地壳丰度,即克拉克值,但克拉克值估算资源量的缺陷是每个元素只有1个值。为了弥补这一缺陷,利用20000个网格化地球化学基准值,将更为准确估算全球资源总量,为人类永续利用自然资源提供重要依据。全球近20000个基准网格的深层样品基准值数据,代表该流域未受人类活动影响的背景值,相当于一个基准网格内的元素丰度,估算出每个基准网格内的潜在资源量,将所有网格累加计算即可得出全球潜在资源总量。


评价全球重金属、放射性与自然碳排放现状。建立全球10个重金属(镉、汞、砷、锑、铅、锌、铬、钴、镍、钒)基准值,按照中国土壤重金属环境质量标准和欧盟土壤重金属标准评价土壤污染状况。建立自然界铀、钍、钾基准值,按Beck公式计算离地面1米处空气中的放射性吸收剂量率,以便监测人为活动引起的放射性注入量。


探索生物灭绝、古气候变化等重大地质事件的地球化学响应。利用化学元素变化对重大地质事件灵敏响应这一特性,对生物灭绝、古气候变化等重大地质事件提供科学数据。该计划的优势是利用全球基准值数据,筛选具有全球重大地质事件的元素异常。如中国峨眉山玄武岩大爆发的直接标志是富含铂族元素和超基性元素组合。欧洲最后一期冰期雪球事件,钛元素和二氧化硅分布直接反应冰积物分布范围。小行星撞击地球导致恐龙灭绝事件的重要证据是K-T界面存在高含量铱。(王学求:联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心 郝国杰:中国地质调查局)


文章分类: 化学视野