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地球科学新进展对可持续发展的意义

时间:2011-05-22作者:彭京宜来源:中国论文库
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[摘要]地球科学新进展对可持续发展的意义主要包括:它们是可持续发展理念的理论基础之
一,指导了能源革命和矿产开发,启发了土地复垦和环境治理,促进了人类的防灾减灾工

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[摘要]地球科学新进展对可持续发展的意义主要包括:它们是可持续发展理念的理论基础之
一,指导了能源革命和矿产开发,启发了土地复垦和环境治理,促进了人类的防灾减灾工作等等。
[关键词]地球科学;新进展;可持续发展;能源革命;矿产开发
[中图分类号]P-1[文献标志码]A[文章编号]1005-0310(2011)01-0001-03
    近几十年来,地球科学开始了一次十分重要的转型,即传统的地球科学开始转向地球系统科学。
    在这个过程中,地球科学有了弥足珍贵的收获,而它对人类经济、社会和生态可持续发展的重要意义,也随着时间的推移而日益显现出来


    1成为可持续发展理念的理论基础之一从一定意义上说,地球系统科学也是可持续发展思想的理论基础之一。随着地学信息技术和计算机科

学的发展,人们逐渐掌握了有关地球人口、资源、环境等大型复杂问题的计算过程和基本数据,认识到与环境恶化、资源短缺和人口膨胀等相

伴而来的工业文明需要从整体上被反思,认识到人类应当从“征服自然”转向“人与自然和谐相处”,认识到发展不只是经济的发展,而是经

济、社会与自然生态的协调发展。正是在这样的背景下,可持续发展的概念应运而生。可持续发展概念最早出现于1987年挪威首相布伦特兰夫

人领导下的联合国世界环境与发展委员会的报告中,在这份名为《我们共同的未来》的文件中,“可持续发展”被表述为“既能满足当代人的

需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”可以毫不夸张地说,人类从此进入了一个新的思考时期,而以后人类在应对资源、

环境挑战方面的许多行动,也同样以地球系统科学的理论为其指导,例如1992年在巴西里约热内卢签署的《气候变化框架条约》,标志着人类

携手控制温室气体排放的进程正式启动,而它所依据的,正是地球系统科学所提供的基本结论。1992年在日本京都签署的《京都议定书》,被

认为是人类通过自身行动来保护气候的第一个国际文书,而它的背后,恰是地球系统科学所提供的重要数据。
    从一定意义上说,地球科学所采用的研究方法,也为可持续发展思想提供了武器。刘本培先生指出,从还原论转到还原论与整体论相结合

,成为地球系统科学研究方法的一个显著特征[1]。我国古代科学的方法论,其本质是整体论,它强调对研究对象的直观、概括与整体把握。

近400年来西方科学的方法论,其主流是还原论,它强调将整体分解为部分,强调还原到元素层次,了解事物的精细结构。事实上,单纯的还原

论是有缺陷的,它强调精细结构却忽视整体把握,其结果是只见树木不见森林。地球系统科学将整体论与还原论有机结合起来,即一方面将地

球科学当作一个大系统,并且逐一清理这个大系统下的若干子系统,如行星系统、地核和地幔系统、岩石圈系统、水圈系统、大气圈系统、生

物圈系统等;另一方面,仍然重视相关的微观研究,例如高新技术在地学中的应用,已能从三维空间动态地探测地球系统的结构和运动形态,使

地球科学的理论研究具备了扎实的实测资料基础。上述整体论与还原论有机结合的路径,也是可持续发展理念形成的轨迹。当人们污染了一条

条河流的时候,终于发现清洁水消失就是人类前途的消失;当人们污染了一片片天空的时候,终于发现蓝天白云消失就是人类生活的消失;当人

们破坏了一座座森林的时候,终于发现森林消失就是人类幸福的消失。于是,与可持续发展密切相关的“地球村”的整体概念开始产生、传播

,并被人们所接受。
    2指导能源革命和矿产开发
    在地球科学不断发展的语境下,地学界对油气田的研究直接引导了油气田开发的三次革命。第一次革命产生于20世纪二三十年代,其间的

主要理论与技术有:地震反射波法、最大有效产量概念、内燃机驱动钻机、牙轮钻头技术等。由于这些理论的应用与技术的推广,全球石油产量

由1亿吨增加到2亿吨。第二次革命产生于20世纪六七十年代,其间的主要理论与技术有:板块构造、生油理论、注水采油、喷射钻井、海洋石油

技术等。由于这些理论的应用与技术的推广,全球石油产量由10亿吨增加到20亿吨。第三次革命则发生在今天,主要理论与技术包括盆地模拟

、水平井钻井、三维地震勘探、三次采油、计算机技术等,在此背景下,全球石油产量稳定在30亿吨以上。从一定意义上说,没有地球科学的

不断发展,就没有能源革命的兴起和能源工业的兴盛。
    为了研究岩浆作用与大地构造的关系,地学家们提出了岩石构造组合、构造岩浆类型等问题。
    Carmichael等将火成岩划分为大洋盆地玄武岩组合、大陆拉斑玄武岩省及大陆深源镁铁质岩浆组合。Condie划分了5种岩石构造组合:大洋

组合、消减带相关组合、克拉通裂谷组合、克拉通组合和碰撞相关组合。Hyndman提出了5种岩石构造组合:大洋扩张脊组合、大陆裂谷组合、洋

陆会聚边缘组合、陆陆碰撞带组合和板内组合。这些理论力图揭示构造环境与岩浆作用的内在联系,不同的岩浆源区特征和不同的热状态,影

响着岩浆的起源和演化,形成不同的岩石构造组合,构成统一的成矿动力学动系。在上述背景下,我国非金属矿床研究也取得较大进展,这些

进展大致包括:其一,对矿种的认识有了进展,矿种达到130种,其中绝大部分系20世纪70年代以来进入非金属矿种内;其二,评价和开发了一批

有资源优势的新矿种,如凹凸棒石、硅藻土、水镁石、海泡石粘土、粉石英、累托石粘土、含锂卤水(盐湖)、电气石等;其三,细化了非金属矿

物的结构研究和晶体化学研究,实现了对许多非金属矿物的内部结构的精细认识,使新材料研究的起点越来越高;其四,深化了对非金属矿床成

矿和区域成矿规律认识,包括矿床形成过程中的微环境问题、叠加成矿作用普遍发育形成多成因复合矿床、依托特定成矿建造形成特色区域矿

产组合等等。
    这些方面的研究,一方面深化了对地球本身的认识,另一方面也深化了对成矿规律的认识,前者使人们在认识地球物质和地球动力方面迈

出了坚实的步伐,后者直接指导了矿产的勘察和开发的具体工作,在理论和实践两个方面都产生了重要意义。
    3启发土地复垦与环境治理
    伴随着地球科学的发展,环境问题日益成为人们关注的对象。白中科先生指出,国内外矿区土地复垦研究呈现下列趋势:第一,人性化趋势

,即矿区复垦以适应人类发展和提高生活质量为旨归;第二,可持续化趋势,即追求资源、环境与发展的协调性,以经济社会可持续发展为目标

;第三,全程化趋势,即追求资源勘探、评价、采选、开发、回收、综合利用、生态恢复重建一体化,努力实现经济、社会、环境效益的最大化

;第四,产业化趋势,即追求矿区土地复垦的长期化、专业化、投资主体的多元化、复垦结果的多效益化以及资源枯竭型城镇的产业转型[2]

。与此相应,地球系统科学突破了以学科为导向的研究,而以极大的精力转向以问题为导向的跨学科研究,一些研究正视人口爆炸、土地荒漠

化、自然资源枯竭、环境污染加剧、温室效应与全球变暖、臭氧层破坏、森林锐减和物种加速灭绝等现实问题,力求探讨其中的深层原因,给

出摆脱困境的办法。另一些研究则直面防灾减灾、水资源、碳循环、循环经济、能源战略、食物与纤维、环境保护与治理等重要问题,试图从

事物的普遍联系中把握肌理,指明人类前进的方向。
    总之,地球科学在自身的发展过程中逐步形成了“顶天立地”的姿态:一方面继续发挥着“顶天”的优势,在地球物质、地球动力和地球历

史等方面有所发现、有所发明、有所创造;另一方面又获得了“立地”的踏实,敢于面对现实中存在的重要问题,敢于面对现实中存在的严重问

题,特别是敢于面对世人高度关注的那些尖锐问题,为可持续发展提供了有益的理论指导和直接的智力支持。
    4促进人类的防灾减灾工作
    Cande提出了洋底第三代磁条带学说,揭示了太平洋、大西洋和印度洋中生代以来都有6个演化阶段,每个阶段运移的方向和速度都各不相

同。在此基础上人们认识到:地球各部分都具有自己的构造演化阶段,这些变化是稳定与活跃的结合,是渐变与突变的交替;板块运动并没有什

么限制,它可以穿越赤道,可以发生旋转,还可以在一定时期呈现放射状运移的样式;板块运动的主导作用是与地幔羽活动有关的板块扩张活动

;大陆岩石圈内部存在多个不连续的滑脱面,如沉积盖层与结晶基底间的滑脱面、中地壳低速高导层滑脱面、莫霍面滑脱面等,它们常常与浅部

陡倾斜断层相连通,以逆掩堆覆断层的形式发生滑动,成为大陆内部地震的震源区和岩浆活动区。在这方面,地幔羽假说同样具有重要意义。

这个概念最早由Wilson提出,Coudie集其大成。这种假说认为,地幔羽是具有浮力的,当它上升到岩石圈底面时,就会散布开来,形成地幔羽

头部。通常推测地幔羽头部的直径为500~3000 km,是一微凸的薄饼状;而地幔羽尾部,其典型的直径只有100~200 km。超级地幔羽是用来描

述头部直径达1 500~3 000 km的地幔羽,由它所派生的玄武岩流的体积可达0.5×106km3。而地幔底群是用来描述一些小型的仅发育于上地幔

的地幔羽,其直径小于300 km,它没有地幔羽的尾部。
    地幔羽假说可以较好地解释中生代以来部分板块运动为什么复杂多变和呈放射状水平状态,也可以较好地解释为什么40亿年来地球质量变

化很小很小。当然,它还不能解释前中生代的板块问题,更不能解释整个地质历史时期岩石圈板块的所有运动和演化。显然,相关的认识仍然

亟待深化。还有陨击诱发板块运动假说。此种假说的要点是:具有(33±3)Ma周期的、规模巨大的陨击作用,可造成陨击坑,使大面积的地表岩

石发生破裂,并在其附近产生巨大的质量亏损,诱发深部地幔物质上涌,形成上地幔的地幔羽,诱发大规模岩浆活动,从而派生出放射状和环

状的断裂,可形成岩石圈板裂开的三联点,推动板块向四周的水平运动。人们认识到,巨大的陨击事件可以引发一系列地质事件:岩石高温、爆

炸、气化、粉碎,当粉尘和烟雾升到平流层,阻挡了太阳能的辐射,就会出现大范围的严寒。
    陨击作用还会使生物大量灭绝,造成巨大海啸,痕量元素因之产生变化,还可能使地球磁极突然翻转,引起地球物的明显变化。
    这类研究一方面使人们深化了对地球演化规律的认识,从较高的层次揭示了地质现象之间的普遍联系,另一方面,促使人们抛弃了许多天

真和幼稚的想法:人类在短时间内还没有能力解决地震等严重自然灾害的预报问题,在认识和预报地震等严重自然灾害方面,还有很长的路要走

。这表现为人类还不能正确认识导致地震等自然灾害的各种具体原因,不能完全把握形成地震等自然灾害的各种明晰机理,不能真正预报地震

等自然灾害何时发生和以什么方式发生。地球科学的新进展告诉我们,面对地震等严重自然灾害,绝不能继续沉湎于自欺欺人的预报崇拜,而

应当像一些发达国家那样,将主要精力转移到防灾救灾上来:例如提高公民的防灾救灾素质,改善人们的生产生活方式,更新过时的建筑理念和

方法,创新城乡规划建设的相关政策和法律等等。地震等严重自然灾害可怕与否,在以后相当长的时间里,不在于能否正确预报,而在于能否

恰当应对,这就是地球科学给我们的最新启迪。
    [参考文献]
    [1]刘本培.地球科学与可持续发展[M]//中国地质大学(北京)研究生院.地球科学进展.北京:地质出版社,2006.
    [2]白中科.工矿区土地复垦与生态安全[M]//中国地质大学(北京)研究生院.地球科学进展.北京:地质出版社,2006.
    (责任编辑李亚青)
 

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