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中国科学院院士袁道先提出 加强岩溶动力学理论研究

2017-01-09 10:10:14    来源: 中国国土资源报    作者:苏橹萱

近日,中科院院士袁道先提出,实施“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,要加强岩溶动力学理论研究。

“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,是前不久由国土资源部中国地质调查局提出实施的重大国际科技行动。袁道先表示,“全球岩溶”国际大科学计划是深化中国与有关国家在地球科学领域务实合作的实际行动,对于优化人类生存环境、推动全球可持续发展、有效减少贫困人口具有重要意义。

中国岩溶面积344万平方千米,占全球岩溶面积的1/6。自1990年以来,由中国地质调查局岩溶地质研究所袁道先院士为首的科研团队,在连续5个国际岩溶对比计划项目、10多项国家、国土资源部、地质调查项目的支持下,将地球系统科学思想引入现代岩溶学,建立了岩溶动力学理论,有力地推动了国际和我国岩溶学的发展。

袁道先表示,中国岩溶地貌发育完好,类型多样,在国际上有范例性,要把地域优势变为学科优势,加强岩溶动力学理论研究。

据他介绍,岩溶动力学是研究岩溶动力系统结构、功能、运行规律及其应用的科学。岩溶动力学理论主要包括四个方面:

一是阐明了定义及结构:岩溶动力系统为控制岩溶形成演化,并常受制于已有岩溶形态的,在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上的,以碳、水、钙循环为主的物质、能量传输、转换系统,由此建立了岩溶动力系统概念模型。

二是揭示了岩溶动力系统运行可产生的四大功能:驱动各种岩溶形态的产生,并通过其所造成的地表地下双层岩溶空间结构和碱性地球化学背景导致一系列环境问题,如旱、涝、石漠化、水土贫瘠、地面塌陷、生物多样性受限等;通过岩溶作用由大气回收或向大气释放CO2,调节大气温室气体浓度,缓解环境酸化;驱动元素迁移、富集、沉淀,形成有用矿产资源,影响生命;记录全球环境变化过程,由于岩溶动力系统与全球四圈层的密切关系,可以敏感地反应并忠实地记录各种环境因子,包括降雨量、气温、植被、地下水位与海平面升降、酸碱度等变化。

三是提出“岩溶形态组合”概念,科学划分全球和中国岩溶系统类型。这一概念是通过全球岩溶对比提出的,是指一个地区地表、地下两种环境宏观岩溶地貌、微观岩溶地貌和岩溶沉积物的配套组合特征。运用该方法不但将全球岩溶动力系统划分为六类表层岩溶动力系统和两类深部岩溶动力系统,而且将岩溶形态组合与岩溶形成环境条件建立对应关系,解决了异质同相、同质异相这一令岩溶学者迷惘的问题,启迪了地球系统科学岩溶观,推动了现代岩溶学的形成。

四是形成了捕捉碳、水、钙循环的行踪技术方法。上世纪90年代以来,创造性地集成了一套捕捉CO2-H2O-CaCO3系统(岩溶动力系统)碳、水、钙循环行踪现场测试和定位观测技术方法。包括便携式仪器现场测试包,岩溶水文、水化学定位自动化测试仪器系统,洞穴空气和滴水水化学监测系统。

袁道先表示,岩溶动力学理论对于岩溶学研究的发展以及实施“全球岩溶”国际大科学计划,都具有重要意义。

一是划分出全球岩溶动力系统6个类型的表生岩溶动力系统和2个深部岩溶动力系统,提出了它们的分界线,科学地总结了全球区域岩溶规律。

二是指导人们揭示了岩溶过程的敏感性,证实了表层岩溶作用及其水化学随季节、日变化甚至暴雨动态而变化,这不但否定了地质过程都是长时间尺度的传统观点,而且改革了传统岩溶地质的工作思路和方法;要了解岩溶系统物质的迁移转变化,仅考虑水—岩相互作用是不够的,还必须重视CO2气体对岩溶系统的影响,把水—岩—气相互作用的概念必须引入岩溶作用的研究中。

三是岩溶动力过程对环境的敏感性也启动人们利用岩溶沉积物进行古环境记录研究,开辟了利用石笋进行古气候、古环境变化记录重建研究最新前沿领域,还揭示了我国第四纪以来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征。

四是岩溶动力作用与大气CO2源汇关系密切,开拓了利用岩溶过程实施碳建排增汇、应对全球气候变化研究领域。通过估算,我国每年0.4亿吨、全球70亿吨因碳酸盐岩溶蚀回收的大气CO2碳量,不但为全球“遗留汇”问题的解决,而且为提高我国应对全球气候变化的国际话语权提供了科学数据。

五是岩溶动力系统驱动元素迁移,影响生态环境的特点和物种类型,使传统岩溶地质研究向有机领域延伸,促进了岩溶生态系统理论的形成,为岩溶生态研究和石漠化综合治理提供了重要科学依据。

六是开拓了解决资源环境问题的新思路。地球关键带理论是解决地球资源环境问题的前沿理论,其在推动当前水土资源紧缺,环境恶化问题研究提供了新的技术途径。岩溶关键带是层次结构的地球关键带,通过岩溶动力系统运行规律与岩溶关键带资源环境效应的结合研究,近年来在岩溶地区水、土、油气和景观资源以及石漠化、岩溶塌陷和环境污染等问题方面取得了研究与应用的新突破,形成了岩溶资源开发利用和保护以及岩溶环境问题防治的典型样榜。

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关键词: 地质科技
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