中美两国对地系统观测比较分析及对中国的启示

地球系统各要素间的相互耦合作用对资源开发利用、粮食和生存空间供给以及自然灾害防治等维持人类社会稳定发展的基本活动产生着巨大影响。因此,建设对地系统观测工程成为地球系统科学界的重大课题。对地系统观测工程包括三大彼此联系的功能模块,分别是破解地球系统要素耦合作用机理、提升对地球系统发展变化趋势的预测能力以及为决策者提供具有明确行动指向的信息情报。近期,中美两国均提出了未来对地系统观测的战略构想。通过比较分析两国对地系统观测的构想和实践过程,梳理两国对地系统观测的异同,在借鉴美国经验的基础上,提出了对中国对地系统观测工作的启示。     

新一代对地观测系统的发展

对地观测系统(EOS，Earth Observation System)是获取空间对地信息、促进地球系统科学和空间信息科学等学科发展的支柱。长期以来，人们就期望着对自己居住的地球有一个全面深刻的了解，研究这种从几十年到几百年时间尺度的全球变化，依赖于观测系统和观测技术的发展。因此有必要建立一个对地球整体的观测系统，利用空间优势，获取有关地球体系及其各个组成部分的详细数据或信息。 近50年来，世界对地观测技术得到了迅猛的发展。NASA针对全球变化研究对建立长期的数据采集系统的实际需求，于20世纪80年代初开始规划地球观测系统（EOS）计划，并于90年代初实施。它包括一系列卫星、自然科学知识组成和一个数据系统，支持一系列极地轨道和低倾角卫星对地球的陆地表面、生物圈、大气和海洋进行长期观测。地球观测卫星系列是EOS计划的最基本和最重要的环节。EOS卫星系列计划在今后的10年内陆续发射一系列的太阳轨道环境遥感卫星，构成连续15年的数据采集系统，其规模在地球观测卫星发展史上是空前的。在EOS计划的基础上NASA规划了ESE战略计划，将继续发展国际新一代对地观测系统。迄今为止，Terra、Aqua和Arua卫星已经发射成功，引起地球遥感科学界的瞩目，为地球科学研究提供重要的数据资源。     

构建天地一体化的全球对地观测系统--三次国际地球观测峰会与GEOSS

为深入认识地球系统,提高国家、地区和全球应对突发事件的能力;为解决人类社会发展中所面临的资源环境危机,增进人类的健康、安全和福祉;通过广泛的国际合作,构建综合、协调、持续的全球对地观测系统是实现上述目标的有效途径且已成为国际社会共识。通过对近两年来3次国际对地观测峰会概况的介绍和分析,阐述了分布式全球对地观测系统（GEOSS）的目标、范围、社会效益、技术方法和运作机制等内容。强调GEOSS成功的关键因素之一取决于其参加者能否接受并执行系统的互操作规程与统一的数据标准,以实现全球范围的数据资源共享。     

空间对地观测与全球变化的人文因素

地球空间信息科学技术是大有作为的科技领域之一。空间遥感、地理信息系统、卫星定位及其与通信、网络技术的集成正以地球系统作为研究对象，为人们研究地球，特别是人与自然的和谐、人口资源环境的协调和社会的可持续发展提供了前所未有的手段，开拓了崭新的途径。在对国际空间遥感信息技术和空间信息的特点和发展趋势进行科学判断的基础上，分析了对地观测与人文因素的关系，提出了建立国家对地观测系统，发展空间信息技术的战略设想。     

遥感对地观测技术现状及发展趋势

遥感对地观测技术从地面遥感阶段、航空遥感阶段发展到航天遥感阶段,从最早发达国家开始应用,现在已经普及到绝大多数国家,其中应用程度较高的国家有美国、法国、加拿大、日本、前苏联、印度、以色列和中国;遥感技术已广泛应用于地质调查、植被遥感、大气遥感、环境与灾害、土壤调查、城市环境,水文与冰雪等领域;现在正朝高光谱分辨率、雷达传感器、高分辨率小卫星的方向发展.     

对地观测与地理信息系统

20世纪地球科学进步的一个突出标志是人类开始脱离地球从太空观测地球（Earth Observation from Space）,并将得到的数据和信息在计算机网络以地理信息系统形式存储、管理、分发、流通和应用。比较全面地介绍了上述过程的若干关键技术：航空航天遥感技术、GPS技术和地理信息系统技术的最新发展及其未来计划。重点介绍了气象卫星、资源卫星、制图卫星、EOS计划以及我国航空航天遥感的主要成就;GPS全球定位系统及在我国的应用、卫星测高技术、我国的甚长基线干涉测量与卫星激光测距;GIS的发展历史及其特点、我国GIS的发展概况与现状等,最后提出“Geo-Information for all”的观点。     

全球观测系统实地观测的内容和要求

全球性观测系统在检测，监测和预测地球系统的变化中发挥着越工重要的作用。地球系统的复杂性，多尺度性，非线性性，突变性，非平衡性等要求各种全球性观测系统之间必须加强联系与协调。评述了全球性观测系统联系与协调的发展趋势，并依据《全球性观测系统实地观测的内容和体系纲要》、介绍了全球性观测系统实地观测的内容和规范要求。     

地球观测数据卫星分发系统发展综述

地球观测数据卫星分发系统(GEONETCast)借助通信卫星,把从地面站点、航空和航天平台获取的观测数据、产品传送给广大的用户。GEONETCast当前由CMACast,EUMETCast和GEONETCast Americas 3个区域系统组成,作为地球观测组织(GEO)提出的全球综合地球观测系统(GEOSS)的全球地球观测数据和信息卫星分发系统,旨在满足9个社会受益领域的用户需求。GEONETCast建立在现有区域系统之上,利用GEO的协调机制,共同确定GEONETCast系统的整体计划和要求。各区域系统在科研项目和业务建设的支持下,不断发展完善。未来要保障GEONET-Cast健康、良性和可持续的业务运行,还需要加强4个方面的工作:①区域系统之间的互相通信;②保持GEONETCast的开放性和动态性,发展更多的数据提供者提供地球观测数据;③发展更多的数据使用者;④数据政策。     

NSF用于地球环境观测系统的设施

地球科学涉及的研究对象和问题通常以长时间、大尺度、大规模为特征。这些研究不仅需要在实验室中进行，而且更需要大范围、长时间系列的实地观测资料。用于观测、实验、分析与计算的设施和仪器对地球科学领域的研究十分重要。GEO地球科学设施计划（1999—2003）是GEO历史上首次提出的“设施计划”，它从地球环境观测系统、计算系统、实验室系统及样本与资料存贮系统4个方面对NSF已拥有和拟发展的设施作了阐述。通过对GEO在1999年前已拥有、计划1999—2003年使用及目前的实行情况3方面对NSF用于地球环境观测系统的设施作较为全面的介绍。     

“地球系统探测新原理与新技术”优先领域与地球系统科学

地球系统科学是研究组成地球系统的子系统之间相互联系、相互作用的机制，研究地球整体结构、特征、功能和行为，研究地球系统变化的规律和控制这些变化机理的科学。对地观测、探测与分析技术的发展是地球科学创新思维来源的技术保障，同时对地球科学基础理论研究水平的提高起着重要的作用。21世纪地球科学的发展将更加重视发展地球系统科学的理论、方法与技术体系。“地球系统观测、探测新原理与新技术”被列入国家自然科学基金委员会地球科学部“十五”优先资助领域。回顾“十五”期间的资助情况，探讨该领域和地球系统科学的关系，将有利于“十一五”对该领域资助工作的调整与完善。     

地球动力系统、地球物质系统与滑坡生成机理研究

我国是地质灾害非常严重的国家之一,长期以来,地质灾害影响了社会的经济建设和发展。由于它具有渐变性、突发性等特点,给国家和人民的生命财产带来了巨大的损失。本文从地球动力系统、地球物质系统的角度对滑坡生成机理进行了研究,并以绵阳市北川县为例,对滑坡形成的主要影响因素进行了探讨。     

全球表层系统研究的思考

1900年前后,以徐士、阿尔冈、魏格纳、李四光等为代表的先驱们从不同视角开始了对地球表层的整体性研究。20世纪人造卫星的应用和板块理论的建立,推动了全球整体观思想的发展。进入21世纪后,伴随社会全球化进程,地球整体观在科学前沿领域显示出极为重要的导向作用。在这个思想引导下的广义地球系统科学是关于地球多圈层的整体研究,但由于涉及人类生存的资源、环境、灾害问题的紧迫性,在未来10至20年内地球系统科学的优先领域之一应是整体观指导下的地球表层系统的研究,它涉及大气层、海洋、地壳、生物和人类。目前可列举出4个重大问题:(1)全球变暖引起的大范围灾害与环境变化;(2)以SARS和禽流感为代表的全球性生物病毒传播灾患;(3)影响人类生存的全球性水资源短缺;(4)导致严重损失和全球性影响的大地震的频繁发生。厄尔尼诺现象与地震的相关性,全球大地震十几年尺度的幕式活动与区域间交替变换,十几年尺度的大范围旱、涝交替变换,表明上述全球性异常变化都是地球表层系统整体性动力过程的表现。应从全球尺度研究包含气体、液体、固体的地球表层系统的微动态变化,分析它们与地、水、大气和生物各圈层之间的相互作用及物质与能量交换的关系,加深对地球表层相互联系的系统过程的理解。     

扬子区震旦系磷块岩的化学类型及其地质意义

经过对磷块岩化学成分分析，结合矿物分析资料，将磷块岩分成４种化学类型：富磷酸盐型、碳酸盐型、硅质型及富铝型，并探讨了它们的成因及其与沉积环境的关系。磷块岩的化学类型与稀土元素的含量有关，但与稀土元素的组成无关。轻重稀土元素的组成比值ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ＞１反映形成磷块岩的物源主要来自于陆源物。不同地区有相对稳定的轻重稀土比值。     

Magmatism and metallogeny of the Early Earth as a reflection of its geologic evolution

The paper is focused on the evolution of the Earth starting with the planetary accretion and differentiation of the primordial material (similar in composition to CI chondrites) into the core and mantle and the formation of the Moon as a result of the impact of the Earth with a smaller cosmic body. The features of the Hadean eon (ca. 4500–4000 Ma) are described in detail. Frequent meteorite-asteroid bombardments which the Earth experienced in the Hadean could have caused the generation of mafic/ultramafic primary magmas. These magmas also differentiated to produce some granitic magmas, from which zircons crystallized. The repeated meteorite bombardments destroyed the protocrust, which submerged into the mantle to remelt, leaving refractory zircons, indicators of the Early Earth’s geologic conditions, behind.The mantle convection that started in the Archean could possibly be responsible for the Earth’s subsequent endogenous evolution. Long-living deep-seated mantle plumes could have promoted the generation of basalt-komatiitic crust, which, thickening, could have submerged into the mantle as a result of sagduction, where it remelted. Partial melting of the thick crust, leaving eclogite as a residue, could have yielded tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) melts. TTG rocks are believed to compose the Earth’s protocrust. Banded iron bodies, the only mineral deposits of that time, were produced in the oceans that covered the Earth.This environment, recognized as LID tectonics combined with plume tectonics, probably existed on the Earth prior to the transitional period, which was marked by a series of new geologic processes and led to a modern-style tectonics, involving plate tectonics and plume tectonics mechanisms, by 2 Ga. The transitional period was likely to be initiated at about 3.4 Ga, with the segregation of outer and inner cores, which terminated by 3.1 Ga. Other rocks series (calc-alkaline volcanic and intrusive) rather than TTGs were produced at that time. Beginning from 3.4-3.3 Ga, mineral deposits became more diverse; noble and siderophile metal occurrences were predominant among ore deposits. Carbonatites, hosting rare-metal mineralization, could have formed only by 2.0 Ga. From 3.1 to 2.7 Ga, there was a period of “small-plate” tectonics and first subduction and spreading processes, which resulted in the first supercontinent by 2.7 Ga. Its amalgamation indicates the start of superplume-supercontinent cycles.Between 2.7 and 2.0 Ga, the D″ layer formed at the core-mantle interface. It became a kind of thermal regulator for the ascending already tholeiitic mantle plume magmas. All deep-seated layers of the Earth and large low-velocity shear provinces, called mantle hot fields, partially melted enriched EM-I and EM-II mantles, and the depleted recent asthenosphere mantle, which is parental for midocean-ridge basalts, were finally generated by 2 Ga. Therefore, an interaction of all Earth’s layers began from that time.     

中国稀土元素地球化学背景与远景区优选

稀土元素是现代科技、新能源、特种制造的关键性材料, 以其不可替代性和稀缺性, 而备受关注, 很多国家将其列为关键资源或战略资源。地球化学是研究稀土分布和发现稀土矿床的有效方法。本文利用“化学地球”大科学计划获得的全国15个稀土元素地球化学基准数据以及“一带一路”的中蒙边境、中缅老越边境地区地球化学填图数据为基础, 阐述中国稀土地球化学背景和圈定远景区。获得全国岩石和汇水域沉积物15个稀土元素、轻稀土(ΣLREE)、重稀土(ΣHREE)和总稀土(ΣREE)背景值。全国岩石背景值分别为: ΣLREE 121 μg/g, ΣHREE 35.0 μg/g, ΣREE 157 μg/g, 轻重稀土比值为3.5。全国汇水域沉积物背景值分别为: ΣLREE 134.0 μg/g, ΣHREE 38.5 μg/g, 和ΣREE 173 μg/g, 轻重稀土比值为3.5。总体上汇水域沉积物与岩石一致, 但含量略高于岩石。全国共圈定稀土地球化学异常区35处, 其中有26处异常与已知稀土矿或稀土成矿带相吻合, 新发现稀土超富集中心的稀土异常9处, 分别位于内蒙白云鄂博以西的乌拉特中旗—乌拉特后旗、华南异常富集中心、松潘—甘孜—攀西地区、云南红河州—中越边境、三江南段—中缅边境、雅鲁藏布江东段、西藏札达地区、中塔边境、黔东正安—荔波地区。这些异常显示, 是具有寻找白云鄂博型、碱性岩型、离子吸附型、花岗伟晶岩型、磷块岩型和泥岩型稀土矿的有利地区。     

On the role of Geography in Earth System Science

Geography is fundamentally a non-reductionist and holistic discipline. While we tend to focus on particular areas (Physical, Human, etc.), or we focus on specific successes (Quaternary studies for example) this paper argues that selling Geography though emphasizing these specific areas or strengths misses a major potential contribution our discipline can make. While most sciences have become reductionist over the last two centuries, they have recently discovered that the Earth is a “complex system” with “emergent” properties that cannot be explained through understanding the components parts individually. Many of these sciences are now contributing to a major effort called Earth System Science, an integrative super-discipline that accepts that biophysical sciences and social sciences are equally important in any attempts to understand the state, and future of the Earth System. This paper argues that the development of Earth System Sciences is a risk for Geography since it is, in effect, Geography with few Geographers. While representing a threat, the development of Earth System Science is also an opportunity. I argue that Geography could be a lead discipline among the other biophysical and social sciences that are now building Earth System Science to address key problems within the Earth System. While I am optimistic about the potential of Geography to take this leadership role, I am pessimistic about the likelihood that we will. I provide suggestions on how we might take on the leadership of Earth System Science including individual engagement and a refinement of tertiary training of some Geography students.     

四川稀土精矿的稀土元素和微量元素地球化学特征及开发利用意义

四川省是我国轻稀土的重要产地,开采近二十年来生产了大量稀土精矿,精矿的稀土品位及其他有用元素组成对矿山资源评价及企业生存至关重要。本文对A、B、C三个稀土矿区稀土精矿的稀土元素和微量元素组成特征进行了研究。结果表明:不同矿区、不同选矿方法、不同企业生产的精矿,其稀土元素和微量元素含量存在显著差异;A矿区浮选精矿的稀土含量最低(ΣREEs=41.57%),而C矿区精矿的稀土含量最高(ΣREEs=55.83%);A矿区磁选精矿的稀土含量(ΣREEs=49.96%)高于浮选精矿(ΣREEs=41.57%);B矿区甲公司(ΣREEs=48.35%)精矿产品的稀土含量高于乙公司精矿产品(ΣREEs=42.92%)。精矿的稀土元素配分特征继承了原矿石的同时普遍亏损Tb和Yb,推测是选矿过程导致了元素的亏损。精矿中除了富集稀土元素,Mo、Bi、Pb、Ga、Th、U、W等有用元素也发生了不同程度的富集,综合利用价值高,尤其是Mo(0.56%)和Ga(0.036%)的含量已达到现行边界品位。本文提出,今后在提高精矿稀土品位的同时,需对富集的元素采取恰当的方式加以综合回收。     

四川稀土矿尾砂的稀土元素和微量元素地球化学特征及开发利用意义

四川是我国轻稀土的重要产地,稀土开采至今已有二十多年的历史,积存了大量尾砂。尾砂中仍然有丰富的稀土资源,但这部分资源究竟有多大的量、能不能再次回收,如何回收,则是当务之急。为查明稀土尾砂中各类元素的分布特征,本文对A、B、C、D四个稀土矿山的尾砂开展了稀土元素和微量元素地球化学特征的初步研究。结果表明:尾砂中稀土元素配分特征继承了原矿石,稀土氧化物含量普遍偏高(0.78%~2.12%),均超过了现行工业指标的边界品位(0.5%~1.0%),且老尾砂的稀土含量高于新尾砂;除了富集稀土元素之外,B尾砂中Sr含量超过10%,C矿区尾砂中Sr含量为2.7%,A矿区尾砂中Ba含量可达1.8%。同时,不同矿区的尾砂中Mo、Bi、Pb、Ag等有用元素发生了不同程度地富集(值得综合回收利用),尤其是Mo达到了边界品位(磁选后的尾砂Mo含量达到2.275%)。本文提出,今后不仅要加强保护四川稀土尾砂,而且需对富集的有用元素采取恰当的方式加以综合回收。