【交通阻塞、停工停学……圣保罗州多地遭遇火灾】近日，巴西圣保罗州多地遭遇火灾，导致部分地区出现道路事故、部分高速路段阻塞，并几乎阻断了其他城市与巴塔泰斯市（Batatais）之间的交通。
少雨干燥，火灾难控制
巴西《圣保罗页报》9月9日报道，缺少雨水和干燥的植被使得一些城市的空气质量出现恶化。这种情况导致多家企业被迫停业，还有许多学校暂停面对面课程。消防局少校马科斯·帕伦博（Marcos Palumbo）表示，起火点在全州各地均有分布。
除圣保罗大都市区之外，巴乌鲁（Bauru）、坎皮纳斯（Campinas）、普雷图河畔圣若泽（São José do Rio Preto）和普鲁登特总统城（Presidente Prudente）等城市也出现了问题。
帕伦博称，8月份圣保罗州发生的火灾次数堪称近五年来第三高，而人们担心9月份的情况会变得更糟。
少校说道：“我们正处于一个火灾高峰期，又赶上一个气候干燥的月份。目前的火灾情况很难控制，所以有必要提升人们的意识。很多起火点需要我们手动灭火，将水从卡车上搬到起火位置。在这种情况下，不仅救火速度缓慢，还可能将消防员置于险境。在某些情况下，我们甚至无法进入火灾现场。”
封路断电，居民受影响
9日，莫科卡市（Mococa）农村地区的两起火灾惊动了当地居民和政府。根据市政府环境和民防部门称，仅仅一天之内（8日开始），受灾面积直径就从2公里扩大到6公里。当地SP340号高速公路虽尚未封闭，但由于浓烟影响，该路段车辆只能缓慢行驶。
在巴塔泰斯市（Batatais），8日至9日间农场、森林和城市地区发生了十几起火灾。大火和烟雾甚至让天空变为橙色。此外，穿越该市的SP334号高速公路两条路段被大火截断，造成长达3公里的拥堵。
市政府决定10日取消学校课程，并建议市民周末前暂停（室外）体育活动。由于缺乏继续工作的条件，该市部分企业也于9日早些时候暂停了员工工作。
致使情况进一步恶化的是，火灾还导致当地全天停电并影响供水。市政府发表声明称：“建议居民尽可能多地囤积物资，因为城市大部分地区的供水供电系统仍需要一段时间才能恢复正常。”
在另一座出现问题的城市弗兰卡（Franca），火灾已导致穿过该市的一段SP334号高速路连续第二天封闭。同样因为火灾影响，8日晚博尔博雷马市（Borborema）和新奥里藏特市（Novo Horizonte）之间的SP304号高速路发生交通事故，造成6人受伤，其中一人伤势严重。
少雨干燥，火灾难控制
巴西《圣保罗页报》9月9日报道，缺少雨水和干燥的植被使得一些城市的空气质量出现恶化。这种情况导致多家企业被迫停业，还有许多学校暂停面对面课程。消防局少校马科斯·帕伦博（Marcos Palumbo）表示，起火点在全州各地均有分布。
除圣保罗大都市区之外，巴乌鲁（Bauru）、坎皮纳斯（Campinas）、普雷图河畔圣若泽（São José do Rio Preto）和普鲁登特总统城（Presidente Prudente）等城市也出现了问题。
帕伦博称，8月份圣保罗州发生的火灾次数堪称近五年来第三高，而人们担心9月份的情况会变得更糟。
少校说道：“我们正处于一个火灾高峰期，又赶上一个气候干燥的月份。目前的火灾情况很难控制，所以有必要提升人们的意识。很多起火点需要我们手动灭火，将水从卡车上搬到起火位置。在这种情况下，不仅救火速度缓慢，还可能将消防员置于险境。在某些情况下，我们甚至无法进入火灾现场。”
封路断电，居民受影响
9日，莫科卡市（Mococa）农村地区的两起火灾惊动了当地居民和政府。根据市政府环境和民防部门称，仅仅一天之内（8日开始），受灾面积直径就从2公里扩大到6公里。当地SP340号高速公路虽尚未封闭，但由于浓烟影响，该路段车辆只能缓慢行驶。
在巴塔泰斯市（Batatais），8日至9日间农场、森林和城市地区发生了十几起火灾。大火和烟雾甚至让天空变为橙色。此外，穿越该市的SP334号高速公路两条路段被大火截断，造成长达3公里的拥堵。
市政府决定10日取消学校课程，并建议市民周末前暂停（室外）体育活动。由于缺乏继续工作的条件，该市部分企业也于9日早些时候暂停了员工工作。
致使情况进一步恶化的是，火灾还导致当地全天停电并影响供水。市政府发表声明称：“建议居民尽可能多地囤积物资，因为城市大部分地区的供水供电系统仍需要一段时间才能恢复正常。”
在另一座出现问题的城市弗兰卡（Franca），火灾已导致穿过该市的一段SP334号高速路连续第二天封闭。同样因为火灾影响，8日晚博尔博雷马市（Borborema）和新奥里藏特市（Novo Horizonte）之间的SP304号高速路发生交通事故，造成6人受伤，其中一人伤势严重。
#你不知道的科学那些事儿# 【杜鹃花要“下山”，更要“变香”】“花中此物似西施，芙蓉芍药皆嫫母”，白居易这首诗中描述的正是美艳不可方物的杜鹃花。作为我国十大传统名花之一，杜鹃花极具观赏价值，在国内外更是享有“无鹃不成园”的美誉，园林应用广泛，受到世界多国的青睐。
然而，我国虽为杜鹃花野生资源大国，但对其研究起步较晚。近年来，国内园艺科研工作者开始不断探索，力争在杜鹃花的世界舞台上闯出一片天地。
近日，浙江大学园林研究所与中国科学院昆明植物研究所等单位合作，对杜鹃花属马银花亚属的马银花开展基因组测序，获得了高质量基因组，并且揭示了杜鹃花低海拔适应性以及花香相关的合成通路与基因，对于高山植物驯化和花香育种具有重要的指导意义。相关成果发表于《植物生物技术杂志》。
高质量基因组成为重要参考
杜鹃花又称映山红、满山红、山石榴，是杜鹃花科杜鹃花属植物的总称，种类繁多，是木本植物大属。全世界杜鹃花逾1000种，分布于欧洲、亚洲和北美洲，尤以亚洲最多，有850种。
“原产于中国的就有500多种，尤其集中于云南、西藏和四川三省区的横断山脉一带，是世界杜鹃花的发祥地和分布中心。”该论文第一作者、浙江大学园林研究所副研究员王秀云在接受《中国科学报》采访时介绍。
曾经鲜有人问津的杜鹃花，在18世纪被西方来的“植物猎人”引种到了世界各地，杜鹃花开始进入西方园林并逐渐占据重要地位。尤其在英国，从街头小院、门廊到大小庄园，都有杜鹃花的身影，用整整一季的绚烂点缀了艳丽多彩的春天。
杜鹃花被誉为“花中西施”，近年来，在城乡园林绿化、环境美化和盆栽观赏等方面应用广泛，促进了国内杜鹃花产业的发展。但仍长期存在着应用品种单一的问题，国内杜鹃花育种总体尚处于起步阶段。
因此，充分地利用我国丰富的野生资源，摸清其遗传背景就显得十分重要。
“我们以杜鹃花属马银花亚属的代表种马银花作为测序材料，这是一种非常具有代表性的植物，对于开展杜鹃花的适应性研究意义重大。”该论文通讯作者、浙江大学园林研究所教授夏宜平告诉《中国科学报》。
虽然测序技术已经飞速进步，但马银花基因组组装仍有一定的困难。“因为马银花杂合率预估约1.55%，属于高杂合基因组，我们对组装的参数进行了很长时间的摸索，在基因组注释上下了大功夫。”该论文共同通讯作者、中国科学院昆明植物研究所研究员章成君在接受《中国科学报》采访时表示。
最终，克服重重困难，他们测序组装获得马银花高质量基因组549Mb，contig N50为1.2Mb，染色体挂载率为99.05%，注释到41264个基因，基因组注释完整度达96%。
“这次获得的基因组质量非常高，是杜鹃花目中高质量基因组之一。”夏宜平表示，为国内外同类研究提供重要参考。
找到“下山”难的原因
杜鹃花属大致可分为高海拔杜鹃和低海拔杜鹃两大类，高海拔杜鹃种类占了85%左右，而老百姓平日里比较常见的是低海拔杜鹃。
“高海拔杜鹃开花很美，本应有更大的发展空间，却面临着‘下山’难的困境，尽管已有前人开展相关研究，但目前还没有把高海拔杜鹃移栽到低海拔地区的大规模成功案例。”夏宜平说，比如马缨杜鹃就完全无法应用到城市里，哪怕海拔2000米的昆明也栽种不了。
在城市绿化应用中，杜鹃花是一种重要的装饰资源，为丰富城市绿地系统生态多样性起着重要作用。夏宜平指出，杜鹃花“耐热”能力较差，随着全球变暖，在城市种植过不了炎热夏季，难以适应低海拔气候环境，严重制约了杜鹃花园林应用的多样性。
不仅如此，在夏宜平看来，杜鹃“耐寒”问题也要解决，很多低海拔杜鹃也去不了北方，比如春鹃、毛鹃等就无法在华北地区存活，而这些都是城市绿化中非常好的资源。
打破“界限”成了当务之急。为了探索适应性的分子机制，他们最先选择了最典型的两个代表：麂角杜鹃和马银花。后因麂角杜鹃变异度太高，而马银花性状相对稳定，最终团队确定马银花为研究对象。
“马银花亚属属于低海拔杜鹃花类群，但是却在表型上与高海拔杜鹃有许多相似之处，比如拥有与高海拔类群相似的叶片革质、常绿等特性，是非常好的研究材料。”王秀云说。
通过与已测序的高海拔马缨杜鹃和圆叶杜鹃开展基因组比较分析，他们发现马银花扩张的基因家族显著富集到生物胁迫和非生物胁迫等多个逆境响应通路，其中转录因子NAC基因家族扩张可能对于马银花低海拔适应性起到重要作用。
夏宜平补充道，而马缨杜鹃和圆叶杜鹃等高海拔杜鹃因为没有这样一个进化过程，所以不能适应低海拔的逆境。
另外，进一步分析表明串联复制是马银花逆境响应基因扩张的主要方式。
“这些发现对于高海拔杜鹃‘下山’驯化有指导意义，对杜鹃花城市应用价值很大，也为其他的木本植物研究提供重要参考。”夏宜平说。
“香与不香”的秘密
杜鹃花以千姿百态、花色斑斓、种类繁多等优点备受人们喜爱。不过，目前栽培的杜鹃几乎都没有花香，造成了这一重要观赏性状的缺失。
“而马银花亚属多数种类具有花香，是研究杜鹃花香演化的良好材料。”章成君表示，通过对马银花香气的成分进行详细分析表明，萜类物质是其重要的花香成分。
“萜类物质是由萜类合酶（TPS）催化合成的，我们发现马银花TPS基因家族显著扩张，比其他杜鹃都要多，尤其是b类TPS具有较高的表达丰度。”王秀云介绍，他们测了两个高表达的TPS,发现它们的合成物质与马银花花香的两个最主要合成物质非常一致，表明这两个基因是合成花香的关键基因。
这项成果还有一个亮点，团队研究发现，TPS-b并不是传统认为的单萜合酶，根据其定位不同，可以合成单萜或倍半萜。体外TPS-b酶活分析显示，TPS-b既能以GPP为底物催化合成单萜，又能以FPP为底物合成倍半萜；但是体内酶活测定显示，定位于质体的TPS-b主要合成单萜，定位于细胞质的TPS-b主要合成倍半萜。
“而且，我们通过对不同杜鹃花的进化分析发现，相对于其他杜鹃花而言，马银花分化时间更早，但遗传变异少，呈现出保守的进化形式。”王秀云表示，这也证实了他们之前从形态学上得出的观点。
杜鹃花TPS-b同源基因的进化分析研究证明，杜鹃花香并不是马银花在与其他杜鹃分化后获得的，而是其他杜鹃花在进化过程中，可能由于TPS基因丢失或碎片化从而失去了花香。
“掌握了杜鹃产生花香的分子机制，我们就可以培育出有花香性状的杜鹃，将来不仅是‘春色满园关不住’，花香也关不住，香气四溢的杜鹃会更符合中国人的审美意趣。”夏宜平表示。
在章成君看来，他们此次组装的基因组基本达到了国际上的“金标准”。“有了这个高质量基因组，为我们未来品种的鉴定、分子标记辅助选种育种奠定坚实基础，也可以更好地保护植物新品种的知识产权。”
“接下来，团队将开展定向育种研究，找到关键的‘耐热’‘耐寒’调控基因，直接通过基因编辑的手段，培育出更具广泛适应性的杜鹃花，为杜鹃花在城市园林绿化中开辟更加广阔的发展前景。”夏宜平说。https://t.cn/A6IEwWib
然而，我国虽为杜鹃花野生资源大国，但对其研究起步较晚。近年来，国内园艺科研工作者开始不断探索，力争在杜鹃花的世界舞台上闯出一片天地。
近日，浙江大学园林研究所与中国科学院昆明植物研究所等单位合作，对杜鹃花属马银花亚属的马银花开展基因组测序，获得了高质量基因组，并且揭示了杜鹃花低海拔适应性以及花香相关的合成通路与基因，对于高山植物驯化和花香育种具有重要的指导意义。相关成果发表于《植物生物技术杂志》。
高质量基因组成为重要参考
杜鹃花又称映山红、满山红、山石榴，是杜鹃花科杜鹃花属植物的总称，种类繁多，是木本植物大属。全世界杜鹃花逾1000种，分布于欧洲、亚洲和北美洲，尤以亚洲最多，有850种。
“原产于中国的就有500多种，尤其集中于云南、西藏和四川三省区的横断山脉一带，是世界杜鹃花的发祥地和分布中心。”该论文第一作者、浙江大学园林研究所副研究员王秀云在接受《中国科学报》采访时介绍。
曾经鲜有人问津的杜鹃花，在18世纪被西方来的“植物猎人”引种到了世界各地，杜鹃花开始进入西方园林并逐渐占据重要地位。尤其在英国，从街头小院、门廊到大小庄园，都有杜鹃花的身影，用整整一季的绚烂点缀了艳丽多彩的春天。
杜鹃花被誉为“花中西施”，近年来，在城乡园林绿化、环境美化和盆栽观赏等方面应用广泛，促进了国内杜鹃花产业的发展。但仍长期存在着应用品种单一的问题，国内杜鹃花育种总体尚处于起步阶段。
因此，充分地利用我国丰富的野生资源，摸清其遗传背景就显得十分重要。
“我们以杜鹃花属马银花亚属的代表种马银花作为测序材料，这是一种非常具有代表性的植物，对于开展杜鹃花的适应性研究意义重大。”该论文通讯作者、浙江大学园林研究所教授夏宜平告诉《中国科学报》。
虽然测序技术已经飞速进步，但马银花基因组组装仍有一定的困难。“因为马银花杂合率预估约1.55%，属于高杂合基因组，我们对组装的参数进行了很长时间的摸索，在基因组注释上下了大功夫。”该论文共同通讯作者、中国科学院昆明植物研究所研究员章成君在接受《中国科学报》采访时表示。
最终，克服重重困难，他们测序组装获得马银花高质量基因组549Mb，contig N50为1.2Mb，染色体挂载率为99.05%，注释到41264个基因，基因组注释完整度达96%。
“这次获得的基因组质量非常高，是杜鹃花目中高质量基因组之一。”夏宜平表示，为国内外同类研究提供重要参考。
找到“下山”难的原因
杜鹃花属大致可分为高海拔杜鹃和低海拔杜鹃两大类，高海拔杜鹃种类占了85%左右，而老百姓平日里比较常见的是低海拔杜鹃。
“高海拔杜鹃开花很美，本应有更大的发展空间，却面临着‘下山’难的困境，尽管已有前人开展相关研究，但目前还没有把高海拔杜鹃移栽到低海拔地区的大规模成功案例。”夏宜平说，比如马缨杜鹃就完全无法应用到城市里，哪怕海拔2000米的昆明也栽种不了。
在城市绿化应用中，杜鹃花是一种重要的装饰资源，为丰富城市绿地系统生态多样性起着重要作用。夏宜平指出，杜鹃花“耐热”能力较差，随着全球变暖，在城市种植过不了炎热夏季，难以适应低海拔气候环境，严重制约了杜鹃花园林应用的多样性。
不仅如此，在夏宜平看来，杜鹃“耐寒”问题也要解决，很多低海拔杜鹃也去不了北方，比如春鹃、毛鹃等就无法在华北地区存活，而这些都是城市绿化中非常好的资源。
打破“界限”成了当务之急。为了探索适应性的分子机制，他们最先选择了最典型的两个代表：麂角杜鹃和马银花。后因麂角杜鹃变异度太高，而马银花性状相对稳定，最终团队确定马银花为研究对象。
“马银花亚属属于低海拔杜鹃花类群，但是却在表型上与高海拔杜鹃有许多相似之处，比如拥有与高海拔类群相似的叶片革质、常绿等特性，是非常好的研究材料。”王秀云说。
通过与已测序的高海拔马缨杜鹃和圆叶杜鹃开展基因组比较分析，他们发现马银花扩张的基因家族显著富集到生物胁迫和非生物胁迫等多个逆境响应通路，其中转录因子NAC基因家族扩张可能对于马银花低海拔适应性起到重要作用。
夏宜平补充道，而马缨杜鹃和圆叶杜鹃等高海拔杜鹃因为没有这样一个进化过程，所以不能适应低海拔的逆境。
另外，进一步分析表明串联复制是马银花逆境响应基因扩张的主要方式。
“这些发现对于高海拔杜鹃‘下山’驯化有指导意义，对杜鹃花城市应用价值很大，也为其他的木本植物研究提供重要参考。”夏宜平说。
“香与不香”的秘密
杜鹃花以千姿百态、花色斑斓、种类繁多等优点备受人们喜爱。不过，目前栽培的杜鹃几乎都没有花香，造成了这一重要观赏性状的缺失。
“而马银花亚属多数种类具有花香，是研究杜鹃花香演化的良好材料。”章成君表示，通过对马银花香气的成分进行详细分析表明，萜类物质是其重要的花香成分。
“萜类物质是由萜类合酶（TPS）催化合成的，我们发现马银花TPS基因家族显著扩张，比其他杜鹃都要多，尤其是b类TPS具有较高的表达丰度。”王秀云介绍，他们测了两个高表达的TPS,发现它们的合成物质与马银花花香的两个最主要合成物质非常一致，表明这两个基因是合成花香的关键基因。
这项成果还有一个亮点，团队研究发现，TPS-b并不是传统认为的单萜合酶，根据其定位不同，可以合成单萜或倍半萜。体外TPS-b酶活分析显示，TPS-b既能以GPP为底物催化合成单萜，又能以FPP为底物合成倍半萜；但是体内酶活测定显示，定位于质体的TPS-b主要合成单萜，定位于细胞质的TPS-b主要合成倍半萜。
“而且，我们通过对不同杜鹃花的进化分析发现，相对于其他杜鹃花而言，马银花分化时间更早，但遗传变异少，呈现出保守的进化形式。”王秀云表示，这也证实了他们之前从形态学上得出的观点。
杜鹃花TPS-b同源基因的进化分析研究证明，杜鹃花香并不是马银花在与其他杜鹃分化后获得的，而是其他杜鹃花在进化过程中，可能由于TPS基因丢失或碎片化从而失去了花香。
“掌握了杜鹃产生花香的分子机制，我们就可以培育出有花香性状的杜鹃，将来不仅是‘春色满园关不住’，花香也关不住，香气四溢的杜鹃会更符合中国人的审美意趣。”夏宜平表示。
在章成君看来，他们此次组装的基因组基本达到了国际上的“金标准”。“有了这个高质量基因组，为我们未来品种的鉴定、分子标记辅助选种育种奠定坚实基础，也可以更好地保护植物新品种的知识产权。”
“接下来，团队将开展定向育种研究，找到关键的‘耐热’‘耐寒’调控基因，直接通过基因编辑的手段，培育出更具广泛适应性的杜鹃花，为杜鹃花在城市园林绿化中开辟更加广阔的发展前景。”夏宜平说。https://t.cn/A6IEwWib
【水不只往低处流？重磅论文揭示地下水密码：“看不到地下水流，就把它‘画’出来”】“人往高处走，水往低处流”这句话，揭示着世间再平常不过的规律。然而，凡事都有个例外，比如，在我们脚下的“深地”，水不一定只往低处流。
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
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鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
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