【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

【4.9 万年前!地球近十万年最大规模星球碰撞遗迹在中国】日前,《陨石学与行星科学》杂志以封面文章https://t.cn/A6I7gvU5形式发表中科院广州地球化学研究所研究员陈鸣课题组联合奥地利维也纳大学的科学家撰写的论文,详细报告了依兰陨石坑的发现及其主要地质特征、撞击证据和形成历史。

去年,陈鸣课题组在我国黑龙江省哈尔滨市依兰县发现了一个新的陨石坑,即依兰陨石坑。依兰陨石坑形态特征十分奇特,展现为一座月牙形环形山,蔚为壮观。这个碗形陨石撞击坑坐落在花岗岩体上,直径1850 米,坑缘高出地表150 米。陨石坑的大部分坑缘保存状态良好,但占总长度约1/3的南部坑缘缺失。

依兰陨石坑的形成与一颗直径大约100米的小行星超高速撞击地表有关。“基于对现有陨石坑资料的分析判断,依兰星球碰撞事件是地球近十万年以来发生的一次规模最大的撞击事件。”陈鸣对《中国科学报》表示,研究结果表明,导致该陨石坑形成的星球撞击事件发生在距今4.9 万年前。

陈鸣指出,这次撞击事件发生在旧石器时代中期末段,这个时期黑龙江中南部地区草原茂盛、森林密布、动物繁盛。该区域当时已经有人类活动的踪迹,猛犸象—披毛犀动物群也是当时十分活跃的一个哺乳动物群。

“这次星球撞击引发的巨大爆炸显然导致了陨石坑以及周边方圆数十千米范围内的生态环境灾难。”陈鸣说,陨石坑形成之后,这个巨大的碗形凹坑一度发育成为一个湖泊。在末次盛冰期,陨石坑的南部坑缘受到了冰川的强烈侵蚀作用,湖泊消失。

“这是一次极高强度的撞击事件,星球碰撞释放出的能量超过1000 万吨TNT 炸药的爆炸当量,引发了一次威力巨大的爆炸。”陈鸣表示,陨石坑底部充填的厚达数百米的花岗岩碎片绝大部分由粒度为毫米级的碎屑组成,岩石的撞击破碎程度之高在地球陨石坑中极为罕见。

据介绍,撞击冲击波瞬间将地表以下体积超过4 亿立方米的花岗岩体撕裂成了碎片并挖掘出一个巨大的碗形凹坑,形成的陨石坑真实深度与直径的比值达到了地球同类型陨石坑之最。研究揭示,该陨石坑的真实深度达到579 米,坑底下部充填有厚层的花岗岩碎片,坑底上部覆盖着厚层的湖泊相沉积物。宇宙中星球之间的碰撞是一种普遍的自然现象。太阳系中许多固态星球表面都保存有星球撞击留下的地质遗迹,即陨石坑。目前在地球上已经发现了不少陨石坑,但这类地质遗迹在我国十分罕见。https://t.cn/A6IzAIUZ

《中线思维》--- 2021-7-21
- - 中线思维,源自抽象的悖论。

休谟---因果无根,归纳无据。

康德---哲学,二律背反。

罗素---逻辑,集合悖论。

老子---阴阳平衡---天下-合而为贵!
肯定唯物而不否定唯心,寻求心物同一而协调的新型理论,寻找意识形态协同的可能性,缓解文明冲突-逻辑对抗-利益战乱。人类未来的希望与出路,和平演化---同存共活。

与底线思维不同,

与-以孔丘老二为代表的中庸,也不相同。中线思维---中性立场,代表的是中等人才-中等财富拥有者中产阶层或阶级。持中性立场者,不卑不亢的做人或做事。顺便说一下,贫弱者,应积极向上,但不可过于的兴奋与亢进,一夜暴富,具有很大的危险性。强者富有,应仁慈济助,方可相对的守护富有。富者不仁,必天下生乱。

各人,生活在当前这个即使不算混乱,但至少也可以说是一个变幻无常的时代,这就意味着我们需要一个相对稳定的情绪及思维方式,以不变的自我去应对不断变化的社会运行状态。

一件事一个家一个国家,从无到有-从小到大-从弱到强,生存法则-残酷呀!地球这么小-资源这么少,竞争必然而不可拒绝,恶性竞争战争战乱,和平难得而可贵。变异遗传,强弱不等,贫富不均,自然而天道。寻求平衡,维持和平,脚下艰难---神圣使命。强而既得利益者,薄利让利,德仁慧照,济助扶贫;贫弱寡得利益者,感恩戴德。

今日人类,不缺政治家-经济金融专家-科学家,缺的是能够超越前人的哲学思想家!缺的是能够综合整合各种观念的大战略。对大国关系及军事问题的认知都显得有些片面而肤浅。信息化智能化大数据时代,大数据不能够代表一切。深刻把握“整体全局与局部个体”之关系,才是关键与枢纽。看问题不可只停留在表面,中国的经济成就---来的较快,国防与科技的进步也很大,但问题仍旧不少,任重而道远!

老子与黑格尔,有一个千古不变的抽象化“中线”,一个是“道”的阴阳之界线,一个是“绝对精神”---辩证法--以时间为主轴而变来变去---终不离其中的精神。具体中线,与时俱迁-与时俱进-与时俱变-随时空环境而变。关于“私货”,马克思-特朗普,都是私货---寻求自我生存的物质利益所在。不讲私货,不讲物质利益,必定会出丑。心理膨胀而唯物质论,物欲横流,必出大丑。经不住金钱物质利益诱惑而大有人在。天下至公,千古难得。道家,清净无为而无不为。佛门净土忘我而空无。

有人说:黑格尔不懂老子,道家思想是一种思维方式---在什么样的情况下做出什么选择决定,即动态平衡的思维模式,道家思想没有追求那根本不存在的绝对中线。欧美思维方式---追求绝对中线---真理。拿黑格尔的思想及思维方式与道家老子相比较或相提并论,是对中国老子及道教思想的侮辱。[爱国者---真可爱! ]

和平竞争良性循环。贫富差距源于个体差异,个体差异源自生物学原理的自然规律---变异遗传。差异及差距,必然而不可消除。无约束的自由意志与自由市场,必然导致恶腐的资本与金融,当贫富差距大到某一程度就会导致革命而社会秩序重构。明主明君劝富济贫,削峰填谷,把差距调节控制在一个适度的范围之内,贫富者---基本上都能够接受,社会秩序常态化并持续的演化与变化。也许我这是在做梦吧!

不是资源不足而是人心不满足! 陆地资源不足,就到海底下去找。本国资源不够,就到外国去寻。地球不够,就到月亮火星上去挖。 贫穷无产者 ---人心不足而寻求物质利益,那是当然! 强者精英富人们---也不满足而争先恐后,第一首富!重庆首富中国首富人类首富。美国“福布斯”,中国“胡润”,时常发布财富聚集理论及财富金字塔信息,像铁磁一样的吸引着人们的眼球。

“人类命运共同体”,是官方的提法,不宜妄加诠释。人类共命运,鄙人一以贯之的用词,与此相关联的另一词语,人主义。人主义-人类命运-人类共命运,同义而近于等价。首先是要从哲学的高度来定义人:心理精神意识与物质同在而为其人。唯心主义者唯物主义者,都是人。通过“人”这一抽象概念而桥接唯心与唯物,心物同在而共命运。

人类共命运:知识文化共享,资源资本科学技术分享,财富-利益-剩余价值分配---相对的合理,贫富差距相对的适度。承认资本及资本市场的合理性,抑制恶腐的暴力暴利的资本行为。资源资本完全的私有而帝国主义与共产而绝对的平均主义,都是极端而不可取。承认变异接受遗传,传承继承并有新意。社会运行,持续平稳而较小的波动。少流血牺牲,多慧照多仁德而和平演化。

小家-大家-国家-人类,和为贵---合而为贵!和平至上!请仔细深入的思考---批判中心论的唯物者言辞,本质上就是中心论。唯物主义,马克思就是中心。物理实体,物质第一,原子有个原子核-核心-中心。数学科学,坐标原点,中心点,在哪!-我心-人心-地心-日心-银心-宇宙中心---乱谈-扯蛋-怪诞-荒唐---哪里来的宇宙中心,哪里去找宇宙中心!人类社会,本无中心,确要塑造一个中心,省府国府文化政治经济中心,总统书记主席,中心中央---主控主体主流主权,主人宾客,老板雇员,大众。具体的人文历史中心,在不断的漂移专场。洛阳-开封-西安-南京-北京,古埃及-古希腊-罗马-伦敦-美苏。

纵观历史长河,横看世间百态。广纳博采,中性立场,中点平衡。“中线思维”,左右摇摆但幅度不宜过大并要回到中线上去,极端而不可取。就物质利益来说,应倾向于寡得利益群体。就心理精神来说,应唯心而境界。不宜把公私概念绝对化。积极为公,是可以的。极度极端的自私,就非道义而不可以。

达尔文 ---《物种起源》。 后世衍生而形成了“生物进化论”, 进一步衍生就产生了 “社会达尔文主义” : 物竞天择,适者生存。 强食弱肉,丛林法则,鹰熊主义, 就这么来的! 学界质疑---生物进化!有可能---取而代之的是“生物演化论”:变异---不可拒绝!遗传---必须接受!环境就是哲学上的奥卡姆剃刀!

已有的逻辑与理论,根本就无法解释与预测---物种起源及物种淘汰。达尔文经验的告诉我们,物种在演化,一些在起源与诞生,另一些在淘汰与绝灭。过去的历史经验,诞生大于消亡。变异遗传,不可逻辑的精确推演,仅可趋势而随机的发生。进化---固然重要,退化---而又必然---龙生鼠-鼠生龙,均有可能!生物演化,比较中性,涵盖变异与遗传,罗列退化与进化。

人与动物,有共同的“祖先”,但又区别于动物。大鱼吃小鱼,小雨吃虾米,虾米吃泥土,这就是动物世界的生存法则---鹰熊主义!

人类,从文化到文明,从金字塔到美国-约瑟夫·拜登,从伏羲老子到今日现在。文明需要理性而冷静的中点---作为参照而演化。中点---中线,是人类未来的参考尺度或标准。

逻辑大树-中线思维
以贫富之中点而开端。
以时间-时间线-为中线。
以心物合一为终点。
以相对和平而较小的波动为人类的未来。
对称与非对称,是中线思维的基础。

具体个人-不可长久,具体家族-不可万年。行稳致远,需要群体民族国家人类,共同努力。通过特定的逻辑法则可将较小的逻辑系统逐一的联系起来构成一个逻辑大树。

思想家要包容群体多数,思维-意识-格局,应足够的大(肚里撑船可宰相)且树冠圆球形态。数学科学,侧重某些局部的深度思考,大树形的分枝状况不太均衡,某些部分发达而长足深远,欧几里德几何---万世不竭的数学与科学。

逻辑构架起源点---中点中线。心物同一而不可偏废。物质匮乏者,注重物质,理所当然。物质丰盛,注意精神境界,非常必要。精神-物质,绕织纠缠一体化。极端唯心,否定物质就没了自我,还谈什么心灵!极端唯物-否定意识,离开意识---物质无用!机械教条法律原则与流动变化-改革创新,是对立的---但又必须统一与协调。善恶-是非-贫富,对立呀!要找一个中心平衡点,从这里出发,去思维与判定,时左时右,换位角色而思考,反复甄别而最后结论抉择,这就是中线思维。继承传承,承接而思辨,改良完善,改革创新。逻辑延伸-衍生转向,左右逢源-瞻前顾后,三思而行-再思而立。精英者不断的反馈不断的调节-纠偏而少误,坦荡无邪-行而致远。


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