而月球距离地球是这个距离的10倍

为国家及西南地区在国土资源开发和利用、生态环境保护和治理,以及人类健康服务等方面的重大决策提供科学依据,环境地球化学国家重点实验室已成为环境地球化学领域一支举足轻重的研究力量。 本报记者 彭科峰 见习记者 王珊

科研人员野外考察、取样

“我们开展‘北京西郊环境质量评价’等研究时,我国尚未建立环保机构。”中国科学院地球化学研究所副研究员白晓永在接受《中国科学报》采访时这样说道。 这也是国内最早开展的环境影响力评价。 地化所是我国率先建立并发展环境地球化学学科的机构。 上世纪60年代,地化所开展地方病区地质环境调查和地球化学病因研究;1972年,继斯德哥尔摩“人类环境宣言”的发表,地化所又在环境污染规律和环境质量研究迈出步伐。 1974年,中国第一个环境地质研究机构——中国科学院地球化学研究所环境地质研究室正式成立。这正是环境地球化学国家重点实验室的前身。 1995年,实验室建成并通过国家验收,成为我国世行贷款建设的首批国家重点实验室之一。 20年来,实验室针对制约区域和全球经济社会发展和影响人类健康的生存环境问题开展相关研究,为国家及西南地区在国土资源开发和利用、生态环境保护和治理,以及人类健康服务等方面的重大决策提供科学依据,成为环境地球化学领域一支举足轻重的研究力量。 五大领域齐头并进 作为研究地球环境科学的权威研究机构,实验室在探寻环境演变与人类影响的关系时,目前有五大主要研究领域。 我国西南地区长期面临严重的生态和环境问题和存健康问题,如重庆巫山的氟—镉中毒、黔西南地区砷中毒,以及铊中毒等有害元素造成的地方性疾病,这些已成为我国乃至国际上特有的重大环境问题。因此,探寻地质环境与人体健康之间的关系,是实验室一个重要的研究领域。 “我们主要通过研究有害物质迁移、转化规律及其控制机理,揭示地球化学环境与人体健康的耦合关系,为人体健康风险评价和人体健康保护提供科学理论依据。”实验室副主任肖唐付表示。 他介绍,此前,在湖北恩施富硒地区发生的居民硒中毒事件中,实验室揭示了当地居民的中毒机理,即耕作土壤中采用石煤熏土,导致土壤中自然硒和水溶态硒含量增加,因此当地居民食物链中的硒暴露增加后,人群硒中毒被诱发。 此外,环境地球化学过程与环境质量变化、环境和气候变化的地球化学记录,也是实验室关注的重要内容。 白晓永介绍,环境地球化学过程与环境质量变化,主要研究地球表面各圈层之间物质循环的生物地球化学过程及其生态和环境效应,揭示物质生物地球化学循环与生态环境变化之间的关系,为生态环境保护和治理决策提供科学依据。 环境和气候变化的地球化学记录的研究,则是意在建立各种环境和气候变化的地球化学代用指标,揭示地球过去的气候和环境变化及其与人类社会发展的关系。 “我们的研究不是停留在局域范围内,而是偏向于大尺度、宏观的关注。”肖唐付说,实验室的研究不是在工业污染等环境工程层面,而是跨越从古环境到现代环境的历程。 此外,在原有的理论研究的基础上,应用基础研究以及新技术、新方法的开发也成为实验室的重要关注点。 学科建设硕果累累 实验室在环境地球化学的学科建设方面,一直努力不懈,取得了丰硕成果。 肖唐付介绍,近年来,基于前期工作打下的基础,实验室进一步凝练科学目标,开展学科交叉、具有基础性和前沿性强的研究工作,国家基金面上项目从1996~1999年的23项上升至2000~2004年的39项,近两年基金项目数增加更明显,这凸显实验室学科方向的基础性和前沿性。 随着研究基础的夯实,实验室承担国家级大型项目的能力不断提升,服务国家需求的能力亦日益增强。 2006年,以实验室成果为基础申报成功“西南喀斯斯特山地石漠化与适应性生态系统调控”“973”项目,并于2010年顺利通过课题验收。 2013年,实验室启动两项“973”项目,分别为国家全球变化重大科学研究计划项目“基于水—岩—土—气—生相互作用的喀斯特地区碳循环模式及调控机理”和国家重点基础研究发展计划项目“我国汞污染特征、环境过程及减排技术原理”,一项国家“科技惠民”计划项目“石漠化治理及其生态产业培育科技惠民示范工程”。 “从地球化学的研究领域而言,我们申请的国家自然科学基金,每年均为全国第一。”谈起实验室所取得的成果,肖唐付言语中透出自豪。 近年来,实验室多人次获得省部级科技进步奖奖项。实验室发表国外SCI刊物论文和其他核心刊物论文的数量显著增加。最近几年,实验室每年发表的SCI论文均达近百篇。 围绕喀斯特生态布局 贵州地处我国大西南,喀斯特地貌特征显著。因此,实验室加强对喀斯特地区的生态环境研究,并形成鲜明特色,受国内外学术界一致好评。 实验室瞄准喀斯特地区主要的生态环境问题,围绕物质循环与生态环境演变之间的关系这一核心科学问题,在流域侵蚀与水土流失、岩石/土壤/植被界面物质循环与成土作用和生态退化、重金属循环与水体二次污染等方面获得重要系统认识,形成了喀斯特生态环境地球化学研究方法和理论的重要知识体系,并在应用示范上取得重要进展。 “在典型石漠化地区的综合治理、典型矿区污染环境的修复工作和亚深水型湖库水污染的综合治理等领域,我们已取得多项重大成果。”肖唐付说。 在2011年云南曲靖爆发的铬污染事件中,该所研究员林剑曾作为环评专家,前往云南处理污染后的治理工作和环境评估工作。 近年来,贵州石漠化治理工作中,该所研究员王世杰等科研人员的身影也在其中,科研团队建立了独特的生态环境综合治理模式,向贵州省政府献计献策。 此外,实验室在环境与健康领域中,有关地方性疾病环境病因及汞的分析方法和研究等方面的工作得到国际同行们的高度关注,为人类健康服务等方面的重大决策提供科学依据。 “未来,实验室在进一步提高解决我国西南乃至其他地区生态环境问题的综合能力的同时,将加快实验室主攻方向研究成果的集成,进一步走进生活惠及社会。”肖唐付说。 本文 原载于《中国科学报》 转载于中国科学院网站, 链接:http://www.cas.cn/xw/cmsm/201401/t20140114_4022552.shtml

俄国“火箭之父”齐奥尔科夫斯基曾经说过:“地球是人类的摇篮,但人不能永远生活在摇篮里。他们不断地向外探寻着生存的空间:起初是小心翼翼地穿出大气层,然后就是征服整个太阳系。”中国月球探测工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远在接受《中国科学报》记者采访时提到了这句名言,并表示探测过程需要循序渐进,无法一蹴而就。人类距离火星还有很远,唯有一步一个脚印才能到达。

《中国科学报》:探测火星和探月有何区别?

欧阳自远:人类对于太阳系行星的探测有几步必须要走。首先,人类进入空间时代,最早是开展对地球的探测,包括人造地球卫星和卫星的应用、载人航天等。第二步,就是要走出地球,人类选择了月球作为第一站。这一步迈出不容易,因为月球与地球的平均距离约38万公里,现在人类发射的同步卫星大约3.6万公里,而月球距离地球是这个距离的10倍。距离遥远是一方面,另一方面就是如何摆脱以地球为主的引力场束缚。不仅飞行器的速度要达到“第二宇宙速度”,还要具备精确的测控与通信系统。

首先利用空间科学技术的能力探测地球,进一步跳出地球探测月球,再进一步探测地球最近的邻居——金星与火星,再拓展到探测太阳系各层次的天体、太阳和太阳系空间。由近而远,从易到难。

就火星探测而言,与月球探测相比较最难的还是距离过远。距离过远必然对运载火箭与探测器的功能、结构等提出更高的要求;对测控系统的能力和精度要求要大幅提高;要解决由于距离过远数据接收的信噪比降低和误码率增加的困难;在程序设计方面要有效解决通信的时延等等问题。测控与通信在对地球的探测中,地球上发射指令到达飞行器执行与反馈几乎是同步的;但指令到达月球的时延接近1.3秒;火星的时延大约10~20分钟。

另外一点,如果发射载人飞船去火星,按照现在的飞行速度,大约需要8~10个月才能到达火星。宇航员面临着长时间在空间漆黑、狭小环境中的生命保障系统问题,包括呼吸、饮食、排泄处理、身体与精神健康等等都是难题。

不过,火星表面的生存环境比月球“优越”。月球上是超高真空,日夜温差接近300摄氏度,宇宙辐射和太阳活动影响强度大,而且一天相当于地球的29.5
天,白昼与黑夜相当于地球半个月。火星的一天则与地球差不多,重要的是火星上有极稀薄的大气层,日夜温差比月球小得多,生存环境相对要好得多。

《中国科学报》:中国探测火星,将会从哪方面入手研究?

欧阳自远:任何国家研究火星,都逃不过三大问题:

第一个是火星生命信息的探寻。在太阳系的各层次天体中,火星最有可能有生命繁衍。探测火星生命活动的信息,一直是火星探测的第一命题。近十几年来,火星探测器发现大气层中有甲烷。我认为,这并不能成为火星存在生命活动的证据。因为甲烷除了生命体可以提供,如果环境允许也可以由碳与氢天然合成,必须要有充分的证据判别甲烷的成因与来源。历经了近40年的努力,没有发现火星上有任何原始生命活动的信息。