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深地科学领域的若干颠覆性技术构想和研究方向 被引量:95
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作者 谢和平 高峰 +3 位作者 鞠杨 张茹 高明忠 邓建辉 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期1-8,共8页
习近平主席指出"向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题",开发深地资源已经成为未来中国科技发展的重要方向。目前人类对于地球深部的认知相当匮乏。因此,超前布局、抢占深地研究高地、积极推动深地基础前沿大科学问题... 习近平主席指出"向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题",开发深地资源已经成为未来中国科技发展的重要方向。目前人类对于地球深部的认知相当匮乏。因此,超前布局、抢占深地研究高地、积极推动深地基础前沿大科学问题探索已迫在眉睫。本文从深地能源和人类生存的角度出发,深度剖析了深地资源开发和深地空间利用的必然趋势,提出向地球深部进军研究的3个层次内容,即深地地质结构探测、深地行为规律研究及深地环境利用与资源开发。同时,围绕关系国家全局的地下空间资源开发、能源储备、核废料处置等国家长远战略,提出深地科学研究领域的3个颠覆性技术构想,即深地矿产资源的流态化开采、深地空间与地下城市、深地实验室与深地空间舱。最后,针对深地岩石力学、深地渗流力学、深地地震学与地球物理学、深地微生物能量溯源等国际最前沿的深地基础科学问题,明确了深地科学研究的若干重要研究方向,即原位保真取芯技术,深地非常规岩石力学行为,深地结构与开采的透明推演理论,深地地震学与地球物理学,深地微生物学,深部资源开采与能源储存,深地地下水赋存、运移及水质变化,地下空间生态、能量循环系统等。基于若干颠覆性技术构想的攻关和若干重要研究方向的探索,构建中国独有、世界领先的深地基础性科学前沿研究阵地。 展开更多
关键词 深地科学 深地资源开发 深地矿产资源流态化开采 深地空间利用 深地实验室 深地空间舱
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地下生态城市与深地生态圈战略构想及其关键技术展望 被引量:70
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作者 谢和平 高明忠 +3 位作者 张茹 徐恒 王勇威 邓建辉 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1301-1313,共13页
现代城市正以超高层和摊大饼式发展,容易造成环境污染、资源短缺、交通拥堵、房价高企等城市综合性症,严重制约城市化健康发展。21世纪是人类开发利用地下空间的世纪,然而当前主要停留在单一功能、无序化、局部区域被动式相对粗放开发阶... 现代城市正以超高层和摊大饼式发展,容易造成环境污染、资源短缺、交通拥堵、房价高企等城市综合性症,严重制约城市化健康发展。21世纪是人类开发利用地下空间的世纪,然而当前主要停留在单一功能、无序化、局部区域被动式相对粗放开发阶段,难以实现当代城市的可持续发展。未来地下空间开发、利用总体上将由被动式转为主动式的科学化、生态化、综合化、深层化和信息化发展,提出地下空间开发必须遵守的基本原则,以及深地发展1.0~5.0时代的不同阶段、不同层次开发顶级构想及深地发展战略蓝图。基于深地空间独特的环境清洁、隔音隔震、天然抗灾、低本底无辐射、恒温恒湿等优势,提出集深地生态圈、深地多元能源生成及循环体系、深地废料无害化处理与存储系统于一体的自平衡多层地下生态城市空间利用及其相关颠覆性技术构想,构建深地人类定居、养生、生产、科学研究全链条生态圈及地下生态城市,实现向地下要空间,向深地要资源。从根本上缓解人口规模的激增与城市地面空间资源相对短缺之间的矛盾,是人类未来实现可持续发展的重要举措。 展开更多
关键词 地下工程 地下生态城市 地下空间开发 地下空间利用 深地生态圈 深地科学
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大洋钻探五十年:回顾与前瞻 被引量:30
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作者 汪品先 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第36期3868-3876,共9页
现代地质科学产生以来的两百多年里,二十世纪的六七十年代算得上是个英雄时期:以板块学说为标志的地学革命,横扫长期以来的陈旧观点,开创了地球科学的新纪元,而大洋钻探就是这场革命中的一面旗帜.世界各国将科技的精华集中到钻探船上,... 现代地质科学产生以来的两百多年里,二十世纪的六七十年代算得上是个英雄时期:以板块学说为标志的地学革命,横扫长期以来的陈旧观点,开创了地球科学的新纪元,而大洋钻探就是这场革命中的一面旗帜.世界各国将科技的精华集中到钻探船上,半个世纪来在世界各大洋深水底下钻井四千多口(图1),取芯四十多万米,从根本上改变了人类对地球的认识,扭转了地球科学发展的轨迹.从组织的角度看,大洋钻探也是国际科学史上的奇迹:一项由各国政府出资的基础研究国际计划,居然能历经50年而不衰,学术上的青春活力不减当年,相信其中必有缘故. 展开更多
关键词 大洋钻探 地球科学发展 地质科学 板块学说 国际计划 基础研究 钻探船 科学史
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基于“深地-地表”联动的深地科学与地灾防控技术体系初探 被引量:16
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作者 谢和平 张茹 +5 位作者 邓建辉 高明忠 李怡航 何治良 张泽天 任利 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期1-12,共12页
地球是已知的唯一适合人类生存的行星,揭示地球深部奥秘对于人类生存与发展具有重大意义。随着人类社会的快速发展,地震地质灾害频繁发生,深地工程动力灾害事故更加凸显,且机理不清,难以预测和有效防控,其根本原因在于,人类无法准确认... 地球是已知的唯一适合人类生存的行星,揭示地球深部奥秘对于人类生存与发展具有重大意义。随着人类社会的快速发展,地震地质灾害频繁发生,深地工程动力灾害事故更加凸显,且机理不清,难以预测和有效防控,其根本原因在于,人类无法准确认知地球科学基础规律及地球深部过程与浅表层过程的耦合关系;现有地球深部基础科学研究已滞后于人类深部工程实践活动,传统地质灾害信息的浅表监测存在较大局限。在此基础上,开展深地科学探索与地质灾害防控联动技术研究对解决资源保障、生命演化与可持续发展等重大科学问题具有重要意义。“深地-地表”联动战略体系以深入理解深地科学与地质灾害内在联系,进行深地科学与地质灾害领域的超前战略谋划为核心目标,通过基于典型深部工程的“深地-地表”联动科学研究平台,充分关联中国广布的地表灾害信息监测群和纵深的深地科学实验室、矿区及深地工程示范基地,借助区块链大数据技术,建设“深地-地表”智慧中心,统筹不同区域、不同类型、不同深度研究平台;最终,在此基础之上,以“深地-地表”联动为核心,建设“深地-地表”地灾防控联动探测大科学系统,全面构建深地科学规律及重大地质灾害孕灾机制战略研究体系,服务全国乃至全球的深地科学前沿探索、深地工程的安全与长期稳定性、重大地质灾害预警与防控,助力中国领跑世界深地科学和地质灾害的相关领域研究。 展开更多
关键词 深地科学 地灾防控 “深地-地表”联动 战略研究
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深地科学与深地工程技术探索与思考 被引量:13
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作者 谢和平 张茹 +5 位作者 张泽天 高明忠 李存宝 何志强 李聪 刘涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3959-3978,共20页
21世纪的深地科学进入了新的发展阶段,深地科学规律尚未探明,深部工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性,地球深部内源动力、结构演变规律、致灾机理等仍待进一步认知。因此首先从地球科学的视角定义了深地科学:以地球... 21世纪的深地科学进入了新的发展阶段,深地科学规律尚未探明,深部工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性,地球深部内源动力、结构演变规律、致灾机理等仍待进一步认知。因此首先从地球科学的视角定义了深地科学:以地球浅层以深的深层和超深层为研究对象,旨在探索地球不同层圈和不同赋存深度(深层和超深层)科学奥秘;理清了深地科学与地球科学的区别与联系:即深地科学是在已知地球科学知识体系上的延伸,是拓展科学视野、深化地球认知的国家战略科技方向,包含于地球科学;定义了深部与深地工程科学的本质:即针对现有浅部工程的科学规律与技术无法适用于深部工程的难点,探索深部工程相关科学规律,突破深部工程关键基础科学问题,匹配人类在深部工程活动中的地灾防控需求,进而指导深部资源安全高效绿色开发、深部工程空间有效利用。提出深地工程技术定义,即指人类为利用地球、开发地球所需要的工程实施技术与装备,为探索深地科学规律、开发深地工程必需的理论与技术手段。最后,进一步明确了深地科学的研究内容与规划,以及深地工程技术内涵与攻关方向(即深地工程岩土力学与灾变机理、超深井智能建造与能源资源高效开采、深地隧道与巨型洞室群智能建造、深地工程灾害智能防控与健康运维),以期促进深地科学领域的发展。 展开更多
关键词 深地科学 深部工程科学 深地工程技术 地球科学
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地球表层系统对深部圈层时空演变的影响 被引量:5
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作者 谢树成 罗根明 朱宗敏 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期149-159,共11页
地球系统科学研究的一个关键点是地球深部与表层系统的联动.深部过程通过火山作用对表层系统产生的重要影响已经取得了许多重要进展,认识比较薄弱的方面是表层系统如何影响深部的结构、过程和演化.板块俯冲将大量沉积物带入地幔过渡带... 地球系统科学研究的一个关键点是地球深部与表层系统的联动.深部过程通过火山作用对表层系统产生的重要影响已经取得了许多重要进展,认识比较薄弱的方面是表层系统如何影响深部的结构、过程和演化.板块俯冲将大量沉积物带入地幔过渡带乃至核幔边界的D″层,可以导致地幔的不均一性.特别是,板块俯冲带入的水通过影响地幔物理性质而增强地幔的熔融和对流能力,进而又在一定程度上影响了地球深部的岩浆活动、变质作用,以及包括板块俯冲在内的构造运动.华北克拉通破坏及其相伴的岩石圈变化被认为是水通过板块俯冲而影响深部过程的一个体现.表层系统不仅影响了深部的结构和过程,而且还极大地影响了深部的地质演化.在前寒武纪,古元古代和新元古代两次雪球地球之后形成了巨量的洋底沉积物,这些沉积物进入俯冲带后提高了板块俯冲的润滑性及其速率,进而对该时期活跃的全球构造运动及超大陆形成产生一些影响.在显生宙,4.3亿年以来陆地植物的大发展和2亿年以来海洋三大浮游生物的大发展都通过改变沉积物成分而影响深部圈层物质的演化,分别导致碎屑锆石和金伯利岩在一些同位素组成上出现重大转变.这些极少量但非常重要的新认识对人们研究行星地球的运行机制及其地质演化至关重要.表层物质进入地幔关键带如何进行循环和演化,水等表层物质是否改变了深部圈层的演化方向及规模,这些都是亟待解决的重大科学难题.而要突破这些难题,需要建立有效的定性和定量化的示踪技术方法体系. 展开更多
关键词 地球生物学 地质微生物 深地科学 地球宜居性 行星地球
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小小地质微生物演绎跨圈层的相互作用
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作者 谢树成 朱宗敏 +3 位作者 张宏斌 杨义 王灿发 阮小燕 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期446-454,共9页
地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三... 地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三叠纪之交和晚奥陶世这两个完全不同场景的显生宙火山活动过程中,爆发的初期都出现了包括蓝细菌在内的海洋固氮微生物繁盛,紧接着出现了包括藻类、放射虫、有孔虫等真核微生物的繁盛,显示了火山活动引发了从原核微生物向真核微生物群落的转变过程。不仅如此,人们还发现地质微生物可以通过条带状铁建造等生物成因岩石引发了前寒武纪的火山活动,而且还可能启动了最早的板块运动。地质微生物不仅对火山活动这一与碳循环有关的跨圈层地质作用具有很灵敏的响应和反馈能力,而且还能示踪表层系统复杂的海-陆-气相互作用及其物质传输过程。利用地质微生物的诸多干湿古气候代用指标,发现了中国东部地区不同时间尺度干湿状况的三极模态空间变化格局,而且还识别出了西北地区与西太平洋海洋上层热量有关的极端干旱事件。地质微生物记录的这些干湿状况是高纬与低纬的海-陆-气相互作用在水循环方面的体现。地质微生物演绎的与碳循环和水循环有关的这些跨圈层过程仅是地球系统的冰山一角,随着地球生物学的发展和技术方法的创新,越来越多的宜居地球形成之谜会被地质微生物所破解,包括地质微生物与深部过程的互馈效应、地质微生物与地球重大环境转型的关系以及地质微生物对地球生态系统演化的影响。 展开更多
关键词 深地科学 地球生物学 地质微生物学 火山活动 碳循环 水循环 全球变化
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科学钻探的意义及其取得的巨大成就
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作者 管志军 杨洪东 徐会文 《世界地质》 CAS CSCD 1996年第4期90-93,共4页
科学钻探是直接获得深部地质资料的技术手段。深海钻探成果证实了板块构造学说及大陆漂移学说的正确性,并且对地震起因、古气候、气象变化的研究具有重要意义。陆壳科学钻探发现,在地壳深部7000m处有流体循环,使传统的水热矿床... 科学钻探是直接获得深部地质资料的技术手段。深海钻探成果证实了板块构造学说及大陆漂移学说的正确性,并且对地震起因、古气候、气象变化的研究具有重要意义。陆壳科学钻探发现,在地壳深部7000m处有流体循环,使传统的水热矿床形成理论受到挑战。德国KTB陆壳超深科学钻探获得了91001的温度剖面,使人们对地壳深部的状态有了真实的了解。我国第一口超深钻的实施将对了解华北板块和扬子板块接触带的演化及高压变质作用有着重要意义,对找寻隐伏矿床起到指导作用。 展开更多
关键词 科学钻探 地球科学发展 深部地质数据
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科学大洋钻探回顾与展望 被引量:10
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作者 刘志飞 拓守廷 《自然杂志》 北大核心 2007年第3期141-151,J0002,共12页
本文回顾了科学大洋钻探40多年的发展历程,综述了大洋钻探计划的重要科学成就,展示了新世纪IODP大洋钻探将使用多个钻探平台,采用新的以地质作用为导向的研究方法,着重研究三个大的科学课题:深部生物圈与洋底下的海洋;环境变化,过程和结... 本文回顾了科学大洋钻探40多年的发展历程,综述了大洋钻探计划的重要科学成就,展示了新世纪IODP大洋钻探将使用多个钻探平台,采用新的以地质作用为导向的研究方法,着重研究三个大的科学课题:深部生物圈与洋底下的海洋;环境变化,过程和结果;固体地球循环和地球动力学。地球正在“变小”,人类要改善与她的关系。IODP将为我们提供可能的信息。 展开更多
关键词 深海钻探计划 大洋钻探计划 综合大洋钻探计划 地球系统科学
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地球宜居性的深部驱动机制 被引量:4
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作者 徐义刚 黄小龙 +6 位作者 王强 王煜 李高军 刘耘 毛河光 倪怀玮 朱茂炎 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期169-183,共15页
除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机... 除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机制是地球系统科学研究的突破口.在调研和评述的基础上,本文建议未来研究需要关注早期地球、地磁场、深地挥发分循环、超级火山、深地新化学反应和地质空调器等方向,围绕地球宜居性的深部驱动机制这一主题,开展地球固体层圈与流体层圈的整合研究,助力我国地球科学研究从单一学科研究向多学科交叉融合研究的转变,推动我国固体地球科学从跟踪前沿向开拓前沿的跨越式发展. 展开更多
关键词 地球宜居性 深部引擎 深地过程 层圈相互作用 地球系统科学
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中国西部壳幔结构与动力学过程及其对资源环境的制约:“羚羊计划”研究进展 被引量:8
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作者 赵俊猛 张培震 +17 位作者 张先康 Xiaohui YUAN Rainer KIND Robert van der HILST 甘卫军 孙继敏 邓涛 刘红兵 裴顺平 徐强 张衡 嘉世旭 颜茂都 郭晓玉 卢占武 杨小平 邓攻 琚长辉 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期230-259,共30页
为系统、深入地研究中国西部盆(盆地)、山(山脉)、原(高原)的壳幔结构与深部动力学过程,2003年我们提出并领导实施了“羚羊计划”(ANTILOPE-Array Network of Tibetan International Lithospheric Observation and Probe Experiments),... 为系统、深入地研究中国西部盆(盆地)、山(山脉)、原(高原)的壳幔结构与深部动力学过程,2003年我们提出并领导实施了“羚羊计划”(ANTILOPE-Array Network of Tibetan International Lithospheric Observation and Probe Experiments),在青藏高原先后完成了羚羊-I(ANTILOPE-I)到羚羊-IV(ANTILOPE-IV)4条二维宽频带台阵剖面,而在青藏高原东西构造结则实施了羚羊-V和羚羊-VI两个三维宽频带台阵探测。另外,我们将前期在准噶尔盆地、天山造山带、塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地开展的九条综合地球物理观测剖面也纳入羚羊计划的总体框架中来。通过“羚羊计划”的实施,我们在中国西部(包括西北部的环青藏高原盆山体系以及西南部的青藏高原)取得了大量的、高质量的、综合的第一手观测数据,获得了中国西部盆、山、原精细的壳幔结构,系统地揭示了中国西部盆山原的深部地球动力学过程。主要结论总结如下:确定了准噶尔盆地基底的结构与属性,优化了盆地的基底构造格架;建立了天山造山带“层间插入削减”新的陆内造山模式,揭示了印欧碰撞在天山岩石圈缩短44%的去向以及由洋陆俯冲到陆陆碰撞俯冲的转换机制;揭示了塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的盆山接触关系;获得了塔里木盆地顺时针旋转的深部几何学、运动学和动力学证据;确定了青藏高原之下印度板块与欧亚板块的碰撞边界;发现目前的青藏高原由南部的印度板块、北部的欧亚板块和夹持于二者之间的巨型破碎区——西藏“板块”构成,首次确定了各自的岩石圈底边界;修正了高原变形的两个端员模型;建立了深部构造对地表地形的制约关系;系统地揭示了印度板块沿喜马拉雅造山带俯冲的水平距离与俯冲角度的变化规律与控制因素。“羚羊计划”以其巨大的观测网络与综合地球物理探测技术,采用 展开更多
关键词 “羚羊计划” 中国西部盆山原 准噶尔盆地 天山造山带 塔里木盆地 阿尔金造山带 柴达木盆地 青藏高原 帕米尔高原 壳幔结构 深部动力学过程 综合地球物理学 地球系统科学
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应力事件与浊流沉积的时空关系 被引量:2
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作者 李前裕 钟广法 +1 位作者 耿建华 邵磊 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期1166-1171,共6页
地球系统科学针对不同的地质、构造、生物和气候现象开展综合研究,分析其内在机理的联系.结合当前国际地学前缘的发展态势,认为应力场和浊流沉积的综合研究将在揭示灾难性地质现象的控制机理、阐明油气资源的成因与分布的同时,为探讨地... 地球系统科学针对不同的地质、构造、生物和气候现象开展综合研究,分析其内在机理的联系.结合当前国际地学前缘的发展态势,认为应力场和浊流沉积的综合研究将在揭示灾难性地质现象的控制机理、阐明油气资源的成因与分布的同时,为探讨地壳构造变化提供区域性指标.这些指标不仅指示地壳活动的阶段性,还将有助于恢复地幔-地壳-地貌-水流的系统演化历史.特别是深海浊流沉积的综合研究,可望成为“走向深海大洋”、开展深海地学综合研究的另一突破口. 展开更多
关键词 深海 浊流沉积 应力场 地震 油气资源 地球系统科学
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地质学科未来5~10年发展战略:趋势与对策 被引量:14
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作者 董云鹏 任建国 +14 位作者 张志飞 邓军 郭安林 张兴亮 胡修棉 王强 李建威 邱楠生 孙有斌 赵国春 张进江 彭建兵 林杨挺 初航 吕大炜 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第23期2708-2718,共11页
当代地球科学的内涵和外延已经拓展到涵盖整个固体地球内部及外部层圈形成演化及与资源能源富集、生态环境变迁、地球宜居性和社会可持续发展相关的地球系统科学问题.随着人类社会经济高速发展,与地球相关的资源能源、气候环境、地质灾... 当代地球科学的内涵和外延已经拓展到涵盖整个固体地球内部及外部层圈形成演化及与资源能源富集、生态环境变迁、地球宜居性和社会可持续发展相关的地球系统科学问题.随着人类社会经济高速发展,与地球相关的资源能源、气候环境、地质灾害等问题日益突出.为了适应新时代地球科学发展形势,在地球系统科学理论框架下,准确分析我国地球科学未来5~10年的发展趋势、明确战略目标和优先发展领域,不仅能够大力促进和强化我国地球科学的发展、赶超世界领先水平、早日实现从地质大国到地质强国的转变,而且对于保障国家矿产能源安全、助推国家经济建设和人类社会可持续发展具有重大意义. 展开更多
关键词 优先发展领域 地球科学 地球系统科学 地质学科 固体地球 生态环境变迁 能源安全 宜居性
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