《我们只有一个地球》课程设计

截止到2001年年底,全国有90%以上的高中、70%以上的初中开设了信息技术必修课。根据教育部基础教育司制订的《关于加快中小学信息技术课程建设的指导意见(草案)》的要求,2001~2005年期间,陆续在全国的普通高中和初中开设信息技术必修课,最迟于2010年,在小学普及信息技术教育。另一方面,教师也将告别粉笔和黑板,多媒体软件、网络等先进的教学工具为教学提供了全新的手段。随着教育信息化进程的进一步推进,信息技术与其他课程的整合,努力实现基础教育的跨越式发展,成为当前教学改革的重点内容之一。信息技术课程怎么上?如何整合信息技术与其他课程?如何让每个学生都得到全面而个性化的教育?怎样培养学生的终生自我学习能力,激发学生的创新思维?新的教学环境下应采用怎样的教学模式?在新的教学模式下又该如何进行评价?……这一切都将有待我们思考与探索。在我们的“思考与探索”栏目中,将为你介绍的是一些来自教学第一线的教师的亲身实践,在这里,你可以看到创造的火花,感受到一线教师们那孜孜不倦的探索精神,让我们在实践中共同进步!

善待地球:可持续发展——兼评欧阳自远等著《我们只有一个地球》一书

人类正在迈进２１世纪，跨入一个新的一千年，即将过去的千纪年是人类由蛮荒发展到文明、从朦昧走向智慧化的时期；而２０世纪则是人类历史中最为辉煌的一页。特别是近３０年来，科学技术的高速进步给人类创造了前所未有的劳动生产力，带来了经济腾飞、社会繁荣，提高了大...

MinerGeochem V1.0:一个全新的矿物地球化学数据信息系统

矿物是人类认识地球及地外天体的一把钥匙。随着现代原位分析技术的快速发展,矿物地球化学数据呈现指数增长,积累了大量数据,但这些数据结构复杂,且无统一的标准和格式,阻碍了矿物大数据的再利用和相关的对比研究。鉴于矿物地球化学数据对解决各类地球科学问题的优势,以及它们复杂的数据结构和体量呈指数增长的趋势,本研究基于计算机信息技术、Web应用、关系数据库、GIS等开发了一个矿物地球化学数据信息系统(MinerGeochem)。该系统由信息硬件基础设施、操作系统/数据库系统、服务组件和应用模块组成。功能模块有用户管理模块、网站内容版块、数据管理版块、记录管理版块、系统配置版块、GIS数据可视化和数据导入导出等模块组成。数据维度有矿床数据、矿物数据、实验数据和文献数据四类数据结构,每类数据包含多个属性,数据通过其属性相关联,实现了任一数据属性的搜索和获取。数据标准化及数据上传采用Excel模版批量处理,简单快捷。MinerGeochem界面简单,使用方便,有望成为地学数据库的重要组成部分,为地学工作者提供数据支持。

有没有凭空产生的故事?——读《一个地球人的科学手记》

以前看过一本讲绘画的书。关于绘画历史和流派的内容已经记不清了,只有一点还印象深刻——无论画家多么富有想象力,其所画的画大多数情况下都不是凭空产生的。画家可能会把地面上的痕迹想象为小动物再画出来,也可能会把梦境画出来,但梦境也不是凭空产生的。这启发我们提出一个相关的问题,故事是凭空产生的吗?参考画家创作的情况,故事大概率也不是凭空产生的。

环境工程:地球只有一个“拯救”有我

蕾切尔.卡森在著作《寂静的春天》里有这样一句话:“那些感受大地之美的人,能从中获得生命的力量,直至一生。”我们美丽的地球,原本应该是一江碧水、两岸青山,是蓝天为宇、清泉为席。然而,森林里物种日益减少河流不再清澈、臭氧层出现空洞……让人揪心,也让人投入精力去还一片清净。

元地球与数字孪生:思想突破、技术变革与范式转换

数字孪生在航天、工业制造领域已应用了20多年,但引入海洋科学还是首次。通过数字孪生技术,实现真实地球与虚拟地球的融合,构建一个真实地球与数字地球的虚实共同体,这里称为“元地球”。本文介绍了元地球与早期提出的数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球的本质区别,进而突出元地球理念或思想上的巨大突破。基于现今元宇宙BIGANT技术体系,构架跨越地球各圈层的实时、全天候、立体观测感知系统,打通地球系统各圈层动力学模拟隔阂,实现超越现今地球,再现深时地球,实现时空穿越,从而集数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球、现今地球、深时地球的特性于一个共同体,这个深时的虚实共同体就是元地球。这一理念必将催生新的技术范式变革,进而超越现实地球、虚拟地球,开启人类认识地球、探测地球、开发地球的全新方式。在实现研究范式转换的同时,推动元地球的多场景应用,这也必将催生未来的万亿新产业。

东昆仑大格勒地区碱性杂岩体中辉石岩的年代学、地球化学、Sr-Nd同位素特征及其地质意义

近年团队在东昆仑大格勒地区发现了Nb、P矿化碱性杂岩体,并对杂岩体的岩石组合、岩石学特征及含矿性开展了研究,初步圈定了Nb、P矿化体,显示东昆仑具有寻找与碱性岩-碳酸岩型稀有稀土矿潜力。对碱性岩的形成时代、地球化学组成、矿物成分以及形成环境等方面的研究,不仅对重建东昆仑古构造环境具有重要的意义,还可推动东昆仑稀有金属成矿规律研究与找矿突破。本文在野外地质调查的基础上,选取杂岩体中重要的含矿辉石岩为研究对象,开展了单矿物电子探针原位分析、磷灰石和榍石U-Pb年代学、岩石地球化学及Sr-Nd同位素研究。结果显示,东昆仑大格勒地区辉石岩的形成时代为418 Ma。辉石岩主要矿物中存在似长石(霞石)、碱性暗色矿物(富铁黑云母),单斜辉石为透辉石,角闪石为钙质角闪石(铁韭闪石),黑云母为铁质黑云母和镁质黑云母。岩石地球化学特征显示辉石岩具有富K(K_(2)O>Na_(2)O)、CaO含量高、轻稀土元素强烈富集、富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素,不亏损Nb、Ta元素,亏损Zr、U、Ti等高场强元素的特征。全岩的(87Sr/86Sr)i为0.704058~0.704278,ε_(Nd)(t)为-0.4~-0.2。矿物组成、元素和同位素地球化学特征均指示大格勒辉石岩为钾质碱性岩,具有与OIB相似的特征,岩浆源区为EMⅠ型地幔端元。岩石的形成过程为母岩浆在相对较深的地幔源区经历了1%~3%较低程度的部分熔融作用,在上侵过程中经历了较强的分离结晶作用和微弱的同化混染作用,其形成时代为该地区岩浆活动最强烈的时期,可能与碰撞后软流圈地幔的上涌和岩石圈的强烈伸展相关。

东昆仑大格勒地区富铌橄榄岩矿物学、地球化学及Sr-Nd同位素特征

东昆仑大格勒地区碳酸岩-碱性杂岩富铌稀土矿化的发现,对青海省优质稀有稀土矿产的勘查及综合研究具有重要启示。本文以大格勒杂岩体中蛇纹石化富铌橄榄岩为研究对象,开展了矿物学、岩石地球化学和Sr-Nd同位素研究。矿物学分析显示,富铌橄榄岩中铌矿物主要为铌易解石(Nb_(2)O_(5)=50.33%~52.50%)、铌钙矿(Nb_(2)O_(5)=48.20%~50.27%)、褐铈铌矿(Nb_(2)O_(5)=42.80%~43.45%)、Stefanweissite矿(Nb_(2)O_(5)=33.14%~34.78%),次为钛铁矿(Nb_(2)O_(5)=3.45%~4.89%)。样品具低SiO_(2)(20.16%~29.20%)和K_(2)O+Na_(2)O(0.02%~2.47%)含量,高Mg O(22.88%~27.69%)含量和Mg^(#)值(74~82),稀土元素总量较高(∑REE=772~1807μg/g),稀土元素配分模式强烈富集LREE、亏损HREE,Eu异常不明显(δEu=0.87~1.17)。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示,样品富集Nb、Ta、Th、U、Sr、Pb,Nb含量高,为981~1753μg/g,平均1378μg/g,可能与晚阶段碳酸岩侵入流体交代作用有关。样品的(87Sr/86Sr)i值为0.70378~0.70396,ε_(Nd)(t)值为-0.49~0.31,岩浆源区可能为EMⅠ型地幔端元。综合区域构造背景,大格勒岩体中富铌橄榄岩的形成可能与该地区拉张环境下岩石圈的强烈伸展和软流圈地幔的上涌相关。

东昆仑大格勒富铌碳酸岩地球化学特征及成因初探

大格勒碳酸岩是东昆仑地区新发现的火成碳酸岩,具有重要的地质意义。本文对该碳酸岩开展了全岩主量和微量元素以及同位素研究,初步探讨其岩石成因。大格勒碳酸岩的化学组成以CaO和MgO为主,CaO含量为24.17%~30.40%,MgO含量为15.56%~18.91%,SiO_(2)含量为0.61%~6.25%,CO_(2)含量为25.09%~36.09%,其CaO/(CaO+MgO+FeO^(T)+MnO)(CCMF)在0.41~0.51之间,属于镁质碳酸岩。岩石的稀土元素总量∑REE在515~1863μg/g之间,稀土元素配分模式显示富集轻稀土元素,轻重稀土元素分异明显((La/Yb)N=284~589),无明显的Eu、Ce异常(δEu=0.89~1.23,平均1.01,δCe=0.96~1.11,平均1.05)。微量元素蛛网图显示样品明显富集Nb、Sr、Th、U、Pb、P,相对亏损Rb、K、Ti元素,Ba、Zr、Hf及HREE等元素接近原始地幔,Nb含量在126~5009μg/g之间(平均1568μg/g)。碳酸岩样品具有相对低的(^(87)Sr/^(86)Sr)i值(0.703718~0.703964)和低ε_(Nd)(t)值(-1.07~-0.33),δ^(13)CV-PDB值为-8.5‰~-5.7‰,δ^(18)OV-SMOW值为8.9‰~14.4‰,同位素及微量元素组成显示其具有幔源特征,并在碳酸岩形成过程中受到了热液蚀变作用,可能与东昆仑早泥盆世碰撞后伸展作用导致的软流圈地幔上涌有关。

东昆仑二叠系格曲组火山岩年代学、地球化学特征及其构造意义

东昆仑古特提斯造山带经历了从洋壳俯冲到陆-陆碰撞及后碰撞伸展的造山过程,但对古特提斯洋闭合时间一直存在争议,争论的焦点集中在晚二叠世格曲组沉积盆地原型及中上二叠统之间不整合关系代表的构造事件。本文对东昆仑红石山地区格曲组火山岩开展了锆石U-Pb年代学与岩石地球化学研究,结果表明,岩石富集Rb、Th、Ba等大离子亲石元素(LILE)而亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素(HFSE),具有大陆岩浆弧的地球化学特征。火山岩具有高Ba/Th比值(53.6)、Th/Ce比值(0.23)、Nb/Ta比值(18.35)及低Dy/Yb比值(1.42),表明晚二叠世火山岩由枕状玄武岩和洋底沉积物等洋壳物质俯冲至60 km左右深度时熔融所形成。锆石U-Pb定年表明,格曲组下部碎屑岩段流纹质凝灰岩和英安质沉凝灰岩206Pb/238U加权平均年龄分别为(257.5±2.5)Ma和(256.2±4.8)Ma,上部灰岩段粗安质晶屑凝灰岩206Pb/238U加权平均年龄为(251.8±2.3) Ma。结合区域上已报道的格曲组及花岗岩研究成果,认为古特提斯洋在晚二叠世开始向北俯冲消减,沉积于弧前盆地的格曲组为古特提斯洋向北初始俯冲的沉积响应,而格曲组与下伏地层之间的角度不整合关系记录了古特提斯洋晚二叠世开始向北俯冲这一构造事件。

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(1)——地下水-膨润土体系演化的地球化学模拟

在某区含Pu高放废物处置系统的性能评价中,需要分析水-岩相互作用下蒙脱石、孔隙度、pH值等演化过程对膨润土材料性能及Pu反应性迁移的影响,为此,本文以工程屏障系统中厚度为1 m的柯尔碱膨润土回填材料为研究对象,基于地下水入渗景象,采用TOUGHREACT模拟了地下水-膨润土体系的地球化学演化。结果表明:膨润土完全饱和约需20年;膨润土中蒙脱石的伊利石化作用很弱,而去白云石化过程(白云石溶解、方解石形成)相对明显,这使得水中Ca^(2+)浓度减小、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度增大、pH值呈弱碱性且维持在8.1~10.3范围内;膨润土的孔隙度和渗透率变化不明显(变化量不到2%)。这些演化过程将有利于维持膨润土的膨胀性,阻滞核素向外迁移。

低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题,使用交替优化方法,获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题,将其建模为联盟博弈模型,当博弈达到纳什均衡时,获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略;对于资源分配子问题,使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外,还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

辽东矿集区大东沟金矿床成矿时代和成因:地质、年代学、地球化学和同位素制约

大东沟金矿位于华北克拉通北东缘辽东矿集区,矿体赋存于古元古代辽河群盖县岩组绢云千枚岩中,并与中生代石英闪长岩空间关系密切。为了深入揭示矿床成因与成矿地质背景,近期我们对其开展矿床地质、黄铁矿Re-Os和锆石U-Pb测年、成矿相关侵入岩的地球化学和Hf同位素以及硫化物S同位素工作。研究表明,其成矿可划分三期:第一期沉积成岩黄铁矿期(Ⅰ)、第二期为变质黄铁矿-毒砂期(Ⅱ)、第三期为热液期(Ⅲ)。其中,第三期又可划分黄铁矿-毒砂阶段(Ⅲ1)、多金属硫化物-石英阶段(Ⅲ2)和含黄铁矿石英-碳酸盐阶段(Ⅲ3)。热液期(Ⅲ)黄铁矿的Re-Os等时线年龄为130±18Ma(n=5,初始^(187)Os/^(188)Os=1.60±0.42),与成矿相关石英闪长岩的侵位年龄(133±1Ma)一致,指示金成矿作用发生在早白垩世。热液期Ⅲ1、Ⅲ2矿化阶段硫化物的δ^(34) S值为3.0‰~4.8‰,且明显不同于第一期沉积成因黄铁矿(8.9‰~10.2‰)和辽河群沉积-变质岩(7.0‰~23‰)的硫同位素组成,进一步揭示该矿床大规模成矿为岩浆热液作用形成,与石英闪长岩作用密切。石英闪长岩富集大离子亲石元素(Rb、Ba、U等),中度亏损高场强元素(Nb、Ta)、具有低的ε_(Hf)(t)值(-6.38~-2.82)以及弱氧化的属性;结合矿区内同期侵入岩数据,指示它起源于幔源镁铁质岩浆和壳源长英质岩浆的混合。结合区域地质资料,我们认为大东沟金矿床为中温热液型金矿床,成因上与同期弱氧化的闪长质岩浆有关,形成于早白垩世华北克拉通破坏峰期。

橄榄石微量元素:分析、地球化学行为与地球科学应用

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,总结了橄榄石中微量元素的分配系数与扩散系数等地球化学行为,分析了全球不同岩石单元的橄榄石微量元素特征,重点介绍了岩浆铜镍矿床中橄榄石微量元素的研究进展。实验岩石学表明,控制元素在橄榄石中分配系数的主要因素有温度、压力、岩浆成分等,且不同微量元素行为的主控因素各不相同。在确定的温压条件下,橄榄石中多数元素的配分可由晶格应变模型预测,而Ni、Co和轻稀土元素主要受晶体场效应和结晶动力学控制。橄榄石中元素的扩散速率由快到慢依次为:H和Li(快)→Fe-Mg-Ni(中等)→Ca(较慢)→P-O-Si(慢)。对比全球不同岩石单元中橄榄石微量元素得出:(1)火山岩系列的科马提岩-苦橄岩-玄武岩中橄榄石的Fo值和Ni、Cr、Al、Mn等元素呈演化趋势,但在二元相关性图中不同岩石类型间存在较大重叠区域,机器学习等多维分析手段可大大提升分类准确率;(2)地幔橄榄岩与侵入岩系列(地壳堆晶岩)中的橄榄石微量元素特征相近,难以使用单元素指标区分,例如常用的Ca亏损;(3)碳酸岩中橄榄石的Ni、Mn含量有别于其他岩石,可能与其来源和元素在橄榄石-碳酸岩熔体中特殊的分配行为有关;(4)石榴子石地幔橄榄岩与尖晶石地幔橄榄岩的橄榄石微量元素存在一定差异,橄榄石V/Sc比值和Fe-Mg-Mn-Ca-Ni含量是判别地幔橄榄岩类型和来源深度的重要变量。岩浆铜镍矿床橄榄石微量元素的研究进展有:(1)堆晶-后堆晶阶段再平衡作用驱使Ca-Cr-Al元素向其他矿物迁移,使橄榄石普遍亏损上述元素;(2)橄榄石Ni-Co变化可记录其与硫化物的元素交换反应,Ni-Co正相关可用于指示岩体深边部的找矿潜力;(3)与硫化物共生橄榄石的Ni富集(>5000×10^(-6))或亏损(<500×10^(-6))可能与较高或较低氧逸度有关。未来橄榄石重点研究与突破方向有:堆晶-后堆晶阶段元素行为、多元素-多矿物扩散联合限定岩浆时空演化、机器学习判别橄榄石成因类型与镁铁-超镁铁岩体含矿性、挥发份与新兴非传统金属稳定同位素等。

大数据时代背景下“地球化学多元统计分析”课程混合式教学改革与实践

“地球化学多元统计分析”是面向地球化学专业本科四年级开设的专业核心课程。在大数据时代背景下,原有的课程教学模式面临内容相对陈旧、课时严重不足、实践操作教学效果不理想等问题。笔者尝试开展了线上线下混合式课程教学改革并实践,包括更新教学内容体系和教材、整合网上教材和教学资源、扩充相关软件的操作训练、理论授课与实验课交叉进行、课堂授课与课后作业有机融合等,同时融入了教学思政内容,教学效果明显提高。

西北地区主要锂矿资源分布特征及地球化学找矿远景预测

为圈定锂成矿远景区,采用已有1∶20万地球化学数据,选取西昆仑-阿尔金和阿尔泰两个主要锂矿带,基于锂元素地球化学空间分布及异常特征圈定锂矿远景区,为找矿突破战略行动选区服务。基于重点锂矿带以往1∶20万地球化学数据库,对元素相关性、背景及异常特征等参数进行再分析,结合已有锂矿床或锂矿(化)点,圈定找矿远景区。在昆仑-阿尔金地区圈定锂地球化学异常区15处,在阿尔泰圈定锂地球化学异常区12处。研究圈定27处异常区可为下一步锂矿找矿工作部署提供参考依据。

西天山乌孙山花岗岩和闪长岩年代学、地球化学及岩石成因

笔者选取位于伊犁盆地内乌孙山北缘察布查尔林场花岗岩为研究对象,其地球化学、地质年代学和岩石成因研究对于探讨西天山南缘壳幔岩浆作用具有较重要的指示意义。岩石地球化学特征显示二长花岗岩属高钾钙碱性准铝质-弱过铝质岩石系列;轻稀土富集,弱的Eu负异常(δEu=0.74~0.84),富集大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素特征,Zr/Hf=42~44,部分样品中含有少量的刚玉标准矿物,显示出壳源花岗岩的特征。闪长岩Al_(2)O_(3)、FeOT、CaO含量明显高于二长花岗岩,Na_(2)O和K_(2)O含量低于二长花岗岩,属于高钾准铝质岩石系列;轻稀土富集,显示出Eu的轻微正异常(δEu=0.90~1.24),富集大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,此外,闪长岩还显示出具有高Sr(Sr>400×10^(-6))低Y(12.83×10^(-6))及Yb(1.34×10^(-6))和高Mg^(#)特征,其源岩应为俯冲板片上覆地幔部分熔融产物。二者均显示出岛弧岩浆的特征。二长花岗岩锆石U-Pb年龄为(361.7±1.8)Ma;形成于晚泥盆世末期,结合前人的研究资料认为在~360 Ma由于南天山洋板片的回撤或俯冲流体参与,上覆地幔发生部分熔融产生了基性岩浆,岩浆上涌过程中提供大量的热导致地壳发生部分熔融形成了酸性岩浆,两种岩浆发生不均匀混合作用。上涌的岩浆引起地幔对流,导致伊犁地块内部出现一定的伸展作用(弧后伸展作用)。

地球系统科学基本原理与应用展望

地球系统科学是一门应时代之需产生的科学,它革新了地球科学工作者的思维方式、工作范式。自地球系统科学产生以来,围绕其是否是一门科学、具有何种应用前景等一直存在争议。从地球系统科学的主要理论与基本原理视角出发,对地球系统科学的概念内涵、理论体系及与地球科学之间的关系等本质特征进行剖析,并对地球系统科学的方法技术进行了总结。针对解决的不同问题,提出了地球系统科学在地球深部过程、岩石圈与外部圈层交互作用、外部圈层交互作用3个领域的应用展望。分析认为,地球系统科学既是基于地球科学与系统论的科学观,又是一套量化研究各圈层交互作用的先进工作方法体系,是揭示地球圈层交互奥秘、解决地球宜居性的钥匙。

河南省嵩县九仗沟-东湾金矿区深部地球物理特征与找矿预测

深部金属矿探测是目前资源勘查的重要课题和方向,地球物理方法探测深度大、分辨率高,是深部金属矿探测最有效的手段之一。河南省嵩县九仗沟—东湾矿区处于熊耳山—外方山矿集区内的蛮峪—店房金矿带之北段,目前九仗沟—东湾矿区已发现的金矿床主要为500 m以浅深度,深部(500~2000 m)找矿勘查工作基本为空白。为了查明九仗沟—东湾矿区深、边部成矿潜力,实现接替资源找矿突破,在九仗沟—东湾矿区主矿段南北两端延伸方向上,布设EH-4双源大地电磁测深和大功率激电测深剖面。以九仗沟—东湾金矿床为背景,在分析地质背景、岩石物理性质基础上,综合区域重磁资料、物探剖面反演结果,分析各物探方法异常特征,厘清了研究区内与金矿有关的F1构造破碎蚀变带深部空间分布特征等信息,揭示了研究区内深部F1构造带附近的中低电阻、高极化区为找矿有利部位,根据此特征在500~2000 m深度范围内确定了4个深部预测找矿靶区,为下一步找矿勘查提供了相关依据。研究方法和成果为区域上开展同类型金矿床的深部找矿工作提供了思路和方向,具有重要的指导和实践意义。

地球大脑,一个生态哲学推论

地球是生命有机体,它有生命,有精神,有智慧。从它的主体性推论,一个生命主体是有大脑的。现代地球大脑,是前生物地球大脑、生物地球大脑和人类地球大脑的综合。在宇宙统一场中,基本粒子、生物个体、人类个体,是地球大脑的脑细胞。无数地球大脑脑细胞协同作用,其中,人类地球大脑起主导作用。