國際地質(zhì)新動(dòng)態(tài)

國際地質(zhì)新動(dòng)態(tài)

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徐慧,編譯.朱建東,校.

到外太空去采礦

2015年11月25日,美國總統(tǒng)奧巴馬簽署了《商業(yè)空間發(fā)射競爭法案》,這個(gè)法案最重要的意義在于:它以法案的形式明確規(guī)定,允許企業(yè)或個(gè)人擁有在太空開采到的任何資源或礦產(chǎn)。

總部位于美國西雅圖的行星資源公司(Planetary Resources)的創(chuàng)始人兼聯(lián)合主席彼得·戴爾蒙迪斯表示,地球上的許多稀有金屬和礦產(chǎn)在太空的數(shù)量幾乎是無窮無盡的,這些礦產(chǎn)足夠?yàn)榈厍蛏先找嬖鲩L的人口提供可持續(xù)的金屬資源,為人類帶來數(shù)百億美元的價(jià)值。

據(jù)悉,鉑金目前的價(jià)格約54美元/g。而在某些小行星的地殼中,1 t巖石至少含有28 g鉑金。直徑30 m的小行星可能蘊(yùn)藏著價(jià)值250億～300億美元的鉑金礦。據(jù)了解,一顆較大的小行星上僅500 m直徑范圍內(nèi)所蘊(yùn)含的鉑金資源就相當(dāng)于“鉑族金屬公司”迄今為止所有歷史開采量的總和。戴爾蒙迪斯表示,一旦人類能夠成功利用這些外太空的礦產(chǎn)資源,微電子、能源儲(chǔ)備等領(lǐng)域的成本都會(huì)下降。另外,豐富的地外資源也會(huì)幫助科學(xué)家實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新。

然而,開采小行星的礦產(chǎn)資源卻面臨著相當(dāng)大的難度。若是登陸一顆體積較大的大型小行星進(jìn)行采樣分析,難度尚在可控范圍之內(nèi);但對(duì)于一顆直徑僅為50～500 m的小行星來說,光是登陸其表面就顯得困難重重,因?yàn)槠浔砻娴闹亓鼋鯙榱恪?/p>

目前有不少投資方對(duì)行星資源公司的這一設(shè)想抱以極大的興趣,美國政府也以開放的政策對(duì)這項(xiàng)史無前例的探索事業(yè)進(jìn)行鼓勵(lì)?，F(xiàn)在唯一的問題就在于:如何在技術(shù)穩(wěn)定及可實(shí)現(xiàn)的情況下,降低采礦的生產(chǎn)成本及價(jià)格,以獲取更大的競爭力。這自然不容易,但并非不可實(shí)現(xiàn)。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

什么是地下鹽丘？

所謂地下鹽丘,是指地下巖鹽、石膏或粘土等低粘性易流動(dòng)的物質(zhì),在構(gòu)造力或浮力的作用下向上流動(dòng),刺穿或部分刺穿上覆巖層,使上覆巖層拱起而形成的一種底辟構(gòu)造。鹽丘往往形成于沉積盆地中,巨厚層狀鹽類物質(zhì)被上覆年輕地層所覆蓋。若條件適合,鹽丘可從巖鹽地層向上拱起數(shù)千英尺,如圖所示。

圖中的藍(lán)色水平層位為鹽丘的源巖層,該源巖層可向上發(fā)育數(shù)座大小不等的鹽丘,刺穿上覆的地層層位。鹽丘的核部是具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鹽類礦床,其向上的穹狀構(gòu)造通常是有利的儲(chǔ)油構(gòu)造。鹽類物質(zhì)的低滲透性使得鹽丘往往是地下水的主要存儲(chǔ)空間,人們通常將一些具有放射性的污染物保存于鹽丘中。

與其他沉積地層不同的是,當(dāng)受到足夠的外界壓應(yīng)力時(shí),鹽類沉積物會(huì)產(chǎn)生塑性變形從而形成流動(dòng)現(xiàn)象。鹽丘的形成,是由于源巖層的上覆地層壓應(yīng)力變得足夠大,以至于鹽丘在拱起的過程中,能夠克服上覆地層重力、摩擦力以及鹽丘本身的重力。

從地質(zhì)構(gòu)造學(xué)角度看,源巖層一般會(huì)受到兩種應(yīng)力作用。一為上覆地層的垂向壓應(yīng)力,二為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的側(cè)向壓應(yīng)力。如果上覆地層中構(gòu)造斷裂發(fā)育,或存在背斜構(gòu)造或深大斷裂,巖鹽的源巖層會(huì)在壓應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形,從而刺穿上覆地層。

在兩種壓應(yīng)力的作用下,源巖層發(fā)生變形產(chǎn)生塑性流動(dòng)。只要壓應(yīng)力大于各種阻力之和,鹽類沉積物的形變和塑性流動(dòng)就會(huì)一直持續(xù),直到兩者達(dá)到平衡狀態(tài)為止。

石油鉆探人員于1900—1901年在美國德克薩斯州蒙波特(Beaumont)地區(qū)的斯賓特雷托普山區(qū)(Spindletop Hill)曾施工過一口鉆探實(shí)驗(yàn)井。鉆探人員在該山區(qū)發(fā)現(xiàn)了含硫溫泉以及天然氣的泄漏孔洞。當(dāng)鉆頭鉆至1 000英尺深度時(shí),刺穿了一個(gè)高壓圈閉油藏儲(chǔ)層,隨即發(fā)生了井噴事故。該井投產(chǎn)后,達(dá)到了每日10萬桶原油的驚人產(chǎn)能,超過此前的任何一口油井。后來技術(shù)人員證實(shí),斯賓特雷托普山區(qū)正好位于鹽丘的穹狀構(gòu)造中。斯賓特雷托普山區(qū)的重大油氣勘探突破激發(fā)了勘探人員的鉆探熱情,人們紛紛在墨西哥海灣的濱海區(qū)尋找相似的穹狀構(gòu)造并實(shí)施鉆探驗(yàn)證。其中,的確有一部分油井鉆出了原油。這一系列的重大發(fā)現(xiàn)使得地質(zhì)學(xué)家們開始研究鹽丘構(gòu)造與油氣成藏之間的關(guān)系。

基于油井?dāng)?shù)據(jù)的地表填圖,以及后來地震勘探的廣泛應(yīng)用,地質(zhì)學(xué)家得以窺見鹽丘的構(gòu)造全貌,關(guān)于鹽丘形成的推論得到印證,鹽丘與油氣成藏的內(nèi)在成因關(guān)系也得到證實(shí)。

鹽丘對(duì)于石油工業(yè)的重要意義不言而喻。當(dāng)鹽丘向上拱起時(shí),上覆地層隨之發(fā)生形變,形成穹狀構(gòu)造。同時(shí),鹽丘在向上拱起時(shí)往往會(huì)發(fā)育一系列斷裂構(gòu)造。有時(shí)這種斷裂構(gòu)造會(huì)使得某種可滲透地層單元變?yōu)椴豢蓾B透地層單元,為石油和天然氣的聚集和存儲(chǔ)提供了空間。一個(gè)鹽丘往往會(huì)在其不同深度發(fā)育有若干個(gè)彼此獨(dú)立的油氣成藏單元,其油氣資源儲(chǔ)量規(guī)模巨大。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

俄亥俄州水力壓裂液排放“入侵”地下水系統(tǒng)

美國俄亥俄州自然資源部公布的數(shù)據(jù)顯示,盡管全國范圍內(nèi)頁巖氣鉆探進(jìn)程已全面放緩,但俄亥俄州去年因水力壓裂而進(jìn)入地下水循環(huán)系統(tǒng)的壓裂液數(shù)量仍上升了15%。

數(shù)據(jù)顯示,俄亥俄州2015年排入地下水系統(tǒng)的壓裂液為2 900萬桶,較2014年增加了400萬桶。

所謂的壓裂,就是用泵機(jī)將壓裂液(水、石英砂以及化學(xué)物質(zhì)的混合物)以極高的壓力注入地下頁巖層,使之破碎,頁巖層中游離和吸附的油氣資源隨即被抽取捕獲。

然而,數(shù)據(jù)分析顯示,俄亥俄州地下水系統(tǒng)每年所接納的壓裂液中,約有1 300萬桶來自相鄰的賓夕法尼亞州和西弗吉尼亞州。2015年約有55%的壓裂廢液來自于本州,而在此之前,來自外州的輸入則大于本州的輸入數(shù)量。

裝載有大量壓裂廢液的槽罐車在俄亥俄州的公路上奔馳著,前往廢棄的油井以將廢液注入,這些廢棄的油井多分布于俄亥俄州的東部及南部地區(qū)。分布于亞森縣(Athens County)的廢棄油井在2015年被注入了約400萬桶壓裂廢液,較2014年增加了110萬桶,接近40%的增量。亞森縣的居民擔(dān)心飲用水因此遭到污染,大量的廢液注入地下是否會(huì)引發(fā)地震,也引起了民眾的恐慌。經(jīng)過與有關(guān)部門的交涉后,當(dāng)?shù)鼐用袢詿o法將之拒之門外。

由于國際原油價(jià)格的持續(xù)低迷,2015年美國頁巖氣鉆探的進(jìn)度普遍放緩。據(jù)美國能源信息署(EIA)公布的數(shù)據(jù),全美目前的油氣鉆探井的數(shù)量已降至1987年以來的最低值。

盡管鉆井?dāng)?shù)量持續(xù)下降,然而單井的產(chǎn)能不降反升。為了追求單井產(chǎn)能,油田主傾向于水平距離更長的水平井鉆探,更長的水平段壓裂需要更多的壓裂液,這樣卻會(huì)導(dǎo)致更多的廢液產(chǎn)生。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

電子垃圾中蘊(yùn)藏著的“金礦”

隨著全世界出現(xiàn)的越來越多的電子垃圾,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),在這些電子垃圾中蘊(yùn)藏著儲(chǔ)量驚人的“金礦”,其資源量絲毫不遜于礦山開采所獲得的黃金。

據(jù)悉,若處理方法得當(dāng),在一百萬部廢棄手機(jī)中,可提取出50磅黃金和2萬磅銅。全世界每年產(chǎn)生約6 450萬t電子垃圾,其中只有不到40%得到有效的處理和回收。

在全世界產(chǎn)生電子垃圾最多的國家名單中,印度名列第三位。2014年印度產(chǎn)生了170萬t電子垃圾。電子垃圾的數(shù)量每天都在增加,在消耗了大量礦產(chǎn)品的同時(shí)也在不斷地污染地球的環(huán)境。如果按照這樣的速度繼續(xù)發(fā)展下去,2017年全世界電子垃圾的總重量將超過200座紐約帝國大廈的重量。

據(jù)統(tǒng)計(jì),約有70%的電子垃圾通過填埋法進(jìn)行處理,但垃圾中的重金屬元素將會(huì)污染地下水系統(tǒng)。僅有30%的電子垃圾得到循環(huán)回收利用。電子垃圾數(shù)量的不斷增加與人類的“貪婪”心理密切相關(guān)。例如,不斷更新?lián)Q代的新型智能手機(jī)使得大量功能尚可的老款手機(jī)紛紛提前“退役”。同時(shí),一些發(fā)達(dá)國家往往打著“二次利用”的旗號(hào),將大量的淘汰電子產(chǎn)品傾銷至發(fā)展中國家。

從電子垃圾中提取有用元素一般有兩種方法:一是焚燒提純法,二是高溫液體提純法。第一種方法在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣,且未燃燒完成的廢舊電子產(chǎn)品也會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)質(zhì)浮渣,超標(biāo)的含重金屬元素的廢渣廢液會(huì)對(duì)土壤等造成二次污染;第二種方法主要是用強(qiáng)酸性溶液將電路板中的貴金屬與硅片進(jìn)行分離,通過這種方法可以較好地提取電路板上的金、銀、銅等貴金屬元素。例如提煉PC電腦的CPU中的金元素,可將玻璃容器中倒上40%左右的硝酸,將拆解下來的CPU浸泡在容器當(dāng)中,直到腳針完全溶解,鍍金成針狀浮在溶液中,過濾后利用王水進(jìn)行二次提純,即可提取到金元素。

專家們表示,減少電子垃圾的產(chǎn)生最根本的方法是延長電子產(chǎn)品的使用年限。同時(shí),某種電子設(shè)備在某個(gè)特定的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)超過了服務(wù)年限,但在另一個(gè)領(lǐng)域或許還有使用價(jià)值。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國正遭遇1986年以來最嚴(yán)重的礦業(yè)失業(yè)潮

據(jù)美國勞工部近期發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2015年12月全美新增約29.2萬個(gè)勞動(dòng)力崗位,然而全美礦業(yè)領(lǐng)域卻遭遇連續(xù)12個(gè)月的用工崗位數(shù)下降。

數(shù)據(jù)顯示,2015年12月全美礦業(yè)領(lǐng)域的用工崗位數(shù)下降了8 000個(gè),而礦業(yè)和伐木業(yè)2015年的用工數(shù)則下降了13.1萬個(gè)。其中,礦業(yè)領(lǐng)域占據(jù)了12.9萬個(gè)。礦業(yè)用工數(shù)的減少,主要集中在一些支柱型的大型礦業(yè)企業(yè)。

美國勞工部稱,這是自2009年全球財(cái)政金融危機(jī)以來全美礦業(yè)領(lǐng)域遭遇的最大一次失業(yè)潮,上一次礦業(yè)領(lǐng)域失業(yè)潮可追溯到1986年。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,2015年是自1939年以來全美礦業(yè)領(lǐng)域遭遇的第三大失業(yè)潮。

然而據(jù)美國勞工部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,礦業(yè)領(lǐng)域從業(yè)者的收入?yún)s有了一定的增長。礦業(yè)工人每小時(shí)的平均薪酬為31.27美元,這一數(shù)字要比全美工業(yè)領(lǐng)域25.24美元/h的平均薪酬高了約24%。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

GPS黑客程序威脅著國家安全

隨著數(shù)字化生活的全面開啟,GPS(全球定位系統(tǒng))在人們的生活中正扮演著越來越重要的角色。小到車載GPS,大到國家安全防御體系,人們對(duì)于GPS的依賴程度已大大增強(qiáng)。但來自美國科內(nèi)爾大學(xué)和維吉尼亞理工學(xué)院的科學(xué)家對(duì)此不無擔(dān)憂,他們發(fā)覺,人們所熟知的已有十幾年發(fā)展歷史的電腦黑客程序正在一步步地入侵到GPS中。

據(jù)維吉尼亞理工學(xué)院的科學(xué)家布倫特·萊德維納(Brent Ledvina)介紹,大眾對(duì)于GPS在國家基礎(chǔ)性建設(shè)中的重要性可能并不知曉,而對(duì)于GPS所存在的一些漏洞可能則更為模糊。為了證實(shí)自己的觀點(diǎn),布倫特將某段黑客程序植入GPS后,該黑客程序隨即利用了GPS存在的漏洞對(duì)它進(jìn)行了攻擊。據(jù)布倫特介紹,目前大約有30顆GPS人造衛(wèi)星在圍繞地球旋轉(zhuǎn),GPS的接收器能夠從這些衛(wèi)星接收信號(hào),根據(jù)所接受信號(hào)所用的時(shí)間和信號(hào)源的方位,接受器最少可以用三顆衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行三角定位測量,用以精確定點(diǎn)。

在黑客程序的編寫者看來,對(duì)GPS進(jìn)行攻擊最簡易的方法就是想辦法讓信號(hào)系統(tǒng)堵塞,或者是制造出功率強(qiáng)于真實(shí)信號(hào)的假信號(hào)。在這種情況下,GPS接收器往往無法正常工作。

第二種攻擊方法,也更為陰險(xiǎn),通常被稱之為“電子詐騙”。在這種情況下,被攻擊的目標(biāo)并不知道GPS信號(hào)接收器所接收的是假信號(hào),因此在GPS信號(hào)接收器的電子屏幕上顯示的是錯(cuò)誤的時(shí)間和地理坐標(biāo)。布倫特指出,這種假信號(hào)設(shè)計(jì)得非常巧妙,有時(shí)候足以亂真。當(dāng)電子詐騙在實(shí)施攻擊時(shí),人們往往并不知情,因?yàn)橐磺卸寂c正常情況無異,但被攻擊目標(biāo)的時(shí)間和空間坐標(biāo)已被某些別有用心的人牢牢掌控著。一旦電子詐騙實(shí)施成功,會(huì)導(dǎo)致一系列災(zāi)難性的后果,飛機(jī)失事,電站損毀,銀行金融系統(tǒng)癱瘓,警用GPS監(jiān)控系統(tǒng)失效等等。

為了防止這種干擾信號(hào)威脅國家安全,軍用GPS信號(hào)都使用了加密技術(shù),從而能夠區(qū)分于假信號(hào),同時(shí)GPS信號(hào)接收器必須安裝解碼器才能夠有效地識(shí)別加密信號(hào)。但對(duì)于民用GPS而言,由于數(shù)量過于龐大,為其信號(hào)源加密是不切實(shí)際的,同時(shí),這也違背了GPS發(fā)明者的初衷,因?yàn)楫?dāng)初GPS的出現(xiàn)就是為了讓任何人在任何地方都可以接收到GPS信號(hào)。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

格陵蘭冰層分析推測未來氣候演化趨勢

隨著大氣層中溫室氣體含量的激增以及全球氣溫上升的趨勢,某科研機(jī)構(gòu)針對(duì)地球10萬年來的氣候變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,最近的一次間冰期(兩個(gè)冰期之間的時(shí)期)期間,地球的平均溫度比原先預(yù)計(jì)的要高,大氣溫度未來的變化趨勢很有可能維持一定的相似性。研究人員同時(shí)表示,南極洲西部大冰原的融化對(duì)于海平面上升的影響,要大于格陵蘭冰原的融化對(duì)于海平面上升的影響。

研究人員于近期登陸格陵蘭地區(qū)開展科學(xué)研究,并經(jīng)歷了一次罕見的現(xiàn)代冰川融溶事件。本次科研項(xiàng)目的帶頭人、哥本哈根大學(xué)的多斯·延森(Dorthe Dahl-Jensen)教授介紹,科研團(tuán)隊(duì)在冰蓋表層對(duì)平均溫度進(jìn)行了測量,測量結(jié)果出乎所有人的意料。

據(jù)介紹,格陵蘭地區(qū)降雨量極少,伊米亞間冰期(Eemian period)的降雨逐漸形成了地下的冰層。然而格陵蘭地區(qū)目前較高的表層溫度以及在未來50—100年所面臨的全球增溫環(huán)境,使得該地區(qū)可能經(jīng)歷與伊米亞間冰期相似的氣候條件。(注:伊米亞間冰期開始于13萬年前,結(jié)束于11.5萬年前。)

格陵蘭冰層經(jīng)歷了數(shù)千年積雪不斷的壓實(shí)作用而漸漸形成?？茖W(xué)家往往通過一系列的精確方法對(duì)冰層進(jìn)行研究,包括通過穩(wěn)定氫氧同位素的分析,推測古氣候溫度和濕度的變化趨勢。科學(xué)家利用激光對(duì)穩(wěn)定氫氧同位素進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)冰層中殘余的古大氣氣泡進(jìn)行分析,從而得出古氣候的變化曲線圖。