“人生七十古來稀”，在我從事地學(xué)研究五十年之際，《科技日?qǐng)?bào)》記者約我撰文談一下我的研究體會(huì)。在要退居“幕后”時(shí)我梳理了一下思緒，借此機(jī)會(huì)對(duì)后來者說幾句自認(rèn)為很要緊的話。以下的討論分為四個(gè)方面。
如何看待人類對(duì)地球資源開發(fā)的依賴
近年來，關(guān)于“第六次科技革命”在媒體上已經(jīng)說得很多了?！靶畔r(shí)代”、“納米時(shí)代”、“生物工程”、“海洋工程”等新的科技名詞已經(jīng)家喻戶曉。雖然地球科學(xué)在“第六次科技革命”中很少有人提及，不過，“新能源”卻是當(dāng)今備受關(guān)注的科技革命議題。有了新能源，社會(huì)進(jìn)步才能走入新時(shí)期。
在原始社會(huì)，人類不懂得利用能源，后來進(jìn)入了農(nóng)牧社會(huì)，人們學(xué)會(huì)了利用太陽能和流水的重力勢能，并且學(xué)會(huì)了用銅、鐵等礦物資源制作工具。當(dāng)西歐大規(guī)模開采煤炭并用于蒸汽機(jī)動(dòng)力時(shí)，揭開了工業(yè)文明嶄新的一頁。19世紀(jì)末，石油的開發(fā)使工業(yè)文明進(jìn)入高峰期，以至于現(xiàn)今的城市一天也離不開汽油。
我們國家能源結(jié)構(gòu)的情況是，90％以上來自煤炭、石油、鈾礦等不可再生的地球資源，這種格局的根本改變，至少需要50年的時(shí)間。我國的煤礦儲(chǔ)量90％以上集中在北方，在50年內(nèi)可以保證供應(yīng)，但是目前地下煤礦的現(xiàn)代化開采不僅成本高，而且耗費(fèi)大量水資源。北方地區(qū)的水資源本來就匱乏，生態(tài)環(huán)境很脆弱，如果加大煤礦開發(fā)的力度，就很可能導(dǎo)致該地區(qū)荒漠化加劇，結(jié)果得不償失。
全世界的石油、天然氣儲(chǔ)量也許還可能再用50年；但是，中國當(dāng)前一半的油氣已經(jīng)靠進(jìn)口，一旦世界發(fā)生戰(zhàn)亂，或者全球性的石油危機(jī)，后果則不堪設(shè)想。近年來，在我國西北幾個(gè)盆地中已發(fā)現(xiàn)多個(gè)大型、特大型砂巖鈾礦，它鼓舞了不少核專家發(fā)展核電的熱情。但是，即使大力推廣核電以代替煤電，50年后，核電對(duì)能源工業(yè)的貢獻(xiàn)也不可能超過煤電；何況今年日本東海岸大地震所導(dǎo)致的核電站泄漏事件，以及核廢料處理問題的復(fù)雜性，總使人們對(duì)核電安全產(chǎn)生疑慮。另外，地球資源開發(fā)及其產(chǎn)品的利用在不同程度上所造成的環(huán)境污染，亦為民眾（尤其是城市居民）深惡痛絕。
人類文明發(fā)展到今天，正處于能源開發(fā)上的兩難境地。擺脫困難靠的不是計(jì)謀或策劃，而是社會(huì)精英的責(zé)任感和智慧。從物理學(xué)上看，能量分為：勢能、動(dòng)能、熱能、聲能、光（電磁）能、核能及化學(xué)能七大部類，對(duì)應(yīng)的能源可分為物質(zhì)能源及非物質(zhì)能源兩大類。人類可利用的能源最終取自自然界。在自然界，聲能與打雷、閃電、暴風(fēng)驟雨、潮汐、火山、地震等伴生。但是，由于人類還無法準(zhǔn)確預(yù)測這些突發(fā)事件，因此，聲能的利用目前還只能忽略不計(jì)。在自然界，動(dòng)能與刮風(fēng)、潮汐、火山、地震等伴生，但由于人類還無法準(zhǔn)確預(yù)測火山、地震，目前主要可利用的動(dòng)能是風(fēng)能與潮汐能量；其實(shí)，風(fēng)能來自太陽能，潮汐能來自月球引力勢能。自從水車發(fā)明之后，重力勢能就開始為人類所用，從原理上說，水力發(fā)電并不是能源的創(chuàng)新，而只是能源轉(zhuǎn)換的創(chuàng)新；因此，電動(dòng)汽車使用的也不是真正的“新能源”，因?yàn)殡娏κ褂玫亩嘣茉?，其中主要成分為舊能源。日出日落，周而復(fù)始，古人認(rèn)為，太陽的能量是可以再生的；但據(jù)推測太陽能與100億年前相比，至少衰減了幾十個(gè)級(jí)次，實(shí)質(zhì)上仍然是不可再生的。對(duì)人類而言，太陽就是光明的象征，給予人類的不僅有免費(fèi)的光能、熱能和核能，還有次生的風(fēng)能和儲(chǔ)存在生物體內(nèi)的各種能源。從廣義上說，煤和石油也是史前地球內(nèi)儲(chǔ)藏的太陽能轉(zhuǎn)化為物質(zhì)能源的副產(chǎn)品。在沙漠中鋪設(shè)硅板，到海邊建設(shè)大風(fēng)車，擴(kuò)大收集太陽能的規(guī)模，提高采集、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和利用太陽能的效率，仍然是當(dāng)前工程科學(xué)長期奮斗的目標(biāo)之一。但是，太陽是“天”，人永遠(yuǎn)勝不了“天”。自稱“人定勝天”的人一定是個(gè)不可救藥的“自大狂”。太陽有100億年的歷史，人類只存在了幾萬年，人類有什么能力能夠戰(zhàn)勝太陽？這就是說，太陽能的利用具有規(guī)律性，但也具有不可控制性。農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)都是利用太陽能的典范，人類根據(jù)太陽能的規(guī)律性，創(chuàng)造出循環(huán)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)模型，也根據(jù)其不可控制性建立了消災(zāi)減災(zāi)、持續(xù)發(fā)展的社會(huì)制度和運(yùn)作模式?，F(xiàn)代人當(dāng)然不會(huì)滿足于已有的成就，總是想通過發(fā)明一個(gè)機(jī)器100％地利用太陽能，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。不過，對(duì)此我們還要等待相當(dāng)長的時(shí)間，至少在21世紀(jì)物質(zhì)能源仍然不可取代。
“能源資源”這個(gè)詞，講的主要是物質(zhì)能源。例如，“能源危機(jī)”一詞中的能源，就與太陽能等非物質(zhì)能源無關(guān)。免費(fèi)的再生能源會(huì)有什么危機(jī)？危機(jī)的只是用作燃料的物質(zhì)能源，包括：固體的動(dòng)植物材料、礦物資源（如煤、鈾礦），和流體形式的各種碳?xì)浠衔?，如石油、天然氣，沼氣和水合物（又稱可燃冰）等?！般@木取火”中用的木，是人類利用物質(zhì)能源的第一種原料。400年前的工業(yè)化始于人類大規(guī)模利用地球礦物能源，后來又以利用油氣資源而達(dá)到工業(yè)文明的頂峰；但是，人類一直沒有找到一種完善的循環(huán)利用這些地球資源的方法，使這些被利用后的物質(zhì)進(jìn)入地球循環(huán)的自然過程，讓自然吸收和消化這些不再具能量價(jià)值的廢棄物質(zhì)。于是，只好放任它去惡化人類的生存環(huán)境，破壞生命依屬的生態(tài)。所謂的“能源危機(jī)”，要害在人類要把地球幾億年來逐漸積存的物質(zhì)能源在500年內(nèi)濫用殆盡，而又放棄使地球物質(zhì)循環(huán)并得到新生的義務(wù)。如果按照這條思路繼續(xù)去掠奪地球，例如找月球上的氘和氚，或者去燒海中的水合物，這樣做，只能加速地球上所有生命的老化和滅亡。
我要表達(dá)的觀點(diǎn)可以簡述如下：現(xiàn)在媒體呼吁的所謂“新能源”，只是一個(gè)時(shí)髦而模糊的概念，常常被一些頭腦過分“機(jī)靈”的外國政客拿來“忽悠”民眾。即使很快發(fā)明出“新能源”也不可能在21世紀(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物質(zhì)能源，并在社會(huì)進(jìn)步中發(fā)揮主導(dǎo)作用。但是，目前人類對(duì)物質(zhì)能源無限制、無序的開發(fā)利用，破壞了人類社會(huì)進(jìn)步的可持續(xù)發(fā)展，也是有識(shí)之士所不能容忍的。在繼續(xù)提高太陽源釆集、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存的使用效率以減緩不可再生物質(zhì)能源開發(fā)速度的同時(shí)，應(yīng)致力于綠色礦業(yè)建設(shè)，研發(fā)物質(zhì)能源綜合利用和循環(huán)利用的方法，加強(qiáng)物質(zhì)能源保護(hù)和有限度開發(fā)的規(guī)劃，促使人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和文明進(jìn)步。
還要補(bǔ)充的一點(diǎn)是，地球表面雖然不像太陽那樣燃燒發(fā)光，但也是主要的能源載體，在重視免費(fèi)的太陽能的同時(shí)，也要重視免費(fèi)的地球能。在地球內(nèi)部，巨大的能量庫被厚達(dá)2900公里的地幔巖石封存在地球外核之中，那里為溫度高達(dá)3000℃的翻騰巖漿所占據(jù)，巖漿渦流產(chǎn)生了地球磁場，證實(shí)了這一能量庫的存在。地球發(fā)生的驚天動(dòng)地的地質(zhì)作用，其動(dòng)力都來源于這個(gè)地核中的能量庫。這個(gè)能量透過地幔流體滲入地殼，亦可以為人類使用。人類要是能夠安全地開發(fā)封鎖在地球內(nèi)部的能量，至少還可以利用25億年。開發(fā)地?zé)嵩础⒏蔁釒r能源只不過是利用它的九牛一毛，微不足道。長白山、騰沖等休眠火山下方5公里處都有巖漿房。儲(chǔ)存的熱能和動(dòng)能不亞于長江三峽的水力勢能，如能用來發(fā)電，既環(huán)保又可降低火山爆發(fā)的危險(xiǎn)性。地球內(nèi)部還含有大量的甲烷等天然氣體，它們?cè)丛床粩嗟厣氲貧?，我們的研究?duì)此還關(guān)注很少。我們期待人類今后能更加啟迪智慧，高效地開發(fā)利用這些源源不斷的地下能源資源。
怎樣看待中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性
1904年，中了舉人的青年李四光從湖北來到京城，興沖沖地準(zhǔn)備考進(jìn)士，沒想到，光緒皇帝取消了科舉，他被送到日本學(xué)習(xí)造船專業(yè)。四年之后，他學(xué)成回國，卻又發(fā)現(xiàn)中國當(dāng)時(shí)還沒有工廠制造巡海大輪船，無法學(xué)以致用。失望之余，李四光想到中國地大山多，不如改學(xué)地質(zhì)學(xué)，回國后總會(huì)有用場，于是，他又前往英國學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)。學(xué)成回國后，他當(dāng)了北京大學(xué)地質(zhì)系教授，通過到全國各地地質(zhì)考察，他總覺得西方地質(zhì)學(xué)不能完全解釋中國大地上出現(xiàn)的一些地質(zhì)現(xiàn)象。因此，在廬山舉辦的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，李四光與美國的地質(zhì)學(xué)權(quán)威人土葛利普教授大吵了一架。
科學(xué)的精神在于理性的證明，而反對(duì)盲從。解放前的中國地質(zhì)學(xué)家無一不是外國老師的“徒子徒孫”，他們中有不少人努力用西方地質(zhì)學(xué)理論去解釋中國發(fā)生的地質(zhì)演化作用，也發(fā)現(xiàn)過一些疑點(diǎn)。但是，只有李四光敢站出來公開與老外質(zhì)疑和辯論，而不被某些老外所“忽悠”。但是，中國地質(zhì)構(gòu)造特殊性的問題，一直浮現(xiàn)在許多中國地質(zhì)學(xué)家的腦海中。李四光、黃汲清、陳國達(dá)等老一輩科學(xué)家都曾提出過自己獨(dú)特的學(xué)說，試圖對(duì)這一問題給出令人信服的答案。在20世紀(jì)60年代，作為物理學(xué)革命最后一波的“板塊構(gòu)造理論”，把傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)提升到一個(gè)新的高度，不少地質(zhì)學(xué)家又努力套用新的理論去解釋中國的地質(zhì)現(xiàn)象，發(fā)表了大量的論文。但只有少數(shù)人在關(guān)注板塊理論沒有說明或說明不了的特殊地質(zhì)現(xiàn)象，他們的默默思考，才是理論上創(chuàng)新的胚胎。
30年前，教授我板塊構(gòu)造理論的也是外國老師，以后也覺得源于海洋探測成果的板塊構(gòu)造理論并不能完全解釋中國地質(zhì)構(gòu)造的問題。但是，我沒有像李四光先生那樣向老外“叫板”的勇氣。我曾用7年的功夫搜集證據(jù)，證明原先認(rèn)為“在拉張區(qū)最上地幔地震反射透明，即最上地幔組構(gòu)相對(duì)均勻”的觀點(diǎn)有誤，論文最終得到西方學(xué)者的普遍認(rèn)可。那么中國及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的特殊性體現(xiàn)在哪里？我在《東亞古特提斯域大地構(gòu)造物理學(xué)》（石油工業(yè)出版社，2008年出版）一書中，證明了認(rèn)識(shí)“古大陸邊緣”這一構(gòu)造單元的重要性。
3億年以前，現(xiàn)今中國地域還是一片茫茫大海，只有塔里木、柴達(dá)木上方有幾個(gè)孤島。到了2.5億年以前，華北和華南兩個(gè)古老大陸碎塊（即克拉通）從南半球漂移到中國的地域。2億年以前，塔里木、柴達(dá)木、華北、華南四個(gè)陸塊開始連接在一起，逐漸形成中國大陸的骨架。1.5億年以前，羌塘和拉薩兩個(gè)陸塊離開了澳洲和非洲，向北漂移，逐漸加入到中國大陸的版圖之內(nèi)。在3-1億年前這2億年內(nèi)，中國由海變陸，完全處于大陸邊緣的環(huán)境之中，和今天西南太平洋—印度洋所處的地質(zhì)環(huán)境類似。中國的一多半地域原處在古代的大陸邊緣，經(jīng)壓縮抬升為陸地之后的構(gòu)造單元，我稱為“古大陸邊緣”，這便是對(duì)板塊構(gòu)造學(xué)說的補(bǔ)正和完善。在板塊構(gòu)造學(xué)說之前，黃汲清先生把這種特殊的地質(zhì)構(gòu)造單元稱為“活化地臺(tái)”，陳國達(dá)先生把它稱為“地洼區(qū)”。
在板塊構(gòu)造學(xué)說之中，早已把“大陸邊緣”作為一種特殊的大地構(gòu)造單元提了出來，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種構(gòu)造單元的重要性。我從青海、甘肅、四川的實(shí)際考察和資料分析中，看到這里的部分地層經(jīng)歷了后期地質(zhì)作用的變形，并且從海底上升到地面，甚至拱成為高山。但是，大陸邊緣海（如現(xiàn)今南海、日本海）的沉積環(huán)境清晰可辨，從海洋到陸地的地質(zhì)作用一層層展現(xiàn)在我的面前。在藏北、內(nèi)蒙、東北及東南沿海，也到處可見類似的地層，和近2億年來在大陸邊緣沉積作用、火山作用、巖漿運(yùn)動(dòng)留下的“指紋”。在這里還可以見到新奇的礦產(chǎn)類型，大都與古大陸邊緣特殊的地質(zhì)作用密切相關(guān)。因此，我形成了一個(gè)學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，即，中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性在于古大陸邊緣分布面積廣大，這些古大陸邊緣不歸屬于傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)中的造山帶，而是與“克拉通”和“造山帶”并列的大地構(gòu)造單元。認(rèn)識(shí)古大陸邊緣的發(fā)育、形成、變形、演化與礦產(chǎn)形成，乃是了解中國地質(zhì)構(gòu)造的“鑰匙”。而且，只有通過全球地質(zhì)構(gòu)造的對(duì)比分析，才能把握中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性。
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