-纳米地球,新奇世界
作者:琚宜文
发布时间:2020-09-30
浏览次数:548
-纳米地球,新奇世界

纳米科技是当今世界科技前沿中最为活跃的研究领域之一,具有前沿性、交叉性和多学科特征。目前,已在化学、物理学、生物学、医学、材料学和微电子学等领域取得了令人瞩目的成就。近些年来,地球科学家们也认识到纳米科技在地球科学中的发展潜力。

纳米地球,新奇世界。从纳米“世界”观地球,便成为纳米地球科学(简称纳米地学)工作者的梦想!

地球科学经过几百年的发展,在宏观和微观领域已经取得了重大进展。伴随着科技的巨大进步,地球科学逐渐向更宏观和更微观两个明显的方向发展: 行星地学和纳米地学。由于纳米颗粒和纳米孔隙具有显著的特有属性,研究地球各圈层作用过程中纳米颗粒与纳米结构的形成机理、演化机制和聚集状态具有重要的科学价值。

“嫦娥奔月”工程首席科学家欧阳自远院士同样指出:“纳米地球科学将是地球科学研究的一条必经途径”;曾任美国矿物学会和地球化学学会主席的M. F. Hochella教授认为:“纳米技术将为地球科学带来一场新的革命”。因此,我们认为,在跟踪世界地学的发展趋势中,要更加清醒地认识到新阶段赋予纳米地球科学领域的重任。

纳米科技的研究是国际当前的研究热点,它使人类在认识自然与改造自然方面进入了一个新层次,即从微米级层次深入到纳米级层次,也使地球科学家认识与改造自然界的能力进入一个新层次。

纳米科技将会为 21 世纪地球科学的发展带来新的飞跃,从而获得地球科学在纳米尺度上的重大突破。早期地学科技工作者已将纳米科技引入地球科学的分支领域,并分别对纳米岩矿、纳米地球化学、纳米构造地质、纳米能源地质以及纳米矿床等方面进行了不同程度的研究,主要探讨了地球科学领域中出现的相关科学问题,但是对矿物的微观形成机理、微量元素的迁移路径、超微观构造的深入认识、纳米微粒与纳米孔隙对地球资源、灾害与环境的影响以及大气与海洋纳米地学的发展等方面还缺乏细致的了解,因此纳米地球科学的发展前景非常广阔。

值得关注的是,近些年来,欧美、中日韩等国地球科学家对地球系统岩矿中纳米颗粒 的 动 力 弱 化 作 用 、纳米粒子有序堆叠作用、次生黏土涂层作用,尤其是对受构造变动引起的岩石矿物纳米尺度变形作用和变质作用等,从纳米效应精细研究各种地质、岩矿和地球化学现象的形成机理、模式范式,把地球科学推向以最小载体萃取最大限度信息密度的所谓载体革命的范畴,此为当代科技发展的必然趋势。

目前,我国经济飞速发展,国家对能源、矿产资源和水资源的需求日益增长。其中,由于不断增加的环境压力,我国需要发展低碳能源,尤其是资源非常丰富且与纳米颗粒和纳米孔隙有关的非常规能源。以非常规天然气开发为例,非常规天然气主要包括页岩气、致密砂岩气和煤层气,大都赋存在微纳米孔隙结构中。

纳米地球科学的发展有助于人们用新技术、新方法来开发利用新能源与新材料,如非常规油气、天然碳结构材料,隐伏纳米金属与非金属矿床等,弥补了常规能源与矿产资源的不足,增强了国家战略储备能力。

纳米科技给予地学新的启示:宇宙大爆炸与地球形成的关系,行星、陨石、流星对地球撞击引起的影响及后果;金属和非金属矿产的形成,非常规油气的聚集; 宇宙“黑洞”、深海“黑烟囱”和“白烟囱”的形成;煤及磁黄铁矿的自燃,粉尘引起的爆炸;热力学计算中溶质趋于零时的异常曲线,新矿物材料的研制等,都可基于纳米理论进行发展。

纳米科技在地球科学中的应用异常广泛,各分支学科均可在纳米理论的指导下取得突破性的进展。纳米矿物学及纳米级矿物颗粒的开发利用是矿物学发展史上的又一突破性进展,是纳米地球科学的支撑理论之一;纳米岩石学将为岩石学家展开纳米级尺度观测的新视野;纳米地球化学将向活化、迁移和富集过程的微观机制迈步;纳米构造地质学为超微尺度构造的研究提供了方法和依据;随着纳米科技在地学领域的发展和应用,矿床学也必定会以自身独特的优势取得里程碑式的进展;纳米科技在能源问题尤其是非常规能源方面具有很好的发展前景; 纳米地震地质学有望在地震突发机制方面获得突破。

纳米科技作为最有发展前景的前沿科学之一,与地球科学相结合,产生了许多令人意想不到的结果,碰撞出了耀眼的科学火花,让纳米地球科学家们眼前一亮。纳米地球科学现在处于起步阶段,却有着巨大的发展前景;相信 21 世纪地球科学的飞跃关键在于纳米地球科学,纳米地学时代已经到来!

 

(作者系中国科学院大学长聘教授)



关注【深圳科普】微信公众号,在对话框:
回复【最新活动】,了解近期科普活动
回复【科普行】,了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】,了解最新科普研学营
回复【科普课堂】,了解最新科普课堂
回复【科普书籍】,了解最新科普书籍
回复【团体定制】,了解最新团体定制活动
回复【科普基地】,了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】,学习观鸟相关科普知识

听说,打赏我的人最后都找到了真爱。