全国防灾减灾日

 

地球物理科技与我们

中国地震局地球物理研究所所长、研究员  吴忠良

  

  有一次,一位地球物理学家做关于“地球内部物理”的科普讲座。讲完后,听众中一位大妈站起来和蔼地说,“孩子,你讲的问题太‘深’了”。

  的确,深度2900千米左右的“核幔边界”,深度670千米左右的深源地震,深度200千米左右的“软流圈”,对于我们的日常生活来说,的确是“深”了一些。但一个不可不知的事实是,这些看上去很“深”的东西,恰在我们的日常生活中扮演着重要角色。

  从地面起算2900千米深度以下,据推测是液态的地球外核。正是在这个液态外核中,通过电磁流体的某种流动形成了“地球发电机”,形成了我们身边的地磁场。地磁场可是我们生活中不可或缺的东西,它作为一个屏障,保护我们不与来自太阳和太空的辐射进行致命的直接接触;它作为一个指南,给航空、航海(当然也包括导弹飞行)提供了方向;它作为一种“指示信号”,使地球物理学家可以通过微小的“地磁异常”找到地下的矿产。

  因此,如同我们脚下的国土,需要我们精细地画出它的行政区划图、地形图、交通图、人口分布图,……,我们国土上的地磁场、重力场,……,尤其是它们的变化,也需要通过精密的测量,进行系统性的标绘。其实,在全球化时代,只关注自己的国土是不够的。对中国这样一个正在由“大”变“强”、前所未有地接近世界舞台中心的大国,就更不能只关心自己的脚下了。

  而即使是在我们自己的脚下,也还有很多需要认真地对付的问题。——对,我想说的,就是地震。

  地震的分布,在空间上是有规律的,地球物理探测是揭示这种规律的重要手段。地震的发生,在比较长的时间尺度上,例如在百年尺度上、在十年尺度上、在年尺度上,也有很多科学认识:现在,百年尺度的地震危险性评估,可以服务于防灾;十年尺度的地震危险性评估,可以服务于备灾;年尺度的地震危险性评估,可以服务于减灾;地震发生后的灾害评估,则直接服务于救灾。比年尺度更短的时间尺度上的地震的规律性,现在的科学认识还很不够。地球物理是向这一世界性科学难题发起冲击的“主力部队”之一。

  从地震的震源所辐射出地震波,在穿过地球内部的过程中,也把地球内部结构的信息带给我们。如同钢琴调音师通过倾听音调来寻找钢琴中的瑕疵,地震学家可以通过分析和研究地震的记录来推测地球内部的结构。在2900千米深度以下可能是“液态地核”的推测,“液态地核”中还可能存在一个固态的“地球内核”的推测,以及地球的内核可能与地球本体具有不同的自转速度的推测,都主要来自对地震信号的分析。

  另一方面,地震信号的分析技术,在地下核试验的检测和识别中又具有独特的价值,为监测禁核试条约的履约而产生的(类似于“法医学”的)“法证地震学”,在国际政治中发挥着不可取代的作用。

  地球物理,与我们十分关切的能源、资源、环境、减灾、国防、安全,都有密切的关系;地球物理科技产品,在提供科技信息服务、社会安全服务、民生服务、国防和外交服务方面,具有重要的作用。也因此,地球物理科技的一个重要特点是,国家地球物理基础设施具有不可忽视的作用。显然,不是所有的学科都需要国家基础设施,但地球物理需要;不是所有的国家都需要国家地球物理基础设施,但中国需要;不是所有的时代都需要发展国家地球物理基础设施,但现在需要。

  从国家的角度,地球物理科技的一个重要的发展议程是,一方面,要紧紧地将核心技术掌握在自己手中,形成与国家地位相称的自主创新能力,并为全国地球物理科技的发展提供平台和共享资源;另一方面,要关注和发展下一代关键技术,占据地球物理科技发展的“制高点”。

  这里特别强调一下基础研究。汶川地震的抗震救灾中,我们对地球物理基础研究的意义有了更深刻、更直接、也更痛切的认识。地震之前,一些长期从事的基础研究,并不被广泛地了解和认可,“有什么用处”是经常提出的问题。但恰恰是那些看上去“似乎没什么用”的基础研究,在抗震救灾的关键时刻,发挥了重要作用。其实,这种教训在其他领域也有很多。任何突破性的东西,都需要长期努力,而且必须以大量的探索和积累作为必要的成本,否则,也就不能称其为“创新”了。这是科技发展的客观规律,违背了这一规律,就要受到惩罚。在汶川地震的抗震救灾中,比前面“无意插柳”更具教育意义的是,那些在工作中“卡脖子”的事情,恰恰是那些平时很多人认为“似乎还看不出多少创新性”的“坐冷板凳”的基础性工作。

  现在,科技发展日新月异、国际形势错综复杂,地球物理科技一定要保证自己对科技发展中的机遇和挑战、对重大的和紧迫的国家需求有充分的准备和足够的反应能力。为此,要进一步解放思想,开动脑筋,开阔视野,加强对基础科学问题的“攻击性”,解放我们的创造力。我们要对交叉学科问题给予充分的关注。这不仅是因为交叉学科是当代科学发展的主流,而且是因为地球物理作为面向地球内部的最有效的探测手段,已经拥有了和地球科学中几乎所有学科直接“对话”的“资本”。我们要充分重视我国地球物理科学的长期积累。如果说老一辈的贡献之一是为后人铺路,那么我们在继续为后人铺路的同时,也已经开始有机会收获老一辈专家种下的果实。将数据积累的“世纪优势”转化成对长时间尺度的地球物理过程进行实证研究的“世界优势”,应该是年轻一代地球物理专家的重要使命。我们要充分重视地球物理科学的基本问题,而不是简单地“跟踪国际潮流”,因为只有关注基本问题,我们的思考、我们的工作才会有原创性,我们才会有自己的独立思想,才能提出自己的东西、才能真正发挥引领作用。

  当年周总理在邢台地震现场的部署,和他所提出的科技发展的战略思路,至今仍具有指导性。我们要像周总理要求“抓住邢台不放”那样,对新的地震、新的震情,开展“观测密集型”的研究和“科技密集型”的监测。我们必须“抓住”那些发生在自己“家边”的地震,不仅是因为我们肩负着防震减灾的社会责任,而且是因为纵观地球物理科学的发展历史,很多重要的进展都来自与地震的“近距离亲密接触”。

  地球物理科技的“国家队”,还要像军队准备打仗那样,以面向大震巨灾风险的科技准备为目标,提升科技能力、加强系统建设。

  科技成果转化是地球物理科技发展的重要环节。科技成果转化本身也是一项科技含量很高的工作,没有现代化的管理和专业化的转化机制,基础研究成果不可能“自动地”转化为服务防震减灾的科技产品。“两弹一星”元勋、地球物理研究所第一任所长赵九章院士早就指出,地球物理科技要走“数理化、工程化、高技术化”的道路。当前地球物理科技的一个重要的发展议程,就是科技成果转化的总体设计、长远规划、体系建设、质量保证。要像发展武器装备那样,“应用一代、试验一代、研发一代、探索一代”,促进实现“科学到技术、技术到能力、能力到服务、服务到效益”的转化。

  在这种成果应用和转化中,基础科学研究的“巴斯德象限”,就是从应用当中提出的基础科学问题,特别值得关注。充分关注我国防震减灾的实际问题和社会需求,不仅是因为中国的问题只能由我们中国人自己来解决,而且是因为科学研究中有意义的科学问题常常来自实践。现在,中国的发展和中国的问题,是世界上任何其他国家和历史上任何其他时代所没有的,而从国际地球物理科学的参考系中看,越是“本土”的问题,就越有可能做出“全球性”的贡献。

                                              

 (该文部分内容经整理后刊发于《紫光阁》杂志2017年第2期) 

 

 

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