把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上

郭友釗

王學(xué)求博士是自然資源部地球化學(xué)探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、聯(lián)合國(guó)教科文組織全球尺度地球化學(xué)國(guó)際中心常務(wù)副主任兼首席科學(xué)家、全球地球化學(xué)基準(zhǔn)委員會(huì)主席、九三學(xué)社中央委員會(huì)委員。最近，王博士率領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)就工業(yè)4.0、關(guān)鍵資源、關(guān)鍵元素提出了許多新見(jiàn)解，涉及我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。為此，我專(zhuān)門(mén)拜訪了王博士，圍繞工業(yè)4.0時(shí)代的關(guān)鍵資源、關(guān)鍵元素進(jìn)行訪談。

問(wèn)：今年春節(jié)前拜讀了您主編的《地球?qū)W報(bào)》“關(guān)鍵資源地球化學(xué)勘查”專(zhuān)輯，見(jiàn)到化學(xué)元素周期表上多種元素在中國(guó)的分布成為“封面故事”，新穎別致，也令人浮想聯(lián)翩?，F(xiàn)就有些我關(guān)心也是許多讀者關(guān)心的問(wèn)題，向您請(qǐng)教。首先，我感動(dòng)于“把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上”，您與您率領(lǐng)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)是如何響應(yīng)國(guó)家號(hào)召的？

王學(xué)求：對(duì)于“把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上”，我認(rèn)為有三層含義：一是科學(xué)是無(wú)國(guó)界的，但科學(xué)家是有祖國(guó)的，所以研究成果首先應(yīng)該服務(wù)于祖國(guó);二是我們所做的研究成果是基于全國(guó)范圍的野外采樣調(diào)查工作，獲得的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，繪制出元素周期表上76種化學(xué)元素的全國(guó)地球化學(xué)圖，從這個(gè)意義上說(shuō)是把76種元素空間分布繪制在中國(guó)大地上;三是這個(gè)專(zhuān)輯是針對(duì)關(guān)鍵元素與關(guān)鍵資源勘查，本專(zhuān)輯大部分成果都是基于高質(zhì)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的高水平成果，作者放棄在國(guó)外雜志發(fā)表，而在中文雜志上首發(fā)，這樣中文讀者不但可以第一時(shí)間讀到論文，也更便于理解，可能就會(huì)第一時(shí)間產(chǎn)生效益。

問(wèn)：這批寫(xiě)在祖國(guó)大地上的論文，關(guān)鍵詞為“工業(yè)4.0”“關(guān)鍵資源”“關(guān)鍵元素”“超常富集”“地球化學(xué)勘查”“深部探測(cè)”等，都是讀者感興趣的問(wèn)題。人類(lèi)社會(huì)從石器、銅器、鐵器時(shí)代走來(lái)，足見(jiàn)社會(huì)發(fā)展依賴(lài)自然資源。可否稍詳細(xì)一些，談?wù)劰I(yè)3.0、2.0、1.0以及農(nóng)業(yè)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵資源和關(guān)鍵元素？

王學(xué)求：關(guān)鍵資源在不同的人類(lèi)歷史階段是不同的。今天以人工智能、清潔能源、信息技術(shù)、基因技術(shù)等為主的第四次工業(yè)革命，即“工業(yè)4.0”時(shí)代，低碳或無(wú)碳能源的稀土、鋰、鈾、鈷、石墨等，先進(jìn)制造需要的鈹、鎂、鋁、鈦、釩、錳、鉻、鋅、鋯、鉿、鉬、稀土、鉑族元素、金、銀、銅、鐵等，電子產(chǎn)品使用的硅、鎵、鍺、砷、碳等成為必不可少的關(guān)鍵資源。回溯到以蒸汽機(jī)為代表的第一次工業(yè)革命時(shí)代，煤炭和鐵是關(guān)鍵資源;以電氣為代表的第二次工業(yè)革命，石油、天然氣以及用于鋼鐵生產(chǎn)的鉻、鎳、錳等是關(guān)鍵資源;以計(jì)算機(jī)為代表的第三次工業(yè)革命，除了使用傳統(tǒng)的石油、天然氣等化石能源以外，核能源的鈾，計(jì)算機(jī)材料的硅、鎵、鍺、鉑族元素、金等是關(guān)鍵資源。再向前回溯到公元前8000年左右開(kāi)始的新石器時(shí)代，陶土就是關(guān)鍵資源;公元前4000年開(kāi)啟的銅器時(shí)代，銅、錫是關(guān)鍵資源;公元前1000年左右開(kāi)啟的鐵器時(shí)代，鐵是關(guān)鍵資源。資源是由化學(xué)元素構(gòu)成的，構(gòu)成工業(yè)4.0時(shí)代的關(guān)鍵資源的物質(zhì)成分由56種元素組成，這56種化學(xué)元素被稱(chēng)為關(guān)鍵元素，是現(xiàn)代制造、低碳能源、電子產(chǎn)品、國(guó)防安全必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。我們地球化學(xué)工作者，就是要把這56種關(guān)鍵元素，通過(guò)系統(tǒng)的采樣和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，繪制出地球化學(xué)圖，按圖溯源去發(fā)現(xiàn)這些礦產(chǎn)資源。就像人們每天用地圖導(dǎo)航一樣，去找到目的地。

問(wèn)：您在該專(zhuān)輯的主編寄語(yǔ)中對(duì)比了于2016年前后的中國(guó)與美國(guó)、歐盟在關(guān)鍵資源與關(guān)鍵元素方面的異同，是否暗示三者之間工業(yè)版本的不同？或者發(fā)展的水平有差異？

王學(xué)求：美國(guó)、歐盟和中國(guó)代表了目前工業(yè)4.0時(shí)代的三個(gè)最大經(jīng)濟(jì)體和科技前沿，總體上對(duì)關(guān)鍵資源的需求是一致的，比如低碳能源所需要的金屬鈾、鋰、鈷、稀土等。差異主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是關(guān)鍵資源的供應(yīng)能力或緊缺狀態(tài)，即是否存在供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)或被卡脖子;二是關(guān)鍵資源勘查開(kāi)采利用的技術(shù)水平，實(shí)際上這與工業(yè)制造能力、產(chǎn)業(yè)鏈分工和發(fā)展水平有關(guān)。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)歷了200多年的三次工業(yè)革命的完整過(guò)程，把制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈最前端的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家，供應(yīng)與需求分工明確，沒(méi)有卡脖子的問(wèn)題。中國(guó)從新中國(guó)成立才開(kāi)始工業(yè)革命，改革開(kāi)放后加速追趕，是第一次、第二次、第三次工業(yè)革命的疊加發(fā)展，構(gòu)筑了相對(duì)完整的從資源開(kāi)發(fā)直到工業(yè)制造的產(chǎn)業(yè)鏈。在第四次工業(yè)革命到來(lái)之際，中國(guó)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家并駕齊驅(qū)進(jìn)入第四次工業(yè)革命先進(jìn)行列，對(duì)關(guān)鍵資源的需求具有共性，因此，產(chǎn)業(yè)鏈的完整和安全就顯得尤為重要。而關(guān)鍵元素的調(diào)查、關(guān)鍵資源的勘探與開(kāi)發(fā)，則是建立完整產(chǎn)業(yè)鏈的先行者。

問(wèn)：我國(guó)的自然資源具有特殊性，其形成于我國(guó)特定的自然環(huán)境中，其可利用性也與我國(guó)社會(huì)及文化的發(fā)展密切相關(guān)。您及您的同事，在我國(guó)的地球化學(xué)勘查領(lǐng)域取得諸多方面的卓著成就，例如，在科學(xué)方面，發(fā)現(xiàn)元素的遷移具有規(guī)律性、空間的分布具有結(jié)構(gòu)性，創(chuàng)建了穿透性地球化學(xué)理論，并因此在應(yīng)用方面發(fā)明了穿透性地球化學(xué)勘查技術(shù)。從地下深處到地表，這種可遷移的元素及其組合的地球物質(zhì)狀態(tài)是什么？如納米金屬顆粒是呈氣態(tài)、液態(tài)、固狀還是離子態(tài)？其動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的特征是什么？影響因素是什么？也就是它們從地下深處為何能夠垂直或者沿?cái)嗔衙孢w移到地表？為何還會(huì)超常富集？

王學(xué)求：地球化學(xué)是一門(mén)相對(duì)年輕的學(xué)科，中國(guó)在20世紀(jì)50年代初期才開(kāi)始從事礦產(chǎn)勘查地球化學(xué)研究，經(jīng)歷近30年的研發(fā)，80年代初期才開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用，即大家都知道的“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”。這個(gè)計(jì)劃取得成功的最主要標(biāo)志是發(fā)現(xiàn)了近1000處金礦，特別是河南熊耳山-小秦嶺、黔西南、甘南-川西北-西秦嶺、東天山-北山等一系列大型超大型金礦的發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)成為我國(guó)繼膠東以后最重要的幾個(gè)大型金礦基地，為中國(guó)80年代經(jīng)濟(jì)騰飛、換取外匯作出了特殊貢獻(xiàn)。為什么金礦地球化學(xué)勘查取得成功？核心是解決了兩項(xiàng)科技難題：一是發(fā)明了低痕量金分析技術(shù)難題，發(fā)明了活性炭預(yù)富集光譜分析和原子吸收分析技術(shù)，使金的檢出限降到0.3ng/g，使得全國(guó)一批肉眼無(wú)法辨認(rèn)的低含量金異?？梢匀Χǔ鰜?lái);二是發(fā)現(xiàn)金呈超微細(xì)顆粒存在，可以從礦體到土壤再到水系沉積物中長(zhǎng)距離遷移，打破了以往認(rèn)為金是惰性的、不可能長(zhǎng)距離遷移的傳統(tǒng)理論，建立了全新的金地球化學(xué)異常形成機(jī)理和采樣理論，并為金標(biāo)準(zhǔn)樣制備提供了理論依據(jù)。2000年以后，納米科學(xué)和觀測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)超微細(xì)金主要是呈納米金顆粒存在，納米金幾乎不受重力影響，并可以穿透礦體上覆巖石和土壤孔隙到達(dá)地表，在地表分離和捕獲納米金用于直接尋找深部金礦，這就是穿透性地球化學(xué)誕生的基本原理。當(dāng)然，對(duì)在自然界呈化合物形式存在的化學(xué)元素，如鈾主要是呈絡(luò)陽(yáng)離子形式存在和遷移，它的垂向遷移距離也可以達(dá)到幾百米，因此，分離鈾酰絡(luò)陽(yáng)離子也可以尋找深部鈾礦。我所從事的科研工作，就是從發(fā)現(xiàn)自然界超微細(xì)的微米和納米金形成和遷移機(jī)理開(kāi)始，擴(kuò)展到對(duì)其他關(guān)鍵元素從納米尺度直到全球尺度分布和循環(huán)規(guī)律的研究。

問(wèn)：元素的遷移有起止？起，自地下聚集的深度;止，一定在地表？空氣中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的阻力遠(yuǎn)小于巖石中，元素是一種物質(zhì)，它會(huì)在大氣圈中的某一地方聚集？

王學(xué)求：這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，很難用少量文字說(shuō)清楚。簡(jiǎn)單地說(shuō)，元素在地球各層圈遷移和轉(zhuǎn)化是普遍發(fā)生的。地球形成初期就發(fā)生了元素分異，重元素進(jìn)入地核，輕元素進(jìn)入地殼，氣體元素進(jìn)入大氣圈?，F(xiàn)在依然存在元素在地球內(nèi)部與大氣圈中的相互循環(huán)，比如我們?nèi)庋勰苡^測(cè)到的火山噴發(fā)，把地殼內(nèi)部物質(zhì)噴射到地表和大氣圈中。有些循環(huán)是我們不能用肉眼觀測(cè)到的，比如大家比較關(guān)注的有毒元素汞，可以呈氣體狀態(tài)從巖石分解釋放進(jìn)入土壤和大氣圈，再經(jīng)過(guò)大氣環(huán)流在寒冷地區(qū)沉降下來(lái)。人類(lèi)釋放的汞也會(huì)加入這一過(guò)程。

問(wèn)：以元素遷移理論為基礎(chǔ)的地球化學(xué)勘查技術(shù)的應(yīng)用，因地表地球化學(xué)異常與地下一定深處的礦體存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而取得了豐碩的勘查成果，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)的工業(yè)發(fā)展提供了自然資源的保障。您有這方面的統(tǒng)計(jì)材料？

王學(xué)求：據(jù)原地質(zhì)礦產(chǎn)部和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1980—2015年，根據(jù)地球化學(xué)勘查圈定的異常發(fā)現(xiàn)的礦床有2570處，其中有色金屬礦1063處，金礦999處。地球化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)的有色金屬礦絕大多數(shù)都是小型礦床，但發(fā)現(xiàn)999處金礦，有700余處是大、中型以上礦床，大型和超大型金礦有40余處，探明總金資源儲(chǔ)量4000余噸，約占全國(guó)截至2015年已探明的黃金資源量9000余噸的近一半，為中國(guó)成為世界第一產(chǎn)金大國(guó)作出了突出貢獻(xiàn)。2015年以后，目前尚沒(méi)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

問(wèn)：您及您的團(tuán)隊(duì)新近總結(jié)了工業(yè)4.0所需要的關(guān)鍵資源的關(guān)鍵元素的全國(guó)分布，如金、銅、鈷、鋰、鈾、稀土等元素，并已發(fā)現(xiàn)它們的超常富集，預(yù)期它們將在大型、超大型礦床勘查中發(fā)揮先行作用，是這樣嗎？

王學(xué)求：我個(gè)人和我們團(tuán)隊(duì)近幾年主要圍繞工業(yè)4.0需要的關(guān)鍵資源開(kāi)展研究，主要從事兩方面的工作：一是開(kāi)展全國(guó)和全球地球化學(xué)基準(zhǔn)填圖，研究鈾、稀土、鋰、鈷、鉻等關(guān)鍵元素超常富集特征，為關(guān)鍵資源勘查提供戰(zhàn)略選區(qū);二是發(fā)展深部和覆蓋區(qū)礦產(chǎn)資源地球化學(xué)勘查技術(shù)，特別是金礦、鈾礦和銅礦。這兩方面都有進(jìn)展，比如在北方干旱盆地圈定一批鈾的異常，在中蒙邊界、中緬邊界發(fā)現(xiàn)一批稀土和鋰異常等。在深部金礦勘查中，幫助地勘單位取得了膠東2800米深度、熊耳山1200米深度、黔西南400—1400米深度找礦突破。

問(wèn)：在專(zhuān)輯中出現(xiàn)了老撾銅元素的信息。您是聯(lián)合國(guó)教科文組織全球尺度地球化學(xué)國(guó)際中心常務(wù)副主任，兼首席科學(xué)家。自2012年11月起，中共十八大明確提出要倡導(dǎo)“人類(lèi)命運(yùn)共同體”意識(shí)。據(jù)悉，您及您的團(tuán)隊(duì)也把論文寫(xiě)在人類(lèi)的家園之上，在中國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)圖的基礎(chǔ)上，推進(jìn)“化學(xué)地球”建設(shè)。請(qǐng)您介紹下什么是地球化學(xué)基準(zhǔn)圖，什么是化學(xué)地球，以及它們建設(shè)的程度、影響及意義。

王學(xué)求：在習(xí)近平總書(shū)記倡導(dǎo)的“人類(lèi)命運(yùn)共同體”思想指導(dǎo)下，在自然資源部、外交部、財(cái)政部、教育部和科技部的大力支持下，在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的直接領(lǐng)導(dǎo)下，建立了聯(lián)合國(guó)教科文組織全球尺度地球化學(xué)國(guó)際中心。中心的主要任務(wù)是建立全球地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)，服務(wù)于全球自然資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。地球化學(xué)基準(zhǔn)是用于量化未來(lái)自然和人為引起的全球環(huán)境變化的定量標(biāo)尺。地球化學(xué)基準(zhǔn)圖是通過(guò)全球網(wǎng)格化地球表層巖石圈和土壤圈采樣，實(shí)驗(yàn)室高精度分析，獲得元素周期表上幾乎所有化學(xué)元素的含量，把元素含量繪制成空間分布圖，使用網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，建成一個(gè)具有地球“化學(xué)屬性”的平臺(tái)，供自然資源管理、礦產(chǎn)資源勘查、環(huán)境保護(hù)、全球變化研究等使用。就像你所使用的導(dǎo)航地圖一樣，它可以告訴你哪些地方背景元素含量是多少，是否出現(xiàn)人為污染，污染是否持續(xù)增加，哪些地方有潛在的礦產(chǎn)資源等等。當(dāng)然，這一“化學(xué)地球”平臺(tái)建設(shè)是長(zhǎng)期的過(guò)程，中國(guó)已經(jīng)在第一輪基準(zhǔn)網(wǎng)基礎(chǔ)上，完成了第二輪觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，為環(huán)境保護(hù)提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)，并與40余個(gè)國(guó)家合作，完成全球約三分之一地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)，預(yù)計(jì)到2030年可以覆蓋全球陸地50%左右。

我個(gè)人做的工作是有限的，我們團(tuán)隊(duì)部分人員每年在野外調(diào)查采樣的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月以上，有的年份甚至達(dá)到300天以上，他們才是“把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上”的踐行者。

問(wèn)：您除了是科學(xué)家的身份以外，還是九三學(xué)社社員，您是如何將自己的知識(shí)用到參政議政工作中的？

王學(xué)求：作為一個(gè)民主黨派成員，一項(xiàng)重要職責(zé)就是參政議政。參政議政要有前瞻性和可操作性，還要結(jié)合自己熟悉的工作。舉一個(gè)我自己參政議政的例子。2014年習(xí)近平總書(shū)記在訪問(wèn)哈薩克斯坦時(shí)提出“一帶一路”倡議。當(dāng)時(shí)我意識(shí)到這一倡議不僅僅是一個(gè)戰(zhàn)略構(gòu)想，還具有很強(qiáng)的可操作性。因此，2015年，我擔(dān)任全國(guó)人大代表時(shí)，結(jié)合我的研究工作，寫(xiě)了一份“摸清‘一帶一路礦產(chǎn)資源狀況，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供本地化資源保障”的建議。我從1994年就開(kāi)始與中亞的烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、蒙古等國(guó)家合作開(kāi)展針對(duì)礦產(chǎn)資源勘查的地球化學(xué)填圖研究工作，這些國(guó)家具有中國(guó)短缺的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，與中國(guó)具有高度互補(bǔ)性?！耙粠б宦贰被ネɑA(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一定需要大量礦產(chǎn)資源保障，而這些國(guó)家資源家底并不清楚，因此我就提出了利用中國(guó)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，與沿線國(guó)家合作，摸清“一帶一路”資源狀況，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供本地化資源保障，實(shí)現(xiàn)合作共贏。這一建議已經(jīng)被原國(guó)土資源部采納，現(xiàn)在的中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正在實(shí)施這樣一個(gè)大的國(guó)際合作計(jì)劃。我們團(tuán)隊(duì)正在實(shí)施的“全球礦產(chǎn)資源地球化學(xué)與遙感調(diào)查工程”就是這個(gè)大計(jì)劃的內(nèi)容之一。我們正在與20余個(gè)國(guó)家合作，為摸清“一帶一路”關(guān)鍵資源狀況作出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

采訪后記：人言，春華秋實(shí)。春天的地球化學(xué)勘查事業(yè)正蒸蒸日上，邊播種、邊收獲，服務(wù)于國(guó)家建設(shè)。期待關(guān)鍵元素的地球化學(xué)勘查在服務(wù)工業(yè)4.0的關(guān)鍵資源保障方面，取得更加豐碩的成果！

（采訪者為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院教授級(jí)高工、中國(guó)國(guó)土資源作家協(xié)會(huì)副主席）

責(zé)任編輯：馬莉莎