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一个中国科学家眼中的盐故事

来源:百度新闻 时间:2018-09-13 02:01:33 编辑:安徽省 浏览:645 手机版

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在钻研盐科学的过程中,郑绵平亲眼看到亲身经历了国家的发展和中国地质勘查事业的进步。改革开放40年后的今天,中国地质调查和地质科学研究的环境和条件发生了巨大变化,中国地学研究参与国际交流合作越来越顺畅。越是这样,郑绵平认为,越要有钻研精神和报国情怀。

郑绵平院士在野外工作。

盐是什么?这个命题让我们想到了一块盐巴可以换一头牛的故事,想到了冬天不能缺少的腌咸菜,想到了最简易的消毒杀菌手段——盐水。但是,在科学家眼里,如果说盐的故事如海,那些只是浅表的一朵浪花而已。

作为一种在地球上分布很广的自然资源,盐种类多、用途广、对人类发展和生态环境变化的意义重大,但其功能的开拓、资源的发现和萃取利用,是随着科技进步和发展需求逐步展开的。

人在岁月中行进会遇到多次选择,很多人在一生中会产生多个兴趣点,并因此走了多线条的轨迹,但是中国工程院院士、自然资源部盐湖资源与环境重点实验室主任郑绵平比较单一,他的主题就是不同类别盐的寻找和研究。所以,他眼中的盐故事,有科学也有历史。

钾盐:从“缺钾”定论到钾盐生产大国

钾盐是工农业生产的重要矿产,90%用于生产钾肥。中国是农业大国,钾肥需求量大。可是为什么说中国钾盐矿产资源自然禀赋不佳?这个问题打开了郑绵平的话匣子。

从数量看,全球钾盐非常丰富,但是资源量和产量太集中。仅加拿大、俄罗斯和白俄罗斯3个国家的钾盐,就占到全球的89%。中国是农业大国,需要氮磷钾化肥,前两个资源我们不缺,但钾矿不同。这与中国钾盐资源的自然禀赋密切相关。

钾盐的溶解度大,需要稳定环境才能得到沉积,需要干燥却又不乏水补充的气候。中国地质构造的明显特征,是活动性大、陆块小。从古生代开始,组成中国大陆的这些陆块经历了多期次拼合构造旋回,相对不稳定地质背景,使得我国盐盆地具有破碎、埋深和变形的特点,所以很长时间以来,“中国缺钾”几乎就是定论。

郑绵平的事业史,是从找钾开始的。

上世纪50年代,百废待兴的新中国开始了找钾会战。1957年,在参加中国科学院柴达木科考队的时候,年轻的郑绵平就收获了他找矿史上的第一次喜悦——首次在察尔汗盐湖发现了钾盐矿物——新沉积的光卤石。随即,他和同事进行了涵盖全湖的坑探和钻探,最终圈定了120平方公里面积内断续分布的老光卤石,以及遍及察尔汗全湖的富钾卤水。在他主笔的报告中,首次估算该盐湖氯化钾为1.508亿吨。这一估算结果,被之后地质队的勘查报告所证实。第二年,察尔汗盐湖固体钾盐矿床依靠土法上马成功生产出了氯化钾,当年就产出几十吨的钾盐,中国从此告别了无钾盐矿床的时代。

找钾的成果之后在中国被不断扩展。

2010年,郑绵平率领科研团队,组织相关科研单位开展了新一轮的钾盐找矿工作。他们以青藏高原为起点,足迹遍及青海、陕西、四川、新疆、云南等地区,取得了丰硕的找钾成果。“就在最近,在青海又找到大约6亿吨的钾盐”,郑绵平告诉记者。

有赖于中国地质科学家的不懈努力,中国缺钾现状得到极大改观。从2011年起,经历了上世纪90年代地勘业的低谷之后,国家加大了找矿投入力度,在全国范围大规模开展“找矿突破战略行动”。钾盐作为影响国民经济发展的重要矿产列入找矿重点并取得了重大突破。由于需求大,近10年,中国钾盐产业由缓慢发展到快速发展,产量已经跻身世界主要生产国家之列。

在找钾实践中,科学家对中国钾盐资源有了更清晰的认识。郑绵平有两个结论打破了传统观点:一个是陆相可以成钾盐,一个是液体也可以成钾盐。近些年各类的学术交流中,郑绵平一直提倡要用“海陆并举,固液并举、深浅并举”来解决中国钾盐问题。他认为,地质条件复杂,所以不能完全套用过去教科书上的外国找矿模式,要从中国的地质实际出发解决中国找矿问题。

锂:从传统资源发现、找到新价值资源并实现产业化

锂具有极高的战略价值,由于它在原子能工业上的独特性能,被称为“金属味精”“新能源金属”。

在上述上世纪50年代的那个察尔汗湖科考报告中,郑绵平在估算氯化钾资源量的同时,还估算出该湖有氯化锂300万吨。不仅如此,据他考察,西藏的另两个盐湖——班戈湖和扎布耶湖,淤泥沉积中也有较高的锂含量。后经初步研究发现,这种淤泥沉积中锂与碳酸盐的含量呈正相关。

这一发现在他对西藏盐湖的深入研究中得到进一步证实。

1980年,郑绵平主持盐湖队在班戈盐湖和扎布耶盐湖打钻取样,发现扎布耶盐湖的沉积物中,锂含量特别高,用显微镜观察,还可以看到许多细小、针状的东西。这些东西后来被国际矿物学会新矿物命名委员会确认为新矿物——天然原生碳酸锂。在班戈盐湖和扎布耶盐湖,郑绵平还发现新的矿物变种——含锂菱镁矿和含锂白云石。

从1982年起,郑绵平带领盐湖团队开始了长期在扎布耶盐湖的科学研究工作。在此过程中,他们将科学研究成果直接进行产业化,从长期观察,到地质勘查,到盐湖制卤,到太阳池积热析锂,到碳化法加工提纯,研发出了扎布耶盐湖锂资源开发利用成套新技术,并实现了工程化产业示范。从1990年起,在他主持下,在高原腹地高海拔的扎布耶、当雄错和班戈错相继建立了3个长期科学观测站。

郑绵平认为,锂是未来的能源金属,在国防和民用工业中将会越来越重要。为此,他一直热心帮助当地技术人员的盐湖勘查工作,鼓励大学毕业生到西藏从事盐湖工作,希望当地政府能够持续扶持盐湖的锂产业。

盐湖农业:值得干到底的事业

上世纪80年代,郑绵平在盐湖发现了富含胡萝卜素的盐藻和能够在卤水中生存的卤虫。这让他对盐的想法丰富起来:如果动植物能够在这样的环境中生存生长,那么盐湖一定能为人类提供更广泛的用途。郑绵平将研究成果发表在文章中。让他没想到的是,有人对此产生了极大的兴趣。

1994年2月20日,郑绵平收到一封特殊的来信。写信人是享誉国内外的科学家钱学森。时年83岁的钱学森在信中说:“我在《中国科学报》上拜读大作《应重视盐湖的科学研究》,很受启发。我对文中提出的‘盐湖农业’特别感兴趣”。两个月之后,钱学森在另一封回信中感谢了郑绵平寄去的盐湖研究材料,同时对“盐湖农业”理论提出了自己的见解。信中称“盐湖农业是21世纪的产业”。

钱学森的肯定使郑绵平备受鼓舞。他决心将“盐湖农业”这件事做到底。

这也是基于对中国资源状况的认识。

我国盐碱化土地面积约15亿亩,除滨海半湿润地区外,主要集中在华北、西北、东北干旱和半干旱地区,每年因土地盐碱化造成的直接经济损失约高达25亿多元。从全球看,100多个国家和地区都有盐碱地发育,面积达143.25亿亩。

在盐沼带、盐渍地区进行耐盐(旱)及药用植物的开发与高质化利用,在郑绵平看来,是有科学根据的,如枸杞、藜麦、甘草、麻黄、盐蒿、盐生藜科、红柳等,从甘草、麻黄等耐盐生物中可提取高价值的药物。

这次,他仍然把理论做成了产业,立项在柴达木搞试点。在有关人士的共同努力下,张北盐碱地上种植了可食用的碱蓬,新疆盐碱地种上了玉米。考虑到耐旱、耐盐碱生物基因资源具有巨大潜在经济和科学价值,郑绵平建议,在全面收集国内外盐生物资料的基础上,进行盐生物学和生化特征及机理研究,建立我国盐生物优良品种及基因资源库。

盐类科学:还有很多未知领域值得深入挖掘

盐作为食品调料或者作为工农业添加剂、肥料的用途,早已被人认知,但或许远不仅如此。通过对含盐类的固液相地质体研究,科学家发现,盐类可以有更广泛的应用价值。

我国盐类资源得天独厚,古今盐类沉积和盐碱地广泛分布。地下盐矿与卤水、含盐油田水,在17个省区均有产出,尤其是青藏的盐湖和地下卤水、油田水和四川盆地地下卤水中,丰产高品位的钾盐、稀碱元素、硼、溴、碘等。特别是在我国西部内陆盐湖和东部滨海,与其相邻的广袤盐碱土和盐咸水域,总量分别约15亿亩和492.6亿立方米,“这是值得引起重视的潜在土地资源和盐类资源”,郑绵平说。

不仅资源丰富、品种多样,而且产盐技术发达,无论是池盐、井盐还是海盐的产盐工艺,中国都积累了几千年的实践经验。沉浸在盐矿科学探索中,郑绵平对盐业有了更加系统的认识。在他的架构中,盐类学包括盐类地质学、盐类化学、盐类工程学、盐类生物学、盐类古气候学、盐类环境学、行星盐类学,研究的目的,不仅要为人类的资源利用提供保障,而且要探索生态环境变化规律。

郑绵平以自己的研究实践支持了这个论点。他曾经从事“第四纪盐湖沉积与古气候”项目的研究,通过对盐湖的长期实地考察和实验研究,揭示现代全球盐湖化学类型分带与气候分区的一致性,提出我国第四纪存在6次干旱(成盐)扩张期;识别出中国第四纪干旱中心19个明显的强冷偏湿—冷干事件及8个明显的暖偏湿—暖干事件,并推算其古气温变化范围。这个研究加深了他的认识,即现代盐湖可以作为古今盐类矿物沉积的天然实验室。

地球是宇宙中的行星之一,在地球上发现的盐类矿物,是不是在其他行星上也有?2012年,郑绵平曾参与一个国际合作的研究项目。在这项研究中,他和同行们分析火星探测器携带的土壤样品中存在碳酸盐、硫酸盐和氯化物,将地球与火山蒸发岩沉积进行了对比。郑绵平告诉记者,火星表面可能曾经覆盖了1/3的古海洋和古湖泊。这些巨大的水体在诺亚纪和郝斯伯利亚纪从火星基岩中溶解了大量成盐离子。在晚郝斯伯利亚纪或者早亚马逊纪,大量水体变得干涸,水体中溶解的大量成盐离子析出形成大量的盐类矿物,其中大部分存留至今。盐是宇宙组成的重要部分,科学家已经证实,在地球盐类环境的极端情况下,盐水都有微生物存在。由于在火星已发现有盐、有卤水,所以推测在火星很有可能有生命存在。

谁都知道黄土研究是中国特色,盐类沉积也一样。“盐类资源是中国的优势,盐类科研做得好,作用一点也不亚于黄土”,他说,“在盐类研究方面,还有很多未知领域值得深入挖掘”。

做学问首先要能坐得住冷板凳

一个福建人,却将一辈子扎在青藏高原,专心于盐类的研究事业,回首往事,郑绵平的体会是,要坐得住冷板凳。

他还记得1956年第一次作为化工部矿山局地质普查组成员到柴达木工作时的艰辛,交通不便,从西宁出发,坐三四天的“公共汽车”,到工区需要骑骆驼。没有住处,地质队员就住在大柴旦工委还未完工尚缺门窗的平房。翌年,他参加盐湖科考队,钻探工具简陋,他们自己用手摇钻机打钻,像牛推磨一样,一个钻杆,几个人推,压力不够,就人站在钻杆上。

在钻研盐科学的过程中,郑绵平亲眼看到亲身经历了国家的发展和中国地质勘查事业的进步。改革开放40年后的今天,中国地质调查和地质科学研究的环境和条件发生了巨大变化,中国地学研究参与国际交流合作越来越顺畅。越是这样,郑绵平认为,越要有钻研精神和报国情怀。

已经80多岁了,郑绵平还在出野外,他说自己“气不过”:“我们不能端着金饭碗讨饭吃,很多宝贵的资源,明明自己有,就是弄不出来。”

他说,我们中国人不笨,很多现在的“卡脖子”问题,是能够根据中国实际摸索出解决方法的,关键是能不能坐得住科技研究的冷板凳,需要各方创造条件,让科技人员安居,才能乐业。大家坐下来、沉下来,潜心研究、心无旁骛,就应该可以解决一些关键技术问题。

本期编辑:赵志坤

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