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2017 年6月6日星期二 Tel: (010)

62580617 主编: 赵路 编辑: 郭爽 校对: 何工劳 E-mail押lzhao@stimes.

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3 钻探到能引发地震的断层并非易事.需要 专业工具、 技术人员和大量时间与金钱.而且, 没有捷径.当然, 或许有一条: 在南非金矿安装 一部高速电梯, 向地心前进

3 千米. 近日,科学家计划在 Moab Khotsong 矿的 底部钻一个

750 米深的洞.该矿井位于约翰内 斯堡西南

180 公里处.3 年前, 一场 5.5 级地震 袭击了这里.该地震源于矿井底部的之前未知 的断层.之后, 余震不断. 这个耗资

160 万美元的项目如果成功,有望 揭示 新生 断层的内部运动.这些断层已经经历 了首次地震, 将有助于产生针对地震如何发展, 以 及人类活动如何无意触发它们的新理解. 这个名为 钻入发震区域 (DSeis) 的国际项 目由国际大陆科学钻探计划 (ICDP) 支持.上世 纪90 年代初, 由德国牵头, 在国际地学界的支 持下,

28 个国家的

250 位专家出席并制订了 ICDP. 此外, 其他计划钻探活跃断层的项目, 例如, 美国加州圣安地列斯断层和新西兰阿尔派断层, 已经耗费了数千万美元, 并打出了 1~2 个洞. 而在南非矿井中,研究人员发现了一个快 速和相对便宜的方式,以得到生成地震的破碎 岩石的详细信息. 在日本, 我们无法轻易地靠 近震源. 日本东北大学地震学家 Yasuo Yabe 说, 人们平时会在矿井进进出出. DSeis 已计划在其他数个矿井进行钻探.但 项目进行并非一帆风顺,

2014 年8月,一场 5.5 级的奥克尼地震袭击了 Moab Khotsong 矿井的 下部, 并致

1 人死亡. 不过, 该事件让 DSeis 进入 高速发展期. 奥克尼地震是该国

50 年来最大的一场地 震. 南非的金矿会发生频繁的小规模地震, 这些 地震由人们的爆破挖掘活动触发.但奥克尼地 震震级更大、震源更深:与大多数诱发地震不 同, 它并不与矿井处于同一平面.而且, 其岩石 彼此水平滑动, 而非像小地震那样垂直滑动. 这些秘密事件让矿井公司十分担忧,它们 希望挖入更深的地下以寻找更多黄金,因此不 希望受到意外地震的困扰.日本京都立命馆大 学地震学家 Hiroshi Ogasawara 表示,他们接受 了长期合作伙伴的说辞,决定将奥克尼断层纳 入DSeis 的目标名单. 实际上,大多数钻探地震带的项目都以断 层为目标, 例如圣安地列斯断层.但DSeis 合作 者、 斯坦福大学地球物理学家 William Ellsworth 表示, 鉴于其安静的构造环境, 人们有充分的理 由相信,奥克尼地震是由一个曾经断裂过一次 或多次的断层断裂所致. 此类断层可能缺乏 岩石粉 , 这些 岩石 粉 会在活动断层中堆积起来, 从而使人们很难 分辨单次地震是如何将能量分解成地震波、 热量、 应变和粉碎岩石的. 我们有极大的机会揭 开普通地震的神秘面纱. Ellsworth 说. 矿井是一个富有挑战性的工作环境.四周 出奇的安静, 空气中弥漫着辛辣的气味. 这里 似乎有地狱的味道. 参与该项目的普林斯顿大 学地球微生物学家 Tullis Onstott 说. Onstott 的目标是弄清地震能否促进深藏 于岩石内部的微生物的生存.在一个他已尝 试了

10 年的实验中, Onstott 计划将一个自动 取样系统安装在钻井中,该系统会被地震活 动触发. 之前有研究显示, 地震能释放氢气脉冲.这 些氢气来源于岩石内部封存或地层断裂发生的 化学反应.Onstott 希望如果地震导致微生物繁 荣,那么火星上的类似断层也将成为寻找生命 的目标. 这将影响美国宇航局火星

2020 探测 器着陆点的选择. 他说. 此外,矿山经营者似乎也能得到自己一直 在寻找的东西:有关人类活动何如触发地震的 更清晰画面.在美国, 石油和天然气开采污水的 地下处理系统,已知能通过增加岩石孔隙压力 而诱发地震. 不过, 奥克拉荷马大学地球物理学家 Ze'

ev Reches 表示,孔隙压力不太可能是南非地震的 诱因.但他也注意到奥克尼群岛地震震源位于 之前未被标注的断层的岩石底部. 但对 DSeis 来说, 仍然有很多困难.5 月, 操 作者取消了在另一个矿井钻探的项目,因为相 关操作会引发落石.但Ogasawara 表示, 他们有 很多地震断层候选者,其中包括很多小且浅的 断层, 能让他们直抵震源. 我们希望展示震源 的样子. Ogasawara 说. (唐一尘编译) 全球科技政策新闻与解析 科学线人 走进金矿下的 地震心 断层钻探帮科学家了解地震 烟囱, 再见! 美初创企业力推零排放化石燃料电厂 科学家计划在南非 Moab Khotsong 金矿底部进行钻探. 图片来源: HIROSHI OGASAWARA 保守党领袖特雷莎 ・ 梅参观一家工厂设施, 她 曾承诺在研发领域投入更多资金. 图片来源: Anthony Devlin/Reuters 在决定谁将带领英国进行脱欧谈判的英国选 举举行之前, 该国主要政党表现出了一个明显的共 识.

3 个政党均在其宣言中承诺将在科学领域投入 更多资金.伦敦科学和工程运动主任 Sarah Main 说, 每个政党 为了英国的未来都把科学放在其议 程的核心 . 然而, 由于脱欧的不确定性悬在未来英国科 学的上方, 对于很多科研人员来说, 这些承诺看 起来似乎更像安慰奖. 现在距离英国脱欧公投已 近一年, 但该国科学家仍不知晓这样的割裂对于 科研资金以及未来与欧洲同事的合作意味着什 么.同时, 非英国籍欧洲科学家也不清楚他们未 来的居民身份如何. 与其他科学大国相比, 英国在研发领域的 开支相对较小: 仅占其国内生产总值 (GDP) 的1.7%. 相较而言, 德国占 2.9%, 美国占 2.8%. 但英 国执政党保守党 (民意测验显示该党将会赢得

6 月8日的选举) 曾表示, 它希望在

10 年内将英国 研发开支增加到 GDP 的2.4%,更长期的目标则 是增长到 3%.其主要反对党工党则承诺到

2030 年将科研开支增加到 3%,而在民意测验中位居 第三位的自由民主党设定的 长期目标 则是将 科学开支增加一倍. 在理论上, 这些目标意味着英国科研领域将 获得另外的数十亿英镑. 但曼彻斯特商学院联盟 科学政策研究专家 Kieron Flanagan 表示,所占 GDP 的比例并不是衡量一个国家科研健康与否 的必要指标. 一些开玩笑的人曾指出, 实现 3% 的目标最容易的方式是让经济崩溃. 他说, 这 是真的, 所以它实际上表明类似这样的比例毫无 意义. 他补充说, 其中很多研发开支来自于私人 领域, 政府对其并没有直接控制. (冯维维) 脱欧让英国选举承诺 黯然失色 在美国得克萨斯州休斯敦能源枢纽和墨西 哥湾之间横亘着一个不规则伸展的石油城: 其 中有大量的精炼厂、 储油罐、 电线和烟囱, 这些 设施都致力于将化石能源变成美元.它们正是 休斯敦地区比美国任何其他地方排放的 CO2 都多的原因. 但在这个 CO2 热区的东部, 一家新化石燃 料电厂展示了弥补休斯敦超量温室气体足迹的 潜在方法. 这个设施看起来与之前的设备一样, 占地相当于两个美式足球场的面积,充满了蜿 蜒的管道和泵. 它有一个涡轮机和燃烧室, 但它 不需要一样东西: 烟囱. 零排放化石能源发电厂听起来有些矛盾. 但当这个

25 兆瓦的示范厂在今年年底点火之 后, 它将在纯氧气中燃烧天然气. 其结果是大量 几乎纯粹的 CO2,可以被抽走储存在地下或是 灌入耗尽的油田中以产生更多油,这一过程叫 做提高原油采收率 (EOR) .这些方法可以让 CO2 从大气中分离出来. 悸动的心 将CO2 从大气中分离出来一直是碳捕集 和封存 (CSS) 策略的期望, 气候专家认为, 如果 全世界要限制气候变化,那么这一策略非常必 要.但与传统化石能源发电厂绑定在一起的 CCS 系统很难启动, 因为 CO2 仅构成其废气的 一小部分比例.捕集 CO2 可消耗一个发电厂多 达30%的能源, 从而抬高电价. 尽管如此,支持这个新发电厂的创业公 司―― ―NET Power 表示,它希望能以每千瓦时 约0.06 美元的价格生产零排放的电.这大约相 当于最先进的天然气电厂的电力成本,而且比 大多数可再生能源价格更低.其能效的关键是 一个新的热力循环系统, 用CO2 交换传统发电 厂中驱动涡轮机的蒸汽. 这个方案由一个看似不可能的三人组―― ― 一位退休的英国工程师和两名对日常工作感到 厌倦的技术极客开创,它即将迎来一次更大的 测试.NET Power 表示,如果原型能够符合期 望, 那么它将继续推进一个全面的、

300 兆瓦的 发电厂―― ―足以为超过

20 万户家庭提供电能, 这个发电厂计划斥资

3 亿美元在

2021 年启动. 该公司和 CCS 专家均希望这项技术能够扩展, 如果能够 100%实现目标,那么它将是游戏规 则改变者. 伊利诺伊州卡本代尔环境非营利组 织清洁空气任务组织碳捕集专家 John Thomp- son 说. 今年

62 岁的 NET Power 首席执行官 Bill Brown 从未想过重塑能源市场.

10 年前, 在纽约 市做并购交易律师的 Brown 为摩根士丹利投资 公司制定金融交易策略时, 揣着一颗悸动的心, 给旧时麻省理工学院的同窗好友、当时在科学 应用国际公司 (SAIC) 工作的化学家 Miles Palmer 打电话, 提议 一起为改变做点事 .

2008 年, 在美国经济不景气的形势下, 他们辞职在北 卡罗来纳州达勒姆创建了一个名为

8 河 的技 术孵化器. 他们需要孵化一点东西,并打算在能源领 域做点事. 一开始, 他们通过海藻制造生物能的 尝试未取得成果.随后在

2009 年, 奥巴马政府 的刺激政策在 清洁煤炭 项目上提供了数十亿 美元的拨款, 以减少煤炭 CO2 的排放. Palmer 知道, 在全球范围内, 煤炭并不会立即停止使用, 而且它对气候存在威胁. 我想要解决这个问 题. 他说. 敌人 变 盟军 清洁煤炭并不容易.煤炭释放的碳污染是 天然气的两倍,而且 CO2 还构成了传统煤电厂 14%的烟道气. 然而, 煤炭量大且价廉, 在此之前 关注其 CO2 排放的人并不多. 整体上, 仅有 38% 的煤炭能源在生成电. 其他能源都被浪费了. Brown 说. 低能效使得公用设施转而使用天然气.尽 管如此, Palmer 依然聚焦煤炭这个气候变化的 大问题. Palmer 和Brown 希望进一步提高能效.

2009 年,他们联系了英国工业巨头欧洲航空产 品研发部门的化学工程师 Rodney Allam,聘请 其担任顾问. 受到上世纪

30 年代俄罗斯研究的 启发, Allam 觉得自己看到了彻底重塑陈旧的蒸 汽循环的机会.他想, 忘掉锅炉吧, 可以用 CO2 本身来驱动一切, 将 敌人 变成 盟军 . 你能 够向前推动的唯一方法是开发全新的电力系 统. Allam 说. Allam 设想 CO2 在一个回路中循环流通, 即在气体和超临界流体之间循环.在高温高压 下, 超临界 CO2 会像气体那样填满一个容器, 但 却会像液体那样流淌. 在Allam 的布雷登循环 (或称气涡轮机循 环) 中, CO2 被压缩到

300 倍大气压 (相当于海 洋中

3000 米深度的压力) .然而, 燃料被点燃将 CO2 加热到 1150℃, 这会使其变为超临界态. 在CO2 驱动涡轮机之后, 气体的压力会下降, 它会 再次变回正........