经历漫长等待和精心准备,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心(以下简称:中心)协定签署仪式终于圆满举行。
  按照计划,该中心成立后,将依据目标与职能,在未来6年将重点开展以下研究工作:建立全球地球化学基准网,开展全球资源评价和环境变化监测。开展“一带一路”地球化学填(编)图,服务
“一带一路”建设。开展编制全球地球化学一张图与化学地球平台建设,向社会提供服务。积极准备“化学地球”国际大科学计划。
  相关专家表示,这是国内地球化学界具有里程碑意义的大事。其中,“化学地球”国际大科学计划备受关注。活动过程中,全球尺度地球化学国际研究中心主任彭轩明也特别介绍了“化学地球”国际大科学计划。
  将元素周期表绘制在地球上
  国家“十三五”规划纲要提出“积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程,建设若干国际创新合作平台”。实施“化学地球”大科学计划,正是地球化学领域落实“十三五”规划的具体行动。
  国土资源部部长姜大明在2016年全国地质调查工作会议上指出,要更加有效地搭建资源领域国际合作新平台,积极研究提出地质领域国际大科学计划。中国地调局局长钟自然在2016
年全国地质调查工作会议上也提出了实施科技创新驱动战略18条举措,探索实施大科学计划就是其中之一。
  按照地球化学专家的说法,化学元素是地球的最小组成单元。“化学地球”是绘制地球化学元素图谱,将元素周期表上所有化学元素的含量和分布绘制在地球上,为全球资源可持续利用和全球环境变化研究提供基础数据,为政府决策提供科学依据,为社会提供公共服务。
  彭轩明介绍说,“化学地球”国际大科学计划就是要系统测量地球五大圈层化学元素含量,持续记录全球化学元素基准与变化科学数据,绘制地球化学元素图谱。主要包括七大任务:一是建立全球地球化学基准网;二是建立地球关键带地球化学观测网;三是估算全球50种主要成矿元素分布与资源总量;四是评价全球重金属、放射性和碳元素环境变化;五是研究生物灭绝、古气候变化等重大地质事件的地球化学响应;六是合作填制“一带一路”地球化学系列图件;七是创建“化学地球”平台和大数据共享系统,提供全球地球化学大数据和知识公共服务。
  王学求博士的说法更生动:“化学地球”国际大科学计划就是建立和完成一个完整的具有化学性质的地球导航。
  合理利用资源 实现互利共赢
  事实上,探索实施大科学计划,不仅仅是政策要求,更是当前政治、经济、环境形势的迫切要求。
  从当前全球生态环境看,大气、水、土壤环境污染和资源短缺问题备受关注。联合国教科文组织需要一个权威机构提供系统的、持续的全球科学数据和解决方案。联合国教科文组织和中国政府批准在中国建立全球尺度地球化学国际研究中心,反应了国际社会期盼中国为人类做出更多贡献。地球化学中心已经制定了雄心勃勃的科学计划,将元素周期表绘制在地球上,记录全球地球化学数据,服务于全球地球科学团体。实施“化学地球”大科学计划,对创新发展地球科学理论、保护生态环境和合理利用自然资源具有重要意义。
  迄今为止,人类发现存在于地球中的化学元素有 92
种,但一直没有系统研究这些元素在岩石圈、土壤圈、生物圈、水圈和大气圈的分布数据,影响了全球重大资源环境问题研究与解决。系统测量地球五大圈层化学元素的含量可为层圈之间相互作用、物质与能量交换机理研究提供基础数据,是地球系统科学创新和发展的重大需求;建立基于互联网的“化学地球”平台,提供全球视野的地球化学知识,也是为公众科学认知地球的需要。
  碳排放引起的气候变化、重金属污染变化、放射性注入量的变化等全球变化问题是当今社会普遍关注的热点问题,但全球变化存在很大争议的一个重要原因是缺乏衡量标准。监测全球自然和人为引起的环境变化,需要建立全球地球化学基准作为定量标尺。例如通过中、美、欧、澳基准数据对比,重金属元素超标的采样点位分别为欧洲
10.9%、中国 4.1%、美国 2.6%、澳大利亚
1.8%——欧洲重金属污染最为严重,中国次之,美国略好于中国,澳大利亚最为清洁。这与工业化历史和人口密度是一致的。因此,开展化学地球大科学计划,建立全球
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种元素地球化学基准,开展全球重金属污染、放射性注入、碳排放等评估和监测,是改善生态环境,促进人与自然和谐相处,加快建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。
  人类赖以生存的地球矿产资源总量以及发展的永续性,一直是社会关注的重要问题之一。过去,对全球资源总量的估算一直依据地壳克拉克值。为了弥补全球只有
1 个克拉克值来估算资源量的重大缺陷,科研专家利用单位为 20000
的网格化地球化学基准值估算全球资源总量,提供全球成矿物质背景。此举将提供更为准确的资源总量,为人类永续利用自然资源提供重要依据。
  当下,我国提出“一带一路”发展规划。沿线国家矿产资源极为丰富,是世界矿物原材料的主要供给基地,在全球经济和社会发展中占有举足轻重的位置;同时,一些国家也面临自然环境脆弱等问题。合作开展地球化学填(编)图能够为“一带一路”沿线国家资源与环境协调开发利用提供基础数据,服务于“一带一路”经济建设和环境保护,是促进优势互补,实现互利共赢和开放发展的需要。
  全球共同推进
  地球科学进入了新的发展阶段,需要从大范围、大尺度、大数据来更好地认知地球,解决资源环境重大问题。
  那么,有了目标任务,“化学地球”国际大科学计划又将如何实施?
  彭轩明表示,要遵循从地球化学数据获取、数据管理、研究评价、图件制作到成果发布的技术思路,采用系统采样、精细分析和科学评估等工作方法,有效实施“化学地球”大科学计划。
  “化学地球”国际大科学计划将根据七大目标任务,基于全球地球化学5000个基准网格建立18000个子网格,在全球最大汇水域出口采集样品,分析76种化学元素;建立1000个长期地球化学立体观测点,持续获得重金属、放射性和碳元素的变化和循环数据;采用面金属量、成矿富集系数及最低工业品位参数估算全球资源总量;按照中国和欧盟土壤重金属量标准,评价土壤污染状况,计算空气中铀、钍、钾天然放射性含量,监测碳质岩石和碳酸岩风化产生的碳排放量;利用化学元素变化灵敏响应特性,研究生物灭绝、古气候变化重大地质事件。
  据介绍,目前,全球已有近30个国家先后联合实施了IGCP
259国际地球化学填图计划和IGCP360全球地球化学基准计划,完成陆地面积3200万平方千米,分析指标达81个。可以说,已经奠定了良好的工作基础。
  就国内情况来看,我国现已经形成一套成熟的理论与方法技术体系,其中两项居世界领先地位:一是各种地貌景观汇水域样品采样理论,二是精确和大规模的实验分析系统。我国系统研制了250多种全球最齐全的国际普遍应用的标准物质,牵头制定了一系列技术指南,成功组织实施了国家区域化探、土地资源、地下水资源3项地球化学调查计划,形成了系统的管理模式。
  同时,全球储备了大批优秀的专业技术人才。有69个国家、169位科学家带领的团队参与了全球地球化学基准计划,欧洲专门成立了地球化学专家组,美国、墨西哥和加拿大也专门成立了北美地球化学景观计划工作组;中国已建立起一支专门从事全球地球化学基准研究的队伍,举办了26次国际地球化学填图培训班,为60余个国家600余人次进行了培训,并与25个国家实施了地球化学填图合作。
  下一步,在未来6年,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心将按照3个阶段有序推进化学地球大科学计划实施。第一阶段,在今年广泛征求意见,形成化学地球大科学计划实施方案;第二阶段,2017

2020年建成覆盖全球50%陆地的地球化学基准网,建设地球关键带地球化学观测网,完成监测研究等任务;第三阶段,2021年,评估总结并编写大科学计划成果报告。该中心还计划针对3类情况开展区域部署:一是对已经建立基准网的欧美澳发达国家,补充分析未测试的元素;二是对与中国已签订谅解备忘录的国家,合作开展地球化学填图;三是对尚未建立基准网的发展中国家,组织申报地球化学填图国际合作项目。
  据预测,未来,通过全球大区域和大数据的获取与监测,将形成一批基础扎实、创新突出和有国际影响力的大成果。到2021年,建成10000个基准点的地球化学基准网;建成地球化学观测网平台,在中国建立100个实验观测点,研制“化学地球”大数据平台,提交“一带一路”重点国家500万平方千米地球化学图;发布第一期76个化学元素基准值和基准地球化学图。为尽早实现此目标,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心将加大国际合作复合型人才的培养力度,探索建立统筹部署、分工协调、合作共享的工作机制,完善科学适用和相互协作的技术保障体系;建立国际组织和各成员国参与的多元化、稳定化和专项化的资金投入保障体系。同时,2016~2021年,我国财政也将投入6亿~8亿元人民币,保障“化学地球”大科学计划实现预期目标。
  身负厚望勇攀登
  在联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心协定签署仪式上,姜大明强调,要不断总结中国地球化学研究的经验,推进“化学地球”大科学计划。
  他表示,多年来,中国先后实施了区域化探全国扫面计划、全国土地质量地球化学调查计划、全国地下水质调查计划和全国地球化学基准计划,取得了较大成就。在全球范围内,地球化学填图理论和分析技术取得了瞩目的成绩,为开展“化学地球”大科学计划打下了坚实的基础。他呼吁,要加快建立覆盖全球的地球化学基准网和监测网,绘制地球化学图谱,持续记录全球尺度的化学元素变化,为自然资源与环境可持续发展提供良好的支撑。
  他提出,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心要充分发挥国际中心的平台作用,推动国际地球化学新发展。地球化学国际研究中心成立后,要在创新工作中主动作为,保持创新活力,提升创新水平;要紧扣协议确定的目标和职能定位,编制和落实好中心6年发展规划,确保各项目标任务落到实处;要深化合作,积极推动“化学地球”大科学计划落地,与世界各国开展务实合作,建立覆盖全球的地球化学基准网和监测网,搭建共建共享的“化学地球”大数据平台,为监测未来地球化学变化和科学决策提供参照标尺;要加强交流,广泛聚集国际人才和推动地球化学成果转化,定期向发展中国家提供全球尺度地球化学方法技术援助,促进地球化学研究能力的提升和成果转化应用,造福各国人民。
  实力决定执行力。目前,我国在地球化学领域取得的成就,使得集研究、填图、勘查、工程一体化的大科学计划——“化学地球”成为可能。“化学地球”国际大科学计划将总结中国近
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年的地球化学填图经验和逐步形成的方法技术体系,制定全球地球化学技术标准,并利用联合国教科文组织全球尺度地球化学中心平台,建立覆盖全球的地球化学基准网和数据管理与共享中心,实现对全球数据的权威发布。开展对发展中国家技术培训,共享中国地球化学调查成果和先进技术,是中国承担更多国际责任、服务经济社会发展的需要。

【编者按】  

近日,联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心成立仪式暨学术研讨会在中国地科院地球物理地球化学勘查研究所(下称“物化探所”)举行。这也意味着,包括2008年联合国教科文组织依托中国地科院岩溶地质研究所在广西桂林建立的国际岩溶研究中心在内,国土资源部已成为我国唯一拥有2家教科文组织二类中心的部委。  国土资源部副部长曹卫星与联合国教科文组织助理总干事弗莱维娅·施莱格尔签署相关协定  “这既是教科文组织对中国地质调查机构的信任与支持,也是中国对国际地学发展应尽的责任与义务。”国土资源部党组书记、部长姜大明在成立大会上如是说。  硬实力
软实力保障国际机构落户中国  其实,“保障这一机构落户我国”的提议由来已久。  早在2009年10月,在河北廊坊召开的国际地球化学填图会议上,谢学锦院士、王学求博士、Smith博士等多位人士联合提出了依托物化探所建立中心的建议,并得到了与会各国专家的积极响应。  2010年2月,经国土资源部批准,物化探所向联合国教科文组织提交了建立中心的申请建议。2010年11月,教科文组织派遣考察团开展了可行性评估,并在2013年6月的教科文组织第191次执行局会议上通过了评估报告。2013年11月,教科文组织第37届大会正式批准在中国廊坊建立全球尺度地球化学国际研究中心申请。  经过多年的努力,2015年9月国务院正式批准中心建立。  “中心之所以可以顺利落户中国,是教科文组织和地质科学联合会对中国地球化学调查工作取得的成绩的认同,我们在过去的工作中积累了丰富的经验并且建立了一支一流的队伍,拥有世界先进水平的实验室,这是我们的硬实力,直接从事分析测试的3700余人的庞大队伍,这是我们的软实力。这样的‘软’‘硬’结合,是其他任何一个竞争国家都无法比拟的。”中心副主任王学求研究员向记者说道。  多年来,我国积极参与国际地球科学计划合作研究。截至2015年底,国际地球科学计划项目共实施355项,其中我国参与135项,占38%。2015年22个在研的国际地球科学计划项目中,我国科学家参与10项,排名居各会员国首位。  顺利落户更是离不开我国在地球化学调查工作中总体科研创新能力居国际领先水平这一要素。经过长期的反复实践与不断探索,我国共取得4项原创性成果。  一是取得地球化学调查理论和方法原始性创新,指导了地质找矿突破;二是研发了76种元素的高精度实验测试技术,形成了由专业研究机构引领,辐射30个省级地质实验室的全国性地球化学样品分析和质量控制网络,目前中国是世界上地球化学元素测试指标最多的国家;三是研制了岩石、土壤、水系沉积物、矿石、生物等系列共234种地球化学标准物质,占世界50%以上,为全国乃至全球地球化学分析测试数据的一致性和可对比性提供了技术保障;四是研发了世界上首个具有自主知识产权、具备化学属性的“地球化学”数据管理软件和平台,实现大数据管理、展示和查询。  这一切,使得研究中心在我国建立似乎是水到渠成的。正如姜大明部长所言:“科技创新在中国发展全局处于核心地位,实施一批大科学计划工程,积极参与大型国际科技合作,是我国科技界面向世界、实现跨越式发展的强大动力。”  从跟随到超越重点解决资源与环境问题  地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学,是地质科学的一个重要分支学科,在解决资源环境问题方面具有独特的作用,目前已成为地球科学的支柱学科。  “资源与环境问题是世界各国经济发展面临的重大问题。”姜大明部长一再强调着地球化学在解决能源资源上的作用,中心的成立,将加强全球地球化学家的合作交流,系统测量五大圈层化学元素的含量,绘制地球化学基因图谱,构建全球地球化学基准值,可以为资源评价、环境保护、应对全球气候变化提供系统持续的科学数据和解决方案,有效服务全球自然资源与环境的可持续发展。  发展离不开地球化学从业人员坚持不懈的实践和努力。近40年来,我国陆续实施了一系列地球化学调查计划,使我国地球化学研究走在世界前列,居于国际领先地位。如在找矿突破和水土资源管理方面,我国实施了世界上持续时间最长、覆盖面积最大、调查技术最系统的地球化学调查计划,初步摸清了岩石、土壤和地下水中化学元素分布状况,为矿产资源、土地资源、地下水资源开发利用与保护提供了重要依据,有效服务了我国不同阶段经济社会发展。  在采访物化探所中心实验室主任张勤研究员的时候,我们也能反复听到这样一个词——一流!从他的话语中,能感受到作为一个地球化学从业者的骄傲和自豪。他指着一台仪器向我们介绍道:“这台分析仪器我们完全拥有自主知识产权,对一些重金属元素的测量,比如汞,我可以打包票的说,绝对是世界一流!”后来我们了解到,这台仪器的名字叫做“气体发生-原子荧光光谱仪”,研究团队的核心就是张锦茂先生和张勤研究员,前者是张勤入职物化探所以后的老师。  可以说,这台仪器的研发过程就是张勤研究员甚至是整个中国从事地球化学分析测试人员的心路历程——由学习、跟随国外先进经验,发展到超越和引领,成为世界一流。而这,也正是我国地球化学工作的超越之路。  引领世界合作推进“化学地球”大科学计划  中心成立或许只是一个开始,我国引领世界地球化学科学大计划的工作才刚刚拉开帷幕,在未来,还有很长的路要走。  “要以国际一流的标准来建设,实施好6年发展规划,确保目标任务落到实处是首要任务。”姜大明部长在中心成立仪式上强调。  据了解,该中心将在未来6年开展以下研究工作:  ——建立全球地球化学基准网,开展全球资源评价和环境变化监测。建立覆盖全球地球化学基准网,未来6年将覆盖陆地面积25%左右,服务全球资源总量估算、人类未来资源评价、全球重金属元素污染评价、放射性基准与放射性注入量监测为全球环境安全提供决策依据,开展全球碳循环与全球变化测定,为自然界碳循环和全球变化提供基础数据。  ——开展“一带一路”地球化学填(编)图,服务国家“一带一路”建设。围绕实施国家建设需求,依托国际合作平台,利用中国领先的地球化学填图技术,采集世界各国特别是“一带一路”地球化学数据,为资源评价和环境变化提供科学数据,为资源布局和富余产能转移提供决策依据。未来6年重点在中蒙俄哈、中伊土、中南半岛三个经济走廊区域实施地球化学填图。  ——开展编制全球地球化学一张图与化学地球平台建设,向社会提供服务。系统收集已经完成的全球地球化学填图数据,建立数字地球的“化学地球”平台,编制全球地球化学一张图。通过互联网向政府决策、科学研究和社会公众提供服务。  ——积极准备“化学地球”国际大科学计划。化学元素是地球的最小组成单元,被称为地球的基因。“化学地球”是绘制地球化学元素图谱,将元素周期表上所有化学元素的含量和分布绘制在地球上,为全球资源可持续利用和全球环境变化研究提供基础数据,为政府决策提供科学依据,为社会提供公共服务。中国在地球化学领域取得的成就,使得集研究、填图、勘查、工程一体化的大科学计划——“化学地球”成为可能。“化学地球”国际大科学计划主要包括:建立覆盖全球的地球化学基准网,建立地球关键带全球地球化学观测网,全球主要50种成矿元素分布与资源总量评价,全球重金属、放射性和碳元素基准值与环境评价,全球重大地质事件的地球化学响应,“一带一路”主要经济走廊地球化学填图,建立基于因特网的“化学地球”平台,提供全球地球化学大数据和知识公共服务。  覆盖全球的地球化学基准网已经以我国河北廊坊为中心,向世界发出了信号。我国地学界也会以此为契机,务实合作,不断探索,为经济社会的可持续发展,为开辟全球地球化学发展新境界,为推动人类文明交流互建和社会发展做出新贡献。

 

 
习近平总书记在“科技三会”上的讲话中指出:“成为世界科技强国,成为世界主要科学中心和创新高地,必须拥有一批世界一流科研机构、研究型大学、创新型企业,能够持续涌现一批重大原创性科学成果。”今年5月,联合国教科文组织全球尺度地球化学国家研究中心,依托中国国土资源部、中国地质调查局中国地质科学院物化探所在中国成立。该中心将在我国地球化学科学家的带领下,组织全球地球化学科学家实施“化学地球”国际大科学计划(以下简称“化学地球”计划),为提高我国科技创新能力搭建国际平台。本期科技版邀请到参加该计划的两位中国专家,谈一谈“化学地球”大科学计划的具体内容。 

  为什么会有“化学地球”计划 

  环境变化和资源短缺是人类社会面临的巨大挑战,备受各界关注。我们吃的大米含镉吗,哪里的大米富硒?我们饮用的水安全吗,哪里的地下水可以直接饮用?我们呼吸的空气除了PM2.5,是否还含有那些重金属和有机污染物?为了找到解决这些问题的答案,我们需要一个权威机构提供全球性、系统性和持续性的观测数据作为衡量标尺。

  联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心,将与世界各国一道共同实施一项“化学地球”国际大科学计划,系统测量地球五大圈层化学元素的含量和分布,持续记录全球化学元素基准与变化等科学数据,绘制地球化学元素图谱,将元素周期表上所有化学元素的含量和分布绘制在地球上,建立“化学地球”大数据平台,支撑全球自然资源与环境可持续发展,为决策者、科学团体和社会公众提供互联网服务,为世界贡献中国力量。

  “化学地球”计划的进展 

  “化学地球”是集研究与调查、科学与工程、资源与环境一体化的大科学计划。尽管该计划还处在预研究阶段,但已具备很好的前期工作基础。全球地球化学基准计划已经实施了15年,有60余个国家的160余位科学家参加,目前已建立了覆盖面积近3200万平方千米、约占全球陆地面积22%的全球地球化学基准网。

  在中国政府部门、中国地质调查局、联合国教科文组织、国际地质科学联合会的支持下,未来6年将基本建成覆盖全球50%陆地面积的地球化学基准网,建成中国关键带地球化学观测网实验观测点100个,建成“化学地球”大数据平台,提交“一带一路”重点国家地球化学图500万平方千米,发布第一期76个化学元素基准值和基准地球化学图,发布中国、北美、欧洲和澳大利亚环境地球科学对比结果。相信随着“化学地球”国际大科学计划的实施,人类对地球的了解将更加透彻,解决全球资源与环境重大问题的能力将大幅提升。

  “化学地球”计划未来做什么 

  未来该计划的核心内容有七项,可概括为两网、一平台、一张图和三项应用:

  建立覆盖全球的地球化学基准网。碳排放引起的全球气候变化、重金属污染状况、放射性注入量等全球环境变化问题,是当今社会普遍关注的热点问题,但全球变化存在很大争议的一个重要原因是缺乏衡量标准。因此,该计划的首要任务是建立一个覆盖全球的地球化学基准网,获取76种天然元素基准值,建立全球环境变化和自然资源评价的定量标尺。

  建立世界大河流域三角洲关键带地球化学观测网。选择世界主要大河入海口三角洲或内流河汇水盆地,设置2000个监测点,持续记录化学元素在岩石圈-土壤圈-水圈-生物圈-大气圈之间的循环和变化,提供全球环境变化、模型建立及人为活动注入量实证性数据。

  建立基于互联网的“化学地球”平台,提供全球地球化学大数据和知识共享服务。将来进入“化学地球”,人们点击就可查询了解与环境或健康有关的岩石、土壤、地下水、大气等有害和有益元素信息以及与资源有关的成矿元素分布信息等。

  编制“一带一路”地球化学系列图件。“一带一路”沿线国家矿产资源极为丰富,是世界矿物原材料的主要供给基地,在全球经济和社会发展中占有举足轻重的位置,同时,一些国家自然环境脆弱。合作开展地球化学填图,为“一带一路”沿线国家资源与环境协调开发和利用,提供基础数据,服务于“一带一路”经济建设和环境保护,实现互利共赢。

  估算全球矿产资源总量。过去对全球资源总量的估算一直依据地壳丰度,即克拉克值,但克拉克值估算资源量的缺陷是每个元素只有1个值。为了弥补这一缺陷,利用20000个网格化地球化学基准值,将更为准确估算全球资源总量,为人类永续利用自然资源提供重要依据。全球近20000个基准网格的深层样品基准值数据,代表该流域未受人类活动影响的背景值,相当于一个基准网格内的元素丰度,估算出每个基准网格内的潜在资源量,将所有网格累加计算即可得出全球潜在资源总量。

  评价全球重金属、放射性与自然碳排放现状。建立全球10个重金属(镉、汞、砷、锑、铅、锌、铬、钴、镍、钒)基准值,按照中国土壤重金属环境质量标准和欧盟土壤重金属标准评价土壤污染状况。建立自然界铀、钍、钾基准值,按Beck公式计算离地面1米处空气中的放射性吸收剂量率,以便监测人为活动引起的放射性注入量。

  探索生物灭绝、古气候变化等重大地质事件的地球化学响应。利用化学元素变化对重大地质事件灵敏响应这一特性,对生物灭绝、古气候变化等重大地质事件提供科学数据。该计划的优势是利用全球基准值数据,筛选具有全球重大地质事件的元素异常。如中国峨眉山玄武岩大爆发的直接标志是富含铂族元素和超基性元素组合。欧洲最后一期冰期雪球事件,钛元素和二氧化硅分布直接反应冰积物分布范围。小行星撞击地球导致恐龙灭绝事件的重要证据是K-T界面存在高含量铱。

  (王学求:联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心 郝国杰:中国地质调查局)

 

 

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