《流浪地球》里的人们居住在地底的“地下城”,未来,“地下城”并不会只存在于科幻片中,科学家目前正在开展的深地空间研究就在探讨“地下城”怎么建。记者近日采访了中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长谢和平,请他从科学角度描绘未来地下空间生存图景。
“对深地空间开发利用并不只是科幻,而是全世界都在研究的科研项目,是世界性的前沿科研话题。”谢和平说,对地下空间的综合利用在国际上非常受重视,已有很多国际组织都在研究地下空间利用。这些国际组织包括1974年成立的国际隧道与地下空间协会(ITA)、1996年成立的国际地下空间联合研究中心(ACUUS)、1986年成立的国际非开挖技术协会(ISTT)等。1991年城市地下空间国际学术会议通过的《东京宣言》还曾强调“21世纪是人类开发利用地下空间的世纪”,预测未来有1/3的人会在地下空间开发利用居住。
据谢和平介绍,目前国际上已有不少科学开发利用地下空间的案例。例如,芬兰建成了一个地下公园,将深入地下120米的空间打造成含盐湿润空气的氧吧,常年恒温11℃~12℃,几乎没有任何过敏源和细菌,可以对患呼吸道、肺结核等疾病的病人进行疗养。2014年建成的位于英国北威尔士的矿洞游乐场,在地下150米,拥有保温保湿环境下世界最大的地下蹦床。
还有很多国家也在尝试开发地下空间,例如,新加坡打算建造的一个地下科技城,已经做了规划,要在西部科学园区地下打造相当于30层楼的地下科学城,供生物医药产业和生命科学使用,未来还可以容纳新增人口。
“一个城市的总面积不只是地面面积,应该把地面面积乘以开发深度的40%才是一个城市总的利用空间。这些地下空间具有恒温恒湿、隔音隔震、天然抗自然灾害、低本底辐射、环境清洁等独特优势。”谢和平说,将这些地下空间的优势利用起来,可以开展地下医学研究和治疗,例如乌兹别克斯坦的霍奇金洞穴,可以提高慢性阻塞性肺疾病患者的细胞免疫力;还可以开展相关的科研活动,例如欧洲的大型强子对撞机就在地下92米处。“如果开展更多的探索利用,还可能在未来让深地空间成为优于太空定居、应对未来地球灾害的人类移居方式。”谢和平说。
未来“地下城”该怎么建设呢?谢和平介绍说自己近日在《煤炭学报》发表的学术文章,提出他关于“地下城”5.0版建设的战略构想和科研论证。按照这个构想:地下0~50米是地下轨道交通、管网系统及避难设施,地下50~100米是地下宜居城市,地下100~500米是地下农业、地下医学与地下生态圈以及战略资源储备,地下500~2000米是地下能源循环带、地下抽水储能、压缩空气发电站、地下热能等调储利用,地下2000米以上是深地科学实验室、深地固态资源液态化开采。
“关于深地空间开发利用,我提出了5个时代概念的构想,这包括被动式地下空间利用的1.0时代,科学开发地下空间及地下生态城市的2.0时代,深地生态圈构建的3.0时代,深地科学实验室和深地空间舱的4.0时代,深地固态资源液态化开采的5.0时代。”谢和平说。
深地开发的1.0时代就是建造防空洞、储备库、地铁、地下商场、地下停车场等。2.0时代会有完整的、宜居的生态城市,要有阳光、自循环水泵及空气智能重生系统。3.0时代就要有生态、环境的地下空间利用,构建地下生态圈的环境,这包括人造阳光、生态植被、深地农牧业、水与生态自循环体系等。4.0时代要开展深地不同深度原位科学实验,构建深部物理学、生物学、医学、岩石力学理论体系,为人类向地球深部进军奠定理论基础。
5.0时代需要发明盾构式采、选、充、气化、发电一体化技术与装备,将固态资源直接转变为液态、气态和电能。到那个时候,地下巷道开采有无人机和机器人巡逻、检查、作业。利用煤粉爆炸、瓦斯爆炸产生的能量,在地下3000米深部原位发电,输送到地面上的将是电、氢气、液化炭,而不是固体资源,并要构建深部原位生态绿色低碳的自循环开发利用体系。“目前,我所带领的博士团队正在做这方面的探索预研。”谢和平说。
据谢和平介绍,地球固态矿产资源埋深可超过40千米,我国已探明的铁矿、铜矿、铝土矿资源70%都在2千米以下。以地热资源为例,仅地壳最外层10千米范围内,就拥有1254亿焦热量,相当于全世界现产煤炭总发热量的2000倍。
目前,我国已将深地开发列入国家重大科技专项,要全面提升深地工程科学和技术的水平和能力,力争到2035年深地钻要达15000米;油气开采要到10000米;地热开发到6000米,固态资源开采到3000米,地下空间工程到1000米。
“目前国际上地下空间利用率大概是30%,而我们国家仅有17%。”谢和平。