【穿越千年,古赤道极光揭示地磁异常演化】提起绚丽多彩的极光,人们就会想到南北极。鲜为人知的是,在地球赤道上也有可能看到极光。

这种现象很多时候与地球磁场异常有关。人们都知道地球有南北两个对称的磁极,不过,地球上还有一些少为人知的地磁异常区——高于或低于同纬度地区磁场强度的正异常区或负异常区。赤道极光就与地磁负异常有关。

先别对飞往赤道看极光感到欣喜,地磁异常也是地球南北磁极倒转的一个潜在“先兆”。地磁倒转会削弱对地球系统的保护,甚至造成生物大灭绝。

南大西洋异常区(SAA)是今天地球唯一的负地磁异常区,能否通过历史上类似的异常区,增进人们对这一动力学过程的理解?在日前发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中,中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)魏勇研究员带领的团队与英国利兹大学的合作团队利用一把“新钥匙”——千年古籍中记录的赤道极光,首次展示了地球内部与空间的协同演变。

“不安分”的地磁场

在地球系统46亿年演化进程中,磁场的出现和演化,与其他因素共同作用塑造了今天生机勃勃的宜居地球。

“地磁场穿越厚达3000公里的地幔与地壳达到地表,并远远地延伸到太空中去。太空中的这一部分地磁场包裹的空间即‘磁层’,在靠近太阳的一侧能达到10个地球半径(地球半径为6371公里)那么远,而在远离太阳的一侧可能达到上千个地球半径。”论文第一作者、地质地球所研究员何飞向《中国科学报》解释。

相关论文信息:
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他表示,由于带电粒子遇到磁场后运动方向会发生偏转,巨大的磁层把地球包裹于其中,对地球生物圈产生了双重保护作用:避免外来的高能带电粒子入侵;减少大气层中的带电粒子逃逸。

地球磁场可以分为四大部分:主磁场、地壳异常磁场(也称岩石圈磁场)、外源变化场和地球内部感应磁场。这些磁场组份的物理起源和时空分布特征各不相同。现今主磁场——偶极磁场占地球磁场的97%。

在众多地球主磁场起源假说中,今天科学家们更认同“地核发电机”假说——地心外核中处于熔融状态的金属铁的持续对流过程。“如果说磁流体对流过程能够产生或增强磁场;那么磁扩散过程则恰好相反,它使磁场趋于均匀分布,并总是趋于衰减。这两个过程决定了偶极磁场的变化。”该项研究方案的设计者兼共同通讯作者、地质地球所研究员魏勇解释说。

图1:地磁场来自于地球内部这台发电机 地质地球所供图

他表示,如果外地核某些区域的流动因地幔运动状态和热力学状态的改变出现异常,不足以补偿磁扩散引起的衰减,在长时间积累下,该区域就会表现出磁场强度明显低于其他区域,即负磁异常区。一旦磁层变小了,对该区域的保护作用也会随之变小。

“除了负地磁异常区,地球磁场也存在正磁异常区。”他说,目前地球磁场的三个正磁异常区分别位于北美洲北部、西伯利亚,以及南极大陆与大洋洲之间的海洋。

不止如此,他指出,“发电机”过程的剧烈变化还可能导致全球性磁场减弱,或是磁偶极子减弱、磁多极子增强,甚至发生南北磁极的倒转。

“当南北磁极调换,导致地磁保护层消失,宇宙辐射就会直接穿越到大气层里,其中就包括致命的射线。”魏勇说。此外,候鸟南飞北迁要依靠地磁场进行全球定位,人类的导航、卫星系统不少都是根据磁极判断方向。“一旦颠倒,天上飞的、地上爬的各种交通工具,就会‘碰碰车’,给人类带来巨大麻烦。”

古籍中的那束光

磁场的起源和长期演化一直是地球系统科学关注的重点和难点。赤道极光为破解这一难题照亮了一束光。

“事实上,极光(aurora)的本意是曙光,与南北极并没有任何关系。”魏勇解释说,现代科学之父伽利略在1619年率先使用了“aurora borealis”一词来称呼北极光,其后又有人使用“aurora australis”称呼南极光,久而久之, 它就具有了“极光”之义。天空中的大气发光现象种类繁多,但空间物理学家对极光现象有明确的界定:由太空中的带电粒子轰击大气粒子而产生。

“极光是高层大气中的一种特殊发光现象。从广义来讲,所有高能粒子与中性大气碰撞激发的光辐射都可称为极光。”何飞也表示,传统认为极光只发生在南北两极环绕磁轴的椭圆环带中(又称极光卵),这主要取决于偶极磁场在南北两极汇聚形成的特殊漏斗状结构。

偶尔在极端空间天气事件期间,极光卵会扩展到中低纬度。不过,他表示,正常情况下,在低纬度区域,高能粒子很难跨域磁力线穿透高层大气,因此极少会观测到极光现象。

“但在负地磁异常区内,磁场强度比同纬度的其他地区至少低一半,保护作用被减弱,导致更多的内辐射带高能带电粒子进入高层大气,并通过碰撞激发类似极光的发光现象。”何飞说,科学家已经在SAA异常区观测到了红色的极光。

在2020年发表于《国家科学评论》的一项研究中,中科院院士万卫星与魏勇、何飞等系统总结了以SAA为代表的负地磁异常区高能带电粒子沉降特征、粒子碰撞发光现象和历史观测研究现状,在上世纪六七十年代空间物理研究的基础上重新聚焦赤道极光研究。

由于现今地球只有一个负地磁异常区,科学家希望通过历史上发生的其他负地磁异常区增进对地磁演化过程的理解。利用古代航海数据建立的全球地磁模型,他们认为16-18世纪期间,西太平洋地区存在明显的负地磁异常,即西太平洋地磁异常区(WPA)。有趣的是,研究表明正如SAA位于非洲低剪切速度地幔异常体(LLVP)的西边缘,WPA在地理上位于太平洋LLVP的西边缘,这表明WPA也可能像SAA一样,是由地幔驱动的特征。

“除了从地球内部寻找WPA的证据外,大气异常现象提供了获取WPA演化线索的另一个路径。”魏勇说,在WPA的北方,古代中国、朝鲜和日本保存了大量的历史古籍,特别是在16-18世纪古朝鲜大量官方日记持续且详细地记载了天气、天象等信息。其中一种夜间大气发光现象——“有气如火光”被频繁记录。

图2:朝鲜半岛观察赤道极光示意图 地质地球所供图
图3:古朝鲜极光记录 地质地球所

对此,魏勇认为这正是由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降产生的赤道极光。他带领团队对朝鲜古籍进行了系统的整理,共发掘出公元1012-1811年800年间的2013条极光记录。

这些赤道极光与WPA存在怎样的联系?它能够告诉人们关于WPA的哪些演化特征?魏勇、何飞和地质地球所研究员朱日祥院士联合英国利兹大学教授菲利普·利弗莫尔(Philip Livermore)团队,开展了赤道极光和地球发电机模拟的交叉研究工作,揭示出WPA百年时间尺度的震荡特征。研究表明太平洋和朝鲜半岛下部的上升流可能是引起磁场震荡的关键:大约每100年发生一次,每一次之后都有下降流或其他机制来重新增强磁场。

多位审稿人认为对这项予以高度评价,认为研究结果首次清晰地展示了地球内部与空间的协同演变,为今后相关区域考古磁学工作提出了新方向,也为当今SAA区域研究提供了新思路。“作者利用古代朝鲜的历史极光记录,为地球发电机提供了一个令人兴奋的新视角。”一位审稿人说。

破译历史 预测未来

科学研究表明,近数十年来,SAA的磁场还在持续减弱,范围也在不断移动和扩大,磁暴期间越来越频繁地观测到赤道极光,一些地方甚至肉眼可见。

那么,地球是否可能发生磁极倒转的情况?“如果全球性的磁场减弱持续发展,则有可能迎来下一次地磁倒转。”何飞对本报说,“但这只是推测,因为历史上地磁倒转的发生并没有固定的规律,每次磁极倒转需要的时间也是几千年不等。地球历史上已知的地磁倒转发生间隔在几十万年到上百万年不等,上一次倒转发生在78万年前。

科学家已经通过“蛛丝马迹”发现地磁倒转和地磁异常带来的影响。例如,美国卡耐基研究所的科学家在分析远古岩石中的磁场极性时发现,在距今6.5亿到10亿年之间,地球出现了多个磁极,导致地球磁场出现混乱。而恰巧在这段时间中,地球出现了雪球事件、寒武纪灭绝事件等与生命有关的重大自然事件。他们推测,磁场的混乱可能是导致这些事件发生的原因。

近日,利物浦大学的研究人员对苏格兰东部古熔岩流的岩石样本进行热微波古地磁分析后发现,在4.16亿至3.32亿年前,这些岩石中保存下来的地磁场强度不到今天的1/4。而科学研究表明泥盆纪-石炭纪(4.19亿~2.86亿年前)的大规模灭绝与较高的紫外线(UV-B)辐射有关。作者表示这说明了弱磁场对地球生命的影响。

由此可见,破译过去地磁场强度的变化具有重要意义,它可以提供数亿年来地球深部过程的变化,进一步丰富和完善地球发电机过程,并为未来地磁可能如何波动或倒转提供线索。

“我们的这项工作只是初步的,未来应加强在我国南海、东南亚地区、孟加拉湾地区的考古磁学和古地磁研究,丰富和完善公元1800年之前的地磁记录,为构建准确的WPA演化模型提供基础数据,从而也为预测地球磁场的未来演变提供坚实的依据。”何飞说。

“中华文明源远流长,我国的正史和地方志中保存着丰富的自然现象记录,是研究人类周围各种环境变量长期变化的宝贵资料,甚至经常是唯一资料。朝鲜半岛、日本、越南等国家的正史大部分使用汉语写作,内容和体例也有一大部分承袭自我国,因此也保留了许多具有重要科学价值的资料。我国学者应当发挥自身文化优势,投入到这一研究领域中来。”魏勇说。https://t.cn/A6Mh4zxY

【蓟州区矿山复绿工程:给矿疤“疗伤” 让山体复绿】蓟州区是天津矿产资源大区,自上世纪60年代开始,成为重要建材基地,在采石活动顶峰时期的上世纪80、90年代,最多曾有400多家矿山企业开山炸石生产石料。经过半个世纪的大规模和不规范开采,山体植被遭到严重破坏,矿山创面区域险象环生,存在崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害隐患,被破坏的生态已无法自然恢复,对经济社会发展和群众生产生活造成了严重影响。2008年,矿山企业陆续被政策性关停,遗留下很多矿山创面,成为生态环境保护的一大痛点。为彻底根治矿山开采造成的生态破坏,2014年开始,蓟州区启动一期矿山复绿工程,目前已经基本完成;二期、三期修复也正在紧锣密鼓进行当中。修复千疮百孔的矿山,需要大量资金投入、需要先进的技术、需要企业加入,蓟州区是怎样做的?

  按照修复工程的三期项目粗略统计,全区需要修复的废弃矿区总面积大约为32平方公里,需要修复的大小矿区数量共有50多个。

  首先采用爆破和人工手段炸掉危岩体;紧接着要平整高低不平的山体,修成一层层的梯田状,再修成护坡,最后覆土植绿。

  一期工程于2014年3月开工建设,共涉及8处矿区,目前已经基本完成,工程总治理面积4.8平方公里,完成2.8平方公里。

  一期修复治理项目,政府累计投资约12.2亿元。按照相关规划,二期、三期还需要分别投资44.64亿元、32亿元,总共76.64亿元。

  需修复的废弃矿区有多大?

  约32平方公里,矿区数量50多个

  站在蓟州城区高处朝西北方向看去,多座大山山石裸露、缺少绿色。

  据蓟州区规划和资源局有关人士介绍,经过几十年的开山炸石,留下了大片废弃矿区,按照修复工程的三期项目粗略统计,全区需要修复的废弃矿区总面积大约为32平方公里,需要修复的大小矿区数量共有50多个。一期项目涉及矿区分别为:大兴峪北矿区、大兴峪南矿区、东后子峪矿区、老虎顶南矿区、老虎顶北矿区、飞雁水泥厂矿区、渔山矿区、天津市石矿矿区。二期项目需修复的矿区为:别山矿区、贾庄矿区、新房子内矿区、新房子外矿区、西五百户矿区和小米庄地块、盘山正门道路东、西两侧地块等。三期项目需修复的矿区为:北部山区20个废弃矿山,以及散布在北部山区及南部平原区的零散采矿用地。

  为保护好生态环境,蓟州区在市委、市政府正确领导下,举全区之力,采取多种方式,全面加快修复力度。一期工程于2014年3月开工建设,共涉及8处矿区,目前已经基本完成,工程总治理面积4.8平方公里,完成2.8平方公里,包括山体危岩体削坡约230万立方米,矿坑填方约425万立方米,绿化栽植苗木近3万株,累计投资约12.2亿元。

  一些废弃矿区还有不少深10—30米的矿坑,修复更是一个棘手难题。回填,费人费力,还污染环境;不回填,将会形成巨大的垃圾坑,严重破坏植被和原有地貌结构,造成土地荒漠化和水土流失,极大地影响自然生态环境。近年来,在国家和市有关部门的支持下,蓟州区先后对多个矿坑进行积极治理,取得了一些成果,但由于需要投入大量资金,使得矿坑治理遭遇多重困难,但是蓟州区锲而不舍,多措并举,积极推进。

  创面怎样修复?

  先清理、再整修、最后着绿

  连日来,在蓟州区东后子峪废弃矿区,300多人的施工队伍正在紧张施工中。在确保安全的情况下,施工人员先采取爆破手段,炸掉废弃矿山危岩体,然后用挖掘机开挖碎石,聚拢、装车、运走。

  蓟州区广成集团相关部门负责人苏大伟介绍,正在进行修复施工的东后子峪废弃矿区,总面积0.9平方公里,目前正在进行山体危岩体削坡工程和矿坑回填工程,现在已完成西侧创面危岩体削坡和部分地块矿坑平整工作,累计完成山体危岩体削坡约97万立方米,回填工程约90万立方米,西侧已削坡区域完成绿化栽植苗木3000余株。截至目前,东后子峪矿区已完成80%的修复任务。

  矿山生态一旦被破坏,治理修复极为艰难,怎样具体修复呢?

  苏大伟介绍,首先是施工难度很大,过程复杂。过去开山炸石留下的是极不规则的现状,而且充满了危险性。另外,开采矿山造成的部分山体纵截面,与地面的角度能达到八九十度,几乎垂直,陡峭的坡面给复绿造成巨大困难。在相关技术专家指导下,确定了具体修复手段和方法。首先采用爆破和人工手段炸掉危岩体,也就是高耸的山头,然后清理危岩、山体裂缝等,进行排险。紧接着要平整高低不平的山体,修成一层层的梯田状,再修成护坡,最后覆土植绿。通过这些手段就可使原本几十米落差的矿山,用石头垒出一个个平台。初步修复的山体没有可利用的栽植用土,而要让植物树木得以扎根存活,必须要在岩石上和缝隙间覆盖新土。为此,他们在一些施工工地把废弃土运过来,进行覆盖,效果很好。

  苏大伟说,为恢复地表植被、让植物健康生长,他们找到了林业专家,针对所在地的环境与土壤状况,挑选适宜的树种,比如有火炬、栾树、松树等,还有爬地柏等藤条植物,这些植物对土质的要求不严,耐寒力、萌生力均较强,能在干燥的砂地上生长良好,喜石灰质的肥沃土壤,正好适宜在修复的矿体上栽种。目前还在尝试用先进的菌根技术,来保证植物群落的物种多样性及稳定性。

  天津华北地质勘查局地质研究所高级工程师肖飞介绍,蓟州区降水量每年集中在7、8、9三个月,试验表明,南方地区实施的在山体表面采取喷播的方式,在北方都不太理想,因为缺乏雨水浇灌,所以一些地区出现了一年绿、两年黄、三年死光光的现象。为此,他们优化边坡处置方式,对山梁式的山体采取阶梯式覆土达到1米到1.2米,进行本地的灌木种植,效果不错。

  修复资金哪里来?

  探索政府专项债务筹集

  按照蓟州区废弃矿区修复实施方案,总共要进行三期工程,一期已经基本完成,目前正在进行二期、三期的修复施工。其中,一期修复治理项目,政府累计投资约12.2亿元。按照相关规划,二期、三期还需要分别投资44.64亿元、32亿元,总共76.64亿元。

  依据《自然资源部关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见》精神,蓟州区正在积极探索利用市场化方式筹集资金,拟发行政府专项债31.95亿元,其中2020年已发行政府专项债15亿元。但这显然是不够的,还需要多措并举,吸引社会资本,引导相关企业积极加入到矿山修复治理中来。

  据介绍,蓟州区已经成功引进北京eden春山里项目集团,投资90 亿元,在东后子峪矿区进行生态修复,商业开发。该项目位于蓟州区燕山西大街以北,彩虹路东西两侧地块及地块东侧矿坑,总建设用地面积约 1722 亩,建设面积约 95 万平方米,其中一期占地 594 亩,将借鉴世界矿区环保治理经验,打造国内矿区修复样板。

  与此同时,蓟州区还在和其他大型企业集团洽谈,在生态保护基础上,联合开展矿山修复治理,目前在谈的项目有越野赛车场地、光伏发电项目等多个。初步规划,将利用当地矿区的原生态,改造成为商业开发项目,企业投资规模都很大。蓟州区对这些商业项目严格把关,确保把生态保护放在首位,在此基础上变废为宝。

  修复之后什么样?

  矿区变身森林公园

  大兴峪北矿区位于蓟州城区西北部燕山西大街山口北侧,开车只需20分钟。初秋时节,这里山体葱茏,山花五彩斑斓,白杨树长高到了4米,径直伸向蓝天,昔日废弃矿区,已经变身深受居民们青睐的森林公园。

  走进细看,在占地227亩的矿山创面上生长着人工栽植的松树、火炬等林木1万多株,绿化覆盖率接近100%。曾经的沙石裸露、满目疮痍,如今已是一片生机盎然的优美景观。

  项目负责人介绍,大兴峪北矿区这里原来也是一个废弃矿区,山体海拔很高,因为过去开山炸石,形成很多危岩体,寸草不生,还成为地质灾害点,对周边安全、生态环保都极为不利,被确定为修复矿区。

  为取得良好效果,施工方请教专家,经过多次论证,终于确定修复方案:先除掉危岩体,把山体高度降低;然后削坡、修建梯级平台削坡;局部再设立挡墙护坡,从而形成多级平台;在平台上和贴坡处进行绿化工程,然后又从其他地方运土覆盖到岩石上,让植物扎下根。其中堆填蓟州新城建筑渣土超过225万立方米,栽植包括油松、桧柏、臭椿、桃树等乔木10多种。

  打开施工记录看到,该项工程共削去陡坡62万立方米,填土约16万立方米,砌筑挡墙及排水沟约1万立方米,为矿面绿化打下了良好基础,效果非常好。一位施工人员介绍,修复这个矿山创面,在山上植树造林,树苗都是人工一棵棵背上去的,水都是一桶桶背上去的,新土也是一筐筐背上去的,汗流浃背,异常辛苦,但是为了早日修复好,大家都默默坚持。为让栽植的树木成活,项目施工方还在山上设置了滴灌带,利用积存的雨水,进行精准浇灌,做到用水少、效果好,确保树木成活率达到了90%以上。

  令人欣喜的是,这座山体修复取得圆满成功。春季有花,夏季绿树成荫,秋季赏叶,红叶漫山遍野,冬季看绿,成为城区及周边居民节假日休闲赏玩的好去处。毗邻的一位农家院经营户介绍,以前开采矿山维持生活,破坏了生态环境,这几年经过政府修复,绿化非常好,环境大为改变,借此好环境开农家院,年收入10多万元,绿水青山真的开始变为金山银山。

  修复啥时完成?

  正加快实施二、三期修复

  为完成国家要求,在市委、市政府坚强领导下,蓟州区正在加快实施二期、三期修复工程。

  据介绍,蓟州区目前已完成矿山二期项目的整体立项、可研、勘查设计、社会稳定风险评估等工作。别山矿区为首期启动的矿区,已经完成了别山矿区的“一矿一策”治理方案、施工图设计、工程量清单、控标价编制等工作。西五百户矿区、新房子内矿区和新房子外矿区已于5月29日初步完成了勘察设计报告的专家评审工作。与此同时,积极开展招投标工作,计划年底之前全部完成招投标并开工建设,达到中央环保督察整改时限要求。

  三期工程,主要是对蓟州北部山区20个废弃矿山以及零散采矿用地进行治理,总治理面积1097.92公顷;同时对126处地质灾害隐患点进行综合治理,并对受地质灾害威胁的13户进行搬迁、避让和停用处置。项目总投资32.27亿元,建设工期3年。目前已初步完成地质环境综合治理三期工程项目建议书的批复。1标段24个地灾隐患点的治理方案编制完成;2标段162亩土地复垦场地调查完成,正在编制实施方案;3标段渔山地质灾害隐患点勘查完成,正在编制治理方案。其余地质灾害隐患点、矿山创面、复垦地块正在分批次开展测绘等工作。

  “该项目的实施能够使治理区恢复碧水蓝天、空气清新的良好生态环境,对于生态系统的修复、京津地区北部绿色生态屏障的保护具有重要意义。”天津市规划资源局蓟州分局矿山管理科负责人王向东说。https://t.cn/A6Im7MEz

蓟州区矿山复绿工程:给矿疤“疗伤” 让山体复绿

  东后子峪矿区正在加快施工。

  修复作业

  蓟州区大兴峪北矿区人工修复景观

  蓟州区是天津矿产资源大区,自上世纪60年代开始,成为重要建材基地,在采石活动顶峰时期的上世纪80、90年代,最多曾有400多家矿山企业开山炸石生产石料。经过半个世纪的大规模和不规范开采,山体植被遭到严重破坏,矿山创面区域险象环生,存在崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害隐患,被破坏的生态已无法自然恢复,对经济社会发展和群众生产生活造成了严重影响。2008年,矿山企业陆续被政策性关停,遗留下很多矿山创面,成为生态环境保护的一大痛点。为彻底根治矿山开采造成的生态破坏,2014年开始,蓟州区启动一期矿山复绿工程,目前已经基本完成;二期、三期修复也正在紧锣密鼓进行当中。修复千疮百孔的矿山,需要大量资金投入、需要先进的技术、需要企业加入,蓟州区是怎样做的?

  按照修复工程的三期项目粗略统计,全区需要修复的废弃矿区总面积大约为32平方公里,需要修复的大小矿区数量共有50多个。

  首先采用爆破和人工手段炸掉危岩体;紧接着要平整高低不平的山体,修成一层层的梯田状,再修成护坡,最后覆土植绿。

  一期工程于2014年3月开工建设,共涉及8处矿区,目前已经基本完成,工程总治理面积4.8平方公里,完成2.8平方公里。

  一期修复治理项目,政府累计投资约12.2亿元。按照相关规划,二期、三期还需要分别投资44.64亿元、32亿元,总共76.64亿元。

  需修复的废弃矿区有多大?

  约32平方公里,矿区数量50多个

  站在蓟州城区高处朝西北方向看去,多座大山山石裸露、缺少绿色。

  据蓟州区规划和资源局有关人士介绍,经过几十年的开山炸石,留下了大片废弃矿区,按照修复工程的三期项目粗略统计,全区需要修复的废弃矿区总面积大约为32平方公里,需要修复的大小矿区数量共有50多个。一期项目涉及矿区分别为:大兴峪北矿区、大兴峪南矿区、东后子峪矿区、老虎顶南矿区、老虎顶北矿区、飞雁水泥厂矿区、渔山矿区、天津市石矿矿区。二期项目需修复的矿区为:别山矿区、贾庄矿区、新房子内矿区、新房子外矿区、西五百户矿区和小米庄地块、盘山正门道路东、西两侧地块等。三期项目需修复的矿区为:北部山区20个废弃矿山,以及散布在北部山区及南部平原区的零散采矿用地。

  为保护好生态环境,蓟州区在市委、市政府正确领导下,举全区之力,采取多种方式,全面加快修复力度。一期工程于2014年3月开工建设,共涉及8处矿区,目前已经基本完成,工程总治理面积4.8平方公里,完成2.8平方公里,包括山体危岩体削坡约230万立方米,矿坑填方约425万立方米,绿化栽植苗木近3万株,累计投资约12.2亿元。

  一些废弃矿区还有不少深10—30米的矿坑,修复更是一个棘手难题。回填,费人费力,还污染环境;不回填,将会形成巨大的垃圾坑,严重破坏植被和原有地貌结构,造成土地荒漠化和水土流失,极大地影响自然生态环境。近年来,在国家和市有关部门的支持下,蓟州区先后对多个矿坑进行积极治理,取得了一些成果,但由于需要投入大量资金,使得矿坑治理遭遇多重困难,但是蓟州区锲而不舍,多措并举,积极推进。

  创面怎样修复?

  先清理、再整修、最后着绿

  连日来,在蓟州区东后子峪废弃矿区,300多人的施工队伍正在紧张施工中。在确保安全的情况下,施工人员先采取爆破手段,炸掉废弃矿山危岩体,然后用挖掘机开挖碎石,聚拢、装车、运走。

  蓟州区广成集团相关部门负责人苏大伟介绍,正在进行修复施工的东后子峪废弃矿区,总面积0.9平方公里,目前正在进行山体危岩体削坡工程和矿坑回填工程,现在已完成西侧创面危岩体削坡和部分地块矿坑平整工作,累计完成山体危岩体削坡约97万立方米,回填工程约90万立方米,西侧已削坡区域完成绿化栽植苗木3000余株。截至目前,东后子峪矿区已完成80%的修复任务。

  矿山生态一旦被破坏,治理修复极为艰难,怎样具体修复呢?

  苏大伟介绍,首先是施工难度很大,过程复杂。过去开山炸石留下的是极不规则的现状,而且充满了危险性。另外,开采矿山造成的部分山体纵截面,与地面的角度能达到八九十度,几乎垂直,陡峭的坡面给复绿造成巨大困难。在相关技术专家指导下,确定了具体修复手段和方法。首先采用爆破和人工手段炸掉危岩体,也就是高耸的山头,然后清理危岩、山体裂缝等,进行排险。紧接着要平整高低不平的山体,修成一层层的梯田状,再修成护坡,最后覆土植绿。通过这些手段就可使原本几十米落差的矿山,用石头垒出一个个平台。初步修复的山体没有可利用的栽植用土,而要让植物树木得以扎根存活,必须要在岩石上和缝隙间覆盖新土。为此,他们在一些施工工地把废弃土运过来,进行覆盖,效果很好。

  苏大伟说,为恢复地表植被、让植物健康生长,他们找到了林业专家,针对所在地的环境与土壤状况,挑选适宜的树种,比如有火炬、栾树、松树等,还有爬地柏等藤条植物,这些植物对土质的要求不严,耐寒力、萌生力均较强,能在干燥的砂地上生长良好,喜石灰质的肥沃土壤,正好适宜在修复的矿体上栽种。目前还在尝试用先进的菌根技术,来保证植物群落的物种多样性及稳定性。

  天津华北地质勘查局地质研究所高级工程师肖飞介绍,蓟州区降水量每年集中在7、8、9三个月,试验表明,南方地区实施的在山体表面采取喷播的方式,在北方都不太理想,因为缺乏雨水浇灌,所以一些地区出现了一年绿、两年黄、三年死光光的现象。为此,他们优化边坡处置方式,对山梁式的山体采取阶梯式覆土达到1米到1.2米,进行本地的灌木种植,效果不错。

  修复资金哪里来?

  探索政府专项债务筹集

  按照蓟州区废弃矿区修复实施方案,总共要进行三期工程,一期已经基本完成,目前正在进行二期、三期的修复施工。其中,一期修复治理项目,政府累计投资约12.2亿元。按照相关规划,二期、三期还需要分别投资44.64亿元、32亿元,总共76.64亿元。

  依据《自然资源部关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见》精神,蓟州区正在积极探索利用市场化方式筹集资金,拟发行政府专项债31.95亿元,其中2020年已发行政府专项债15亿元。但这显然是不够的,还需要多措并举,吸引社会资本,引导相关企业积极加入到矿山修复治理中来。

  据介绍,蓟州区已经成功引进北京eden春山里项目集团,投资90 亿元,在东后子峪矿区进行生态修复,商业开发。该项目位于蓟州区燕山西大街以北,彩虹路东西两侧地块及地块东侧矿坑,总建设用地面积约 1722 亩,建设面积约 95 万平方米,其中一期占地 594 亩,将借鉴世界矿区环保治理经验,打造国内矿区修复样板。

  与此同时,蓟州区还在和其他大型企业集团洽谈,在生态保护基础上,联合开展矿山修复治理,目前在谈的项目有越野赛车场地、光伏发电项目等多个。初步规划,将利用当地矿区的原生态,改造成为商业开发项目,企业投资规模都很大。蓟州区对这些商业项目严格把关,确保把生态保护放在首位,在此基础上变废为宝。

  修复之后什么样?

  矿区变身森林公园

  大兴峪北矿区位于蓟州城区西北部燕山西大街山口北侧,开车只需20分钟。初秋时节,这里山体葱茏,山花五彩斑斓,白杨树长高到了4米,径直伸向蓝天,昔日废弃矿区,已经变身深受居民们青睐的森林公园。

  走进细看,在占地227亩的矿山创面上生长着人工栽植的松树、火炬等林木1万多株,绿化覆盖率接近100%。曾经的沙石裸露、满目疮痍,如今已是一片生机盎然的优美景观。

  项目负责人介绍,大兴峪北矿区这里原来也是一个废弃矿区,山体海拔很高,因为过去开山炸石,形成很多危岩体,寸草不生,还成为地质灾害点,对周边安全、生态环保都极为不利,被确定为修复矿区。

  为取得良好效果,施工方请教专家,经过多次论证,终于确定修复方案:先除掉危岩体,把山体高度降低;然后削坡、修建梯级平台削坡;局部再设立挡墙护坡,从而形成多级平台;在平台上和贴坡处进行绿化工程,然后又从其他地方运土覆盖到岩石上,让植物扎下根。其中堆填蓟州新城建筑渣土超过225万立方米,栽植包括油松、桧柏、臭椿、桃树等乔木10多种。

  打开施工记录看到,该项工程共削去陡坡62万立方米,填土约16万立方米,砌筑挡墙及排水沟约1万立方米,为矿面绿化打下了良好基础,效果非常好。一位施工人员介绍,修复这个矿山创面,在山上植树造林,树苗都是人工一棵棵背上去的,水都是一桶桶背上去的,新土也是一筐筐背上去的,汗流浃背,异常辛苦,但是为了早日修复好,大家都默默坚持。为让栽植的树木成活,项目施工方还在山上设置了滴灌带,利用积存的雨水,进行精准浇灌,做到用水少、效果好,确保树木成活率达到了90%以上。

  令人欣喜的是,这座山体修复取得圆满成功。春季有花,夏季绿树成荫,秋季赏叶,红叶漫山遍野,冬季看绿,成为城区及周边居民节假日休闲赏玩的好去处。毗邻的一位农家院经营户介绍,以前开采矿山维持生活,破坏了生态环境,这几年经过政府修复,绿化非常好,环境大为改变,借此好环境开农家院,年收入10多万元,绿水青山真的开始变为金山银山。

  修复啥时完成?

  正加快实施二、三期修复

  为完成国家要求,在市委、市政府坚强领导下,蓟州区正在加快实施二期、三期修复工程。

  据介绍,蓟州区目前已完成矿山二期项目的整体立项、可研、勘查设计、社会稳定风险评估等工作。别山矿区为首期启动的矿区,已经完成了别山矿区的“一矿一策”治理方案、施工图设计、工程量清单、控标价编制等工作。西五百户矿区、新房子内矿区和新房子外矿区已于5月29日初步完成了勘察设计报告的专家评审工作。与此同时,积极开展招投标工作,计划年底之前全部完成招投标并开工建设,达到中央环保督察整改时限要求。

  三期工程,主要是对蓟州北部山区20个废弃矿山以及零散采矿用地进行治理,总治理面积1097.92公顷;同时对126处地质灾害隐患点进行综合治理,并对受地质灾害威胁的13户进行搬迁、避让和停用处置。项目总投资32.27亿元,建设工期3年。目前已初步完成地质环境综合治理三期工程项目建议书的批复。1标段24个地灾隐患点的治理方案编制完成;2标段162亩土地复垦场地调查完成,正在编制实施方案;3标段渔山地质灾害隐患点勘查完成,正在编制治理方案。其余地质灾害隐患点、矿山创面、复垦地块正在分批次开展测绘等工作。

  “该项目的实施能够使治理区恢复碧水蓝天、空气清新的良好生态环境,对于生态系统的修复、京津地区北部绿色生态屏障的保护具有重要意义。”天津市规划资源局蓟州分局矿山管理科负责人王向东说。


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