【当我们去看国家级大展的时候，脑内都想了些什么？】
我是想蛮多的[笑cry]。以下都是我们去参观国家“十三五”科技创新成就展时我脑补的内容：
……
觉不觉得，有的时候，有的词，只是看到，就容易让人走神？
举个例子，信息化。单单看着这三个字，是不是就脑补出来一大堆计算机、网络、数据、算法之类的词……没来由得感到一阵乏味。
当然，对于领域内业者而言，这些词汇不仅不无聊，反而是一个个兴趣点。但对于平时最多用用电脑、刷刷手机的普通网友，每每看到类似“信息化”这样的比较宏观的词汇，恐怕免不得在心里嘀咕“这到底有什么用啊？”，有的人还免不了多嘀咕一句“……反正跟我没关系”。
但是，理智上我们都知道，这些出于畏难本能的嘀咕肯定是不太对。
信息化确实是个挺“大”的词。根据某度，信息化是指培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。想想看，一个用来形容历史进程的词汇，那能是个“小”词么？能是个接地气的好懂的词么？
但其实，这种概念性的“大词”，也是由许多相对具体的概念组成的。信息化的巨大进程，也是由许多具体的科技成果共同推动的。这样来看，回答“信息化有什么用”的问题，就具体了不少，也容易了不少。
超算当然就是其中之一。大家都知道超算是指一类计算能力超级强的计算机。而这样的超级计算机是可以在许多领域帮助科学家进行科学研究的。
比如，科学家在进行药物研发的时候，需要做的工作量其实是非常大的，需要解决的问题也非常复杂。当需要基因测序的时候，当需要研发潜在药物靶标的时候，当需要发现苗头化合物的时候，当需要确定和优化先导化合物的时候，甚至是在临床试验的时候，有了超算的帮忙，就可以帮助科学家节省大量的时间和精力。对于普通的药物也许还没有那么紧迫，但是当有紧急情况发生（如疫情来临，需要科研和病毒赛跑的时候），向超算问药可以提供的研发速度和争取到的时间就至关重要了。
当然，生物医药对于超算的应用只是超算用途的一方面。现在的科学家其实很多都早就在尝试用超算做研究了。前一阵大家都在关注的人工合成淀粉，从C1到Cn的11步反应的途径其实和自然界中自然合成的步骤是完全不一样的，反而是科学家利用超算计算得出的。更不要提我们都熟悉的天气预报，超级计算机的发展为我们带来了高精度的天气预报；还有科幻片里的逼真场景，很多也是超算制作的（比如《流浪地球》里的火石运输车和下大雪的场景）。
而信息化的内涵当然远不止有超算。大家经常呼吁的科学数据开放共享其实也属于信息化要交的作业。
一直以来，共享科学数据都被看做是“文明的呼唤”。[允悲] 一个实验室做出的实验数据，被全世界的所有科研人员看到并可以用来进行研究和再利用，确实是十分有气度、也十分有效率的一件事。而这件事的背后其实需要的正是大数据技术的支撑。让人欣慰的是，我们国家也在构建一个国家级的基础学科公共科学数据中心，推动基础学科数据开放共享与应用服务（搜“国家基础学科公共科学数据中心”就能看到）。这个国家科学数据中心是联合中科院、教育部、工信部、国防科工局、国家林业局、黑龙江省等40余家单位共同建设的，数据资源覆盖17类一级学科和29个二级学科。我还点进去看了一下，看到了中国动物主题数据库、中国植物主题数据库、化学主题数据库、原子分子物理主题数据库、核物理主题数据库、光学技术数据库……也能看到很多国家级项目产生的很多前沿数据。反正多的很，有兴趣的朋友可以自己去探索下。
这当然也是信息化。
另外，最最好理解的，很细节但很重要的——每个中国科学院员工都会用到的ARP系统最近对报销流程做了新的更新，新系统简化了报销的流程，这当然也是信息化造福科研人员的直接体现。
和许多单位一样，从前科学院的员工报销流程也是比较复杂的。（我也深有体会[doge]）表格要填写要审批，票据要粘贴要拍照，发票还需要去国税局的网站上查验之后把那个查验结果打印出来，流程长到我需要计划出来一个完整的时间来专门做报销。而“新一代ARP智能财务共享平台”用起来确实省了很多事。如果是出差，火车票和飞机行程单都不需要额外打印票据。其他票据报销，通过手机app上传发票后，也会自动生成报销单，大部分信息就不再需要我们自己一条条填写了。审批也可以全程电子化完成，减少在办公室之间的奔波。查验发票也不需要我们自己上网查打印结果这些流程了，新系统直连国税总局底账，会对发票进行自动验真。甚至到账速度都快了不少，据说是因为与银行业务系统实时连接，打款更方便……
诚然严格的财务制度大家都理解，但系统更新带来的减少开发票、减少查验流程、打款更快这样的现实中的小变化我们还是格外欢迎。事实证明，“微小但确定的省事儿”确实会让个人体验幸福不少，这可能是我最直观的体验到信息化带来的福泽了。[心]
对了，有一点我一直没说但每一个“快乐上网人”都一定想到了，那就是更快速安全的上网环境。这当然也是信息化带给我们的礼物。
其实不仅是上网人需要更优质的网络环境，相关产业和企业更是需要基于网络环境拓展自己的产品和服务。这么一说，你可能看不懂的“网络5.0新型网络架构”惠及的就更加是包括你我在内的大多数人了。
所以，你还会觉得信息化是看不懂的宏观叙事么？
而今天说了这么多，主要是我在前些日子看“十三五”科技创新成就展的感受。好多朋友看展的时候步履匆匆迅速走过，而我站在看似难懂的展板前面却发了好久的呆。我当时脑补的，就是上面这些内容。
如果你上周也去看了“十三五”科技创新成就展，看到有一个人盯着看起来似乎“平平无奇”的展板前面久久不肯走，那就是在构思这条长微博的我了。[喵喵]
（今日反省：如果觉得一个词汇“空洞”，那也许有可能是对它还不够了解。）
我是想蛮多的[笑cry]。以下都是我们去参观国家“十三五”科技创新成就展时我脑补的内容：
……
觉不觉得，有的时候，有的词，只是看到，就容易让人走神？
举个例子，信息化。单单看着这三个字，是不是就脑补出来一大堆计算机、网络、数据、算法之类的词……没来由得感到一阵乏味。
当然，对于领域内业者而言，这些词汇不仅不无聊，反而是一个个兴趣点。但对于平时最多用用电脑、刷刷手机的普通网友，每每看到类似“信息化”这样的比较宏观的词汇，恐怕免不得在心里嘀咕“这到底有什么用啊？”，有的人还免不了多嘀咕一句“……反正跟我没关系”。
但是，理智上我们都知道，这些出于畏难本能的嘀咕肯定是不太对。
信息化确实是个挺“大”的词。根据某度，信息化是指培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。想想看，一个用来形容历史进程的词汇，那能是个“小”词么？能是个接地气的好懂的词么？
但其实，这种概念性的“大词”，也是由许多相对具体的概念组成的。信息化的巨大进程，也是由许多具体的科技成果共同推动的。这样来看，回答“信息化有什么用”的问题，就具体了不少，也容易了不少。
超算当然就是其中之一。大家都知道超算是指一类计算能力超级强的计算机。而这样的超级计算机是可以在许多领域帮助科学家进行科学研究的。
比如，科学家在进行药物研发的时候，需要做的工作量其实是非常大的，需要解决的问题也非常复杂。当需要基因测序的时候，当需要研发潜在药物靶标的时候，当需要发现苗头化合物的时候，当需要确定和优化先导化合物的时候，甚至是在临床试验的时候，有了超算的帮忙，就可以帮助科学家节省大量的时间和精力。对于普通的药物也许还没有那么紧迫，但是当有紧急情况发生（如疫情来临，需要科研和病毒赛跑的时候），向超算问药可以提供的研发速度和争取到的时间就至关重要了。
当然，生物医药对于超算的应用只是超算用途的一方面。现在的科学家其实很多都早就在尝试用超算做研究了。前一阵大家都在关注的人工合成淀粉，从C1到Cn的11步反应的途径其实和自然界中自然合成的步骤是完全不一样的，反而是科学家利用超算计算得出的。更不要提我们都熟悉的天气预报，超级计算机的发展为我们带来了高精度的天气预报；还有科幻片里的逼真场景，很多也是超算制作的（比如《流浪地球》里的火石运输车和下大雪的场景）。
而信息化的内涵当然远不止有超算。大家经常呼吁的科学数据开放共享其实也属于信息化要交的作业。
一直以来，共享科学数据都被看做是“文明的呼唤”。[允悲] 一个实验室做出的实验数据，被全世界的所有科研人员看到并可以用来进行研究和再利用，确实是十分有气度、也十分有效率的一件事。而这件事的背后其实需要的正是大数据技术的支撑。让人欣慰的是，我们国家也在构建一个国家级的基础学科公共科学数据中心，推动基础学科数据开放共享与应用服务（搜“国家基础学科公共科学数据中心”就能看到）。这个国家科学数据中心是联合中科院、教育部、工信部、国防科工局、国家林业局、黑龙江省等40余家单位共同建设的，数据资源覆盖17类一级学科和29个二级学科。我还点进去看了一下，看到了中国动物主题数据库、中国植物主题数据库、化学主题数据库、原子分子物理主题数据库、核物理主题数据库、光学技术数据库……也能看到很多国家级项目产生的很多前沿数据。反正多的很，有兴趣的朋友可以自己去探索下。
这当然也是信息化。
另外，最最好理解的，很细节但很重要的——每个中国科学院员工都会用到的ARP系统最近对报销流程做了新的更新，新系统简化了报销的流程，这当然也是信息化造福科研人员的直接体现。
和许多单位一样，从前科学院的员工报销流程也是比较复杂的。（我也深有体会[doge]）表格要填写要审批，票据要粘贴要拍照，发票还需要去国税局的网站上查验之后把那个查验结果打印出来，流程长到我需要计划出来一个完整的时间来专门做报销。而“新一代ARP智能财务共享平台”用起来确实省了很多事。如果是出差，火车票和飞机行程单都不需要额外打印票据。其他票据报销，通过手机app上传发票后，也会自动生成报销单，大部分信息就不再需要我们自己一条条填写了。审批也可以全程电子化完成，减少在办公室之间的奔波。查验发票也不需要我们自己上网查打印结果这些流程了，新系统直连国税总局底账，会对发票进行自动验真。甚至到账速度都快了不少，据说是因为与银行业务系统实时连接，打款更方便……
诚然严格的财务制度大家都理解，但系统更新带来的减少开发票、减少查验流程、打款更快这样的现实中的小变化我们还是格外欢迎。事实证明，“微小但确定的省事儿”确实会让个人体验幸福不少，这可能是我最直观的体验到信息化带来的福泽了。[心]
对了，有一点我一直没说但每一个“快乐上网人”都一定想到了，那就是更快速安全的上网环境。这当然也是信息化带给我们的礼物。
其实不仅是上网人需要更优质的网络环境，相关产业和企业更是需要基于网络环境拓展自己的产品和服务。这么一说，你可能看不懂的“网络5.0新型网络架构”惠及的就更加是包括你我在内的大多数人了。
所以，你还会觉得信息化是看不懂的宏观叙事么？
而今天说了这么多，主要是我在前些日子看“十三五”科技创新成就展的感受。好多朋友看展的时候步履匆匆迅速走过，而我站在看似难懂的展板前面却发了好久的呆。我当时脑补的，就是上面这些内容。
如果你上周也去看了“十三五”科技创新成就展，看到有一个人盯着看起来似乎“平平无奇”的展板前面久久不肯走，那就是在构思这条长微博的我了。[喵喵]
（今日反省：如果觉得一个词汇“空洞”，那也许有可能是对它还不够了解。）
【“秃”如其来别担心，焕“发”生机有希望！】《中国人头皮健康白皮书》数据显示，我国脱发人数已超2.5亿，平均每6人就有1人脱发。其中30岁前脱发的比例高达84%，较上一代人的脱发年龄提前了20年，脱发问题日趋年轻化。
好消息是，一项最新成果有望让脱发人群摆脱烦恼。近日，浙江大学药学院高建青教授团队联合李方园副教授团队设计出一种生发微针贴片，能够在清除毛囊周围过量活性氧的同时，促进毛囊周围血管新生，重塑毛囊周围微环境，从而促进毛发再生。
相关研究成果https://t.cn/A6IjcFrX已在ACS Nano上发表。
△ 雄激素源性脱发最常见
脱发是一种常见的以毛发减少为特征的皮肤疾病，在所有男性和女性中发病率高达70%和40%。
目前，临床上最常见的脱发类型就是雄激素源性脱发，又被称为脂溢性脱发。这种脱发在男性群体中比较常见，特点是额部、顶部头发逐渐减少、头发变细或头发稀疏，发际后移，头发呈M字形或“地中海”。有些女性也有患病风险，主要表现为头顶部头发逐渐稀疏，但一般不会形成秃顶。
令人苦恼的是，雄激素源性脱发已经成为一种慢性进行性疾病，至今也没有有效的治疗方法，这也让患者承受着巨大的心理负担。
高建青告诉《中国科学报》，雄激素源性脱发通常是由血管功能不全或氧化应激引起的。秃顶区血管化不足导致营养素、细胞因子和其他生物活性分子向毛囊的输送不足，从而限制了毛囊从休止期到生长期的过渡。
此外，过量活性氧还会触发毛乳头细胞的过早老化，随后通过雄性激素信号及其受体抑制毛囊从休止期到生长期的转化。
目前已证实，过量活性氧的积累会阻止血管生成并增加血管功能障碍，氧化应激和血管化不足亦存在相互关联，这种现象非常不利于雄激素源性脱发患者新生毛发的再生。而毛囊周氧化应激和血管化的双重调控为促进头发再生提供了一个潜在的治疗策略。
△ 微针贴片促头发再生
研究发现，含有氧化铈的纳米颗粒可以模拟清除活性氧的酶。但这些纳米酶虽然可以治疗脱发，但却不能穿透皮肤。为了解决这个问题，研究人员设计了一种氧化铈集成微针贴片，将这些纳米酶直接递送到皮肤下的发根处。
高建青表示，微针贴片作为一种强大的透皮药物传递系统，可以通过安全通道将药物直接传递到表皮和真皮区域，在脱发治疗中具有可行性。
据介绍，研究人员以透明质酸为微针贴片的针体基质，在针体中载入氧化铈纳米酶，通过微针刺穿皮肤角质层，针体溶解后释放其中包载的氧化铈纳米酶，直接将氧化铈纳米酶递送至皮肤深处，以清除毛囊周围过量的活性氧，改善患处的氧化应激微环境。同时，微针的促血管新生作用，还能够重塑毛囊周围的微血管系统，进而调控毛囊的生长周期，诱导毛囊由静止期进入生长期。
目前，市场上主要有 “米诺地尔”“非那雄胺” 两种防雄性激素源性脱发药，这两种药存在一定的副作用，限制了其在临床上更好、更广泛的使用，而微针贴片具有一定的优势。
在雄脱小鼠模型的实验中，研究团队测试了米诺地尔外用制剂和氧化铈微针贴片，发现氧化铈微针贴片可以以较低的给药频率达到与米诺地尔一样的效果。具体而言，微针贴片每3天1次，共给药5次；米诺地尔每天1次，共给药13次。氧化铈微针贴片能够更快地诱导毛发再生，且实现与米诺地尔组相当的新生毛发质量。
随后，研究人员又进一步证实氧化铈微针贴片可以有效清除活性氧，为毛发再生塑造较好的微环境，从而更好地促进毛囊周围的血管再生。而且该微针贴片具有较高的安全性，不会对皮肤造成可逆性损伤，也不会破坏皮肤的正常结构。
△ 商业化仍面临挑战
高建青表示，该创新集成给药系统的发明能够衍生出更多的针对脱发治疗的产品，有望进一步通过产业化，造福雄激素源性脱发患者。不过，该技术目前仍处在基础研究阶段，距离大规模商业化还有相当长的一段距离。
“如果要将二氧化铈纳米酶与微型针贴的复合体真正应用到人体，需要通过各项指标评估及审评，确保原料、复合微针的批间稳定性，该研究成果在放大生产、转化的过程当中仍面临诸多挑战。”高建青说。
首先，作为一种新的复合给药形式，需要在法规层面得到支撑，并经过国家相应审评机构的严格审批才有可能用到人体。其次，该研究目前还处于小规模、机理性探索阶段，还没有完成规模产品的研究，在摸索的过程中可能存在放大生产等的一些技术问题。而在疗效层面，实验动物上的研究表现并不能够与人体完全画等号，比如在动物体内表现的效果好，但在人身上有可能依然存在失败的风险。
高建青表示，接下来，该团队希望和合作企业一起，更多地从应用转化层面深度发力，进行更大量的科学研究，逐一克服当前面临的挑战。https://t.cn/A6IjcFr6
好消息是，一项最新成果有望让脱发人群摆脱烦恼。近日，浙江大学药学院高建青教授团队联合李方园副教授团队设计出一种生发微针贴片，能够在清除毛囊周围过量活性氧的同时，促进毛囊周围血管新生，重塑毛囊周围微环境，从而促进毛发再生。
相关研究成果https://t.cn/A6IjcFrX已在ACS Nano上发表。
△ 雄激素源性脱发最常见
脱发是一种常见的以毛发减少为特征的皮肤疾病，在所有男性和女性中发病率高达70%和40%。
目前，临床上最常见的脱发类型就是雄激素源性脱发，又被称为脂溢性脱发。这种脱发在男性群体中比较常见，特点是额部、顶部头发逐渐减少、头发变细或头发稀疏，发际后移，头发呈M字形或“地中海”。有些女性也有患病风险，主要表现为头顶部头发逐渐稀疏，但一般不会形成秃顶。
令人苦恼的是，雄激素源性脱发已经成为一种慢性进行性疾病，至今也没有有效的治疗方法，这也让患者承受着巨大的心理负担。
高建青告诉《中国科学报》，雄激素源性脱发通常是由血管功能不全或氧化应激引起的。秃顶区血管化不足导致营养素、细胞因子和其他生物活性分子向毛囊的输送不足，从而限制了毛囊从休止期到生长期的过渡。
此外，过量活性氧还会触发毛乳头细胞的过早老化，随后通过雄性激素信号及其受体抑制毛囊从休止期到生长期的转化。
目前已证实，过量活性氧的积累会阻止血管生成并增加血管功能障碍，氧化应激和血管化不足亦存在相互关联，这种现象非常不利于雄激素源性脱发患者新生毛发的再生。而毛囊周氧化应激和血管化的双重调控为促进头发再生提供了一个潜在的治疗策略。
△ 微针贴片促头发再生
研究发现，含有氧化铈的纳米颗粒可以模拟清除活性氧的酶。但这些纳米酶虽然可以治疗脱发，但却不能穿透皮肤。为了解决这个问题，研究人员设计了一种氧化铈集成微针贴片，将这些纳米酶直接递送到皮肤下的发根处。
高建青表示，微针贴片作为一种强大的透皮药物传递系统，可以通过安全通道将药物直接传递到表皮和真皮区域，在脱发治疗中具有可行性。
据介绍，研究人员以透明质酸为微针贴片的针体基质，在针体中载入氧化铈纳米酶，通过微针刺穿皮肤角质层，针体溶解后释放其中包载的氧化铈纳米酶，直接将氧化铈纳米酶递送至皮肤深处，以清除毛囊周围过量的活性氧，改善患处的氧化应激微环境。同时，微针的促血管新生作用，还能够重塑毛囊周围的微血管系统，进而调控毛囊的生长周期，诱导毛囊由静止期进入生长期。
目前，市场上主要有 “米诺地尔”“非那雄胺” 两种防雄性激素源性脱发药，这两种药存在一定的副作用，限制了其在临床上更好、更广泛的使用，而微针贴片具有一定的优势。
在雄脱小鼠模型的实验中，研究团队测试了米诺地尔外用制剂和氧化铈微针贴片，发现氧化铈微针贴片可以以较低的给药频率达到与米诺地尔一样的效果。具体而言，微针贴片每3天1次，共给药5次；米诺地尔每天1次，共给药13次。氧化铈微针贴片能够更快地诱导毛发再生，且实现与米诺地尔组相当的新生毛发质量。
随后，研究人员又进一步证实氧化铈微针贴片可以有效清除活性氧，为毛发再生塑造较好的微环境，从而更好地促进毛囊周围的血管再生。而且该微针贴片具有较高的安全性，不会对皮肤造成可逆性损伤，也不会破坏皮肤的正常结构。
△ 商业化仍面临挑战
高建青表示，该创新集成给药系统的发明能够衍生出更多的针对脱发治疗的产品，有望进一步通过产业化，造福雄激素源性脱发患者。不过，该技术目前仍处在基础研究阶段，距离大规模商业化还有相当长的一段距离。
“如果要将二氧化铈纳米酶与微型针贴的复合体真正应用到人体，需要通过各项指标评估及审评，确保原料、复合微针的批间稳定性，该研究成果在放大生产、转化的过程当中仍面临诸多挑战。”高建青说。
首先，作为一种新的复合给药形式，需要在法规层面得到支撑，并经过国家相应审评机构的严格审批才有可能用到人体。其次，该研究目前还处于小规模、机理性探索阶段，还没有完成规模产品的研究，在摸索的过程中可能存在放大生产等的一些技术问题。而在疗效层面，实验动物上的研究表现并不能够与人体完全画等号，比如在动物体内表现的效果好，但在人身上有可能依然存在失败的风险。
高建青表示，接下来，该团队希望和合作企业一起，更多地从应用转化层面深度发力，进行更大量的科学研究，逐一克服当前面临的挑战。https://t.cn/A6IjcFr6
【水不只往低处流？重磅论文揭示地下水密码：“看不到地下水流，就把它‘画’出来”】“人往高处走，水往低处流”这句话，揭示着世间再平常不过的规律。然而，凡事都有个例外，比如，在我们脚下的“深地”，水不一定只往低处流。
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
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鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
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