(1) Ampliar y fortalecer la red de monitoreo del medio ambiente geológico
Enfatiza el USGS que las redes de seguimiento del entorno geológico son la piedra angular de la investigación científica y los datos de seguimiento generados son fundamentales para resolver importantes cuestiones estratégicas.
Para observar los elementos hidrológicos, la red de seguimiento de los recursos hídricos se ha ampliado y reforzado de tres formas. Diseñar y construir una red troncal nacional de estaciones de monitoreo unificadas de aguas superficiales, aguas subterráneas y calidad del agua financiadas con fondos federales basadas en estaciones de monitoreo existentes, y colaborar y complementar la red de estaciones de monitoreo operadas por agencias estatales, de condado y otras agencias federales. Equipar estaciones de monitoreo clave con equipos de monitoreo más avanzados, aumentar los tipos de elementos de monitoreo y parámetros de datos, y lograr transmisión en tiempo real, como datos meteorológicos, datos químicos de la calidad del agua, datos hidrológicos físicos (temperatura del agua, velocidad del flujo de agua, sedimentos suspendidos). , etc.). En cooperación con la NOAA, los departamentos de manejo de emergencias del estado y del condado trabajan con otros usuarios para expandir la red de monitoreo según sus necesidades para satisfacer las necesidades de más usuarios. Por ejemplo, para la investigación del cambio climático, se diseñó y estableció una red de monitoreo de aguas subterráneas sensible al clima (Figura 2-5) [59].
Figura 2-5 Red de monitoreo de aguas subterráneas de respuesta climática del Servicio Geológico de EE. UU.
(Basado en la literatura [59])
Para la observación de elementos de desastre, se utilizan cinco métodos Se adoptaron medidas para ampliar y fortalecer la red de monitoreo de desastres geológicos como terremotos, deslizamientos de tierra y volcanes. Fortalecer y mejorar las redes de monitoreo existentes para garantizar que las estaciones de monitoreo existentes puedan continuar produciendo datos de monitoreo confiables. Mejorar el nivel de aplicación de la información de monitoreo, lograr un monitoreo en tiempo real (24 horas x 7 días) de los sitios de monitoreo clave y coordinar el monitoreo multisensor de cuerpos de desastres objetivo innovadores (como deslizamientos de tierra, volcanes, fallas sísmicas, etc.). ), y ampliar los canales de comunicación con otras redes de seguimiento. Hacer pleno uso de la tecnología de monitoreo avanzada para ampliar y mejorar el alcance y las capacidades de monitoreo, incluida la ampliación de la adquisición y el uso de datos de estudios geofísicos y de sensores remotos, el desarrollo de instrumentos de monitoreo de desastres portátiles, inteligentes y de bajo costo, y la promoción de la investigación y el desarrollo de instrumentos. , recopilación de datos, desarrollo coordinado de tecnologías de transmisión, gestión y procesamiento de datos. Mejorar el nivel de recopilación de datos in situ durante y después de los desastres, y obtener rápidamente datos que puedan recopilarse en los lugares de desastre en poco tiempo, como marcas de agua, cenizas volcánicas, daños a edificios, trayectorias de deslizamientos de tierra, etc. Compile un catálogo de peligros en la historia geológica y humana, incluidas inundaciones antiguas, deslizamientos de tierra antiguos, terremotos antiguos y erupciones volcánicas.
(2) Establecer un modelo marco geológico tridimensional de la superficie terrestre.
Resolver importantes cuestiones científicas como los recursos hídricos, los desastres naturales, el saneamiento ambiental y el cambio climático. En primer lugar, debemos comprender los cuerpos geológicos de la superficie terrestre de los que dependen los procesos hidrológicos, los procesos de desastres, los procesos ecológicos, los procesos biogeoquímicos, etc. El USGS cree que la información geológica sobre la superficie terrestre debe combinarse con información geológica, geofísica y geoquímica profunda para describir con precisión los cuerpos geológicos en la superficie terrestre.
Para la investigación de recursos hídricos, el objetivo es establecer modelos marco hidrogeológicos 3D/4D a diferentes escalas. El modelo de marco hidrogeológico tridimensional debe combinar variables de volumen y profundidad sobre la base del modelo 2D. El límite superior del rango vertical es la superficie de la corteza terrestre o litosfera, y el límite inferior es la base del acuífero profundo. Las propiedades hidrogeológicas (porosidad, saturación de fluidos, permeabilidad, etc.) correspondientes al marco geológico pueden cambiar con el tiempo. En este caso, es necesario establecer un modelo marco hidrogeológico 4D. Por ejemplo, en el proceso de desarrollo de gas de esquisto o almacenamiento de CO2, las fracturas profundas de las rocas causadas por la presión del agua o el almacenamiento de CO2 afectarán inevitablemente la profundidad de la circulación profunda del agua subterránea, por lo que es necesario utilizar un modelo marco hidrogeológico 4D para la investigación y la simulación.
Para el estudio de los peligros geológicos, el objetivo es establecer un marco para la superficie terrestre, incluyendo marcos geológicos, hidrológicos y ecológicos. En respuesta a la erosión costera, los terremotos, los tsunamis, los volcanes y otros desastres, fortaleceremos el trabajo básico como el estudio y mapeo geológico de los lechos rocosos y el mapeo topográfico terrestre y marino. Para describir la estructura tridimensional de la Tierra, es necesario ampliar la cobertura de los estudios aeromagnéticos y de gravedad. Para acelerar el estudio de los procesos de desastres, es necesario fortalecer la investigación de la vegetación, el suelo, las propiedades geológicas de ingeniería de los cuerpos geológicos superficiales, el uso de la tierra y otras cubiertas superficiales.
Reconociendo que el modelo de marco geológico es su vitalidad central, el USGS propuso el gran objetivo de visión del marco de la superficie de la Tierra en su estrategia de sistema científico central: organizar datos, métodos y modelos en marcos espaciotemporales correspondientes para formar módulos Integra todo el sistema y proporciona soporte integral para la gestión de recursos, la protección ambiental y la prevención y reducción de desastres (Figura 2-6).
Figura 2-6 Objetivos a largo plazo del Marco de Superficie Terrestre del USGS
(Según la literatura [58])
(3) Fortalecer la investigación sobre el agua recursos en un entorno cambiante y predicciones.
El objetivo de la Estrategia Científica de Recursos Hídricos del USGS es estudiar, predecir y garantizar cuantitativamente la seguridad de los futuros recursos de agua dulce en los Estados Unidos. Centrándose en este objetivo, es necesario avanzar en la investigación sobre los mecanismos de proceso que determinan la disponibilidad de recursos hídricos, incluidos los marcos geológicos, el cambio climático y las actividades humanas. Utilice datos históricos geológicos y datos históricos humanos para estudiar el impacto del cambio climático en la disponibilidad de recursos hídricos en múltiples escalas de tiempo y descubrir la respuesta de los sistemas de recursos hídricos al cambio climático a largo plazo. Mediante monitoreo, estudios de mecanismos y simulaciones de modelos, se ha estudiado sistemáticamente la interacción entre actividades humanas como el desarrollo agrícola, la urbanización, el desarrollo de recursos energéticos y minerales, y los sistemas de eliminación de desechos y recursos hídricos. Sobre esta base, se predijeron cambios en la cantidad y calidad de los recursos hídricos bajo diferentes escenarios climáticos, poblacionales, de uso del suelo y de gestión. Teniendo en cuenta la demanda de recursos hídricos de los sistemas económicos, sociales y ecológicos, establecer modelos cuantitativos para estudiar y predecir los cambios en los sistemas hídricos y la disponibilidad de recursos hídricos en diferentes escenarios climáticos, poblacionales, de uso de la tierra y de gestión. Al mismo tiempo, se estudia la disponibilidad de recursos hídricos alternativos (como agua salina, agua de baja calidad y agua reciclada) para predecir los posibles impactos ambientales de su desarrollo y utilización.
(4) Fortalecer la investigación sobre los mecanismos de los desastres naturales
La investigación sobre los mecanismos de los desastres naturales es la base para la evaluación, prevención y reducción de desastres. Para mejorar la calidad de la evaluación de desastres y la oportunidad de la alerta temprana, se debe fortalecer vigorosamente la investigación sobre los mecanismos de desastre. Los puntos clave incluyen: promover investigaciones específicas sobre el proceso de inicio de desastres naturales, incluidos los factores de control del inicio, duración, tipo y escala de un evento de desastre, el grado en que los datos de observación reflejan el proceso de inicio de desastre, la mejora y perfección del monitoreo de desastres; utilizando la geología cuaternaria Realizar investigaciones sobre eventos de desastres extremos utilizando la ciencia, el análisis de núcleos de hielo y otros métodos para determinar los mecanismos y los factores que influyen en los desastres extremos, e inferir áreas de alto riesgo para desastres extremos promover la investigación sobre la vulnerabilidad y la evaluación del riesgo de desastres naturales; incluyendo cómo transformar los resultados de la investigación sobre mecanismos Analizar información sobre vulnerabilidad y riesgo, cómo evaluar las consecuencias ambientales, económicas y sociales de eventos de desastre, y cómo comunicar efectivamente información sobre vulnerabilidad y riesgo de desastre a los departamentos relevantes para que se puedan tomar las acciones apropiadas; Fortalecer la investigación sobre fluidos en procesos de desastres, incluido el papel de los fluidos multifásicos en sistemas magmáticos y procesos volcánicos, los procesos hidrológicos del subsuelo relacionados con volcanes, terremotos, deslizamientos de tierra y hundimientos de tierras, el papel de los fluidos de fallas en los epicentros y los procesos de flujo en ladera de zonas erosionadas. flujos de escombros y flujos piroclásticos; desarrollo Investigación sobre la inducción y el mecanismo de diversas cadenas de desastres naturales.
(5) Fortalecer la investigación sobre el impacto de los contaminantes ambientales en la salud ambiental.
El Servicio Geológico de Estados Unidos cree que el medio ambiente natural, la salud ambiental biológica y la salud humana están inevitablemente interrelacionados y afectados por las actividades humanas, los procesos ecológicos y los procesos geológicos. Bajo la guía de esta idea, el USGS decidió fortalecer la investigación sobre el impacto de los contaminantes ambientales en la salud ambiental. Las acciones estratégicas clave incluyen: identificar y detectar contaminantes que causan salud ambiental, investigar y monitorear contaminantes patógenos como contaminantes orgánicos, compuestos, telurio, galio y elementos de tierras raras, y determinar umbrales y riesgos que causan problemas de salud ambiental; investigar sistemáticamente la fuente, la contaminación ambiental; ocurrencia, migración y destino de contaminantes, evaluar el grado de amenaza de los contaminantes para el medio ambiente, la biología y la salud humana, determinar los estándares de salud para la exposición humana a contaminantes, reducir el impacto de los contaminantes en el medio ambiente, la biología y la salud humana; identificar la exposición humana; a los efectos complejos y efectos acoplados de los contaminantes, identificando enfermedades ambientales y factores patógenos, y realizando investigaciones toxicológicas sobre contaminantes patógenos realizando investigaciones sobre los posibles impactos ambientales y amenazas a la salud causados por desastres causados por factores naturales y actividades humanas, y estableciendo desastre A; mecanismo multidisciplinario de evaluación rápida de los riesgos para la salud ambiental causados por desastres, y la investigación propone métodos para identificar problemas de salud ambiental causados por futuros desastres.
(6) Fortalecer la investigación sobre los procesos geológicos del cambio global.
En 2008, el Congreso aprobó el Servicio Geológico de Estados Unidos para establecer el Centro Nacional de Cambio Climático y Ciencias de la Vida Silvestre (NCCWSC) para emprender la tarea de estudiar el impacto del cambio climático en el agua, el suelo y otros recursos naturales y humanos. en los Estados Unidos.
Según el plan, de acuerdo con las necesidades de la investigación del cambio global, dos aspectos del trabajo de investigación se centran en la geología ambiental. Por un lado, llevará a cabo investigaciones sobre el ciclo global del carbono, incluida la investigación y el desarrollo de métodos de evaluación del potencial de sumideros geológicos de carbono y métodos de evaluación de la vulnerabilidad de las reservas geológicas de carbono, así como investigaciones sobre los procesos geológicos, hidrológicos y geoquímicos de inyección de CO2 líquido en el petróleo. y depósitos de gas natural y cuerpos geológicos permeables. Realizar periódicamente evaluaciones nacionales del potencial de sumideros de carbono y de la vulnerabilidad al almacenamiento de carbono, llevar a cabo investigaciones técnicas sobre métodos de evaluación y monitoreo de sumideros de carbono, realizar investigaciones sobre el mecanismo de los procesos de almacenamiento de carbono en suelos, sedimentos y tierras agrícolas. y llevar a cabo investigaciones sobre el flujo de carbono durante la migración de agua y sedimentos. Por otro lado, es necesario estudiar el impacto del aumento del nivel del mar y el cambio climático en la zona costera, incluyendo el impacto del aumento del nivel del mar en la zona costera, modelos de predicción de recesión de la zona costera y pérdida de tierra causada por el aumento del nivel del mar. bajo diferentes escenarios, así como la descarga de agua dulce, el impacto de las entradas de sedimentos y nutrientes en las zonas costeras.
(7) Fortalecer la investigación sobre los efectos ambientales del desarrollo y utilización de los recursos energéticos y sus residuos.
Uno de los objetivos importantes de la Estrategia Científica de Recursos Minerales y Energéticos del USGS es mejorar la comprensión de los impactos ambientales del desarrollo y uso de los recursos energéticos y minerales y sus desechos. Los contenidos principales incluyen: investigación de fuentes de carbono y sumideros de carbono en el desarrollo de energía y recursos minerales, incluidas las emisiones de CO2 en el desarrollo de piedra caliza, las emisiones de CO2 en el desarrollo de agua geotérmica, las fugas de metano en el desarrollo de gas de esquisto, etc. Realizar investigaciones sobre el impacto del desarrollo de recursos minerales en minas cerradas y en operación en paisajes naturales; realizar investigaciones sobre el impacto del cambio climático en el contexto ambiental de los recursos minerales y el comportamiento ambiental de los desechos; estudiar las características de los desechos generados durante la producción y procesamiento de recursos energéticos y minerales; llevar a cabo investigaciones sobre la eliminación geológica profunda de desechos, incluidas las aguas subterráneas contaminadas con uranio, el agua con alto contenido de sal y el agua de mala calidad producida por el desarrollo de petróleo y gas, y el CO2 producido por la utilización de energía fósil. Llevar a cabo investigaciones geoquímicas ambientales sobre nuevas tecnologías de desarrollo de recursos, como la tecnología de fracturación hidráulica para el desarrollo de gas de esquisto, la tecnología de conversión de campos de esquisto bituminoso y la tecnología de desarrollo de hidratos de gas natural. Llevar a cabo la construcción de fuentes de energía renovables como la energía geotérmica, la energía solar y la energía eólica; , energía hidráulica y bioenergía e investigación sobre los efectos geoambientales durante las operaciones;
(8) Establecer y mejorar un sistema de respuesta rápida ante emergencias ambientales geológicas.
Para responder a desastres repentinos y eventos ambientales, el USGS planea continuar mejorando y fortaleciendo su sistema de respuesta rápida.
Se planifican y despliegan cuatro acciones estratégicas para emergencias relacionadas con el agua. Incluyen principalmente: a través de un análisis integral de datos e información, identificar amenazas actuales y futuras relacionadas con el agua que enfrentan las comunidades, incluidas inundaciones, erosión de riberas y costas, sequías, deslizamientos de tierra y deslizamientos de tierra, lahares, grietas de presas o terraplenes, etc. Desarrollar y desplegar sistemas de observación para identificar y rastrear los peligros hidrológicos y formular planes de acción durante eventos hidrológicos extremos, mediante el estudio de las condiciones bajo las cuales la escasez de agua desencadena conflictos (como grandes desastres, desvíos de agua, sequías extremas, etc.), podemos identificar y responder a los conflictos cuando ocurren conflictos Proporcionar soluciones científicas a las comunidades desarrollar herramientas de apoyo a la toma de decisiones para abordar los problemas de deterioro de la calidad del agua y brindar apoyo a los administradores para responder a problemas repentinos de calidad del agua, como derrames de petróleo, brotes de algas tóxicas y sustancias tóxicas contaminantes; fuentes de agua.
En respuesta a desastres geológicos repentinos, se han planificado y desplegado seis importantes acciones estratégicas. Incluyen principalmente: desarrollar herramientas de detección y respuesta a desastres de próxima generación, como sistemas de detección de actividad volcánica y alerta temprana, dispositivos de alerta temprana de deslizamientos de tierra, etc., mejorar el rendimiento de los sistemas de recopilación y transmisión de datos, como mejorar la confiabilidad y precisión del monitoreo; mejorar el nivel de aplicación de las habilidades científicas en casos de desastres; mejorar la coordinación nacional y los niveles de respuesta a los desastres; productos de respuesta.
(9) Promover la difusión de datos y resultados científicos.
Transmitir datos, modelos y resultados de investigaciones científicas a la sociedad en diversas formas es una parte importante de la planificación estratégica del USGS en diversos campos. Propuso una estrategia científica para el cambio climático: un comité compuesto por científicos y expertos en comunicación estudiará y elaborará un plan estratégico y un plan a corto plazo para la difusión de información, actualizará el sitio web de Internet y propondrá un plan de acción para mejorar la eficiencia de la difusión de información; a través de seminarios académicos regulares y listas de correo, portales de información y otros métodos para ampliar los canales de comunicación de información interna y compartir datos, modelos, herramientas de apoyo a la toma de decisiones, resultados de etapas y productos.
La estrategia de ciencia de desastres naturales propone: diseñar y producir productos basados en las necesidades de los usuarios existentes y potenciales; utilizar métodos de ciencias sociales y de comportamiento para guiar la divulgación de información sobre desastres y la selección de medios para promover el desarrollo de educación y capacitación interactivas sobre desastres; herramientas y productos relevantes para que los usuarios evalúen los peligros por sí mismos. La estrategia de ciencia del agua enfatiza la accesibilidad y la amabilidad del producto. Al actualizar Internet, los usuarios pueden obtener fácilmente la información hidrológica requerida (incluidos datos, modelos y herramientas de análisis) sin una búsqueda laboriosa, y también pueden realizar consultas y posicionamiento espacial. Sobre la base de datos históricos y datos en tiempo real, desarrollar modelos integrales dinámicos y productos de visualización y proporcionarlos a los científicos, a los encargados de tomar decisiones en materia de gestión y al público en formas apropiadas, desarrollar sistemas de apoyo a las decisiones para ayudar a los administradores de recursos y a los tomadores de decisiones a formular medidas relevantes; .