目前，纳米科技是当今最为前沿的科学之一，是一门集前沿性、交叉性和多学科特征的新兴研究领域，而且已在化学、物理学、生物学、医学、材料学和微电子学等领域做出了令人瞩目的成就。近年来，地球科学家也认识到纳米理论在地学中的发展潜力。

    纳米地球，新奇世界。从纳米“世界”观地球，正成为纳米地球科研工作者的梦想。

    实际上，地球科学经过几百年的发展，在宏观和微观领域已经取得了重大进展。伴随着科技的巨大进步，地球科学已向更宏观和更微观两个明显的方向发展：行星地学和纳米地学。由于纳米颗粒和纳米孔隙具有显著的特有属性，研究地球各圈层作用过程中纳米颗粒与纳米结构的形成机理、演化机制和聚集状态具有重要的科学价值。

    “嫦娥奔月”工程首席科学家欧阳自远院士指出：“纳米地球科学将是地球科学研究的一条必经途径”；曾任美国矿物学和地球化学学会主席的Hochella教授认为：“纳米技术将带来地球科学一场新的革命”。对此，我们提出，在跟踪世界地学的发展趋势中，要更加清醒地认识到新阶段赋予纳米地质领域的重任。

    纳米科技将会为21世纪地球科学的发展带来新的飞跃，从而获得地球科学在纳米尺度上的重大突破。前人已将纳米科技引入地球科学的分支领域，并分别对纳米岩矿、纳米地球化学、纳米构造地质、纳米能源地质，以及纳米矿床等方面进行了不同程度的研究，但主要是探讨了地球科学领域中出现的相关科学问题，还没有对地球各圈层的纳米效应及其成藏成矿机理进行系统研究，纳米地球科学的理论体系还未建立，纳米成藏成矿的整体认识还不完善。

    纳米科技的研究是国际当前的研究热点，它使人类在改造自然方面进入了一个新层次，即从微米级层次深入到纳米级层次，也使地球科学家的认识与改造自然界的能力进入一个新层次。

    但是，纳米地球科学还处于新生阶段，虽已取得一定的成就，但对矿物的微观形成机理、微量元素的迁移路径、介观构造的深入认识、纳米微粒与纳米孔隙对地球资源、灾害与环境的影响，以及大气与海洋纳米地学的发展等方面还缺乏细致的了解，因此纳米地球科学的发展前景非常广阔。

    值得指出的是，近几年，欧美、日韩等国地球科学家对地球岩矿中纳米颗粒的动力弱化作用、纳米粒子有序堆叠作用、次生黏土涂层作用，尤其是对受构造变动引起的岩石矿物纳米尺度形变作用和变质作用等，精细地从纳米效应研究各种地质、岩矿和地球化学现象的形成机理、模式范式，把地球科学推向以最小载体萃取最大限度信息密度的所谓载体革命的范畴，此为当代科技发展的必然趋势。

    目前，我国经济飞速发展，国家对能源、矿产资源和水资源的需求日益增长。其中，由于不断增加的环境压力，我国需要发展低碳能源，尤其是资源非常丰富的非常规能源。以非常规天然气开发为例，非常规天然气主要包括页岩气、致密砂岩气和煤层气等。与其他资源开发一样，非常规天然气的开发将可能对环境产生深远的影响，亟待开展相关的研究工作，以减小其对环境可能造成的危害。

    纳米地球科学的发展有助于人们用新技术、新方法来开发利用新能源与新材料，如煤层气、页岩气、致密砂岩气、天然碳结构材料，隐伏与纳米金属与非金属矿床等，弥补了常规能源与矿产资源的不足，增强了国家战略储备能力。

    纳米科技给予地学新的启示：宇宙大爆炸与地球形成的关系，行星、陨石、流星对地球撞击引起的影响及后果，金属和非金属矿产的形成；非常规油气的聚集；天体中“黑洞”、海洋中“黑烟囱”和“白烟囱”的形成；煤及磁黄铁矿的自燃，粉尘引起的爆炸，热力学计算中溶质趋于零时的异常曲线，新矿物材料的研制等，都可基于纳米理论加以研究。

    纳米科技在地球科学中的应用异常广泛，各分支学科均可在纳米理论的指导下取得突破性的进展。纳米矿物学及纳米级矿物颗粒的开发利用是，矿物学发展史上的又一突破性进展，是纳米地球科学的支撑理论之一；纳米岩石学将为岩石学家展开纳米级尺度观测的视野；纳米地球化学将向元素迁移过程的微观机制迈步；随着纳米科技在地学领域的发展和应用，矿床学也必定会以自身独特的优势取得里程碑式的进展；纳米构造地质学为超微尺度构造的研究提供了方法和依据; 纳米科技在能源问题尤其是非常规能源方面具有很好的发展前景；纳米地震地质学有望在地震突发机制方面获得突破。

    纳米科技作为最有发展前景的前沿科学之一，与地球科学相结合，产生了许多令人意想不到的结果，碰撞出了耀眼的科学火花，让地球科学家眼前一亮。纳米地球科学现在处于起步阶段，有巨大的发展前景，相信21世纪地球科学的飞跃就在于纳米地球科学，纳米地学时代已经到来！

    （作者系中国科学院大学长聘教授）