2025年大学《行星科学》专业题库- 行星科学与地质灾害应急处理

2025年大学《行星科学》专业题库——行星科学与地质灾害应急处理考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.木星的大红斑被认为是一个持续了数百年的巨大________现象。2.月球表面最主要的地质灾害类型是________和________。3.行星地质年代测定中，利用放射性元素衰变原理的方法称为________法。4.火星地质中广泛分布的________是其曾经存在液态水的重要证据。5.构成行星地壳的主要岩石类型包括________、________和变质岩。6.对于可能发生陨石撞击的区域，进行风险评估需要考虑撞击概率、陨石大小和潜在________三个主要因素。7.行星环境下的地质灾害应急监测往往依赖于________、地面传感器网络和遥感探测技术。8.在制定地外火山喷发应急计划时，必须优先考虑的是________的安全撤离。9.由于地外环境缺乏像地球板块构造那样高效应力释放机制，地质灾害可能呈现________和突发性特点。10.成功的行星地质灾害应急响应不仅需要科学预测，还需要可靠的________体系和高效的指挥协调机制。二、名词解释（每题3分，共15分）1.行星次生撞击坑2.磁异常3.应急疏散路线4.风险矩阵5.灾害恢复三、简答题（每题5分，共20分）1.简述利用火山灰分布特征进行火山喷发危险性评估的基本思路。2.与地球地震相比，行星（如火星）地震监测面临哪些独特的挑战？3.解释为什么对系外行星进行大气成分分析对于评估其地质灾害（如极端天气）风险具有重要意义。4.在地外环境中实施人员疏散与地球相比，需要考虑哪些特殊的困难？四、论述题（每题10分，共20分）1.论述建立地外行星（如月球、火星）长期驻留点火山活动监测预警系统的必要性和主要构成要素。2.结合行星科学知识，分析一项假设的、由大型冰盖崩塌引发的地质灾害（如伽玛射线暴或极端沙尘暴）对火星殖民地可能造成的威胁，并提出相应的应急应对策略。五、方案设计题（15分）假设人类计划在木卫二（欧罗巴）的冰下海洋建立首个科学前哨站。请设计一个针对该前哨站的、由远程探测器（如轨道器）和近场传感器网络共同构成的地质灾害（特别是冰层破裂、海底滑坡或极端洋流）监测方案。请说明监测目标、关键参数、探测技术选择、数据传输与处理方式，以及初步的异常事件响应流程。试卷答案一、填空题1.气旋2.月震，陨石坑3.放射绝对4.矿床，沉积岩5.岩浆岩，沉积岩6.破坏力7.遥感8.洲际导弹9.长期积累，链式反应10.通信二、名词解释1.行星次生撞击坑：指由主撞击事件产生的巨大能量引发的，在主撞击坑周围区域形成的较小规模的撞击坑，其形态和分布受主撞击坑的喷射物分布和目标物质特性影响。2.磁异常：行星局部区域岩石磁性与现代地磁场的叠加或差异，导致该区域的总磁场强度或方向与周围平均磁场不同，通过磁力仪可以探测到这种异常，常用于推断地下岩石类型、结构和演化历史。3.应急疏散路线：在灾害发生时，为引导人员从危险区域安全撤离到预定安全区而规划的道路、通道或路径网络，需要考虑地形、障碍物、通行能力和容量等因素。4.风险矩阵：一种将风险发生的可能性（或概率）和风险发生后产生的后果严重性进行量化评估，并通过二维矩阵交叉分析来确定风险等级（如高、中、低）的管理工具。5.灾害恢复：指在灾害应急响应和短期救援结束后，为消除灾害影响、修复受损系统（生命线、基础设施、环境等）、恢复社会秩序和经济功能而进行的长期努力过程。三、简答题1.简述利用火山灰分布特征进行火山喷发危险性评估的基本思路。*解析思路：首先明确火山灰（火山碎屑）是由火山喷发抛射到空中，并最终落地的物质。其分布范围和厚度反映了喷发强度和物质输送能力。评估思路如下：*（1）收集与解译：获取历史或现代火山喷发事件的火山灰沉积层分布图、厚度数据、成分分析以及火山喷发柱高度、爆炸指数（VEI）等参数。*(2)建立模型：利用大气环流模型或经验公式，结合火山喷发参数（如喷发量、喷发高度、喷发方式），模拟火山灰在不同气象条件下的沉降轨迹和分布范围。*(3)确定危险区：将模拟结果或实测分布范围与潜在受影响区域（如人口密集区、关键基础设施、机场等）进行叠加，圈定出火山灰可能造成严重影响（如达到一定厚度导致交通中断、建筑损坏、空气污染等）的危险区域。*(4)评估风险：结合不同喷发场景下的火山灰分布预测，评估特定区域遭受火山灰影响的可能性大小和潜在后果。*综上，通过分析火山灰的时空分布规律，可以反推火山喷发的潜在威力，预测未来喷发可能产生的火山灰影响范围，从而进行危险性评估。2.与地球地震相比，行星（如火星）地震监测面临哪些独特的挑战？*解析思路：地球地震监测体系成熟，而行星地震监测处于早期发展阶段，面临诸多独特挑战。可以从探测手段、环境条件、数据处理等方面分析：*（1）探测设备稀疏或缺乏：地球拥有密集的地震台站网络。行星表面或近地轨道的地震监测通常依赖于数量有限、分布不均的着陆器、漫游车或轨道器，探测能力受限。*(2)信号微弱且传播路径复杂：行星尺度小，产生的地震波能量相对较弱，到达远处探测器时信号微弱，信噪比低。此外，地震波在不同介质（如岩石、冰、大气）中的传播与地球不同，路径复杂，波形解释困难。*(3)地质活动背景噪声大：行星表面的风、沙暴、冰层运动、板块（如果存在）活动、甚至着陆器自身运行产生的振动，都可能干扰地震信号的检测和识别，区分自然地震信号与背景噪声难度大。*(4)缺乏全球统一时标和参考系：在行星表面进行精确的绝对时间同步和建立统一的坐标参考系比地球困难，给地震波传播速度测定、震源定位等带来挑战。*(5)数据传输带宽限制：行星与地球间的数据传输带宽有限且成本高昂，实时传输高质量的地震波形数据困难，往往需要降采样或进行压缩处理，可能损失精细信息。3.解释为什么对系外行星进行大气成分分析对于评估其地质灾害（如极端天气）风险具有重要意义。*解析思路：系外行星大气成分是其物理状态、形成历史以及潜在宜居性的关键信息，与地质灾害（特别是大气相关灾害）风险密切相关。分析意义如下：*（1）揭示能量平衡与气候：大气成分（如温室气体、吸收气体）决定了行星的能量收支和温室效应强度，直接影响表面温度和气候稳定性。异常的温室效应可能导致极端高温或冰河期，极端气候本身就是一种严重的地质灾害。大气成分可以指示是否存在极端天气事件（如超级风暴、强降水）的可能性。*(2)指示行星活动性与地质过程：大气中某些气体（如水蒸气、二氧化碳、甲烷）的丰度及其变化可以反映行星的火山活动、板块运动、水循环等地质和大气动力学过程。例如，大量甲烷的异常丰度可能与活跃的甲烷火山或微生物活动有关，这些本身就是地质现象。大气成分异常变化可能预示着地质活动进入新阶段或发生剧烈事件。*(3)评估宜居性与生命存在风险：分析大气成分（特别是生命相关气体如氧气、氮气、甲烷等的组合）有助于判断行星是否宜居，以及是否存在生命。如果存在生命，其活动或对环境的适应能力也可能影响大气成分，反过来，大气成分的剧变可能对生命构成威胁，引发类似“大灭绝”的地质灾害。*(4)预测潜在的大气灾难：某些大气成分（如过多的二氧化硫）可能引发或加剧火山冬天等灾难性气候事件。通过分析大气成分及其演化，可以评估这类大气地质灾害的风险等级。*综上，通过分析系外行星大气成分，可以推断其气候状态、地质活动水平、宜居性以及潜在的生命风险，这些都直接或间接地与地质灾害的风险评估相关联。4.在地外环境中实施人员疏散与地球相比，需要考虑哪些特殊的困难？*解析思路：地球上的疏散有成熟的体系、基础设施和经验，而地外环境（如月球、火星表面）极端且未知，疏散面临诸多特殊困难。可以从环境、技术、资源、心理等方面考虑：*(1)严酷环境条件：极端温度（高温或低温）、强辐射、微陨石撞击、缺氧、低气压等环境因素本身就对生命构成威胁，对疏散装备、防护措施和人员生理极限提出极高要求。*(2)地形与障碍物：地外表面地形复杂多变（如陨石坑、岩石、沙丘），可能存在陡坡、深坑等危险区域，且障碍物分布不均，严重影响疏散路线的选择和通行效率。*(3)交通与运输限制：疏散通常需要交通工具。地外环境缺乏地面公共交通网络，人员依赖步行、单兵火星车或小型载具。交通工具数量有限、能耗高、维护困难，难以快速大规模运送人员。*(4)通信延迟与中断风险：地球与地外站点的通信存在显著延迟（数分钟到数分钟不等），严重制约实时指挥和协调。当地外网络或设备故障时，通信可能中断，导致指挥失灵。*(5)资源（水、食物、医疗）匮乏：疏散人员和救援队需要携带生存必需品，但地外资源有限且需要从地球运送或就地资源利用（ISRU）成本高昂，难以支持大规模、长时间疏散行动。*(6)缺乏备用设施与社区：地球上有大量备用避难所和社区可接收疏散人员。地外通常只有一个或少数几个站点，缺乏备用安全区域，一旦主站点受损，疏散人员无处可去。*(7)心理压力：疏散本身充满危险和不确定性，加上地外环境的陌生感和隔离感，会对人员造成巨大的心理压力，影响其决策和行为能力。*综上，地外环境的不友好性、资源的极端限制、技术的瓶颈以及与地球的隔离，使得人员疏散比地球上的疏散极其困难，需要周密的规划、强大的保障能力和高度的适应能力。四、论述题1.论述建立地外行星（如月球、火星）长期驻留点火山活动监测预警系统的必要性和主要构成要素。*解析思路：必要性论证需强调火山活动对驻留点安全的威胁，以及预警的宝贵价值。构成要素需涵盖监测手段、数据分析和预警发布等环节。*必要性：月球和火星均存在火山活动记录，未来可能再次喷发。火山喷发（特别是玄武岩喷发）可产生大量火山灰（遮蔽阳光、污染设备、堵塞生命支持系统）、高温气体、熔岩流（破坏结构、阻断路线）、爆炸冲击波等，对长期驻留点的人员安全、设备和设施构成严重威胁。建立监测预警系统是保障驻留点安全、提前撤离人员、转移关键设备、规避风险的关键措施，其价值无可替代。*主要构成要素：*(1)监测网络：需部署多种类型的监测设备，覆盖火山锥体及周边区域。*地震监测：布设地震台阵，监测火山震（浅源、高频地震活动）和长周期事件，是判断火山活动状态的直接指标。*形变监测：利用GPS/北斗接收机、激光测距仪（如测站间距离）、InSAR（干涉合成孔径雷达）、地面倾斜仪、应变仪等，监测火山锥体及地下magmachamber的形变（隆起、沉降、水平位移），反映magma积累情况。*气体监测：部署地面传感器网络或利用轨道器，监测火山口附近或火山斜坡的SO2、CO2、H2S等气体释放通量变化，是magma运动和即将喷发的灵敏前兆。*热红外监测：利用热红外相机（地面或轨道）监测火山活动相关的地表温度异常变化。*(2)数据分析与模型：建立数据处理与分析中心，实时接收、处理和分析来自各监测站的数据。利用地球火山物理模型或针对地外环境改进的模型，解释监测数据，反演地下magma状态（压力、体积、成分），预测火山喷发可能性、类型和潜在影响范围。*(3)预警系统：基于数据分析结果，设定不同的预警级别（如绿、黄、橙、红），并通过可靠的通信系统（地月/地火通信链路）及时向驻留点管理层、人员发布预警信息。预警信息应包含火山活动简报、预测影响范围、建议措施（如准备撤离、检查设备）等。*(4)应急响应预案联动：监测预警系统需与驻留点的应急响应预案紧密衔接，预警发布后能自动触发相应的应急程序。2.结合行星科学知识，分析一项假设的、由大型冰盖崩塌引发的地质灾害（如伽玛射线暴或极端沙尘暴）对火星殖民地可能造成的威胁，并提出相应的应急应对策略。*解析思路：首先设定一个具体的假设场景（如盖尔陨坑附近冰盖大规模崩塌）。然后结合火星环境特点（大气、地质、气候），分析可能引发的次生灾害（伽玛射线暴可能性低，更可能是极端沙尘暴或冰块撞击/碎屑流）。接着分析这些次生灾害对殖民地的具体威胁。最后提出针对性的应急策略。*假设场景与分析：假设火星盖尔陨坑（或类似大型撞击坑）下方存在一个巨大的固态或半固态水冰水库，因局部地质变动或气候变化导致其发生大规模崩塌。*可能引发的次生灾害与威胁：*(1)极端沙尘暴：崩塌产生的巨大量级的冰块和岩石碎屑被抛射到空中，在火星稀薄但存在风力的环境下，可能形成范围广阔、持续时间长、颗粒极其细小的超级沙尘暴。威胁包括：完全遮蔽阳光，导致生命支持系统（依赖太阳能）瘫痪；严重污染大气，影响呼吸和设备运行；对人员健康造成危害；可能引发结构损坏。*(2)大型冰块或碎屑流撞击：如果有部分巨大的冰块或岩石碎屑未能完全气化或被风吹散，可能以极高速度撞击殖民地或其周边区域，造成毁灭性物理破坏。*(3)次生地质活动触发：崩塌可能扰动火星地下结构，理论上可能诱发局部地震或进一步的地质不稳定。*(4)气候变化：大量水冰进入大气（如果部分升华）可能短暂改变区域或全球气候（如降温效应），虽然规模可能小于地球，但仍需监测。*应急应对策略：*(1)风险预评估与监测：在殖民地选址和建设初期，必须评估周边大型水体或地质构造的稳定性风险。建立对潜在风险源（如冰盖厚度变化、地质活动）的长期监测系统（地面传感器、轨道器遥感）。*(2)制定专项应急预案：针对冰盖崩塌及其引发的灾害（主要是极端沙尘暴和撞击）制定详细的应急响应计划，明确指挥体系、人员分工、物资储备、撤离路线和避难所位置。*(3)增强物理防护与冗余设计：殖民地关键设施（生命支持、能源、通信、指挥中心）应具备高防护等级（防尘、抗冲击），并采用能源和物资冗余设计，确保在主要系统失效时能维持基本运行。*(4)发展非依赖式生存能力：减少对太阳能的依赖，发展备用能源（如核能、燃料电池）和闭环生命支持系统，以应对沙尘暴导致的能源中断。*(5)建立快速预警与通信机制：利用本地传感器网络和地火通信系统，实现快速的事件预警和信息传递。即使面临沙尘暴，也要保持核心指挥通信链路的畅通。*(6)人员培训与演练：对所有殖民人员进行应急知识和技能培训，定期组织模拟演练，提高应对突发灾害的能力和心理素质。*(7)灾后评估与恢复：灾害过后，迅速进行安全评估，清点损失，组织修复，评估是否需要从避难所转移回殖民地。五、方案设计题假设人类计划在木卫二（欧罗巴）的冰下海洋建立首个科学前哨站。请设计一个针对该前哨站的、由远程探测器（如轨道器）和近场传感器网络共同构成的地质灾害（特别是冰层破裂、海底滑坡或极端洋流）监测方案。请说明监测目标、关键参数、探测技术选择、数据传输与处理方式，以及初步的异常事件响应流程。*解析思路：方案设计题要求提出一个完整的系统概念。需要明确监测目标，选择合适的监测参数，匹配相应的探测技术，考虑数据如何传输和处理，并设计一个简单的应急响应启动流程。*监测目标：*实时监测前哨站周边冰壳（冰层）的应力变化、变形和破裂活动。*探测冰下海洋地壳的稳定性，识别潜在的滑坡或坍塌风险区域。*监测冰下洋流的速度、方向、温度和盐度变化，识别可能引发前哨站结构受损的极端洋流事件。*评估不同类型地质灾害发生的可能性及其对前哨站潜在影响。*关键参数：*冰壳形变（水平和垂直位移）、厚度变化。*冰层应力/应变。*冰下地震活动（频次、震级、震源位置）。*冰下地形地貌变化。*海水流速、流向、流层结构。*海水温度、盐度、压强。*水下声学信号（用于探测冰裂、滑坡碎屑流）。*探测技术选择：*远程探测器（轨道器/飞越器）：*雷达高度计：精确测量冰壳厚度及其变化。*合成孔径雷达（SAR）：获取冰面和冰下海床的形变信息、冰面纹理（冰裂）、海冰分布。干涉SAR（InSAR）可用于形变测量。*重力测量（GPS/Galileo等）：通过重力异常变化间接推断冰下magmachamber或水体分布变化。*磁力计：探测冰下地质结构变化。*光学相机/多光谱成像：（如果光照条件允许）获取冰面或海冰图像，辅助分析。*声学监测（被动/主动）：轨道器可部署声学接收阵列，监听冰下地震和潜在的水下活动。*近场传感器网络（部署在冰下或海底前哨站附近）：*GPS接收机（或类似高精度定位系统）：精确测量传感器节点自身位置变化，反映冰层或海底形变。*应变计/加速度计：直接测量冰壳或海底的应力、应变和微小震动。*地震计：记录冰下和海底的地震活动。*压力传感