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黄土中寻找气候环境演化的“印记”——周卫健院士和她的地球科学研究
2016-08-14 20:15:58   审核人:   (点击: )

 

   8月的一个上午,在中科院地球环境研究所,我们见到了刚刚从西藏出野外采集二氧化碳样本回来的周卫健院士。她介绍,在海拔5000多米的高原地区采集二氧化碳样本,是为了更好地研究气候环境变化的自然规律和人为影响,为环境治理与经济社会发展提供科学思路。这正是基础科学研究的重要价值。

   我们的话题就从周院士和她的地球科学研究开始。

破解黄土中的演化密码  

    在大约距今260万年的第四纪,生物界的面貌已接近现代,灵长目完成了从猿到人的进化。在几百万年的环境变迁中,地球上留下了各种记载变迁的印记  

   放射性元素铍10是其中重要的印记核素,在示踪古地磁场变化研究领域具有不可取代的重要地位。我国黄土成因复杂,黄土铍10浓度包含了粉尘、降水等复杂信息,不少地学工作者认为不可能对黄土中的铍10进行示踪古地磁场强度变化研究。

    周卫健团队瞄准了这一科学难题,创造性地提出将影响黄土铍10浓度的气候因素与地磁场因素分离的思想,解决了在距今80万年左右的布容松山(B/M)地磁极性颠倒事件中黄土和海洋记录不同步的重大科学难题,为建立中国黄土可靠年代和改善海陆古气候对比提供了可靠的年代标记,强化了中国黄土在全球变化研究中的地位和意义。  

    大约在距今12500年左右,北半球发生快速降温事件,突然的降温使迁移到高纬度地区的动植物大批死亡,直至距今11500年左右,气温又突然回升。这就是古气候研究中著名的新仙女木YoungerDryas)事件。  

    在对这一事件的研究中,以我国黄土高原为代表的中纬度地区,有着和高纬度地区不同的变化特征。周卫健在黄土和泥炭地层中检测出东亚新仙女木事件的地质生物证据,并提出该事件在中低纬地区具有百年尺度干冷湿冷干冷的季风气候波动特征,纠正了国际研究中长期以来对东亚新仙女木事件以暖湿气候为特征的认识。  

    这些突破性的研究成果在全球增温的背景下,为东亚乃至全球气候预测及其相应对策提供了科学依据及历史相似型,推动了气候变化成因的研究。  

为古印记定年

    14是地质和考古定年中重要的放射性同位素。上世纪80年代末,我国测年手段比较落后,定年成为相关科学研究中的难题。周卫健带领团队展开攻关,建立了微克级碳量的制样装置,并构成了一套测年方法序列,解决了地质、考古小样品的测年难题。  

    这一研究方法的突破,不仅推动了地学研究,还成功为蓝田猿人、青铜器、兵马俑等定年,为中国文明史的研究提供了科学依据,推动了我国碳14年代学发展。  

    也正是为了突破我国地球环境科学研究中可靠年代标尺的建立和环境过程的示踪瓶颈,20068月,由科技部、中国科学院和教育部共同支持的西安加速器质谱中心正式成立。  

    在周卫健的严格要求和努力下,西安加速器质谱各项指标达世界先进水平,被誉为世界同类设备的最高水平。该中心可进行高精度年代学研究、宇宙成因核素的环境过程示踪等领域的分析测试,为我国科学家获得地学研究原创性学术成果提供技术保障。  

   “正是这一系列研究技术和方法的创新,我们才能在基础研究中取得重大突破,才能作出国际研究中得到共识的科研成果。

摇椅上的灵光一现

    在铍10研究中,周卫健把气候因素与地磁场因素分离的创新思想,被称为佛罗伦萨猜想。它得益于周卫健在意大利学习加速器质谱分析技术与应用时,在摇椅上的灵光一现  

    当时,由于所在实验室装修,周卫健在住处的摇椅上冥思苦想如何对黄土中的铍10进行研究。突然一个灵感,将磁化率视为分离黄土铍10浓度中受季风降水影响的代用指标,她也顾不得实验室装修的气味,立刻召集学生模拟计算,果然得到了预想的结果。当时就像中了大奖一样兴奋,立刻回国进行系统分析研究。困扰这一领域的难题终于得以突破。  

    成就这个灵光一现的,正是周卫健几十年的积累与钻研。当选为中国科学院院士后,她被问得最多的是你学外语出身,为何能成为自然科学领域的科学家”?  

    事实上,正是扎实的外语功底,帮她更好地积淀专业知识。早在周卫健担任中科院地球化学研究所科技翻译之时,她就完成了在贵州师范大学地理系的学习,并成为中科院在西安筹建黄土与第四纪地质实验室的首批研究人员。之后,在被派往澳大利亚学习碳14分析技术期间又以第一名的优异成绩完成了澳大利亚国立大学地理系硕士学业,并放弃直博机会,回国建立放射性碳测年实验室。在这一工作取得阶段性突破之后,周卫健考入西北大学地质系,攻读博士学位,师从著名地质古生物学家薛祥煦教授。  

    地球科学专业知识的系统学习、研究所一线的科学研究就像厚重的黄土地,为她科学研究中的诸多“idea”提供了丰厚的土壤,并结出累累硕果。  

    这些成果,不仅推动了整个学科领域的研究,还为西部大开发以及环境治理提供了科学决策的依据。随着应对气候环境变化成为全人类共同话题,周卫健也更加关注基础研究的现实意义,带领团队在生态建设、空气污染治理方面继续深耕。  

 

               

 

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