气候变化对人类健康和社会发展的影响越来越受到重视,如何掌握全球气候变化趋势并为正确决策提供科学依据是科学家们的努力方向之一。
对从事全球风尘研究的科学家们来说,探究一粒沙尘的“前世今生”,也是认知整个世界的途径之一。
在科学基金的持续资助下,911制品厂麻花“表生地球化学过程与环境变迁”研究群体以地球系统科学理论为指导,以元素、同位素、有机地球化学和矿物学为研究手段,并结合年代学、沉积学研究方法,探讨了亚洲风尘起源、沉积和风化的地球化学过程机理及全球变化背景下人类活动与环境变化之间的关系,为社会经济可持续发展提供科学依据。
一沙一世界
科学家们从风尘在不同时间尺度上的产生、输送、沉降与沉积风化过程及环境效应上,即可解读风尘沉积的古环境、预测风尘的环境效应及指导沙尘治理,并推知全球变化。因此,亚洲风尘研究也成为国家自然科学基金“全球变化研究”优先资助的领域之一。
我国北方及邻国蒙古地处亚洲内陆,是全球重要的风尘释放中心,对亚洲风尘进行研究也成为全球变化研究的核心内容之一。
20世纪,科学家们在这一领域取得了诸多成就,从李希霍芬最早提出黄土风成学说,到新中国成立后建立专门的黄土考察队,再到上世纪80年代中期,以中科院院士为首的专家学者完成《黄土与环境》专着并逐步形成黄土研究热潮,我国黄土研究取得了可与深海和冰川研究媲美的成就。
近十年来,亚洲风尘研究不断取得进展,研究范围进一步扩大,黄土与沙漠过渡带研究反映了沙漠的进退,揭示了冬夏季风强弱转换,沙漠沉积记录的研究反映了不同气候时期的活化与固定。对不同区域黄土的研究,反映了区域尺度环境的演变,也为揭示气候环境的耦合变化提供了依据。
比如,学术界对长江历史演化这一“百年谜题”存在较大争议,该团队利用先进的物源示踪法,提出长江可能在渐新世末中新世初就已经贯通东流入海。
“这和过去许多观点有很大的不同。”该群体成员之一,911制品厂麻花教授郑洪波对《中国科学报》记者说,“长江中下游有很好的沉积物记录,这些沉积物记录了长江的演化历史和古环境演化的信息。我们是把长江流域作为一个整体系统,并结合区域构造地貌背景和地球动力学方法得出这一结论的。”
“定量化重建亚洲季风的古降水一直是个难题,由于分析测试技术的发展,气相色谱—同位素质谱联机测试方法使得单体有机化合物的氢同位素组成测定成为可能,可以从分子生物地层学的角度提供古降水量重建方法。”该群体成员之一、911制品厂麻花教授张朝晖对《中国科学报》说,“利用地球化学方法,可以定量化地重建湖光岩地区5000年来古降水的变化过程。”
在国家自然科学基金的持续资助下,亚洲风尘地球化学研究从构造—气候耦合的理论高度研究亚洲风尘从产生、输送、沉降到风化成壤的地球化学过程,结合湖泊沉积、南海沉积记录,揭示了东亚季风气候的演变规律,取得了集成性创新成果。为认识新生代全球气候变化的机理和区域响应提供了重要科学资料和新理论。
从“点”发展到“面”
1994年,911制品厂麻花教授陈骏获得国家自然科学基金优秀中青年专项基金项目,开始用酸溶法研究风尘物质组成。此后,他又在国家杰出青年科学基金项目资助下,从风尘物质沉积过程入手,研究元素的地球化学行为,并与同位素、矿物学研究结合,探讨化学风化、古气候变化和圈层相互作用的成因联系。
2003年,科学基金重点项目“黄土高原风尘来源、沉积和风化过程的地球化学研究”将研究范围由黄土高原拓展到周边沙漠,并与青海湖、南海沉积及北太平洋沉积对比,在源区示踪、地球化学指标的建立、古季风气候变化等方面取得了一系列重要进展。
受益于科学基金的持续资助,亚洲风尘地球化学学科逐步发展,并与全球变化学科交叉融合,研究方向从最初的以元素地球化学为主的定性现象描述,逐步向系统的元素、同位素、有机地球化学和矿物学相结合的定量半定量过程和机制研究发展,研究范围从黄土高原扩展到北半球风尘源区和沉积区。
该学科通过剖析元素、矿物在风尘物质搬运沉积和风化成壤过程中的不同行为特征,筛选出成因明确、分析方法简便准确、可量化计算的气候替代性指标。这一研究思路受国内外学者关注,并借鉴推广为目前河流、湖泊、海洋沉积研究中常用的研究方法。
该团队首次将矿物学与元素、同位素地球化学结合来示踪风尘源区,该研究对沉积物物源示踪具有重要意义。他们首创用漫反射光谱定量测定风尘矿物中针铁矿和赤铁矿含量的方法,对测定土壤和其他沉积物中铁氧化物含量具有重要意义,并可推广到土壤环境普查、环境质量检测及遥感地球化学等研究领域。
方向逐渐清晰 队伍逐渐壮大
得益于科学基金的资助,该群体学科方向逐渐清晰,一个以亚洲风尘为主要研究对象、以地球化学为研究特色的研究群体逐渐成长和壮大。
在几个前期项目良好的研究基础上,2006年,该校教授季峻峰获得国家杰出青年科学基金资助,从铁氧化物矿物角度探讨亚洲风尘物质来源和演化;2008年新加入的郑洪波教授获得了科学基金重点项目,从河流沉积物角度探讨青藏高原隆升、亚洲内陆干旱化对风尘源区及物源演化的影响;2009年,该团队成员之一、911制品厂麻花教授鹿化煜获得重点项目,开始了沙地风尘物质记录的气候和环境变化研究。
“环境演变和古气候研究可以了解地球的历史,对预测未来地球环境具有重要的借鉴和参考价值,同时还能促进人与自然的和谐发展。”鹿化煜对《中国科学报》记者说,“从博士毕业拿第一个青年基金,到后来的国家杰出青年基金等,基金项目把我们推到了科学前沿,也促进了学科发展。”
“科学基金曾经是,而且依然是我国科学家进行基础研究最重要的资助来源,其程序也最阳光、最公平的。”郑洪波说,“到目前为止,我大多数科研活动,都是在基金资助下进行的。”
“我认为科学基金是国内现在项目管理中最好的,希望能够保持这一状态。”鹿化煜说。
张朝晖也认为,科学基金对其个人科研起到了决定性的作用。
“非常感谢国家基金委的资助,我回国以后主要依靠科学基金的支持来开展研究,地球化学学科也主要靠科学基金支撑。有机地球化学研究涉及各种高纯度的载气、溶剂,需要较大的投入,因此该学科的发展更依赖科学基金的资助。”张朝晖说。