解开干湿气候之谜,摸清地学长江家底,地球史者探索环境中的指纹

来源:楚天都市报 2018-12-03 11:12:43

人物名片:谢树成,1967年生,中国地质大学(武汉)教授,全国优秀科技工作者、长江学者、国家杰出青年科学基金获得者、“万人计划”科技创新人才入选者、新世纪百千万人才工程国家级人选、973项目首席科学家。

先后获国家科学奖二等奖2项、省部级自然科学奖一等奖2项、首届全国创新争先奖等,在Nature、Science、PNAS等期刊上发表SCI论文150多篇。主要从地质微生物角度开展生物大灭绝和全球变化这两大前沿领域的研究。

楚天都市报记者 肖杨 通讯员陈华文

想知道一天的温度和降水变化?容易,可如果要知道一万年前的温度和降水变化,找谁?

中国地质大学(武汉)谢树成教授尝试从地质历史上的微生物作为依托,进行研究测算。上月,国际著名期刊《科学》刊登谢树成教授团队的最新研究成果《冰期终止期I西风带对东亚干湿古气候的影响》,研究结果表明,未来我国东部干湿气候的长期变化趋势或可预测,这项研究凸显出长江中游在古气候研究上的重要地位。

解开干湿气候之谜

“你相信大禹治水的故事吗?”谢树成兴致勃勃发问。尽管大禹治水被视为传说,谢树成却很确定,那时长江中游地区果真有洪涝灾害发生。多年来,谢树成的研究紧紧围绕地圈和生物圈相互作用这一课题。谢树成说,在地球46亿年的历史中,发生过一系列重大灾难性事件,例如全球性的生物大灭绝、区域性的干旱化和土地盐碱化、区域性的大洪水等灾害事件,但人们对这些灾难性事件发生的原因、过程和具体的机制及其后果了解得很少,主要的问题是缺乏比较系统的地质记录。

谢树成表示,利用微生物能够复原地质时期的这些灾难性记录。微生物往往能在极端环境下存在,是地下1.5公里—3公里生活的“孤独者”,是唯一见证了地球35亿年历史的生物,占地球生命历史的5/6。随着分子地球生物学等学科的发展,人们可以通过提取微生物细胞膜上的脂类对几十亿年前的微生物进行研究。以微生物为工具,可以用来探究生物大灭绝、区域性大规模洪灾和旱灾等问题。

谢树成通过研究不同地区最近1万多年以来的地质微生物记录发现,微生物在某种程度上可以反映出过去的温度和干湿状况。比如,在末次冰期温度比较低的一些时期,长江中游很湿润,而华北、华南则会干旱,甚至会出现极端干旱事件。

中国东部的干湿古气候因而呈现出三极的模态,这与现代夏季的降水有些类似之处。进一步研究发现,长江中游地区干湿古气候的变化与本地区的古文化变迁存在密切的关系,说明了气候变化强烈地影响了远古人类的生产活动。

今年10月,谢树成教授团队的研究成果“地质微生物记录了极端环境事件”不仅分析出了西北干旱地区在过去35万年以来发生的极端干旱事件,而且也发现了2.5亿年前生物大灭绝时海洋出现的极端环境灾难。该成果已入选中国古生物学十大进展,引起古生物学界的广泛关注。

摸清地学长江家底

以地球科学的视野来研究长江具有极其重要的意义。作为中国地质大学(武汉)地学长江计划的首席科学家,谢树成组织科学家们将地球深部过程与地球表层系统结合起来研究,从而从地球系统科学角度来认识长江的形成演化及其资源环境意义。

在“地学长江计划”中,研究者将在长江中游围绕地质微生物功能群,选择与生物多样性、气候变化、粮食生产、资源开采及环境保护等密切相关的生态系统展开系统研究。“我们希望能对长江中游微生物的资源进行调查,并形成种质基因库,这是非常有战略性的计划。”谢树成表示。以谢树成等教授为核心的多学科交叉团队10多年来一直对长江中游的古气候开展系统研究,对神农架大九湖泥炭湿地以及鄂西溶洞等野外基地进行长期监测,已经在国际上发表了一系列成果,产生了重要的国际影响。

除了关注长江流域的表层系统以外,流域地下深部也具有重要的探索价值。“在地下几公里处,有许多微生物。它们与生态修复也有着紧密的联系。这些深部微生物在地下的作用是什么?它们对所在的环境有什么影响?是不是有一些微生物具有一些特殊功能,比如特别耐高温,那么我们就可以把这些具有特殊功能的基因的微生物应用到工业上。还有一些耐重金属的微生物,有的甚至可以吃重金属,我们是否可以把它们拿到地表来帮助转化重金属?现在研究已发现,有些微生物会产生甲烷,那么我们在做地下工程的时候就要注意这些微生物产生甲烷能力特别强的区域,以免发生危险。”谢树成说。

多年来,谢树成每年都要到野外考察两到三个月。在科考过程中,谢树成曾经历许多危险。1997年,在海拔7000米的青藏高原上采集冰芯,上山途中他掉进了冰裂隙,所幸当时他背着装雪的桶,卡在冰裂隙中,否则后果不堪设想。“地质工作很艰苦,但当你产生浓厚兴趣时,再苦再有风险也值得。”谢树成平静地说。

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