解開干濕氣候之謎,摸清地學長江家底,地球史者探索環境中的指紋

來源:楚天都市報 2018-12-03 11:12:43

人物名片:謝樹成,1967年生,中國地質大學(武漢)教授,全國優秀科技工作者、長江學者、國家杰出青年科學基金獲得者、“萬人計劃”科技創新人才入選者、新世紀百千萬人才工程國家級人選、973項目首席科學家。

先后獲國家科學獎二等獎2項、省部級自然科學獎一等獎2項、首屆全國創新爭先獎等,在Nature、Science、PNAS等期刊上發表SCI論文150多篇。主要從地質微生物角度開展生物大滅絕和全球變化這兩大前沿領域的研究。

楚天都市報記者 肖楊 通訊員陳華文

想知道一天的溫度和降水變化?容易,可如果要知道一萬年前的溫度和降水變化,找誰?

中國地質大學(武漢)謝樹成教授嘗試從地質歷史上的微生物作為依托,進行研究測算。上月,國際著名期刊《科學》刊登謝樹成教授團隊的最新研究成果《冰期終止期I西風帶對東亞干濕古氣候的影響》,研究結果表明,未來我國東部干濕氣候的長期變化趨勢或可預測,這項研究凸顯出長江中游在古氣候研究上的重要地位。

解開干濕氣候之謎

“你相信大禹治水的故事嗎?”謝樹成興致勃勃發問。盡管大禹治水被視為傳說,謝樹成卻很確定,那時長江中游地區果真有洪澇災害發生。多年來,謝樹成的研究緊緊圍繞地圈和生物圈相互作用這一課題。謝樹成說,在地球46億年的歷史中,發生過一系列重大災難性事件,例如全球性的生物大滅絕、區域性的干旱化和土地鹽堿化、區域性的大洪水等災害事件,但人們對這些災難性事件發生的原因、過程和具體的機制及其后果了解得很少,主要的問題是缺乏比較系統的地質記錄。

謝樹成表示,利用微生物能夠復原地質時期的這些災難性記錄。微生物往往能在極端環境下存在,是地下1.5公里—3公里生活的“孤獨者”,是唯一見證了地球35億年歷史的生物,占地球生命歷史的5/6。隨著分子地球生物學等學科的發展,人們可以通過提取微生物細胞膜上的脂類對幾十億年前的微生物進行研究。以微生物為工具,可以用來探究生物大滅絕、區域性大規模洪災和旱災等問題。

謝樹成通過研究不同地區最近1萬多年以來的地質微生物記錄發現,微生物在某種程度上可以反映出過去的溫度和干濕狀況。比如,在末次冰期溫度比較低的一些時期,長江中游很濕潤,而華北、華南則會干旱,甚至會出現極端干旱事件。

中國東部的干濕古氣候因而呈現出三極的模態,這與現代夏季的降水有些類似之處。進一步研究發現,長江中游地區干濕古氣候的變化與本地區的古文化變遷存在密切的關系,說明了氣候變化強烈地影響了遠古人類的生產活動。

今年10月,謝樹成教授團隊的研究成果“地質微生物記錄了極端環境事件”不僅分析出了西北干旱地區在過去35萬年以來發生的極端干旱事件,而且也發現了2.5億年前生物大滅絕時海洋出現的極端環境災難。該成果已入選中國古生物學十大進展,引起古生物學界的廣泛關注。

摸清地學長江家底

以地球科學的視野來研究長江具有極其重要的意義。作為中國地質大學(武漢)地學長江計劃的首席科學家,謝樹成組織科學家們將地球深部過程與地球表層系統結合起來研究,從而從地球系統科學角度來認識長江的形成演化及其資源環境意義。

在“地學長江計劃”中,研究者將在長江中游圍繞地質微生物功能群,選擇與生物多樣性、氣候變化、糧食生產、資源開采及環境保護等密切相關的生態系統展開系統研究。“我們希望能對長江中游微生物的資源進行調查,并形成種質基因庫,這是非常有戰略性的計劃。”謝樹成表示。以謝樹成等教授為核心的多學科交叉團隊10多年來一直對長江中游的古氣候開展系統研究,對神農架大九湖泥炭濕地以及鄂西溶洞等野外基地進行長期監測,已經在國際上發表了一系列成果,產生了重要的國際影響。

除了關注長江流域的表層系統以外,流域地下深部也具有重要的探索價值。“在地下幾公里處,有許多微生物。它們與生態修復也有著緊密的聯系。這些深部微生物在地下的作用是什么?它們對所在的環境有什么影響?是不是有一些微生物具有一些特殊功能,比如特別耐高溫,那么我們就可以把這些具有特殊功能的基因的微生物應用到工業上。還有一些耐重金屬的微生物,有的甚至可以吃重金屬,我們是否可以把它們拿到地表來幫助轉化重金屬?現在研究已發現,有些微生物會產生甲烷,那么我們在做地下工程的時候就要注意這些微生物產生甲烷能力特別強的區域,以免發生危險。”謝樹成說。

多年來,謝樹成每年都要到野外考察兩到三個月。在科考過程中,謝樹成曾經歷許多危險。1997年,在海拔7000米的青藏高原上采集冰芯,上山途中他掉進了冰裂隙,所幸當時他背著裝雪的桶,卡在冰裂隙中,否則后果不堪設想。“地質工作很艱苦,但當你產生濃厚興趣時,再苦再有風險也值得。”謝樹成平靜地說。

點擊查看原文

相關鏈接

杀两波公式规律