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第六届地球系统科学大会参会心得(魏思华)

魏思华

同济大学海洋地质国家重点实验室,2019级硕士研究生,1931664@tongji.edu.cn

 

CESS (地球系统科学大会)是国内前沿地球科学学术交流盛会,自2010年至今已成功举办五届,参会人数逐届增加,会议知名度逐届提升。本届大会邀请了许多著名科学家作重要前沿报告,同时也有一些博士和研究生汇报年轻一辈的科研成果,内容精彩纷呈,可谓是一场学术盛宴。

作为一名研究生,我有幸参与了本届地球系统科学大会,听取了不少非常有意义的学术报告,收获颇丰。遗憾是分身乏术,无法在有限的时间内听取更多报告。现将我的会议心得整理如下,希望能和大家交流讨论。由于本人学识有限,仅代表个人观点,如有错误,还望指正。

 

  1. 生命与地球

本届大会有许多有关生命活动与地球科学的报告。生物演化、生命活动与地球环境演变息息相关。地球环境演变促使适应这些气候变化的物种得以生存下来;生物演化、生命活动也会反过来影响改变地球环境。

1.1 地球科学与微生物

董海良教授带来《矿物–微生物协同演化的机制与效应》报告。介绍矿物与微生物的交互作用,以及对地球物质循环、生命进化与环境演变的影响。矿物-微生物共演化具有阶段性与标志性,比如早元古代,光合微生物快速产生氧气,发生大氧化事件,促使了矿物种类大幅增加。同时,氧含量增加也促进了矿物岩石的风化作用,风化产生的金属离子又可以作为生物催化剂-酶的原料,催生许多生物化学途径。矿物-微生物共演化带来一个研究地球资源以及生物演化的新视角,具有地球科学意义;同时,通过实现人为调控与诱导矿物-微生物交互作用,对资源开发、化石能源高效利用等方面也具有重要现实意义。

焦念志院士带来《海洋负排放,助力碳中和》报告,为我们介绍了海洋储碳机制及其协同效应:微型生物泵(Microbial Carbon Pump,MCP)、生物泵(Biological Carbon Pump,BCP)、碳酸盐泵(Carbonate Carbon Pump,CCP),重点介绍微型生物泵MCP的作用,使我们对海洋储碳机制有了更为全面的认识。RDOC对POC有保护效应和聚合效应;MCP对CCP具有碳酸盐凝结核效应(类似云凝结核促进降雨)和碱度效应(微型生物代谢产生),MCP或许在地质历史上曾发挥了重要作用。此外,焦念志院士谈到实现海洋“负排放”的研发路径和基本方案,积极为国家实现碳中和目标献计献策,将前沿科学运用于解决实际问题。

1.2 地球科学与生物演化

吴怀春教授的报告《地球轨道力驱动的晚古生代大冰期气候与生命演化》,房强教授的报告《晚古生代冰室–温室过渡期海洋生物多样性的地球轨道驱动》,表明海洋生物多样性主要受陆源输入量控制,在不同气候背景下,地球轨道参数、古气候以及海洋生物多样性具有周期性耦合的动力学模式。其研究背景,晚古生代冰川消亡的过程记录了第一次地表在植被覆盖的情况下地球气候系统由冰室向温室转变的过程,是现今气候变化的重要深时模板。

晚古生代冰川消亡的背景让我受到启发。裸子植物时代始于中二叠纪,晚古生代冰川消亡、冰室向暖室的转变,是否和裸子植物大面积扩张有关?植被差异影响全球气候,这个研究或许与我的晚中新世研究相符。我们应当重视植被演化对全球气候的影响。

1.3 地球科学与自然灾害

潘永信院士带来《地磁场影响生物的新证据》报告,非常精彩,介绍生物与地磁的渊源,将地球科学与生命科学交叉结合,开辟出全新的研究方向,也引出重要的研究问题。地球上几乎所有生物都是在地磁场中生活的,就如同深海生物适应较高的海底压强一般,现今的地球生物也适应于现今强度的地磁场。潘永信院士团队的研究结果表明,地磁场减弱会对小鼠成体海马神经产生影响,亚磁场暴露会引起神经发生和认知功能缺陷。潘永信院士提到,寒武纪生物大爆发可能与地磁极性超快变化有关。

我认为该研究值得重视,自然灾害不仅包括可以感觉到的台风、地震、洪水,感觉不到的地球磁场也会对生物造成影响。我们知道,地磁极性曾在地质历史时期发生倒转,未来地球磁场是否会也会发生强度和极性的改变?这种改变会对人类产生多大的影响?有什么措施能够降低地磁极性改变对人类的损害?

我在地球科学与生命科学学科交叉方面有一点提议。我做XRF扫描实验时,岩芯样品表面长了许多霉菌。新冠病毒的起源存在“全球变暖导致北极冻土解冻释放出病毒”的假说,大洋岩芯的年龄远比北极冻土的年龄久远。这些菌落形态各异,表明霉菌种类繁多,如果可以排除岩芯打捞过程和环境因素的影响,可能对生命科学的研究很有意义。后来看到一篇文章,已经有研究表明,岩芯样品中的一些微生物即使经过1亿年,仍然能存活,经实验室培养,有些能以人类无法测量的极慢的速度生长。2020年7月,一篇发表在《Nature Communications》上的文章表明,微生物在养分充足的条件下会迅速“苏醒”,摄取营养并开始生长,该文作者认为,贫瘠的沉积物中的微生物是有生命的,只是一直处于休眠状态。

 

  1. 地质指标

2.1 指标发展

翦知湣教授带来《热带太平洋上层海洋热含量的岁差辐射驱动》报告,采用浮游有孔虫表层种和温跃层种Mg/Ca比值重建表层和温跃层海水温度,并计算上层(0-200m)海洋热含量,结合地球系统模式实验,发现西太平洋暖池OHC的变化主要受控于由岁差辐射驱动的温跃层海水温度。此外,又通过将OHC与δ18Osw(表层海水剩余氧同位素)以及中国石笋氧同位素的比对,说明OHC决定大气对流活动的水汽蒸发和降雨,决定低纬海-陆-大气之间的水汽动力学,揭示上层海洋热含量(OHC)在气候变化中的重要作用,体现了气候演变的低纬驱动。

周晓理副教授带来报告《有孔虫钠钙比值指示海水钙离子浓度在过去一千六百万年持续下降》,认为有孔虫壳体中的钠钙比值(Na/Ca)有可能指示海水钙离子浓度的长期变化,并结合实验室培养和沉积岩芯中记录,重建16Myr内[Ca]SW的变化趋势,认为该记录与底栖有孔虫氧同位素记录的变化趋势相似,可能反应了[Ca]SW与气候的协同演化。

胡镕教授带来《冰期–间冰期太平洋深水环境演变:有孔虫指标的发展与应用》报告,强调太平洋在碳循环过程中的重要性,验证不同有孔虫指标对重建海水Nd同位素值、温跃层海水碳同位素、海洋氧气含量变化的潜力及可靠性,并在此基础上重建了几十万年来冰期-间冰期尺度太平洋相应地质指标的变化,为太平洋深水碳循环的演化提供了新的约束。

2.2 指标应用

田军教授带来《南海鱼牙化石钕同位素记录指示上新世暖期北太平洋亚北极垂向通风增强》报告,根据6Ma以来南海北部和南海南部鱼牙化石钕同位素(ℇNd)的测试结果,结合其他地质指标,发现上新世暖室期北太平洋高纬海水结构与现代不同,2.73Ma北极冰盖形成之前,北太平洋亚北极垂向通风增强;2.73Ma北极冰盖形成之后,北太平洋亚北极海水层化增强。

柳中晖教授带来报告《中中新世气候转型期低中纬海洋通风状况的反向变化》,使用GDGT等有机生标反演海洋通风状况,发现中中新世气候转型期低纬海洋GDGT指标变化与中高纬的呈现大致相反的变化特征,认为中中新世转型期低纬海洋通风加强,中高纬海洋通风减弱。

黄宝琦教授带来报告《晚上新世–早更新世南大洋深水环流》,通过对南大洋深海底栖有孔虫的指标分析,结合已有数据,重建了晚上新世-早更新世时期南大洋深层水性质及环流演化,认为该时期南极底层水具有较强的碳酸盐溶解能力和较低的海水溶解氧含量,可能使南极-亚南极底层海水成为当时全球主要的碳汇之一。

 

  1. 数值模拟

谭宁教授带来《上新世热带海道关闭对北太平洋及东亚气候的影响》报告,使用NorESM-L地球系统模型,探究印尼海道及巴拿马海道的浅关闭对北太平洋温度梯度及东亚气候季节性的影响。结果发现,热带海道的关闭使热带海表温度升高,西太暖池扩张;北太平洋中高纬温度降低,北太平洋经向温度梯度加强。这项研究结果与Lariviere等人2012年提出的晚中新世气候-pCO2解耦可能存在矛盾。Lariviere认为,热带暖区扩大造成亚热带蒸发加强,水汽和副热带高空“温室云”的增加将导致温室变暖,这些过程的反馈循环促使温跃层维持在较深水平,促使晚中新世气候-pCO2解耦。此外,谭宁等人认为,热带海道的浅关闭不是中国黄土高原在中上新世候气候转型的主要驱动力。

张彧瑞教授带来报告《Enhanced North Pacific subtropical gyre circulation during late Holocene cool intervals》,使用地球系统模式IPSL-CM5A2探讨始新世古大洋环流及气候环境效应,结果显示,始新世南大洋海水下沉形成逆时针方向经向翻转流,与现代有巨大差异,为解释的当时高浓度大气温室气体提供了洋流动力学条件。

袁帅教授带来报告《大西洋海盆裂开以来AMOC的演化》,使用CESM1.2全球耦合模式探究自大西洋海盆裂开以来AMOC的演化历史,发现地质时期的大西洋环流,以及全球海洋输送带的形态与现在非常不同。

杜金龙博士带来报告《南大洋控制冰期南北半球的协同储碳机制》,使用先进的海洋-生物地球化学模式MITgcm-REcoM2,检验发生在南北半球海洋的各种机制对于冰期海洋储碳加强的独立贡献和联合作用,结果表明,南大洋控制了冰期旋回中南北半球的协同储碳机制; 而各种机制在冰期发展不同阶段起到的作用可能受到气候背景和海洋储碳情况的影响而改变。

 

  1. 观测技术

郭华东院士带来《宏观地球科学现象的月基观测》报告,介绍如何进行月基观测、以及月基观测的优势。月球作为地球的自然卫星,月基对地观测具有长期一致性、观测整体性、观测稳定性、和观测唯一性等四大优势,将开辟全新的地球观测方向。

彭晓彤教授带来《载人深潜视野下的深海深渊之谜》报告,介绍我国载人潜水器“深海勇士”号和“奋斗者”号的一些数据和运维情况,以及载人深潜器在各类学科的应用和取得的成果。

朱岩教授带来报告《天问一号火星探测任务进展与科学目标》,介绍天问一号在火星上的着陆过程、我国火星探测的科学目标、并分享了取得的火星宝贵音像资料。天问一号翻开了中国星际探测的新篇章,是我国科技创新的重大突破。

 

  1. 其他报告

毛河光院士带来《生物兴灭和环境剧变的超深部因素》报告,与胡清扬博士的《地球深部矿物与水之间的化学作用》报告相呼应,一同讲述地面1800公里下的新物理新化学,强调水在地球深部的重要作用。含水矿物在深下地幔超高压力环境下,水变成强氧化剂,与深部矿物反应生成化学性质接近于过氧化物的FeO2、FeO2Hx,(Mg, Fe)O2Hx(0<x≤1)等新型化合物。最近实验显示富氧物质能降低岩石熔点,抵达上地幔和地壳后,可能引起大火成岩省。H2O和CO2之所以可以降低岩石熔点,也可能是因为其中的氧。此外,毛河光院士认为,生物圈对环境变迁异常敏感,生物的兴灭反过来可以作为氧爆发的佐证。

本届大会有不少关于雪球地球的报告,其中,Ross Mitchell教授的《Snowball Slowdown》报告认为,雪球地球可能暂时减缓了地球自转,通过将海水转换成大陆冰盖,相对远离地球自转轴,可能增加了地球的惯性矩,因此为了保持角动量而降低自旋矢量的速度。该理论可以用来约束大陆冰盖厚度。该报告将雪球地球与地球物理自转结合起来,我认为是一项很有创新性的研究。

 

  1. 总结

本届CESS大会已经圆满落幕,这次会议让我感受到地学界浓厚的研究氛围、地学研究者们饱满的学术热情。每场会议如火如荼,每场报告引人入胜,将我们赖以生存的地球剖析开来,讲述一个又一个精彩绝伦的科研成果,常有座无虚席、师生们站着听讲的情况。虽然本届会议刚落下帷幕,但是相信许多人早已开始期待下一届地球系统科学大会的到来!

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