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北大迎来2021年首篇Science,这也是一作博士发表的第2篇!

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学术星球 2021-02-21 19:24

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图片来源:北京大学官网

来源:北京大学、北大地空学院官网、北大地空、募格课堂

2021年2月12日,国际顶级期刊《Science》在线发表了北京大学地球与空间科学学院唐铭研究员题为“Orogenic quiescence in Earth’s middle age”的研究成果。该文章为北京大学2021年发表的首篇《Science》!

生命演化非常依赖营养元素的供给。许多生命必须的营养元素来自大陆的剥蚀风化,而大陆的剥蚀通量很大程度受控于造山带。唐铭研究员、沈冰研究员与加拿大多伦多大学初旭教授以及中国科学技术大学郝记华研究员合作,用碎屑锆石中的Eu异常重建地球45亿年活跃地壳的厚度变化,从而获得大时间尺度下的连续造山记录。结果显示,地球中年存在长期的造山沉寂,一直到新元古代才逐渐恢复。地球中年的造山沉寂可能终导致全球海洋营养元素持续匮乏和大气氧气浓度回落,从而严重阻碍复杂生命的出现和演化。


北京大学地球与空间科学学院唐铭研究员为本文第一作者兼通讯作者,该成果获国家自然科学基金资助。

作者简介

唐铭,北京大学地空学院研究员(博雅青年学者)。2011年6月毕业于南京大学,获地球化学学士学位;2016年5月毕业于美国马里兰大学,获地球化学博士学位,美国Rice University做博士后研究。2019年加盟北京大学地球与空间科学学院。2020年获得“高山青年科学家奖”。

主要研究兴趣为大陆地壳的形成和演化、陆壳和洋壳的Eu异常、Li同位素、原位微区地球化学分析等。

图源:北京大学官网

唐铭早在2016年时,就曾在Science上第一作者发表过一篇论文。

图源:Science

目前唐铭已以第一作者身份在Science、Geology、EPSL、GCA、Nature Communications等国际著名学术期刊诸多发表论文。

唐铭在大陆地壳形成与演化这一地球科学核心领域做出了有国际影响力的工作。

主要研究成果包括:首次利用陆源碎屑沉积岩中的过渡族金属反演大陆上地壳成分的变化,将中酸性陆壳的出现和板块构造的启动时间限定在约30亿年前;开展深部地壳堆晶的地球化学研究,揭示钙碱性岩浆演化序列的机理,为造山控制造陆的假说提供了理论基础;提出石榴石氧化还原滤网假说,为认识大陆及地表氧化还原和成矿作用等提供全新思路;开展锆石中Li扩散机制的研究,完善多机制并行扩散理论,为锆石Li速度计在地质过程中的应用提供基础,并将微区Li同位素分析的空间分辨率提高一个数量级。

科研经历

以下是唐铭老师的一篇叙事科普文章——《无山的地球中年:时间旅行背后的故事》(节选),从中我们能够直观地感受到唐铭老师对科研工作自发的专注与热爱:

19年底,我告别了生活八年多的美国,来到北京工作。国内的生活对我很新鲜,刚开始连公交车都不怎么会坐……北京的冬天又冷又干,命是加湿器给的。虽然对美国有很多不舍,我还是对眼下的新生活充满了期待。没了小汽车,有了共享单车;没了信用卡,有了支付宝;没了小红帽中餐,有了食堂和满大街的美食……

2020年1月6日,北京下起了大雪。照片拍摄于北京王庄路,距离五道口宇宙中心不到200米。快过年了,路边树上挂满了灯笼,一片祥和喜庆的气氛。当时武汉已经有不明肺炎的报导,但谁能想到一个月后,世界都变了……

2020年2月1日,年初八傍晚,北京王庄路。拍摄位置与上一张照片接近。难以想象,以往异常繁忙的街道空无一人,年前的灯笼还挂着。

2020年春节前夕,武汉关闭了所有离汉通道,一切都来得太突然了。网络上充斥着各种混乱的消息,大家开始恐惧、困惑。全国所有的娱乐场所都关闭了,街上空无一人。初八返京的高铁上,我那节车厢只有不到十个旅客,大家离得远远的,害怕听到每一声咳嗽。文明高度发达,医学如此先进的今天,人类竟是如此不堪一击,一个蛋白质壳子包裹的核酸分子就能让整个人类社会停摆。口罩脱销,酒精脱销,没有药物,没有疫苗,每一天都在变得更糟糕。

我在北京的公寓里度过了2020年的春季学期。没有课,学生也没有返校,每天出门的机会是去小区门口拿外卖。生活虽然单调,却也给了我大量思考的时间。碎屑锆石成功恢复出藏南过去1亿年的造山历史,这让我对这个新方法有了很大的信心。

1亿年不够看,45亿年才够。我在家里用一个月的时间,整理了别人发表的碎屑锆石铕异常数据。这些碎屑锆石来自亚洲、欧洲、澳洲、美洲、非洲、甚至南极洲,它们就像一个个时间胶囊,每一个胶囊里都里面保存着一段沧海桑田的记忆。铕异常解封了这些记忆,全球两万多颗锆石的数据连在一起,地球45亿年的山起山落便呈现在眼前。

根据全球碎屑锆石重建的地壳厚度变化。在地球的中年,也就是大约18-8亿年间,地球没能形成较厚的地壳,说明造山活动显著减弱,我们将这个现象称为地球中年的造山沉寂。图修改自Tang et al. (2021).

这是我们首次获得地球深时造山的连续记录!重建结果显示,地球的高原、山脉不总是像今天这样丰富,特别是中年时期,地球陷入了数亿年的造山衰退,并在13-10亿年间降到最低水平。不对啊,我们19年在加拿大野外看到的著名的格林威尔造山带明明就形成于这个时期。

我将造山重建的结果发给了加拿大的初旭(19年5月,我和纪伟强老师、多伦多大学的初旭老师在加拿大安大略考察元古宙地层和萨德伯里陨石撞击坑。),也说了我的困惑。初旭说:“你还记得去年我们在格林威尔看到的广泛存在的无水高温岩浆吗?这在地球今天的造山带里是没有的。” 是呀,这些无水高温岩浆只有在拉张环境下才会出现,这不正意味着格林威尔的挤压造山过程非常短暂吗?格林威尔造山带或许从未“造出”今天西藏这样雄伟的超级高原。

如果我的重接结果是正确的,中年的地球会是一个几乎无山的世界,贫瘠、荒芜。我给这个现象起了个名字:orogenic quiescence(造山沉寂)。

地球中年的造山沉寂很难不让人联想到这个时期停滞不前的生命演化。我又联系了当时还在美国做博后的郝记华。郝记华研究营养元素循环,我们在微信上来来回回聊了一个月,与郝记华的讨论让我认识到长期的造山沉寂会导致全球海洋营养元素持续匮乏,造成大饥荒,支撑生物基础生产力的微生物数量锐减,这里面包括产氧大军蓝细菌,进而导致大气氧气的回落。二十多亿年前的大氧化不过是昙花一现,之后的地球又回到了相对缺氧的状态,严重阻碍复杂生命的出现和演化。

那段时间,我阅读了大量生物地球化学的论文,发现许多有关地球中年的数据都可以和造山沉寂带来的后果联系起来。把这些都想明白的那天,我激动地一晚上没睡好。

写这篇叙事科普的时候已经是2021年的春天了。国内许多地方出现散发疫情,今年过年就在北京了。好在国内外的总体情况向好,疫苗也都出来了。之前还担心年夜饭没地方吃,结果过年这几天,周围的餐馆大多都继续营业,有些还放着喜庆的家乡音乐。各个小区门口也都贴出了市民预约打疫苗接的通知,国内已经逐渐进入全民接种阶段。

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