周衛健：致力讀懂黃土密碼

周衛健

■通訊員 張梅 本報記者 張行勇

「在海拔5000多米的高原地區採集樣本，是為了獲得大氣14C（碳十四）的自然本底數據，從而更好地研究氣候環境變化的自然規律和人為影響，為環境治理與經濟社會發展提供科學思路。」前不久，《中國科學報》記者在中國科學院地球環境研究所採訪中國科學院院士周衛健時，正好趕上她剛剛從西藏採集二氧化碳樣本回來。

而這，正是基礎科學研究的重要價值。

解譯黃土中的地球環境變化歷史

在大約距今260萬年開始的第四紀，生物界的面貌已接近現代，靈長目中的一支完成了從猿到人的進化。在幾百萬年的環境變遷中，地球上留下了各種記載變遷的印記。

近百年來，世界上眾多科學家們一直希望並致力藉助現代科學技術手段，通過研究這些印記，探索地球環境演化的規律，為人類可持續健康發展提供科學依據。

分布在中國北方的廣袤黃土堆積，不僅系統地記錄了第四紀以來區域氣候變化歷史，也記錄了地磁極性轉換以及地磁漂移信息，是地球環境研究的理想對象，被譽為過去環境變化研究的三大支柱之一。

但基於磁性地層建立中國黃土—古土壤序列的年代框架時，卻與海洋沉積的磁性轉換界線存在差異，這使得黃土記錄的古氣候事件的全球對比研究有很大的不確定性。而應用宇宙成因核素10Be示蹤地磁場演化具有較高的敏感性，能夠捕獲地磁場變化的微弱信號，通過分析與地球磁場強度相關的核素產率變化信息，可以重建古地磁場相對強度變化的歷史，從而標定地磁極性倒轉事件的確切層位，建立黃土地層可靠的年代序列。

然而，我國黃土成因複雜，黃土10Be濃度包含了粉塵、降水等複雜信息，不少地學工作者認為不可能對黃土中的10Be進行示蹤古地磁場強度變化研究。前人的研究主要是利用黃土10Be進行古氣候研究。利用中國黃土10Be研究地磁場強度變化一直是國際學術界的難題。

如果能攻克這一問題，就可以為研究更長尺度的環境變化開闢新的研究方向。

周衛健團隊瞄準了這一科學難題，創造性地提出將影響黃土10Be濃度的氣候因素與地磁場因素分離的思想，解決了在距今78萬年左右的「布容—松山（B/M）地磁極性倒轉事件」在黃土和海洋記錄中不同步的重大科學難題，為建立中國黃土可靠年代和改善海陸古氣候對比提供了可靠的年代標記，強化了中國黃土在全球變化研究中的地位和意義。

大約在距今12500年，北半球發生快速降溫事件，突然的降溫使遷移到高緯度地區的動植物大批死亡，直至距今11500年左右，氣溫又開始回升。這就是古氣候研究中著名的「新仙女木」事件。仙女木是在這一時期的沉積層中發現的一種植物花粉。

在對這一事件的研究中，以我國黃土高原為代表的中緯度地區，有著和高緯度地區不同的變化特徵。周衛健在黃土和泥炭地層中檢測出東亞「新仙女木」事件的地質生物證據，並提出該事件在中低緯地區具有百年尺度乾冷—濕冷—乾冷的季風氣候波動特徵，糾正了國際研究中長期以來對東亞「新仙女木」事件以冷干氣候為特徵的認識。

這些突破性的研究成果在全球增溫的背景下，為東亞乃至全球氣候預測及其相應對策提供了科學依據及歷史相似型，推動了氣候變化成因的研究。

為古「印記」定年

14C是地質和考古定年中重要的放射性同位素。上世紀80年代末，我國14C測年手段還相對比較落後，「定年」成為相關科學研究中的難題。

就在經費不足、設備落後的情況下，周衛健不畏困難，創造條件，在14C測年方面進行了大量探索研究。她將國外學習期間掌握的14C 制樣技術應用於黃土室年代學實驗室，在西安首先建立了100毫克碳量的小樣品的14C測年的制樣裝置。悉尼大學測年中心主任Barbetti評價，「在西安建立的這項技術證明了它能提供高質量數據。作者對14C測年技術已作出重要和有價值的貢獻」。後來又建立了1毫克碳量的制樣裝置，使其構成了一套完整的測年方法序列。

「高精度、高解析度的可靠年代標尺的建立和環境過程的示蹤是我國地球環境科學研究的瓶頸。我們要取得更多原創性研究的突破，必須突破這一瓶頸。」說起在地球環境所建立國家加速器質譜平台的初衷，周衛健如是說。經過十年努力，2006年8月，由科技部、中國科學院和教育部共同支持的「西安加速器質譜中心」正式成立。

西安加速器質譜中心建成後，周衛健長期從事的14C年代學研究拓展到了中國黃土10Be的示蹤研究。

據了解，在周衛健的嚴格要求和努力下，加速器質譜設備的製造商荷蘭HVEE公司與中方密切合作，對儀器進行了改進，優化了測量參數，西安加速器質譜各項指標達世界先進水平，10Be探測靈敏度達3.6×10-15,被譽為「世界同類設備的最好水平」。

「正是這一系列研究技術和方法的創新，與基礎理論上的創新思考有效地結合起來，我們才能在基礎研究中取得重大突破，才能做出國際研究中得到共識的科研成果。」周衛健如此說。

搖椅上的「靈光一現」

在黃土10Be示蹤研究中，周衛健提出的分離氣候因素與地磁場因素的創新思想，被稱為「佛羅倫薩猜想」，是周衛健在義大利學習加速器質譜分析技術與應用時，在搖椅上的「靈光一現」。

當時，由於所在實驗室裝修，周衛健在住處的搖椅上冥思苦想中國黃土10Be無法開展地磁場變化示蹤的原因。「究竟如何分離黃土10Be濃度中受地磁場和氣候變化影響的不同組分？」突然一個靈感，「將磁化率視為分離黃土10Be濃度中受氣候因素影響的代用指標」，她也顧不得實驗室裝修的氣味，立刻召集學生模擬計算，果然得到了預想的結果，終於突破了困擾這一領域的難題。「當時就像中了大獎一樣興奮，立刻回國進行系統分析研究。」今天講起當時的情景，周衛健依然是興奮不已。

人生的道路上沒有隨隨便便的成果。成就這個「靈光一現」的，正是周衛健幾十年的積累與鑽研。如同2009年當選為中國科學院院士後，她被問得最多的是「你學外語出身，為何能成為自然科學領域的科學家？」

事實上，正是紮實的外語功底，為她更好地積澱專業知識提供了有力的工具，有利於領會、跟蹤、準確把握國際前沿動態，有利於與國際一流的科學家和研究機構開展合作。

「大學畢業到中科院地球化學所工作時，我體會到，要做好地球化學學科的翻譯工作，就必須掌握並儲備足夠豐富的專業知識。」

於是，周衛健對自己定下了很嚴格的學習目標，她一邊工作，一邊到貴州師範大學地理系學習。她的勤奮努力受到了地化所領導的重視，領導鼓勵她把外語作為工具，走學科交叉的道路。

在地化所濃厚的學術氛圍的熏陶下，她對地球科學的興趣潛移默化中越來越濃厚。「你的英語學得這麼好，又這麼年輕，現在轉行還來得及。」著名古生物學家、第四紀地質學家、中國科學院院士周明鎮的一番話更是堅定了她鑽研地球科學的信念。從此，她在探秘地球環境變化的道路上不斷前行、探索，義無反顧地踏上了地球科學的研究之路。

上世紀80年代中期，周衛健成為中科院在西安籌建「黃土與第四紀地質研究室」的首批研究人員，來到西部黃土高原。之後，在被派往澳大利亞學習14C分析技術期間，她又以優異成績完成了澳大利亞國立大學地理系碩士課程，澳方導師建議她碩博連讀，但是當時單位正處於發展的關鍵時期，函告她馬上回國，參加實驗室的建設及評審工作，考慮到研究室迫切需要人手來開展工作，她以單位事業為重，放棄直接攻讀博士學位的機會，回國建立放射性碳測年實驗室。為了進一步擴充專業知識，提高自己的科研能力，周衛健1992年考入西北大學地質系，攻讀博士學位，師從著名地質古生物學家薛祥煦教授。

三年勤奮努力，她完成了大量的野外採樣和實驗分析，相關成果多篇論文在國際期刊發表，併產生了較大的影響。1995年，她的博士論文通過答辯，並於1999年入選首屆「全國百篇優秀博士學位論文」。

對地球科學專業知識的系統學習，在研究所一線的科學研究就像厚重的黃土地，為她科學研究中的諸多「idea」提供了豐厚的土壤，並結出累累碩果。

這些成果，不僅推動了整個學科領域的研究，還為西部大開發以及環境治理提供了科學決策的依據。2007年7月以後，周衛健被選任九三學社陝西省委員會主委，2008年當選陝西省政協副主席，她還是九屆、十屆、十一屆、十二屆全國人大代表。她利用參政議政機會，為陝西省乃至國家西部大開發、山川秀美建設等經濟社會發展所面臨的急迫問題，積極建言獻策，為政府提供科學決策支持。

「今後希望將更多的時間和精力集中到研究所的發展和人才培養上。」作為中科院地球環境研究所所長的周衛健對記者說。

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