我們是為地球代言的，

通過解析巖石里的信息來講好地球的故事。

唐立梅· 自然資源部第二海洋研究所副研究員

格致論道第91期 | 2023年3月4日 北京

本文轉載自公眾號：“格致論道講壇”

（ID：SELFtalks）

大家好！我是來自自然資源部第二海洋研究所的唐立梅。我研究的對象是巖石，所以要到全球各地去采集所需要的研究樣品。我去過海底、去過南極、也在陸地上跑過野外。我通過解讀巖石的記錄來描述地球故事。

地球是一個圈層結構，它的表面是堅硬的地殼，還有地幔、地核，不特別貼切地比喻，大致是像雞蛋的蛋殼、蛋清和蛋黃一樣。我研究的對象是蛋清部分的深部地幔。

▲ 左：夏威夷裂隙式噴發玄武巖

右：堪察加半島火山噴發

那怎么樣了解它？假如雞蛋裂一個縫的話，會有蛋清流出來，這個蛋清干了，就是我要采集的巖石的樣品：冷卻的巖漿。

巖漿從深部地幔流出來到達地表，冷卻之后就形成了巖漿巖，我的研究對象。也可以把巖漿比作人體的血液，如同采血樣，要扎破手指，然后分析里面的白細胞、紅細胞，我們對地球也是這樣。要給地球做體檢，分析巖石中的主位量元素、微量元素、同位素等，了解它的成分，進而探討地球深部的地幔演化。

上山下海找石頭

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去哪里采集這些巖石樣品呢？去大森林行不行？那兒沒有新鮮的巖石露頭。我們一般去到的都是荒郊野外的無人區，非常荒涼。我的師兄、師弟們每年暑假都去到新疆跑野外。

那去了之后先做些什么呢？我 們攜帶著地質考察的三大件：羅盤、錘子、放大鏡。錘子除了敲石頭之外還有做比例尺的功能。 還要畫地質剖面的素描圖，畫畫和拍照大家都會吧？那你離地質學的夢想又更近了一步。我們通過放大鏡來觀察手標本，然后觀察它基本的礦物組成和結構構造，這只是最初步的野外考察。

野外考察也是有點摧殘人的，大家看，這是我2010年博士畢業時跟我的林秀斌師兄還有吳磊師弟的合影。

這是他們去年在新疆的樣子，可以看到已經從俊秀的小伙子變成了滄桑的中年人，就像那句話說的：遠看像要飯的，近看是勘探的。

他們這么開心是因為林師兄剛經歷了一天一夜的失聯，這是后來找到他時重逢的喜悅。當時他說的第一句話是：我的樣品都在，一塊也沒有丟。讓你想到趙本山的一個小品，就是人都快沒了，你還要錢干啥？你這個人都失聯了，還總是惦記你的樣品。

▲ 由巖漿巖構成的大洋地殼

那大家看我的樣子是不是沒什么變化？因為我工作之后，主要是出海采樣的，不用經歷那些滄桑。我們到海底哪里去采樣呢？洋中脊的可以采，海山的可以采， 還有俯沖帶的，用這些巖漿巖來研究殼幔的相互作用和物質循環。

蛟龍探海之旅

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我參加了“蛟龍”號的首次科考，是“中國大洋科考”31航次，也是第一代載人深潛器“蛟龍”號的首次試驗性應用航次。

這看上去是不是比陸地上好多了？就很高大上，至少我們不用自己跑了，是船在跑，加油就行了。

▲ 采薇海山

我們當時下潛的目標采樣區域是“采薇海山”，“采薇”這個名字是我們國家自主命名的，來源于《詩經·小雅》“采薇采薇，薇亦作止”，還挺浪漫的。“采薇”的原意是“采集野菜”，對我們來說就是采石頭、采礦產資源，還有采生物樣品。

這就是我們的“蛟龍”號，可以下潛超過7000米，是我國第一代載人深潛器。現在第三代的“奮斗者”號在馬里亞納海溝已經可以下潛到10909米。在那樣深的地方甚至都還有生物的存在，生命是不是很神奇？

“蛟龍”號是一個8米多長的載人深潛器，載人艙的直徑是2.1米，空間比較狹小，里面還有高清拍攝系統、生命支持系統等一些復雜的設備，所以是沒有衛生間的。在下潛的前一天晚上開始就不能喝水，我當時怕自己忘了，還把我的杯子藏起來，這樣就不會想到去喝水了。第二天早上吃了一個煮雞蛋，生吞下去的，滴水未進，還有幾塊餅干。

我們是早上8點半入艙，晚上6點半出艙，在海里要待10個小時，所以要保證這一整天10個小時的作業過程都不用考慮上廁所的問題。當時因為屬于“蛟龍”號的首次實驗性應用階段，所以每個潛次要攜帶兩名潛航員。

▲ 左圖（右）傅文濤

右圖（左）葉聰

當時的主駕駛是傅文濤，副駕駛是葉聰，葉聰后來是“奮斗者”號的副總設計師。我作為下潛的科學家要兼顧生物和地質兩方面的任務。我們從每個人的名字里面抽了一個字出來，組成了“傅立葉”組合。

下潛過程其實很神奇、很浪漫，我相信很多女生都會喜歡。到350米的深度以后會有很多發光生物，像夜空中的星星一眨一眨的，就是那種漫海星辰的感覺。有的時候，它們是一串地飄過去，雪樹銀花似的晶瑩，又一下子散開去，像夜空中綻放的焰火，真是一個燦如煙花的海洋世界，非常美。

我們當時最大的深度就是采薇海山的坡底，2774米。到坡底之后就發揮了深潛器獨特的懸停功能。我們懸停在離海底6米的地方取了水樣，然后進行了一個爬坡的任務，進行斜坡上的富鈷結殼的調查、生物多樣性的調查和取樣以及玄武巖樣品的采集。

我們通過控制艙內的一個小的機械手來操作外面的大的仿生機械手。這是我們采集一只海鞭珊瑚的樣品，它有2米多長，周圍就像粉色的小喇叭圍簇著，非常美艷。在采集這個樣品時，還有一只蝦過來圍觀。

因為我只是兼職幫生物學家取樣，所以并不清楚這些生物的真正學名，所以就用我自己的方式給它們起了名字。比如一些像白玫瑰一樣的玻璃海棉，像水晶絲襪一樣的玻璃海棉，還有這種半透明的粉粉的海參。你看它這么柔軟，但卻可以抵抗非常大的水壓，將近3000米的海底就是30兆帕的壓力，相當于300個大氣壓，壓力是非常大的。

我也要做好自己的本職工作，進行海山斜坡上的富鈷結殼分布調查以及玄武巖采集。我們采集到的玄武巖，后來用于測定這個海山的形成年代以及它的成因，但那時不是我們的重點，我們的重點是去挖礦。

海洋有巨量的礦產資源和生物基因資源，我們未來探索的很重要的一個方面就是到海底挖礦，國際上再過10年左右的時間可能就會實現商業化開采。

不同區域的地方分布著不同類型的礦產資源，在海山的表面上有這種富鈷結殼，就是鈷含量很高的一種結殼。

在海盆有錳結核和稀土資源，它其實也是未來最容易開采的一種資源，像土豆一樣密密麻麻地分布在洋盆。只要把它聚集起來打成礦漿，打成小的顆粒，像珍珠奶茶一樣，用混輸系統就可以吸上來。

在洋中脊有多金屬熱液硫化物資源，就是海底正在噴發的黑煙囪的區域，這里除了礦產資源之外，還有神奇的熱液生態系統：暗黑生物鏈，是非常神奇的。

▲ 太平洋底的玄武巖

圖片是我在太平洋采到的玄武巖樣品，海底的樣品其實和陸地相比是非常不新鮮的，蝕變很嚴重，看起來黑不溜秋的。下面是它在顯微鏡下的照片，能看到有些斜長石、輝石。

▲ 來自于地幔的橄欖巖

后來我又拿到西太平洋雅浦海溝的樣品，這是一個國家重大基礎研究計劃，我拿到了它的地幔橄欖巖、輝長巖還有玄武巖的樣品。

通過對它們的巖石地球化學同位素以及區域構造的分析，我們提出了雅浦海溝的區域構造演化模式。

從示意圖可以看到，它在不同的時期是有不同的俯沖模式的，到最后，這個帕里西維拉海盆的洋殼俯沖到了原雅浦島弧的上面。

南極大陸的地質考察

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到海里“玩”了一圈之后，我又重新回到陸地，不過這個陸地是遙遠的南極大陸。我乘著“雪龍”號參加了中國第34次南極科學考察。

“雪龍”號的條件又更好了，它上下一共有9層，還有籃球場、游泳池，歡迎大家也來加入我們。

我們到了南極的難言島上，也叫恩科斯堡島，當時這里正在建設我國的第5個南極常年考察站：羅斯海新站。我們有一些建站隊員在這個島上連續作業了20多天，建成了這個站的雛形。

這個島的環境是非常惡劣的，有很強的地吹雪，我們每行走一步都很艱難。

我在這個島上也進行了野外地質考察，南極大陸雖然覆蓋著厚厚的冰層，但也會有裸露的巖石露頭，像這就是東西走向的一個巖體。

那在南極爬山是怎樣的體驗呢？就是要手腳并用，真的是要爬，像壁虎一樣爬。有人說，地上這么多石頭你隨便撿一塊不就行了嗎？不行，我是要原位的巖石，鵝卵石、滾石、礫石我是不需要的，這些不能作為研究樣品。

當時我是唯一一個持有合格采樣證的科考隊員 ，所以其他科考隊員都很羨慕我，說你能不能幫我帶點好看的、漂亮的石頭回來？我說，我對漂亮的不感興趣，我們需要的是原位的石頭，這樣才能用來做研究。

南極的紫外線很強，所以我們外出都要把自己全副武裝起來，完全看不到臉。在考察過程中，還經常會有企鵝過來探班，雖然南極條約規定人類不可以主動靠近企鵝，要保持15米以外的距離。但它們對人類沒有戒心，經常會主動向我們走近，非常可愛，考察過程還是挺溫馨的。

這是我野外記錄的巖石露頭的情況，有這種閃長質的巖墻，還有一些巖漿混合的包體。

▲ 繪制難言島區域地質背景

通過對這些樣品的研究、野外地質考察和文獻，綜合繪制難言島區域的地質圖，這是我們最基礎的工作。我們要標明采樣點，讓其他學者知道你是在哪里采集到的樣品，然后分析里面的鋯石。

▲ 分析180顆鋯石

這只是其中一部分鋯石。鋯石最重要的是可以進行鈾-釷-鉛（U-Th-Pb）精確定年，這些鋯石有很好的巖漿環帶，典型巖漿鋯石的年齡分布在480-510百萬年之間，也就是大約5億年。所以這就代表了岡瓦納超級大陸裂解時期的巖漿事件。

▲ 建立古俯沖帶俯沖過程模型（高鵬，唐立梅等，2022）

我們也結合區域構造、主微量同位素等巖石地球化學方面的數據，提出了古俯沖帶的一個俯沖過程模型。可以看到它是有多期次的微陸塊這樣的碰撞。

為地球代言

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46億年的地球，它的演化是很漫長的，每個階段、每個區域都有科學家在追蹤、在研究。每個人都有研究區域，一個人或者一個團隊不可能跑遍全球。我們最終是要綜合所有人的研究成果，還原一個完整的、相對精確的地球46億年的演化史。

地球的演化跟生命的產生以及生物的進化是息息相關的，歷史上5次生物大滅絕其實都跟地球深部的運動以及外來小行星的撞擊有關系，是有很高契合度的，我們想還原的就是這樣一個地球演化以及生命演化的過程。

我們在考察過程中，在太平洋看到過雙彩虹，在甲板上看到漫天的繁星，還有日升日落、月升月落。

在南極我們又會看到極光、企鵝、海豹、南極鹱還有鯨。當時在羅斯海海域，就在我們船尾幾米的地方可以很清晰地看到它們噴水。

我們是為地球代言的，通過解析巖石里的信息來講好地球的故事。也希望感興趣的同學“入坑”，從事這個方向你的視野會變得很宏大，我們動不動就是討論幾十億年以來的事情。

現在，我們還在提倡跳出地球看地球，從整個太陽系、整個銀河系來討論地球的演化。太陽系圍繞銀河系中心的黑洞旋轉一圈是2.5億年，其實這跟我們地球板塊裂解和聚合的周期是相符的。所以未來，會出現行星地質學、空間地質學乃至星系地質學這些新方向，歡迎大家共同來討論。

這就是我今天的分享，謝謝大家！

文章和演講僅代表作者觀點，不代表格致論道講壇立場。

• 信息來源：格致論道講壇。

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