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(zhuǎn)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(gè)圈層結(jié)構(gòu)，它的表面是堅(jiān)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(fā)玄武巖
右：堪察加半島火山噴發(fā)
那怎么樣了解它？假如雞蛋裂一個(gè)縫的話，會有蛋清流出來，這個(gè)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(dá)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(xì)胞、紅細(xì)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(jìn)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(qū)，非?；臎?。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(zhì)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(zhì)剖面的素描圖，畫畫和拍照大家都會吧？那你離地質(zhì)學(xué)的夢想又更近了一步。我們通過放大鏡來觀察手標(biāo)本，然后觀察它基本的礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，這只是最初步的野外考察。
野外考察也是有點(diǎn)摧殘人的，大家看，這是我2010年博士畢業(yè)時(shí)跟我的林秀斌師兄還有吳磊師弟的合影。
這是他們?nèi)ツ暝谛陆臉幼?，可以看到已?jīng)從俊秀的小伙子變成了滄桑的中年人，就像那句話說的：遠(yuǎn)看像要飯的，近看是勘探的。
他們這么開心是因?yàn)榱謳熜謩偨?jīng)歷了一天一夜的失聯(lián)，這是后來找到他時(shí)重逢的喜悅。當(dāng)時(shí)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(gè)小品，就是人都快沒了，你還要錢干啥？你這個(gè)人都失聯(lián)了，還總是惦記你的樣品。
▲ 由巖漿巖構(gòu)成的大洋地殼
那大家看我的樣子是不是沒什么變化？因?yàn)槲夜ぷ髦?，主要是出海采樣的，不用?jīng)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(zhì)循環(huán)。
蛟龍?zhí)胶Ｖ?/strong>
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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(yàn)性應(yīng)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(dāng)時(shí)下潛的目標(biāo)采樣區(qū)域是“采薇海山”，“采薇”這個(gè)名字是我們國家自主命名的，來源于《詩經(jīng)·小雅》“采薇采薇，薇亦作止”，還挺浪漫的?！安赊薄钡脑馐恰安杉安恕?，對我們來說就是采石頭、采礦產(chǎn)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?，F(xiàn)在第三代的“奮斗者”號在馬里亞納海溝已經(jīng)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(gè)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(tǒng)、生命支持系統(tǒng)等一些復(fù)雜的設(shè)備，所以是沒有衛(wèi)生間的。在下潛的前一天晚上開始就不能喝水，我當(dāng)時(shí)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(gè)煮雞蛋，生吞下去的，滴水未進(jìn)，還有幾塊餅干。
我們是早上8點(diǎn)半入艙，晚上6點(diǎn)半出艙，在海里要待10個(gè)小時(shí)，所以要保證這一整天10個(gè)小時(shí)的作業(yè)過程都不用考慮上廁所的問題。當(dāng)時(shí)因?yàn)閷儆凇膀札垺碧柕氖状螌?shí)驗(yàn)性應(yīng)用階段，所以每個(gè)潛次要攜帶兩名潛航員。
▲ 左圖（右）傅文濤
右圖（左）葉聰
當(dāng)時(shí)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(shè)計(jì)師。我作為下潛的科學(xué)家要兼顧生物和地質(zhì)兩方面的任務(wù)。我們從每個(gè)人的名字里面抽了一個(gè)字出來，組成了“傅立葉”組合。
下潛過程其實(shí)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(fā)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(shí)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(gè)燦如煙花的海洋世界，非常美。
我們當(dāng)時(shí)最大的深度就是采薇海山的坡底，2774米。到坡底之后就發(fā)揮了深潛器獨(dú)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(jìn)行了一個(gè)爬坡的任務(wù)，進(jìn)行斜坡上的富鈷結(jié)殼的調(diào)查、生物多樣性的調(diào)查和取樣以及玄武巖樣品的采集。
我們通過控制艙內(nèi)的一個(gè)小的機(jī)械手來操作外面的大的仿生機(jī)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(gè)樣品時(shí)，還有一只蝦過來圍觀。
因?yàn)槲抑皇羌媛殠蜕飳W(xué)家取樣，所以并不清楚這些生物的真正學(xué)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(dāng)于300個(gè)大氣壓，壓力是非常大的。
我也要做好自己的本職工作，進(jìn)行海山斜坡上的富鈷結(jié)殼分布調(diào)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(gè)海山的形成年代以及它的成因，但那時(shí)不是我們的重點(diǎn)，我們的重點(diǎn)是去挖礦。
海洋有巨量的礦產(chǎn)資源和生物基因資源，我們未來探索的很重要的一個(gè)方面就是到海底挖礦，國際上再過10年左右的時(shí)間可能就會實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采。
不同區(qū)域的地方分布著不同類型的礦產(chǎn)資源，在海山的表面上有這種富鈷結(jié)殼，就是鈷含量很高的一種結(jié)殼。
在海盆有錳結(jié)核和稀土資源，它其實(shí)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(tǒng)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(fā)的黑煙囪的區(qū)域，這里除了礦產(chǎn)資源之外，還有神奇的熱液生態(tài)系統(tǒng)：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(shí)和陸地相比是非常不新鮮的，蝕變很嚴(yán)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(gè)國家重大基礎(chǔ)研究計(jì)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(xué)同位素以及區(qū)域構(gòu)造的分析，我們提出了雅浦海溝的區(qū)域構(gòu)造演化模式。
從示意圖可以看到，它在不同的時(shí)期是有不同的俯沖模式的，到最后，這個(gè)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(zhì)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(gè)陸地是遙遠(yuǎn)的南極大陸。我乘著“雪龍”號參加了中國第34次南極科學(xué)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(dāng)時(shí)這里正在建設(shè)我國的第5個(gè)南極常年考察站：羅斯海新站。我們有一些建站隊(duì)員在這個(gè)島上連續(xù)作業(yè)了20多天，建成了這個(gè)站的雛形。
這個(gè)島的環(huán)境是非常惡劣的，有很強(qiáng)的地吹雪，我們每行走一步都很艱難。
我在這個(gè)島上也進(jìn)行了野外地質(zhì)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(gè)巖體。
那在南極爬山是怎樣的體驗(yàn)?zāi)兀?/strong>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(dāng)時(shí)我是唯一一個(gè)持有合格采樣證的科考隊(duì)員 ，所以其他科考隊(duì)員都很羨慕我，說你能不能幫我?guī)c(diǎn)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(qiáng)，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(jīng)常會有企鵝過來探班，雖然南極條約規(guī)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(jīng)常會主動向我們走近，非?？蓯?，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(zhì)的巖墻，還有一些巖漿混合的包體。
▲ 繪制難言島區(qū)域地質(zhì)背景
通過對這些樣品的研究、野外地質(zhì)考察和文獻(xiàn)，綜合繪制難言島區(qū)域的地質(zhì)圖，這是我們最基礎(chǔ)的工作。我們要標(biāo)明采樣點(diǎn)，讓其他學(xué)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(jìn)行鈾-釷-鉛（U-Th-Pb）精確定年，這些鋯石有很好的巖漿環(huán)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(shí)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(jié)合區(qū)域構(gòu)造、主微量同位素等巖石地球化學(xué)方面的數(shù)據(jù)，提出了古俯沖帶的一個(gè)俯沖過程模型?？梢钥吹剿怯卸嗥诖蔚奈㈥憠K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(gè)階段、每個(gè)區(qū)域都有科學(xué)家在追蹤、在研究。每個(gè)人都有研究區(qū)域，一個(gè)人或者一個(gè)團(tuán)隊(duì)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(gè)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(chǎn)生以及生物的進(jìn)化是息息相關(guān)的，歷史上5次生物大滅絕其實(shí)都跟地球深部的運(yùn)動以及外來小行星的撞擊有關(guān)系，是有很高契合度的，我們想還原的就是這樣一個(gè)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(dāng)時(shí)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(xué)“入坑”，從事這個(gè)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(xiàn)在，我們還在提倡跳出地球看地球，從整個(gè)太陽系、整個(gè)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(zhuǎn)一圈是2.5億年，其實(shí)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(xiàn)行星地質(zhì)學(xué)、空間地質(zhì)學(xué)乃至星系地質(zhì)學(xué)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(diǎn)，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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