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地球密码揭密者:一块石头告诉你,生命大爆发之前,地球到底发生了什么?

来源:光明网微信公众号2021-11-18 14:50

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地球密码揭密者:一块石头告诉你,生命大爆发之前,地球到底发生了什么?

  如果把地球从诞生到现在的46亿年时间压缩成一天,那么我们智人这个物种直到23时59分56秒才出现,而人类文明只有0.1秒……

地球密码揭密者:一块石头告诉你,生命大爆发之前,地球到底发生了什么?

  在生命大爆发的寒武纪之前,地球则是一片长达数十亿年的死寂。在混沌的冥古宙,地球曾发生惊心动魄的造天造地的大事。到太古宙和元古宙,地球才形成了陆地、海洋和大气圈层。神秘的前寒武纪约占全部地史时间的5/6,就像是黎明前的漫漫长夜。死寂的前寒武纪其实并不死寂,有太多太多人们还不完全知晓的神秘故事。可是由于没有足够的古生物依据,我们对地球的这段历史知之甚少。

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  澳大利亚西部的前寒武纪叠层石地球最早是什么样的?生命的起源、大陆的起源……这些奥秘吸引着无数人,它是自然科学的顶峰。今天,带大家一起了解穿越“石”空,探秘地球的地质学家翟明国,以及他眼中的地球故事。繁星追梦|地质学家翟明国:穿越“石”空探秘地球在翟明国的办公室里,摆满了许多看起来“平平无奇”的石头,墙根下是石头,纸盒里还是石头……

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  在很多人眼里“值钱”的石头无非是翡翠、钻石之类。但在地质学家翟明国眼里,石头的“年龄”和“出身”以及它记录的地质故事才是衡量它们是否珍贵的主要标准。

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翟明国办公室内收藏的38亿年的石头

  “这块石头38亿年,是中国最老的一块石头。这块是25亿年。这块彩色的石头比较年轻,大概1亿300万年……我们主要看哪块石头能更好地折射出地球的历史”。

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  谈起自己收藏的石头,翟明国如数家珍。翟明国研究石头的故事,要追溯到上世纪70年代。“不是我选择做什么,是社会选择让我做什么”1966年,18岁的翟明国即将高中毕业。各门功课优异的他,已被保送至北京大学国际政治系。但那段特殊的历史时期,让翟明国成为了一名知青,被选派到新疆军马场放马。

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  初中时的翟明国(前排右一)后来的翟明国回忆起那段知青岁月,在高寒、缺乏营养等艰苦的条件下,他接受了人间真诚和无私奉献的洗礼。对于翟明国来说,这并不是他人生的低谷,当时的他想法很简单,就是如何把军马放好,如何为祖国的国防事业贡献一份力量。

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翟明国从人大附中初中毕业时的合照(1963

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  翟明国在人大附中高中时的照片(1967机会是留给有准备的人的。1973年,翟明国凭借着高中时扎实的知识储备,考取了新疆哈密地区第一名的好成绩,最终成为西北大学地质系的一名学生。上世纪70年代中后期为了国家实现“四化”和发展钢铁产业的要求,中国政府组织全国各行业共同参加富铁矿会战。“富铁矿会战”其实就是在中国寻找铁矿,为此后的经济复苏提供“粮食”而地球上90%的铁矿,都是在前寒武纪时期形成的。从西北大学地质系刚毕业的翟明国参与到了这次会战中,从此开启了有关前寒武纪地质的研究

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  后来,翟明国考入了中国科学院地质研究所读研究生,先后获得硕士和博士学位。并在毕业后留在这里主要从事“前寒武纪地质和变质地质学”领域的研究。他的研究对于人类认识地球、利用地球、保护地球有着重要的意义和影响。2009年,翟明国当选中国科学院院士。有人问他为什么要选择地质学?又为什么要研究前寒武纪?对于这个问题,翟明国说,“不是我选择做什么,是社会选择我做什么。”翟明国始终坚信,“搞科学研究的一个基本点,就是要报效社会报效国家。”

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  一块石头,成了揭开地球密码的钥匙前寒武纪是相对显生宙而言的。寒武纪(开始时间大约是5.4亿年前)则是显生宙的第一个地质时代,曾经发生过一个非常重要的地质事件——生命大爆发,被称为古生物学和地质学上的一大“革命”。前寒武纪,是从地球诞生到寒武纪之前的整个历史阶段,约40亿年,约占地球历史的89%。而地球陆地面积(体积)的80%-90%是在前寒武纪形成的。在这段时间里,生物进化极其缓慢且长期停滞在低级阶段,主要是微生物和菌藻类植物,它们留下的化石能说明的情况不多,而保存这些化石的岩层又大多经过不同程度的变质,使得地球的早期历史不易被人们了解,所以又曾经被人们称为“隐生宙”。在对华北前寒武纪研究的过程中,翟明国遇到了一个令人棘手的问题。要了解地球板块构造开始出现的时期,就需要寻找能够记录关键地质事件的岩石,这样含有神秘记录的岩石就是地球某个阶段构造变动的“黑匣子”。通过岩石所经过的温度压力不同的变化,去恢复这块岩石原本的样子,去研究让它变化的原因,再去反演过去可能出现的地质事件及其原因。翟明国的老师赵宗溥曾留下了一个假设:地球上应该有这样的岩石。

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但对于如何找到这样一块岩石,翟明国却毫无头绪。一连几年,翟明国都一筹莫展。直到1990年在一次野外实践中,才有了突破性进展。在河北的怀安县,山西与河北交界的山沟里,有个地方叫蔓菁沟。在这里,翟明国找到了一丝希望。于是,翟明国与同事和学生,在山沟里扎下来。功夫不负有心人,在一次科考的过程中,终于让他们发现了这块具有特殊意义的石头。

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  翟明国(前排正中)和同行在野外考察这块岩石的发现,首次揭开了华北前寒武纪时期,地质板块构造形成时期的信息密码。而翟明国也成为了全球发现的第一人。这个发现在世界上有重要影响,被称为20世纪九十年代寒武纪地质研究中最大的贡献,推动了学科的发展。

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翟明国发现的岩石现在立在研究所的院子中

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  岩石说明的标牌此后,翟明国通过多年的研究积累,建立了华北早寒武纪下地壳剖面,为华北地区的早期大陆演化格架建立和各类矿藏的时代分布规律提供了理论依据。翟明国担任大陆动力学国家重点实验室主任,9个国家与部门的重点实验室学术委员会主任和委员,一些国内外大学的讲座教授和兼职教授;共发表论文200余篇,SCI文章引用30000余次。作为主要参加者获得国家自然科学二等奖一项、中科院自然科学一等奖一项、二等奖两项,以及其它很多奖励。

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  “搞科研需要人梯精神、群体精神”翟明国在高中时期,曾通过一次偶然的机会了解到“人梯精神”,后来从事科学研究的他也一直致力于宣传“人梯精神”。当时,中国登山运动员屈银华曾作为“中国人民大学预科”的学生,与翟明国同在人大附中(一个学校两个牌子)他和翟明国是亲密的“忘年交”。作为我国首次从珠穆朗玛峰北坡登顶的登山队员之一,屈银华登顶珠峰的故事给翟明国留下终身难忘的记忆。

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  刘连满1960年,中国登山队第一次攀登珠峰。那个时候突击顶峰的有四个队员:王富洲、屈银华、刘连满、贡布。来到“第二台阶”,面对这个阻退众多登山者的绝壁,他们没有退缩,刘连满提出:搭人梯!

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  刘连满做人梯底座,屈银华脱去高山靴踩在他的肩上,通过“人梯”的形式向上攀登。最终,刘连满因体力不支,只能停留在海拔8700米处等候,由剩下的队员继续登顶。1960年5月25日,中国登山队创造了人类历史上第一次从北坡登上珠穆朗玛峰的壮举。这个故事对翟明国产生了深远的影响。在他眼里,尽管面对一个科研项目的成功,人们总是会将目光聚焦在“尖子”上,忽略“梯子”。但在科学研究的过程中,也不能少了甘为人梯的精神。缺乏“人梯精神”、团体精神,大科学就不能做,这个科学领域就一定是落后的。

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  “地球是有生命的,再有40多亿年就耗尽了”“地球是有生命的,有生有死。”翟国明不止一次这样说。“地球变成现在这个样子经历了46亿年的演化,而促成这种演化的是一些在历史上发生重大的地质事件。地质事件往往成群出现,持续几万年,甚至几十万年或上百万年。这些地质事件群往往看起来无规律可循,甚至在地球的历史上不会重复出现。”

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  正是因为这种“无规律、不重复”的事件群,让地球的每一个时期变得独一无二。换句话说,地球适合人类生存的阶段,也是独一无二的。地球的演化是不可逆的,矿产资源的成矿体系是不可重复的。翟明国的团队在国际前寒武纪学界率先提出这个理论,并对传统的地质学“将古今论”的原理(用现在的地质现象当做研究过去地质变化的钥匙Thepresent is key to thepast进行了补充和修正。

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海上的岩浆涌流

  地球的内部能量,按照放射性同位素的衰变计算,再有四十多亿年就耗尽了,那时候的地球将会死去。没有脉搏(地震和构造运动)没有呼吸(火山和物质循环)地球本身就没有了“生命”。地球没有了我们人类需要的氧和水,将变成一颗“死星”。并且,是不可逆转的“死去”。地球未来终会消亡,人类又将何去何从?翟明国表示:正因如此,我们现在才需要研究地球是怎么演化到现在的,从现在到未来又会怎样。将来必然还要有一门科学叫未来地质学,研究几十亿年之后地球的模样,地震还能否出现,水和氧气的变化,以及岩石会有什么变化,人类的生存环境会如何变化。这些非常深奥,是自然科学奥妙中的王冠。“尽管这些研究可能不能改变地球终会消亡的自然规律,但深入的探索能让人类更了解地球,利用地球,与地球和谐共处,并探索地球村的未来。”“虽然地球终将死去,但人们不必杞人忧天,在40亿年的地球历程中有文明记录的历史不过几千年到一万年,还有几十亿年生命的地球,人们的智慧一定能够解决‘将来’的问题,我们需要科学和必须依赖科学。”翟明国说。

  “繁星追梦”系列视频栏目题字:丁仲礼

  出品 人:杨谷

  总监 制:宋乐永

  总策 划:战钊 宋雅娟

  记者:宋雅娟 张佳兴 肖春芳

  编导:肖春芳 宋雅娟

  统筹:齐芳

  摄像:张佳兴 肖春芳

  视频制作:光明网科普事业部

  鸣谢:中国科学院

  联合出品:中国科学技术协会光明网

[ 责编:张梦凡 ]
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