陈凌：破解地学百年难题 勇攀地学新高峰

2018-01-29  来源：  新华网

    在近日举行的国家科学技术奖励大会上，中国科学院地质与地球物理研究所“华北克拉通破坏”项目获得2017年度国家自然科学二等奖，吸引了国际科学界的瞩目。

    近日，该项目第二完成人、中国科学院地质与地球物理研究所研究员陈凌在接受新华网记者独家专访时表示，“华北克拉通破坏”研究是中国地球科学家在探索大陆演化方面取得成功的重要一步。

    很多人不禁要问，“克拉通”究竟是什么？克拉通是地球上最古老的大陆地块，占大陆面积的50%-70%以上，是人类生存和资源能源的主要供给场所。传统上认为克拉通是稳定的，缺少火山活动和大地震。我国的华北克拉通却发生了大规模的火山活动和强烈变形，并伴随大规模成矿作用和地表环境的明显改变。现今华北大地震时有发生，如1966年邢台地震、1975年海城地震、1976年唐山地震等，这些都表明华北克拉通丧失了稳定性。这种克拉通失去稳定性的现象反映了大陆演化的复杂性和多样性，也是将地表人类生存环境与地球深部过程相联系的纽带。克拉通为什么会失去稳定性这一问题一直未被破解，成为困扰地球科学家近百年的难题。

    陈凌告诉记者，华北克拉通保存有38亿年前的大陆岩石，是世界上最古老的克拉通之一。它在2亿年前一直稳定，2亿年以来失去了稳定性。华北克拉通经历的这种丰富而复杂的演化过程，使它成为研究大陆演化、探索克拉通失去稳定性机制这一难题的最佳切入点。为此，陈凌所在的“华北克拉通破坏”项目团队对华北克拉通开展了地质、地球物理、地球化学等多学科综合研究，揭示了克拉通失去稳定性的原因和机制。这项研究的成功，标志着中国地球科学在大陆演化研究领域取得重大进展，走向世界科技前沿。

    攻关创新 破解地学百年难题

    “入地难于上青天”。在地学研究领域奋斗多年，遇到的最大困难是什么？又是如何攻坚克难的？陈凌说，地学研究遇到的最大困难是缺乏约束地球深部演化的时空信息和缺少提取深部信息的有效手段。为此，项目团队在观测和实验等方面开展了有针对性的攻关研究。

    为了从岩石样品中获得深部信息，项目团队开展了同位素原位微区分析、高精度地质年代学研究等系列实验技术方法创新；为了构建华北克拉通全空间深部精细结构图像，开拓性地实施了科学目标引导下的密集流动地震台阵探测、开展了基于密集观测资料的波场高精度模拟、分析和偏移成像等地震学方法创新。陈凌表示，这些攻关创新研究提供了获取深部信息的基础数据和有效手段，保证了项目科学目标的实现。

陈凌参加华南雪峰山地区地质与地球物理联合野外考察。（受访者供图）

    “华北克拉通破坏”项目历经20余年，圆满完成了国家基础研究任务，并吸引了国际科学界的瞩目。陈凌认为，“华北克拉通破坏”项目为中国地学研究做出的贡献体现在以下方面：首先，建立了克拉通破坏理论，揭示克拉通失去稳定性的根本原因是克拉通破坏，其实质是深部岩石圈组成、结构和性质发生了根本性变化；发现洋-陆相互作用导致克拉通破坏与大陆增生，是全球大陆演化的普遍规律，从而发展了板块构造理论，引领了学科发展方向。其次，促进了我国地学领域多学科交叉融合，培养了一支具有国际研究水平的地球科学研究队伍，提升了中国固体地球科学的国际影响力。并在克拉通研究基础上，从全球视野出发，推动国家基金委设立了“特提斯地球动力系统”重大研究计划，为中国地球科学家走向世界起到了引领作用。此外，在解决国家重大需求方面取得突破。在克拉通破坏理论指导下，实施了4000米中国岩金第一深钻，在胶东新发现黄金储量800吨。该理论还进一步为国家将辽东作为黄金接替基地提供了科学依据。

    面向前沿 勇攀地学新高峰

    党的十九大报告提出，“要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。”

    板块构造理论是地球科学的基石。2017年是这一理论创建50周年。板块构造理论将地球外层分为大洋板块和大陆板块，它能够解释大洋板块的形成与消亡，以及大陆板块漂移过程，但无法解释大陆演化，包括大陆改造与破坏、大陆增生和陆内成矿等基本问题。板块构造理论创建50年后的今天，地球科学已进入 “后板块构造”时代。地球科学面临着板块构造理论如何应用于大陆？大洋板块和大陆板块如何协同演化？板块如何与地球内部相互作用，并影响地表环境？等重大前沿科学问题。

    陈凌表示，在“华北克拉通破坏”研究基础上，项目团队未来将针对大陆演化和板块构造理论前沿科学问题，在三个方面进行重点突破。首先，项目团队将把华北研究扩大到东亚和西太平洋区域，由陆到洋、陆洋结合，探索研究2亿年以来西太平洋板块俯冲、与上覆东亚大陆相互作用及其影响大洋和大陆演化的过程和机制，并与全球其它区域进行对比，认识洋-陆作用及其效应的规律性。其次，项目团队将以研究华北克拉通破坏与古环境变化和陆相生物演化的内在关系为切入点，探究在西太平洋板块俯冲作用下，华北克拉通破坏的深部过程、浅部效应及其对陆相生态系统演变的控制机理，从地球系统角度认识圈层相互作用和大陆演化。

    此外，项目团队将投入到对包括欧亚大陆南缘、非洲至澳大利亚北缘，长15000 公里、宽约5000 公里的广大区域 － 特提斯构造域的研究中。特提斯构造域不仅因地质现象最全面而成为探索板块构造重大前沿科学问题的最佳天然实验室，而且其空间分布也与国家“一带一路”重大战略决策所涵盖的区域高度重合，因而对其开展研究是国家战略需要。基金委于2017年启动了“特提斯地球动力系统”重大研究计划。项目团队已前瞻性地部署开展了相关基础研究，未来将聚焦探索大洋板块俯冲与大陆板块碰撞时空演化的驱动机制和过程，两者的相似性、差异性及其转换关系。

    在国家重视科学研究、鼓励创新的良好科研环境下，随着后续相关研究的深入进行，陈凌认为，我国地球科学有望在大陆演化研究领域和板块构造重大理论创新方面取得新的突破，引领国际地球科学学科发展，并在通过科技攻关服务国家战略方面做出原创性贡献。（陈梦瑶）