胡建芳：重见远古之光

本刊记者 孙欣欣

胡建芳：重见远古之光

本刊记者 孙欣欣

2015年12月“973”课题汇报

自地球形成，经历了太古代、元古代、古生代、中生代和新生代5个时期。“代”为地质时代的划分单位之一，代之下又可划分若干纪，如寒武纪、侏罗纪、第四纪。各个地质时期发生的大事件，在地球自身、地壳运动、岩石、构造、古生物、地磁、古气候等多方面都留下了记录。而它们就像一个个来自远古的使者，接通古今，为预测未来地球变化提供线索。

中国科学院广州地球化学研究所研究员胡建芳就是与这些使者对话的人之一，她探索着一层层揭开远古时期的神秘面纱，使其透出缕缕闪耀之光，呈现在世人面前。

在“冷门”方向中锲而不舍

1992年11月，在广州市天河区，有机地球化学国家重点实验室正式挂牌成立。20余年来，针对我国对石油天然气资源与环境的战略需求，以及当代有机地球化学学科的发展走势，实验室依托于中国科学院广州地球化学研究所逐渐发展形成了“石油天然气地球化学”“环境有机地球化学”和“生物有机地球化学”3个方向，均取得了一批高水平的科研成果。然而，后者不同于前两者，具有很强的基础研究色彩，不直接产生经济效益，受国家战略需求导向的影响，生物地球化学一直以来未受到广泛重视。

何为“生物有机地球化学”？简单来说，生物有机地球化学就是以特征生物标志物及相关的碳、氢、氮同位素为主要研究手段，揭示与碳、氮及水循环有关的地球化学过程，“我们更多的是通过特征生物标志化合物来建立相关代用指标，研究现代地质过程；通过代用指标的现代过程与适用性研究后，再重建古生态古环境，比如白垩纪、第四纪的环境温度、二氧化碳及古植被的变化趋势等”，胡建芳娓娓道来，“当前大家经常谈到气候变化，人类排放的二氧化碳到底对地球变暖有多大的影响？只有从很长的时间范围内把地球本身的气候变化规律理清，才能更好地预测日后的气候变化”，这也是生物有机地球化学研究的价值所在，即为地球表层系统环境演变研究提供机制上的证据。

1996年以来，胡建芳就一直从事此方面的学习研究，尽管坐了多年的冷板凳，但她始终坚持在基础研究幕后，辛勤耕耘，探索不辍。说起她与生物有机地球化学结缘，还是机缘巧合。“我本科学的是石油地质勘查，后来在和导师交流学习过程中觉得生物有机地球化学特别有意思，而且当时也有课题支持”，就这样，胡建芳在考入了中国科学院广州地球化学研究所地球化学专业后，深入探索着自己的兴趣领域。

兴趣可以为前进提供源源不断的动力，若不是对生物有机地球化学的深切喜爱，胡建芳很难克服重重障碍，一路走到今天。

生物有机地球化学学科也是历经了代代相传，才发展至如今的高度。从我国著名的有机地球化学与沉积学家傅家谟院士，到有机地球化学家彭平安院士，再到现如今，科研的接力棒传递到新一代的后备力量手中，胡建芳就是其中的佼佼者。她肩挑使命，不负众望。2001年获得博士学位后，胡建芳就一直留在中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室工作，围绕利用生物标志化合物及单体化合物稳定碳同位素研究区域气候/环境变化，以及全球变化方面展开系列研究，曾先后主持完成了5项国家自然科学基金项目，3项中科院知识创新工程重大项目子课题和1项国家战略先导科技专项课题，累计在国内外学术刊物发表论文60余篇，科研成果受到国内外同行的广泛关注。十年磨一剑，从助理研究员做起，逐步成长为实验室的骨干力量。

“我的学生说我每天像打了鸡血一样”，话音未落胡建芳就笑了起来。然而在这笑声背后未曾透露的辛酸只有胡建芳自己深有体会，“女性做这项工作的挑战性很大，面临着家庭与工作如何权衡的难题”。无论如何，她依旧砥砺前行。

以“新”视角探寻传统问题

2005年10月，胡建芳踏上飞往澳大利亚的班机，开始了在Wollongong大学地球与环境科学学院为期两年的访问研究工作。值得一提的是，她的合作导师是前国际第四纪研究联合会主席Allan R. Chivas教授。

“Allan教授享有很高的学术声望，对待工作特别认真、严谨。一次做化学实验时，需要用的玻璃器皿买不到，只能自己加工，一上午的时间教授都和我在实验室里亲自操作。即使是大科学家，加工玻璃这么小的事也认真对待。”话语中胡建芳透露出对Allan教授的敬佩。同这样的科学家共事，胡建芳也颇受影响，不仅做事高度认真，对自己的要求也近乎苛刻。作为老师，她也常和学生讲，“为科研做事就要做到极致，要么就不做”。这或许也同样是实验室一贯的风格，他们专注有机地球化学，并将其发展为“拳头”项目，在领域中做到极致。然而正是在这种高标准、强压力的促使下，胡建芳在生物有机地球化学领域取得丰硕的科研成果。

自三叠系后，中国北方就结束了大范围的海洋沉积，形成了一系列大规模的陆相湖盆，如松辽、二连、泌阳、东营等。殊不知，在这些古湖盆中含有重要的油气资源，要想有效进行油气勘探，首先要理解这些湖盆优质烃源岩的形成机制，这样不仅有利于发展我国油气生成的科学理论，同时可为指导油气勘探提供科学依据。

经过漫长的研究发现，海侵对陆相湖盆大规模烃源岩形成具有重要影响，主要是因为海侵高水位常能形成有机质丰度较高的烃源岩, 这是油气形成的物质基础；其次，海侵阶段形成的生油岩和海退阶段形成的储层的有机配合, 有利于油气的赋存；同时海侵使水体的化学分层增加, 有利于有机质保存，形成有机质类型较好的源岩。

研究发现白垩纪海侵事件是松辽盆地的重要地质事件之一。“钙质超微化石及其他地球化学的证据都证明了松辽盆地白垩纪海侵的发生，但关于海侵事件的期次和持续的时间以及海侵规模相对大小的研究，目前还严重缺乏，这不利于探讨大规模烃源岩形成的机制，以及我国乃至东亚地区晚中生代古气候和古环境演变的规律和机制”，胡建芳道出了问题的核心所在。而且不光如此，由于松辽盆地优质烃源岩发育的层位正好是海侵事件发生的层位, 如果海侵事件存在, 那么以我国大庆油田发现为基础的陆相生油理论还能否成立?

基于此背景，胡建芳在国家“973”项目课题“松辽盆地及邻区晚中生代古环境有机地球化学研究”支持下，避开常规的油气角度，从环境角度着眼，通过对“松辽盆地大陆科学钻探”获取的松科1井的特征海洋分子标志化合物(24-正丙基胆甾烷和24-异丙基胆甾烷)的定性、定量研究，揭示了白垩纪松辽盆地海侵事件的详细过程，发现不同时期海侵的规模和方式有所不同，构造运动为海水入侵创造了通道，全球海平面的上升使得海侵成为可能。同时，他们还发现海侵层位优质烃源岩的δ13Corg值与海洋δ13Corg显著不同,其TOC主要来自湖泊的初级生产力,因此陆相生油理论依然成立。

这些研究结果为我国其他陆相湖盆的海侵事件研究提供了模式参考，有利于同全球海洋记录的古气候/环境事件进行对比，更好地探讨我国晚中生代古气候/环境演变的规律和机制。成果发表在Scientific Reports上。

紧追热点实现“零”的突破

南海由于其海底资源十分丰富，尤其是海底石油和天然气储量巨大，因此一直受到世界各方的广泛关注。天然气水合物就是其中之一，它是由气体分子（主要是甲烷CH4）与水组成的固体物质，完全燃烧时只生成二氧化碳和水，是新型绿色能源。甲烷是一种强效温室气体，其温室效应是二氧化碳的20～30倍。一旦海洋中天然气水合物大规模分解，进入水圈和大气圈，巨量水合物CH4将造成强烈的温室效应，进而引发区域性甚至全球性的气候/环境和生态灾变事件。南海在地质历史时期到底有无甲烷释放？若有，对环境有无影响？有怎样的影响？带着这些疑问，胡建芳申请了国家自然科学基金面上项目“南海东沙海域晚更新世以来天然气水合物分解/释放规模的分子有机地球化学记录及环境效应”。“我们需要寻找能够示踪天然气水合物分解/释放敏感性良好的替代性、定量化指标，同时结合沉积记录的古环境重建，可以甄别地质历史时期海底天然气水合物分解/释放对气候/环境的影响。”

参加2013年国际地质大会

在项目中，胡建芳期望有两大突破，一是寻找到替代性指标；二是完成定量研究。“当甲烷释放出来后，会有些特定的微生物以它为食，转化为生物体的碳”，而来源于这些微生物的特定生物标志化合物就是切入口，追本溯源便可重建相关的古环境。当然，说起来容易做起来却存在一定的风险，“海洋那么大，如何取得样品”成了阻碍课题组前进的绊脚石。根据广州海洋地质调查局所做的前期工作，课题组在前者所标定的区域内进行取样作业，不用再像大海捞针般苦苦寻觅，获得有效样品的概率也大大提升。探寻“有无甲烷排放”后，接下来就是“排多少”的问题，“我们希望能做定量的研究，判断甲烷排放的是多还是少”。项目目前正在顺利进展中，预计2019年年底结题。

除了对南海东沙海域的研究，在华南地区晚全新世陆相古温度重建研究方面也有新突破。

古温度的定量重建是古环境/气候学研究的重要内容，不同领域的学者都在为此一直进行着不懈的探索。作为中国现代气象科学奠基人的竺可桢先生，就始终关注并尽毕生之力开展气候变化研究，他关于气候变化的一系列奠基性研究，对于人们今天认识这一全球重大问题具有基础的科学意义。

海洋和陆地，作为地球上两大表生生态系统，其中关于海洋的古温度重建研究较多，而关于陆相古温度定量重建一直难以进行，这是因为一直缺乏有效的定量化计算指标。近年来，基于微生物细胞膜GDGTs的陆相古温度指标发展火热，并得到了广泛的应用。“最初的研究认为支链GDGTs 来源于陆地土壤和泥炭细菌，基于此，国际上建立起了土壤的年平均大气温度（MAT）经验计算式，但新近的研究指出支链GDGTs可以由湖泊内源产生, 如果以土壤的经验计算式来计算MAT，必然产生偏差”，因此，国内外又相继出现了一些基于湖泊现代表层沉积物的MAT经验计算式，尽管这些计算式是“区域性”的，其计算结果仍具有广泛的适用性。

在我国，全新世陆相古温度的重建研究主要集中在北方和东部地区，而华南地区严重缺乏，胡建芳就恰好身处广东省，近水楼台，她带领课题组首次通过对华南地区湖光岩玛珥湖现代过程的研究，证明了其支链GDGTs主要为湖泊内源产生；在此基础上，应用湖泊的MAT经验计算式高分辨率重建了~3.7ka以来华南地区陆相古温度。最终重建结果显示，华南地区~3.7ka以来经历了5次冷期/4次暖期变化，中世纪暖期在华南地区呈现出2次暖阶段，小冰期在华南地区依然存在，且温度是~3.7ka以来的最低值。

这无疑为华南季风区陆相古温度重建研究提供了新的思路与方法。该成果发表在Palaeogeography,Palaeoclimatolog y,Palaeoecology上，相关研究也得到了国家自然科学基金和研究所“135”项目的经费支持。

随着全球变化研究在全球范围内的兴起，以碳循环、水循环和氮循环为当前主要研究内容的生物地球化学也成为有机地球化学最活跃的研究领域。近些年来，实验室在国家自然科学基金委的资助下开展了许多工作，虽然资助的经费不多，但也取得了比较好的研究成果。“硬骨头”总要有人来攻，配角也总要有人来充当。正是有了像胡建芳一样默默无闻、勤于耕耘的研究者们，我国在生物有机地球化学领域才得以有长足的发展。他们不为鲜花光环，只为心中那束远古之光。