根植同位素地球化学探秘地球外宜居星球——记成都理工大学行星科学国际研究中心研究员张普

张 闻 陈 旭

浩瀚的宇宙中，各种元素都在不断地生成和消亡，形成了一个复杂的元素循环过程。根据宇宙大爆炸理论，宇宙在起源时刻的高温和高能量环境下，仅有氢、氦等轻元素，它们为宇宙的起源和演化提供了基础。随着宇宙的演化，更多的元素通过恒星内部的核聚变反应而合成，从而丰富了宇宙中的元素谱系。而这些元素的同位素组成和分布对于理解宇宙和地球演化历史至关重要。

那么，在浩瀚的宇宙中，是否还存在和地球一样的宜居星球？这一切都离不开同位素地球化学提供的理论依据。

为了探究这一奥秘，成都理工大学行星科学国际研究中心研究员张普就将研究扎根在同位素地球化学和年代学方法开发及在地球和行星科学研究的应用中，开展了一系列科研探索。十多年来，她将自己的研究串联成一条完整的谱系，以研发国内全球气候环境变化急需的技术或突破当前技术瓶颈为己任，积极践行相关科研工作，并将它服务于地球系统表层地球化学和行星科学的研究中。

扎根，一步一步夯实科研基础

地质过程反映了地球的规律。自古以来，地质学研究就跟人类的生存关系密切。而张普对于地质学的认知，就是在西北大学建立的。

西北大学地质学系创建于1939年，是我国最早设立的综合性大学地质学系之一。本科4年间，张普就读于此，接触到了很多相关领域优秀的学者，并在他们的教学引领下，打下了坚实的地质学基础。如今，张普回忆起在西北大学的求学时光，仍旧十分感慨。“很多时候研究做到一定程度，就会发现都回到了本科的教材上。而未来想要实现从0～1的成果突破时，就会发现这些基础是极为重要的。”她说。

本科期间的学习让张普对地质学领域的兴趣愈加强烈。当时，她就下定决心，一定要深入地质学领域继续深造，通过探索揭开这一领域更多的科学奥秘。在兴趣的驱使下，2005年本科毕业后，张普顺利考入中国科学院地球环境研究所，攻读第四纪地质专业理学硕士、博士学位。

19世纪末、20世纪初，在欧洲建立的第四纪4次冰期学说对冰川作用、气候变化等方面的研究产生了广泛影响。20世纪50年代以来，放射性碳、钾氩法、铀系法、裂变径迹法测年及氧同位素测温等技术的应用，使第四纪地质研究达到新水平。在中国科学院地球环境研究所硕士及博士阶段的学习，让张普在同位素地球环境领域，打下了坚实的基础。在愈加深厚的科研积淀支撑下，她希望能够在相关领域做出更多代表性的科研成果。

张普

深耕，创新同位素地球化学研究

科学研究没有捷径，只能不断地寻找新的证据，用事实说话，对于同位素地球化学领域更是如此。

在张普看来，地球经过了40多亿年地质、环境、气候、生物等协同演化过程，如今从现在的角度回望地球的发展史，一些地质元素的生成、流域表层的分化、环境参数的变化等都是研究地球科学的相关证据，而这些研究方向的诸多科学原理在行星科学研究领域仍旧是相通的。对于张普而言，用这些理论基础解决一个完全未知领域的科学问题，依然存在着极大的探索性与创新性。

博士毕业后的十多年间，张普的科研脚步遍布国内外多所高校，在流域表层风化过程铀钍地球化学行为、地质环境及气候变化、高精度碳酸盐U-Th、U-Pb年代学、水体年代学研究中展开了一系列创新性科研探索。

2014年11月到2017年1月，张普在美国明尼苏达大学地质系从事博士后研究工作期间，首次接触到了铀钍年代学。铀、钍作为亲石元素普遍存在于地壳中，基岩风化使它们广泛参与地表及近地表环境中的各种地球化学过程。铀系测年法是由地质学家开发出来的，最初是用于确定山洞中石钟乳和石笋等岩层的年代。水从山洞渗出时，它会携带浓度极低的遭溶解的放射性物质铀和矿物质碳酸钙。随着时间推移，铀的放射性渐渐衰减，变成另一种元素——钍，而铀钍年代学的相关技术无论对于古气候、古环境还是相关资源的开发都具有十分重要的科学价值与应用前景。

回国后，在西安交通大学全球变化研究院，张普继续着这一方向的研究，创新性地将碳酸盐U-Pb方法应用于石笋、牙齿化石的U-Pb绝对年代，为促进我国早第四纪古气候及古环境研究提供了重要的技术支撑，同时为建立高分辨率的古气候记录提供了可能。

在张普主持的国家自然科学基金面上项目“三宝洞石笋碳酸盐第四纪以来高精度高分辨率稀释剂法U-Pb年代学研究”中，她针对低含量高精度碳酸盐稀释剂法U-Pb测年技术难题，经过一系列条件实验和优化仪器参数建立适用于石笋样品的U-Pb稀释剂测年方法，有望将2.5Ma以来的石笋年代精度达到2000～2400年，并将之应用于构建第四纪以来湖北三宝洞石笋精度高分辨率年代框架。“这个项目的整个研究过程是一个将古论今、逐渐完善的过程，未来可以应用于气候变化的预测，以及为古岩溶、环境及生命演化等领域提供理论和技术支持。”张普说。

除此之外，张普还是将铀系同位素首次创新性地应用于青藏高原地区湖泊古风化历史评估和湖泊年代学的倡导者和实践者。青藏高原是中国湖泊分布最多的地区，这里的湖泊受人类活动干扰较少，主要受气候变化导致的冰川融化和蒸发，是气候变化直观敏感的反应区。因此，研究青藏高原湖泊变化对区域乃至全球气候、环境变化的研究具有深远意义。随着科学技术发展，铀系测年技术方法经历了不同发展阶段，而这些技术方法在不同时期和阶段对青藏高原地区湖泊古风化历史评估和湖泊年代学研究作出了一定的贡献。通过这一方向的研究，张普希望不仅能够更好地评估青藏高原地区湖泊现在的问题，也为研究未来的气候环境演化奠定更好的基础。

笃行，将研究与新方向再融合

路虽远，行则将至；事虽难，做则必成。张普的科研成果都是通过多年的科研实践而诞生的。“记得当初去盐湖采样的时候，我们的车必须绕过一大片盐碱地，才能到达研究的地点，因为地面泥泞湿滑，车辆经历了360度旋转，几乎无法停下来。”张普说，这些珍贵的科研实践经历，不仅磨练了她的意志和心智，也让她对科学研究有了更多的敬畏之心，从而在心底萌生了更多克服困难的勇气。

在张普看来，科学研究最困难的时候，可能就是身在其中的每个人都没有答案的时候，但是这个从0～1的过程，反而是最迷人的。而在张普的人生之旅中，她还在迎接着不同的挑战，创造着更多的可能性。

2022年7月，张普来到了成都理工大学行星科学国际研究中心工作。在这里，她延续自己之前同位素地球化学和年代学方法开发等领域的研究工作的同时，也在将相关研究与行星科学研究的应用相结合。虽然最初从同位素地球化学过渡到行星尺度的研究，让张普有些不适应，但随着研究进程的逐渐推进，她完美地找到了这两项研究的契合点，并开展了诸多创新性探索。

未来，张普将从宜居星球的大陆风化视角、气候环境生物协同演化这两个方向，寻找地球之外的宜居星球。张普说：“从地球的形成早期到现在，大陆风化现象是一直是存在的，而目前的研究发现，大陆风化产生的营养盐跟生命起源是有必然联系的。”未来，她将从这一角度出发，用U、Th同位素示踪地表过程及粉尘通量，示踪地球氧化还原特征，示踪冰冻融过程U迁移转化机制及研究行星演化过程。而在气候环境生物协同演化方向，她将通过揭示宜居星球表面水体的演化，为相关的科学问题寻找到新的突破口，为未来选择合适的宜居星球提供科研证据。

行远自迩，笃行不怠。从2001年踏入地质学领域研究算起，张普已在这个领域默默耕耘了20多年。如今，她还在以同样的热情，向着同位素地球化学及行星科学的更深、更广处前行。