根植同位素地球化學探秘地球外宜居星球
——記成都理工大學行星科學國際研究中心研究員張普

張 聞 陳 旭

浩瀚的宇宙中，各種元素都在不斷地生成和消亡，形成了一個復雜的元素循環過程。根據宇宙大爆炸理論，宇宙在起源時刻的高溫和高能量環境下，僅有氫、氦等輕元素，它們為宇宙的起源和演化提供了基礎。隨著宇宙的演化，更多的元素通過恒星內部的核聚變反應而合成，從而豐富了宇宙中的元素譜系。而這些元素的同位素組成和分布對于理解宇宙和地球演化歷史至關重要。

那么，在浩瀚的宇宙中，是否還存在和地球一樣的宜居星球？這一切都離不開同位素地球化學提供的理論依據。

為了探究這一奧秘，成都理工大學行星科學國際研究中心研究員張普就將研究扎根在同位素地球化學和年代學方法開發及在地球和行星科學研究的應用中，開展了一系列科研探索。十多年來，她將自己的研究串聯成一條完整的譜系，以研發國內全球氣候環境變化急需的技術或突破當前技術瓶頸為己任，積極踐行相關科研工作，并將它服務于地球系統表層地球化學和行星科學的研究中。

扎根，一步一步夯實科研基礎

地質過程反映了地球的規律。自古以來，地質學研究就跟人類的生存關系密切。而張普對于地質學的認知，就是在西北大學建立的。

西北大學地質學系創建于1939年，是我國最早設立的綜合性大學地質學系之一。本科4年間，張普就讀于此，接觸到了很多相關領域優秀的學者，并在他們的教學引領下，打下了堅實的地質學基礎。如今，張普回憶起在西北大學的求學時光，仍舊十分感慨?！昂芏鄷r候研究做到一定程度，就會發現都回到了本科的教材上。而未來想要實現從0～1的成果突破時，就會發現這些基礎是極為重要的。”她說。

本科期間的學習讓張普對地質學領域的興趣愈加強烈。當時，她就下定決心，一定要深入地質學領域繼續深造，通過探索揭開這一領域更多的科學奧秘。在興趣的驅使下，2005年本科畢業后，張普順利考入中國科學院地球環境研究所，攻讀第四紀地質專業理學碩士、博士學位。

19世紀末、20世紀初，在歐洲建立的第四紀4次冰期學說對冰川作用、氣候變化等方面的研究產生了廣泛影響。20世紀50年代以來，放射性碳、鉀氬法、鈾系法、裂變徑跡法測年及氧同位素測溫等技術的應用，使第四紀地質研究達到新水平。在中國科學院地球環境研究所碩士及博士階段的學習，讓張普在同位素地球環境領域，打下了堅實的基礎。在愈加深厚的科研積淀支撐下，她希望能夠在相關領域做出更多代表性的科研成果。

張普

深耕，創新同位素地球化學研究

科學研究沒有捷徑，只能不斷地尋找新的證據，用事實說話，對于同位素地球化學領域更是如此。

在張普看來，地球經過了40多億年地質、環境、氣候、生物等協同演化過程，如今從現在的角度回望地球的發展史，一些地質元素的生成、流域表層的分化、環境參數的變化等都是研究地球科學的相關證據，而這些研究方向的諸多科學原理在行星科學研究領域仍舊是相通的。對于張普而言，用這些理論基礎解決一個完全未知領域的科學問題，依然存在著極大的探索性與創新性。

博士畢業后的十多年間，張普的科研腳步遍布國內外多所高校，在流域表層風化過程鈾釷地球化學行為、地質環境及氣候變化、高精度碳酸鹽U-Th、U-Pb年代學、水體年代學研究中展開了一系列創新性科研探索。

2014年11月到2017年1月，張普在美國明尼蘇達大學地質系從事博士后研究工作期間，首次接觸到了鈾釷年代學。鈾、釷作為親石元素普遍存在于地殼中，基巖風化使它們廣泛參與地表及近地表環境中的各種地球化學過程。鈾系測年法是由地質學家開發出來的，最初是用于確定山洞中石鐘乳和石筍等巖層的年代。水從山洞滲出時，它會攜帶濃度極低的遭溶解的放射性物質鈾和礦物質碳酸鈣。隨著時間推移，鈾的放射性漸漸衰減，變成另一種元素——釷，而鈾釷年代學的相關技術無論對于古氣候、古環境還是相關資源的開發都具有十分重要的科學價值與應用前景。

回國后，在西安交通大學全球變化研究院，張普繼續著這一方向的研究，創新性地將碳酸鹽U-Pb方法應用于石筍、牙齒化石的U-Pb絕對年代，為促進我國早第四紀古氣候及古環境研究提供了重要的技術支撐，同時為建立高分辨率的古氣候記錄提供了可能。

在張普主持的國家自然科學基金面上項目“三寶洞石筍碳酸鹽第四紀以來高精度高分辨率稀釋劑法U-Pb年代學研究”中，她針對低含量高精度碳酸鹽稀釋劑法U-Pb測年技術難題，經過一系列條件實驗和優化儀器參數建立適用于石筍樣品的U-Pb稀釋劑測年方法，有望將2.5Ma以來的石筍年代精度達到2000～2400年，并將之應用于構建第四紀以來湖北三寶洞石筍精度高分辨率年代框架?！斑@個項目的整個研究過程是一個將古論今、逐漸完善的過程，未來可以應用于氣候變化的預測，以及為古巖溶、環境及生命演化等領域提供理論和技術支持?！睆埰照f。

除此之外，張普還是將鈾系同位素首次創新性地應用于青藏高原地區湖泊古風化歷史評估和湖泊年代學的倡導者和實踐者。青藏高原是中國湖泊分布最多的地區，這里的湖泊受人類活動干擾較少，主要受氣候變化導致的冰川融化和蒸發，是氣候變化直觀敏感的反應區。因此，研究青藏高原湖泊變化對區域乃至全球氣候、環境變化的研究具有深遠意義。隨著科學技術發展，鈾系測年技術方法經歷了不同發展階段，而這些技術方法在不同時期和階段對青藏高原地區湖泊古風化歷史評估和湖泊年代學研究作出了一定的貢獻。通過這一方向的研究，張普希望不僅能夠更好地評估青藏高原地區湖泊現在的問題，也為研究未來的氣候環境演化奠定更好的基礎。

篤行，將研究與新方向再融合

路雖遠，行則將至；事雖難，做則必成。張普的科研成果都是通過多年的科研實踐而誕生的?！坝浀卯敵跞}湖采樣的時候，我們的車必須繞過一大片鹽堿地，才能到達研究的地點，因為地面泥濘濕滑，車輛經歷了360度旋轉，幾乎無法停下來?！睆埰照f，這些珍貴的科研實踐經歷，不僅磨練了她的意志和心智，也讓她對科學研究有了更多的敬畏之心，從而在心底萌生了更多克服困難的勇氣。

在張普看來，科學研究最困難的時候，可能就是身在其中的每個人都沒有答案的時候，但是這個從0～1的過程，反而是最迷人的。而在張普的人生之旅中，她還在迎接著不同的挑戰，創造著更多的可能性。

2022年7月，張普來到了成都理工大學行星科學國際研究中心工作。在這里，她延續自己之前同位素地球化學和年代學方法開發等領域的研究工作的同時，也在將相關研究與行星科學研究的應用相結合。雖然最初從同位素地球化學過渡到行星尺度的研究，讓張普有些不適應，但隨著研究進程的逐漸推進，她完美地找到了這兩項研究的契合點，并開展了諸多創新性探索。

未來，張普將從宜居星球的大陸風化視角、氣候環境生物協同演化這兩個方向，尋找地球之外的宜居星球。張普說：“從地球的形成早期到現在，大陸風化現象是一直是存在的，而目前的研究發現，大陸風化產生的營養鹽跟生命起源是有必然聯系的。”未來，她將從這一角度出發，用U、Th同位素示蹤地表過程及粉塵通量，示蹤地球氧化還原特征，示蹤冰凍融過程U遷移轉化機制及研究行星演化過程。而在氣候環境生物協同演化方向，她將通過揭示宜居星球表面水體的演化，為相關的科學問題尋找到新的突破口，為未來選擇合適的宜居星球提供科研證據。

行遠自邇，篤行不怠。從2001年踏入地質學領域研究算起，張普已在這個領域默默耕耘了20多年。如今，她還在以同樣的熱情，向著同位素地球化學及行星科學的更深、更廣處前行。