【致敬科技工作者】周卫健:扎根黄土地,探寻地球环境变化历史

来源:贵大新闻网  作者:  编辑:贵州大学校友网  日期:2023-05-30  点击率:11  [我要打印]  [关闭]

第七个全国科技工作者日到来之际,特推出我校杰出校友中国科学院院士周卫健专访,弘扬科学家精神,致敬所有默默无闻的科技工作者和他们心中的每一束光!

自从工业革命以来,人类社会的发展速度不断加快,人类活动对自然生态环境的影响越来越深刻,全球气候环境变化等问题日趋严重,影响人类的生存安全,保护、改善地球环境成为全人类共同关心的问题。

世界各国科学家争相借助现代科学技术手段,利用地质载体中的各种环境变化记录,恢复过去地质历史时期地球环境演化的历史,探求造成这些变化的原因,预测今后环境演化的可能趋势。

中国黄土以其分布广阔、沉积连续、蕴含环境信息丰富而与深海沉积物、极地冰芯被称为全球变化研究的三大支柱。中国黄土系统地记录了第四纪以来亚洲内陆连续的气候环境变化信息。

周卫健就是扎根于黄土地上,执著于气候环境变化研究的一位杰出女科学家,她生于贵州,成长于贵州,上世纪七十年代自贵州大学毕业以来,始终投身于我国西部建设,坚持对科学的追求与信念,艰苦奋斗,不畏困难,利用中国黄土等地质载体揭示气候环境变化规律,推动了我国宇宙成因核素示踪气候环境变化的学科方向的发展,对全球变化研究和我国可持续发展做出重要贡献。

周卫健在黄土10Be国际合作项目的野外地质考察中向美国亚利桑那大学Warren Beck教授介绍黄土地层(2009.11.13)

以贵州大学为起点,良好学风,受益一生

周卫健从小的梦想是当一名科学家。而且从小学到中学,她的数理化成绩在班上都是前几名。1973年,她进入贵州大学英语专业学习,在那个艰苦奋斗的时代,祖国建设迫切需要专业人才,她格外珍惜来之不易的读书机会,如饥似渴地学习。当时贵州大学外语系,有一支高水平的教师队伍,很多老师是解放后海外学成归来的,英语功底扎实。学校里学习风气很好,老师对学生要求严格,教学一丝不苟。尽管那时候的生活条件艰苦,但同学们都能吃苦、不怕困难,一心一意地学习。大家在学习上相互帮助、督促、团结,在这样的学习氛围里,周卫健刻苦学习,成绩一直名列前茅,她的品格与学风得到班里同学们的认可,被推选为班长。回忆大学时光,她对那些日子依旧记忆清晰,良好学风让她受益一生。

从西南到大西北,扎根黄土地,

执着地球环境研究

1976年,从贵州大学英语系毕业后,周卫健被选派到贵州省赤水天然气化肥进口设备厂作技术口译和笔译工作,并担任过一段首席翻译。由于工作细致,口语翻译准确,获得了外国专家们的一致好评。

随着进口设备厂的建成和外文翻译的结束,当时中国科学院地球化学研究所需要一名科技翻译,在所长涂光炽教授的亲自面试下,她进入了该所。后来,欧阳自远院士回忆这次面试时说“涂光炽先生明确表示她是个人才,要抓住。”进入中国科学院地球化学研究所后,不仅承担科技翻译,还成为高级科研人员英文学习班的一名老师。涂光炽所长在英文学习班开班仪式上讲:“在国家刚刚改革开放时,科技实力的竞争体现在外语水平上。”

涂光炽和其他一些科学家认识到,年轻的周卫健是一位有很大可塑性的人才,只做翻译工作未免可惜,如果能够同时成为科研人员,肯定会取得更大的成就。涂先生对她建议说:“你学外语太单一,外语只是一种工具,你应该学习科学技术,进行“学科交叉”才能有所突破,有所成功”。正是他的一番建议让当时年轻的周卫健茅塞顿开,打开了人生的另一扇窗户。“你的英语学得这么好,又这么年轻,现在转行还来得及”,中国科学院院士、古生物学家周明镇院士的一席话更坚定了她钻研地球科学的信心。

随后,她白天上班,晚上、周末到贵阳师范学院(现贵州师范大学)地理系系统学习,结合地化所的工作,不断加深自己对地质学的理解和认识,也愈发热爱地球科学这一探索地球奥秘的科学,义无反顾地踏上了地球科学的研究之路……

1985年,中国科学院决定在西北黄土高原上建立一个新型开放式的研究所,从事黄土、第四纪地质和全球变化的研究。与此同时,她所在的中国科学院地球化学研究所整建制搬迁部分学科和研究室,组建中国科学院地球化学研究所广州分部,人们都竞相争取能迁往经济已经起飞、生活条件优越的广州,但是周卫健认为,西北虽然条件艰苦,却是从事黄土、第四纪地质和全球变化研究比较理想的地方。在国家最高科技奖获得者刘东生院士和中国科学院院士、地学专家安芷生的带领下,他们7个人组成一个小组从地球化学研究所来到了西安,筹建黄土与第四纪地质研究室。经过近40年的努力,黄土与第四纪地质研究室已发展成为国内外著名的地球环境研究所。

在建设研究室过程中,她于1987年赴澳大利亚国立大学地理系学习,以优异成绩完成了硕士学位课程,1995年获得了西北大学地质学博士学位,并获我国“首届百篇优秀博士学位论文奖”。作为主要骨干之一,她对黄土与第四纪地质国家重点实验室的发展做出了突出的贡献,也随着科研的不断深入和研究室、研究所的发展,成长为一名杰出的地学专家。

周卫健当选美国地球物理学联合会(AGU)会士并与AGU主席Margaret Leinen教授在新当选会士授奖仪式上合影(2016.12.14

小样品-大突破

在地球科学领域,使用加速器质谱测定样品的年代,是重要的研究方法。加速器质谱可以测定样品中14C的含量,再根据已知的半衰期和初始值,推知样品的年代。上世纪80年代,中国经济相对落后,还没有一台用于地学的加速器质谱测年设备。14C 定年,尤其是小样品14C 定年,是相关科学研究中的瓶颈。为解决这一难题,周卫健带领团队率先在我国建立了100毫克碳量的小样品的制样装置供液体闪烁计数器的14C测年,它是在常规大样品(2g碳量以上)和微量样品(1mg)之间的一个必要的补充,解决了当时地质、考古小样品的测年难题。她还在我国较早建立了不同类型样品的化学前处理方法和开展风积物花粉测年研究。经过几年的努力,一个崭新的14C实验室在我国艰苦的大西北建立了起来,首次获得兵马俑坑被焚烧过的棚木炭屑样品14C年龄,为确定兵马俑坑的建造和焚毁时间提供了绝对年代数据(2160±70年,以1950年为起点的距今计年),后来又为我国夏商周文明史研究等测定年代作出了贡献。2009年、2021先后两次应邀在国际放射性碳权威期刊Radiocarbon上撰写我国14C年代学发展历程及新进展的综述文章,引领中国14C年代学发展。

在距今12600-11500年,北半球曾发生过冰消期升温后的一次气温骤降的寒冷事件,突然降温6-7oC使迁移到高纬度地区的动植物大批死亡,这就是古气候研究中著名的“新仙女木”事件。类似的事件会不会在全球变暖后突然发生,将关系到人类的生存与发展,因此研究它的规律与特征成为全球变化研究的热点。

多年来,周卫健在我国西部干旱区、黄土高原、青藏高原和南岭等的十余个湖沼和风积物剖面进行了精确的高分辨率孢粉、碳同位素等多指标综合分析。首先报道了东亚“新仙女木”事件的可靠地质生物证据,率先提出该事件具有百年尺度干冷-湿冷-干冷的波动特征,它既具有寒冷的半球性质又表现为季风降水变率的东亚特点。她的有关论文引起了较大反响,这是因为过去国际上强调北大西洋和格陵兰对北半球气候的驱动作用,后来又强调低纬热带海洋的作用,而她所强调的从低纬到高纬海陆气的耦合过程及相互作用对此提出了挑战。这些突破性的研究成果在全球增温的背景下,为东亚乃至全球气候预测及其相应对策提供了科学依据及历史相似型,推动了气候变化成因的研究。

建立捕捉原子的利器,提升我国

在环境示踪领域的竞争力

周卫健充分认识到高精度、高分辨率年代标尺的建立和环境过程的示踪是我国全球变化研究中最为关键也是最为薄弱的一环,要克服这个瓶颈,必须利用和拥有加速器质谱仪(AMS)AMS是把加速器技术与普通质谱技术和核探测技术相结合的超高灵敏度分析仪器,它可以从千万亿个12C的原子束中把一个14C原子捕获出来,而样品量可以少到1毫克甚至以下。所以AMS是实现我国高水平的宇宙成因核素示踪地球环境变化史必不可少的利器。

可是,我国当时拥有的AMS设备远远不能满足地球环境研究和参与激烈国际竞争的需要,各有关实验室不得不把我国的宝贵样品送到国外去测量和共享。本世纪初,作为地学工作者的周卫健以无比的勇气和胆识率先提出并具体负责了多核素分析用的加速器质谱仪的大型科学工程项目,领导建立了由国家科技部、中国科学院和国家教育部共同支持的“西安加速器质谱中心”,成为我国当时十个“国家大型科学仪器中心”之一,各项性能指标均达国际先进水平,国际著名AMS 专家Raisbeck 评价:“我在西安测量所获得的10Be/9Be本底1×10-15 比现有国际上AMS 实验室水平更好,西安AMS是当前最高水平”。“西安加速器质谱中心”的建成,使我国的14C年代学和加速器质谱学跻身于国际先进行列,成为我国西部的一个亮点,而周卫健成为国际上少有的加速器质谱实验室的女性负责人。

西安加速器质谱中心建成后,她带领团队基于AMS高精度测试优势发展了多核素环境示踪技术体系,有力支持了中华文明探源、大气化石源CO2评估、核环境安全示踪等重大项目。例如实验室全程参与中华文明探源工程二期,并被科技部和国家文物局确定为国家科技支撑项目第三方评估机构。她与团队累计测量近2000个中华文明探源项目测年样品,为工程的顺利实施提供了关键14C年代数据。社科院学部委员仇士华教授多次到西安考察,高度评价了这些高质量测年数据对中华文明探源工程的支撑作用。

为满足碳减排效果评估等国家需求,2020年她主持新建1台高精度14C专用加速器质谱仪,2022年又申请新建1台多核素分析加速器质谱(已通过中科院评审),与原有3MV加速器质谱联用,将形成国内唯一、国际一流由多台AMS构成的加速器质谱集群平台,为地球环境科学领域的前沿研究提供关键支撑条件,也将大幅提升我国在环境示踪领域的竞争力。


周卫健(右一)获首届中国科学院“优秀女科学家奖”(2013.6.19

  “佛罗伦萨灵感”和B/M界线“错位”

的解决

迄今为止,对地球表层环境至关重要的万年至百万年尺度上的地磁极倒转和地磁场漂移的原因及其导致的环境后果依然是学术上的悬案。现代,古地磁场强度的长期历史信息的获得一般通过磁性测量的方法或运用AMS技术。多年来已报导了大量从海洋沉积物和冰芯样品中用古地磁法或10Be-AMS示踪古地磁场变化史的研究。

但是,研究发现黄土中的磁性参数可能受到黄土高原的气候变化和成壤过程的影响,使从中国黄土磁性记录获取可靠的古地磁场强度变化史较为复杂和困难。另一方面,由于风成黄土中核素铍十(10Be)沉降和沉积的复杂性,所测得的10Be记录中的地磁场影响与气候条件影响交织一起,又由于黄土高原的季风降雨和粉尘尘降的极度不均匀性,从而掩盖了10Be 记录中的地磁场变化的调制信息。因此,与海洋、湖泊和冰芯沉积物中的10Be记录不同,在黄土中测得的10Be浓度或10Be通量记录都未能显现出地磁场的调制信息。这就导致长期以来缺乏从中国黄土10Be记录来示踪古地磁场史的研究报道。

近二十年来,周卫健带领团队致力于探索从中国黄土10Be记录示踪古地磁场变化史的实验和方法。在进行大量繁重的实验研究工作(釆样、制样和测样)的同时,她一直思索着黄土中的10Be调制信号的淹没问题。在佛罗伦萨做访问学者的某一天,由于所在实验室装修,她在住处的摇椅上想!想!想!。突然脑海中飘进了两条高度相似的测量曲线,一个戏称为 “佛罗伦萨灵感”:“把黄土磁化率作为黄土10Be浓度中受气候因素影响部分的代用指标”的分离地磁场和气候影响的思路形成了……。

利用这个创新的示踪方法在国际上首次从黄土10Be记录定量重建了13万年以来全球地磁场漂移事件和黄土高原降雨变化的历史,特别是确定了黄土中B/M界线位于S7 地层(氧同位素阶段19(MIS19),间冰期),而非L8 地层(MIS20,冰期),与深海和冰芯中确定的地层(年代)完全一致。地磁场南、北极曾发生过多次倒转,大约78万年前发生过布容—松山(B/M) 倒转事件,按照周期理论,这种倒转在不久的未来还会再次发生,确定这一事件发生的年代意义重大。科学家对海洋记录和中国黄土沉积物记录进行古地磁分析,却发现两者记录的时间不同步,国际上认为倒转事件发生在MIS19,是间冰期,而中国研究的结果发生在MIS20,是冰期,两者之间存在约2 万年的错位。由于中国黄土-古土壤序列的年代框架主要是基于磁性地层所建立的,这种“错位”使得黄土记录的古气候事件的全球对比研究具有很大的不确定性。她的创新工作解决了布容/松山极性倒转界线在黄土和海洋记录中不同步的长期争论,为建立中国黄土可靠年代标尺和古气候记录的全球对比作出重要贡献。

东亚地区气候环境变化,尤其是降雨变化与亚洲季风的变迁密切相关。为了探索亚洲季风变迁规律,预测未来气候变化,她通过多年努力,建立了利用与降水相关联的黄土10Be定量重建东亚降水的方法,2007年首次揭示,后在Science上论证南北半球低纬夏季太阳辐射梯度是驱动亚洲季风气候变迁的重要机制,它可通过影响印度洋输送到大西洋的洋流系统,加强大西洋经向翻转环流,输送低纬水汽至高纬,影响北半球冰量的变化,这在一定程度上对经典的米兰科维奇理论提出了挑战。

开发大西北, 向中央提交西部荒漠

治理报告

19983月作为第9届全国人大代表至今,周卫健已连续担任了五届全国人大代表,2001年的9届全国人大第4次会议给她留下了深刻的印象。

2000年,中国开始实施“西部大开发”战略。因此,在2001年的“两会”上,这方面的话题成为热点。20013月,时任中共中央总书记、国家主席江泽民参加陕西代表团全体会议。周卫健作为陕西科技界、妇女界和民主党派代表在会上发言。

她结合自己长期研究地球环境变化的专业成果,在发言中坦陈自己的观点:“我国西北干旱区的形成是气候环境长期演变的结果,自然环境状况决定着我国西北现今的沙漠、黄土以及草原和森林等生态景观的分布格局。年降水量200-400毫米的沙漠-黄土边界带,生态环境脆弱,对人类活动极为敏感,应视为治理我国荒漠化、沙尘暴源区和水土流失的重要地区。生态环境建设中的植被恢复应遵循自然植被分布的地带性特征。恢复人类破坏前的自然面貌是西部环境治理的基本目标,这是因为中国自然植被带的分布是长期历史演变的结果,不是人为想改变就能改变的。过去是草原的,由于人类活动的破坏,在科学的治理下就能将它恢复成草原,是森林的就可以恢复成森林……”

听完她的发言,江泽民总书记立即背诵了唐代诗人王维的一首诗:“渭城朝雨浥轻尘,客舍青青柳色新…”,接着他问:“过去陕西是非常美丽的,而现今却是另一番景象,是什么原因?”,她回答道:“环境的变化,既有自然的因素,又有人为的因素。”当时考古学家韩伟也激动地站起来补充:“唐代西安环境优美是有考古证据的,但由于人类活动的影响,使环境受到一定程度的破坏…”。江总书记指出:“建设“山川秀美的西部”不能作为口号,而要依靠科学治理”,他称赞了周卫健的发言“你是地球环境研究所的专家,你今天发言得最好”,并请她准备有关资料,以供决策参考。

按照江泽民总书记的指示和嘱托,她以研究所名义向中共中央提交了《自然过程和人类活动对我国西北地区生态环境的影响》报告,为我国治理沙尘暴源区和荒漠化问题提供了科学依据和措施。



周卫健院士作为负责全球变化专题的理事参加2019年国际地球科学计划(IGCP)理事会会议与IGCP其他理事以及联合国教科文组织工作人员合影(右420192月,巴黎)

  “十二条对策”和“26字方略”

2009年她在陕西省范围内首先提出了“低碳经济”的理念,组织调研“低碳经济发展”,主持完成了《陕西省实施低碳经济战略的对策与建议》调研报告,被省委列入2010 年第一季度的中心组学习内容。2010319日,周卫健应邀在陕西省委中心组集体学习会议上,作了“推行低碳经济,促进陕西发展”的专题报告。报告从全球变暖的证据出发,分析了国际低碳经济的战略和我国的实际,并提出了十二条对策建议。报告得到了时任省委书记赵乐际的高度评价,并把发展低碳经济被纳入陝西省“十二五”规划。

2017年全国两会上她向时任国家总理李克强提交了开展“我国北方雾霾的成因、发展趋势、环境影响与应对”项目的建议,明确提出氨排放重要性,指出重霾是人类排放物与大气过程相互作用结果,获总理批准启动总理基金专项“大气重污染成因与治理攻关项目”。2019年在美国科学院院报上参与发表文章,详细论证重霾事件的成因。

她带领团队并组织院士专家队伍在黄土高原开展观测和试验研究,准确评估治沟造地治理效果。她与安芷生院士提出“积极实施与退耕还林还草并重的治沟造地重大方针的建议”并呈报中央,获领导批示。在2018年全国两会上她提出了新时代黄土高原生态环境综合治理的建议。而后,她与安芷生院士等向中共中央、国务院提交了《关于新时代黄土高原生态环境综合治理方略的建议》的咨询报告,明确提出黄土高原生态环境综合治理“26字方略”:“塬区固沟保塬,坡面退耕还林草,沟道拦蓄整地,沙区固沙还灌草”,获领导批示,受到水利部、陕西省的高度重视。

近年来,周卫健持续在利用宇宙成因多核素开展全球变化及气候变化应对研究中取得突破性成果。她带领团队在全国16个主要城市开展大气化石源CO2(CO2ff)长期观测,开展CO2ff区域传输研究和源解析,对确定减排重点和方向有重要指导意义,发现PM2.5CO2ff的较强相关性,为大气污染控制提供科学依据。由于她在化石源CO2监测示踪的领先地位,多次应邀在国际学术大会做特邀报告并应邀在2021Radiocarbon专刊撰写我国城市大气化石源CO2 14C监测研究进展综述文章,为“双碳”战略提供了前瞻性科技支撑。

她当选联合国教科文国际地球科学计划(IGCP)理事负责全球变化,2019年向IGCP提出增设人类世研究主题并获理事会批准,推动了我国相关IGCP项目的发展。2022年中国地质学会正式批准成立“中国地质学会人类世研究分会”,推选周卫健为首任主任委员,极大推动我国人类世研究国际化与竞争力。

周卫健扎根西部近五十年来,艰苦创业,开拓14C10Be等多核素环境示踪全球变化研究新方向,利用黄土10Be定量重建地磁场强度和季风降水历史,解决了布容/松山界线在海陆记录不同步的难题,为黄土年代和海陆对比提供可靠时间标记。基于高精度14C测年和黄土10Be等率先提出低纬半球间太阳辐射梯度对亚洲季风变迁的驱动机制。发现东亚新仙女木气候事件,指出它的寒冷和降水较大变率的特征,为全球变暖背景下中国气候趋势预测提供历史相似型。建立“国家十大科学仪器中心”之一的西安加速器质谱中心,在国内外产生重要影响。作为主要创始人之一,为黄土与第四纪地质国家重点实验室与中科院地球环境研究所的创立,以及国家重点实验室连续7次评审获得优秀作出关键贡献。她瞄准国家和地方面临的急迫问题,深入研究,建言献策,为西部和黄土高原生态环境治理和气候变化应对等国家战略作出卓越贡献。

她曾获国家自然科学二等奖2项,国家自然科学三等奖1项,陕西省科学技术一等奖3项,中科院自然科学一等奖和中科院科技进步一等奖等科技奖励,首届全国百篇优秀博士论文、第二届全国创新争先奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、中科院首届优秀女科学家奖、中科院先进工作者、中科院首届十大女杰、全国三八红旗手等个人荣誉。发表论文300余篇,被SCI引用8200余次。当选中科院院士、发展中国家科学院院士、美国地球物理联合会(AGU)会士及联合国教科文国际地球科学计划(IGCP)理事负责全球变化。先后担任国家重大科学研究计划全球变化专项、中国科学院重点部署项目、中国科学院战略性先导科技专项(B类)首席科学家,国家杰出青年科学基金获得者和国家自然科学基金创新研究群体带头人,现任Radiocarbon学术刊物副编辑。


/校友简介 /


周卫健,女,19533月出生,1976年毕业于贵州大学外国语学院英语专业。中国科学院院士、发展中国家科学院院士、美国地球物理联合会会士、中国科学院地球环境研究所原所长,博士生导师,黄土科学全国重点实验室学术委员会主任,第四纪地质学家。主要从事全球变化、第四纪地质及宇宙成因核素在地球环境科学中的应用研究。主持建成三部委共建的、性能指标均达国际先进水平的西安加速器质谱中心,成为国家十大科学仪器中心之一,推动了我国加速器质谱应用研究学科的发展。曾任联合国教科文国际地球科学计划(IGCP)理事负责全球变化,美国地球物理联合会会士委员会委员,国际PAGES/CLIVAR(过去全球变化/气候变率与可预报性研究)工作委员会委员。现任联合国教科文国际地球科学计划(IGCP)科学委员会委员,发展中国家科学院地球、天文与空间科学委员会委员,国际放射性碳学术刊物副编辑,中国地质学会人类世研究分会第一届委员会主任委员。获国家自然科学二等奖两项和三等奖一项,省部级一等奖五项并获首届全国百篇优秀博士学位论文,国家杰出青年基金获得者和基金委创新团队带头人。获何梁何利基金科学与技术进步奖、全国创新争先奖。

来源:贵大新闻网



>