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赵国春:重建超大陆的中国科学家

西大宣传部 西北大学 2020-09-04
赵国春院士总是说自己并不是非常聪明,只是非常勤奋和专注。就是这个在自己眼中不是“非常聪明”的人,率先提出全球大陆在20亿—18亿年期间相互拼合形成一个超大陆。在近40年的学术生涯里,赵国春秉持着对地球科学最纯粹的热爱,凭借着一以贯之的努力和坚持,潜心钻研,勇于创新,在前寒武纪地质和超大陆演化研究领域,发出了属于中国科学家的声音。


“人生什么时候开始努力,都不会晚”生长在辽宁省岫岩大山中的赵国春,自小也是一个爱看星星的孩子。听着牛郎织女的故事,头顶上的浩瀚星空,在他看来,既辽阔又神秘。可是这个喜欢星星的孩子却在很长时间里都想不明白“一加一为什么要等于二?”没了脾气的老师万般无奈,只好让哥哥将他带回家。等到他再次回到课堂,已经是三年以后了。10岁的赵国春在学习上终于“开了窍”,从小学到中学,他一直名列前茅,最终顺顺当当地考上了长春地质学院(后并入吉林大学)。赵国春的高考志愿表上,一水儿地填报着“地质学院”和“地质学系”。不过,这份难得的执着并非出于对地质学的了解和热爱。就在赵国春赶往岫岩中学填报高考志愿的山路上,他偶遇了一位正在工作的地质队员。这位地质队员告诉他,学地质,将来毕业以后工资会高一级,更重要的是,如果毕业的时候还没有“对象”(女朋友),国家还负责分配一个,这个对象“当然也是大学生”。赵国春兴冲冲地前往长春地质学院报到,车站里负责接新生的学长听了他选报志愿的原因,笑到肚子疼:高工资已经成了过去式,至于分配对象——“你想啥呢!”满怀的热望被兜头浇了一盆冷水,赵国春沮丧至极,“甚至都有了回家重新参加高考的念头”。没想到,第一堂《普通地质学》听下来,赵国春就被“震”了:原来地质学不仅仅是进山找矿,更是一门关于地球、太阳系,乃至整个宇宙的科学。他第一次感受到,在浩渺的宇宙中,人类其实是多么渺小,还有那么多的未知在等待着他去探索发现。“要想在地质科学研究中有所成就,必须要掌握一门外语。”本科四年,赵国春有一半的时间都在学习英语,他读完了图书馆里能找到的专业方面的英文资料,还广泛阅读了《红与黑》《安娜·卡列尼娜》《三国演义》《水浒传》等名著英文版。阅读开阔了他的眼界,更让他找到了自己的兴趣所在:“从事地质研究一定要勤奋努力,更要有兴趣。有了兴趣才会去思考和发现尚未解决的科学问题,才会专注于一个领域潜心研究,最终有所收获。”1988年,赵国春在长春地质学院获得了硕士学位并留校任教;1996年,已经晋升为副教授的赵国春远赴澳大利亚,在科廷大学攻读博士学位;2000年,赵国春在香港大学从事博士后研究工作。
美国作家马克·吐温曾说,人一生中有两个日子最重要,一个是出生的日子,一个就是确定了人生目标的日子。自从确定了自己的人生目标,赵国春就从未偏离。在科廷大学求学期间,留学生纷纷去打工以贴补家用,赵国春却把所有的时间都用来学习和研究,甚至吃住都在办公室里。读博期间,他先后发表了13篇规格较高的学术论文,这个记录在科廷大学至今可能无人打破。赵国春常常说,从事地质研究,不需要特别聪明。他所谓的“不是特别聪明”,更多的是“八风不动”的守拙和坚忍。“只要确定了目标,人生什么时候开始努力,都不会晚。”在赵国春看来,人生的起跑线就在脚下,只要愿意,随时都可以起跑,“最重要的,是在每一个阶段,做好自己应该做的事情。”
踏踏实实地,专注于自己感兴趣的领域,做好每一件事情。赵国春正是秉持着这样的信念,在学术之路上行稳致远。多年来,他一共发表学术论著350篇,他引总数已经超过33000次,其中第一/通讯作者SCI论文111篇,他引16033次,2014年至2019年连年入选科睿唯安(汤森路透)“Highly Cited Researchers”(高被引科学家)。2004年,赵国春获得海外杰出青年基金,2014年获得国家自然科学二等奖(排名第一),同年当选美国地质学会会士,2016年获第29届Khwarizmi国际奖(一等奖),2018年获世界科学院TWAS
2019年,赵国春当选中国科学院院士
远赴澳洲   发现更古老的超大陆在科廷大学读博期间,赵国春第一次听到了“超大陆”的概念。在地球演化到某一阶段,所有大陆板块会汇聚到一起,拼接成一个巨型大陆,这就是超大陆。超大陆拼合形成之后,会发生裂解,再度分裂成若干板块。在漫长的地质年代里,目前被地质学家广泛接受的超大陆有三个,分别是在18亿年前形成的Columbia(Nuna)超大陆、在10亿年前形成的Rodinia超大陆和2.5亿年前形成的Pangea超大陆。上世纪90年代,Rodinia超大陆刚刚被发现不久,被当时的人们视为最古老的超大陆。西澳大学、科廷大学、德克萨斯大学Austin分校建立了研究该超大陆的构造中心,吸引了全球顶尖学者前往交流合作。了解到Rodinia超大陆正是在全球规模的格林威尔期碰撞造山事件中聚合而成的,赵国春认识到-陆碰撞造山带在超大陆聚合过程中的重要性。几年前在中国华北中部发现的一条陆-陆碰撞造山带,此时在赵国春的眼前又清晰起来。攻读硕士学位时,赵国春在导师贺东兴教授的指导下,在冀东地区研究变质岩。1994年,赵国春参与著名变质地质学家卢兆良教授领导的地矿部重大基础研究项目,将研究工作范围扩展到五台-恒山-阜平一带。在项目执行期间,他注意到了一个奇怪的现象:冀东地区和五台一带的麻粒岩,矿物种类完全一样,矿物生长方式却截然相反——冀东地区的麻粒岩里,红色的石榴石围绕着白色的斜长石或黑色的辉石生长,俗称“红眼圈”;而五台一带,却是白色的斜长石和辉石交生体围绕着石榴石生长,呈现出“白眼圈”。再向西,在内蒙古武川、固阳一带,又出现了“红眼圈”。这种带着“白眼圈”结构的麻粒岩,在喜马拉雅、秦岭-大别和欧洲阿尔卑斯造山带中广泛存在,它反映出岩石所处的环境曾经发生过板块碰撞俯冲后迅速向上折返的构造过程。在经过大量的采样、分析、对比和综合研究后,赵国春等人在华北中部确定了一条近于南-北向展布、长达1600公里的喜马拉雅型陆-陆碰撞造山带。华北中部造山带形成于什么时间?究竟和超大陆的形成有没有关系?借助科廷大学拥有的当时世界上最尖端最精密的高分辨离子探针质谱仪(SHRIMP),赵国春最终确定华北中部造山带形成于18.5亿年左右。他据此提出华北基底是由东、西两个微陆块于18.5亿年左右沿中部碰撞带拼合而成,完全颠覆了“华北基底是由一个统一陆块组成”这一传统认识。华北东、西两个微陆块18.5亿年左右的碰撞是一个孤立的碰撞事件,还是具有全球规模?如果具有全球规模,是否意味着在Rodinia超大陆形成之前,地球上曾经存在着一个更为古老的超大陆?

赵国春马上投入了新的研究。在阅读了海量的文献资料后,他发现,在21亿—18亿年期间,地球上各大陆都发生了陆-陆碰撞造山事件,由此形成的造山带,竟有27条之多“那一段时间,有多半年吧,人就像是在云端上。”感到自己正在逼近一个重大的科学发现,赵国春激动得几乎不能自已。在导师Simon Wilde和Peter Cawood教授的指导下,他静下心来,认真搜集相关的古地磁证据,结果发现,古地磁资料显示很多大陆块体在Rodinia超大陆形成前就已经聚合在一起。“一定存在过一个古元古代超大陆,在它裂解之后,大陆板块再次碰撞拼合,最终形成了Rodinia超大陆。”在对全球21亿—18亿年造山带对比研究基础上,赵国春于2000年在第15届澳大利亚地质学会年会上首次提出,广泛分布的21亿—18亿年造山带记录了全球性碰撞事件,导致全球大陆之间相互拼合,形成一个超大陆,他将之命名为“Hudson”超大陆

虽然早在1999年10月,赵国春就对这一超大陆的形成进行了全面系统的阐述,并写成论文寄给了国际著名学术期刊Earth-Science Reviews。但是因为种种原因,这篇论文直至2002年1月才得以发表,同一年稍早已有学者提出了一个类似的早—中元古代超大陆并命名为“Columbia”。为了不引起学术上的歧义和混乱,赵国春最终放弃了“Hudson”这一名字,转而采用“Columbia”来称呼他发现的超大陆。J.W. Rogers教授在其著作Earth Science and Human History中写道:“赵国春及其合作者本可以使用不同名字称呼该超大陆,但为了避免文献上的混乱,他们颇有风度地决定采用Columbia并给予不同的年龄和重建模式。”充分肯定了赵国春是该超大陆的发现者之一。

现在Columbia超大陆的存在已被更多地质和古地磁资料所证实,并成为国际地学界一个研究热点。赵国春等在Earth-Science Reviews上发表的两篇文章已成为该超大陆研究的经典文献,他引上千次;他所提出的该超大陆重建方案被Wiley-Blackwell出版的大学教科书Global Tectonics(第三版,2008)采用。赵国春因该原创性研究成果先后荣获国家自然科学奖二等奖、第29届Khwarizmi国际奖一等奖和2018世界科学院TWAS奖。



扎根西北  构建早期地球研究中心 2009年,赵国春去河南登封参加野外地质考察,在那里,他和中国构造地质研究的领军人物、时年70岁的西北大学教授张国伟院士一见如故。其时赵国春已经在香港大学执教多年,在前寒武纪地质研究领域声誉鹊起。自2003年开始,他将研究重点扩展到华北的东、西陆块内部,终于在西部陆块内又发现了一条19.5亿年碰撞造山带,并将其称为孔兹岩带。这条造山带东-西向延伸上千公里, 将西部陆块分成北部的阴山陆块和南部的鄂尔多斯陆块。结合华北中部造山带的研究成果,赵国春等人最终提出阴山与鄂尔多斯陆块先是在19.5亿年沿孔兹岩带拼合形成了西部陆块,而后在18.5亿年又沿华北中部造山带与东部陆块拼合,形成华北统一基底。“全球已知的超大陆至少有三个,其中两个年轻的超大陆的发现都没有中国科学家参与。现在终于有中国人参与了超大陆的发现,做得好!”说起赵国春的研究工作和成果,张国伟院士振奋不已,他向赵国春热情地发出邀请:“来西大,我们一起做点事吧!2010年赵国春被西北大学聘为特聘教授,自此他每年都有三四个月的时间在西北大学培养学生、开展学术研究。西大人身上特有的“不服输”的劲头,格外让赵国春这位直率、质朴的东北汉子觉得“对脾气”。“西北大学地质学系有很好的学科基础和平台,有优秀的学术团队,更有来自学校领导的大力支持,在这里一定可以做出很好的研究成果。”2011年10月,赵国春作为首席科学家,以西北大学为依托单位成功申请了国家自然基金重大项目“Pangea的东亚重建”Pangea超大陆是地球历史上最年轻的超大陆,形成于2.5亿年前,其主体部分的重建有大量可靠的地质、古地磁和古生物证据,因而已得到广泛认可,但东亚陆块群在Pangea上的位置却一直存在争议。当时已有的重建方案几乎都认为,东亚陆块群在Pangea解体前从未成为其主体的一部分。赵国春等人认为,得出这样的结论,是缘于这些重建方案在提出时,主要是基于上世纪90年代前的研究资料,并没有纳入中国学者近年来有关东亚主要陆块及其之间碰撞造山带研究的最新成果。从2012年开始,赵国春作为首席科学家,和黄宝春、李三忠、王岳军、董云鹏等人带领项目组里的5支研究团队,在综合集成前人研究的基础上,对中亚造山带、中央造山系和东古特提斯带的一些关键地段开展了大量的综合研究厘定了古亚洲洋、原特提斯洋和古特提斯洋开启与闭合的位置、时间和演化过程,证实了东亚主要陆块在2.2亿年之前已逐步拼合到Pangea的主体上。赵国春及其研究团队结合古地磁和古生物资料,利用G—Plates软件重建了东亚陆块群从Rodinia超大陆裂解至Pangea超大陆形成的构造演化过程和古地理位置,提出了一个全新的Pangea东亚重建方案:在Pangea超大陆裂解之前,东亚陆块群已经成为Pangea超大陆主体的一部分。超大陆的聚合和裂解,都是全球范围内的大事件,对大气圈、水圈、地圈、土壤圈和生物圈都会产生深刻而长远的影响,正确重建超大陆,对人类认知地球、实现绿色可持续发展、应对环境变化带来的挑战,都有毋庸置疑的重要意义。2017年3月,国家自然基金委组织有关专家对“Pangea的东亚重建”项目结题进行评估,评估结果为“特优”。令赵国春最为欣慰的是,在项目运行期间,一批优秀的中青年学者迅速成长,走向了国际地学前沿。研究团队发表了SCI论文210余篇,10篇总结性成果以专辑形式在国际一流地学刊物Earth-Science Reviews上发表10年过去,赵国春已经“扎根西大”。西北大学全校上下一心,不计个人得失,锐意改革进取的精神风貌深深感染了他,学校对他生活上、工作上细致入微的照料,校园里包容、民主的学术氛围,都让他感觉在这里工作得异常舒心,也有信心取得更大的研究进展。


大陆形成与演化机制研究目前是全球地学界的热点和难点,赵国春将目光投向更久远更古老的地质年代,期冀着可以在大陆构造研究领域有所突破:“我们要在西北大学建成国际一流的早期地球研究中心,吸引全世界最好的学者来这里开展研究。中国错过了板块构造理论的创建,在新的大陆成因理论诞生之时,我们不应该再次缺席。”


“如果有来生,我还要干地质” 2018年,赵国春获得了“世界科学院奖”,在接受媒体采访时,他说:“本奖不仅会成为我追求我的未来科学目标的动力,也会启迪我的学生,工作刻苦总会有回报。”自2002年以来,赵国春已培养和正在培养10名硕士、21名博士和8名博士后,其中2人入选“青年千人计划”、2人入选“优秀青年科学基金项目”,1人获得“侯德封奖”。“工作刻苦一定会有回报。”这样的话,所有的学生都从老师那里听到过。勤奋刻苦之外,还要坚持。赵国春喜欢唱歌,从样板戏到周杰伦,再到最流行的网红歌曲,他都能唱,也唱得很好。学生们都知道,他最喜欢唱的是徐小凤的《顺流逆流》,因为歌词的意境好:“人生就是这样,有顺境也有逆境,认准了目标,就一定要坚持下去,持之以恒,最后一定会有好的结果。”提起学生,赵国春说得最多的是“好多学生,在某些领域某些方面比我强”,甚至在做学术报告时,他也会时不时停下来,指着屏幕上的PPT向听众们介绍:“这个(成果)是我的学生×××做出来的。”就像是老父亲“嘚瑟”自己有出息的孩子。生活上有了难处,学业上遇到了瓶颈,学生们都愿意找赵国春聊聊。而学生们发现,不管什么时候给老师发短信和邮件,老师一定会及时回复。“老师特别能设身处地地为我们着想,他从来不会把自己的意见强加给我们,而是真正从我们自身出发,给出建议和想法,让我们自己选择。”有学生博士毕业,在继续深造和去大公司大企业就业之间两难,赵国春就从学生的个人意愿、家庭环境、性格特质、人生规划,甚至是未来生活伴侣的角度出发,再加上自己的人生经历,和学生一起分析,最终帮助他们做出最适当的选择。团队里每个人的生日,赵国春都记在心里,哪怕是正在出野外,他也会准备好庆祝的生日蛋糕;学生们有论文发表,团队一定会聚餐庆祝;而学生们最快乐的记忆,就是陪着“走得很快”的老师一起散步,这时候,老师既会传授英语学习方法,也会劝说超重的学生“该减肥了”。在学生生活上无微不至的赵国春,在对待学生的学业时,却选择了“放手”——尽力培养学生独立开展科学研究的能力。哪怕是第一次出野外,赵国春也要求学生自己独立做出计划,无论是确定考察目的、设定想要解决的科学问题、采集什么样的岩石样品,还是划定野外调研区域、设置行车路线、确定住宿地点,甚至是出发时间,全部都要由学生自己决定。“有时候设计的路线不合理,路上吃了不少苦,老师也从不抱怨。”

在“放手”的同时,赵国春也密切关注着每一位学生,及时帮助他们规避错误,调整前进的方向。学生们发现,一旦确定了自己的研究计划,老师总会在适当的时间节点,询问他们的研究进度:“每个人的研究工作在哪个时间应该进行到哪个阶段,老师心里都很清楚。如果我们自己不主动向老师汇报,老师一定会来问我们。”即便是在跌跌撞撞地摸索着前进,学生们的心里也很安稳,因为他们知道“老师就在那里”。

在学生们心里,赵国春是一个兼具东西方教育理念的“家长”,既有西方式的鼓励独立,又有东方式的“婆婆妈妈”。学生第一次出野外,赵国春一定会一起去,每个环节都手把手地教,甚至是岩石的英文名称,也会不厌其烦地一遍一遍拼写。有一次研究团队在新疆阿尔泰地区进行野外调查,大家发现了一块非常典型的岩石,学生们正要动手采集样品,被赵国春制止了。他希望这块岩石留在原地,让更多的人看到,能从中领会到地质的魅力。“那一刻,我们都感受到老师对地质科学发自内心的热爱。”赵国春常常对学生们说:“如果有来生,我一定还要干地质。对科学研究永远怀着最为纯粹的初心和热爱,是学生能从老师那里,学习继承到的最重要的品质。

 从2010年起,赵国春担任了国际地学主流刊物Precambrian  Research的主编,在完成繁重的教学科研工作之余,还要花费大量的精力和时间审稿,夜里两点以后入睡,已经成了他生活的常态。

当选中国科学院院士,赵国春感到身上的责任更加重大:“科学研究的工作没有尽头,当选院士,意味着要做出更多更重大的成果。我们还要花更大的力气培养年轻人,把他们推向国际舞台,让我们的科学事业后继有人。


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文/ 熊晓芬    图/ 来源于受访者编辑/ 邓寒城  责编/ 李琛为中国科学家点赞吧
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