为地球绘制史前“家谱”！南大“三全”团队获国家自然科学奖
什么是“泛大陆”？大约2.6亿年前，地球各大陆块汇聚形成了贯通南北的超级联合古陆，称为泛大陆。伴随泛大陆的形成和随后的裂解，地球内、外圈层发生剧烈的物质能量交换，岩浆活动和火山喷发空前激烈，极端气候事件频发，导致地球生命与环境发生多次重大事件。“在这个时期，地球系统从‘冰室气候’向‘温室气候’和随后的‘极热气候’转变，什么原因导致了气候剧烈变化？在这个过程中，生物又如何响应？”沈树忠表示，这些关键问题，需要重建过去地球系统的变化过程。
地球诞生已有40多亿年，还原其演化过程无疑是史诗级的宏大叙事。沈树忠科普道，“我们可以拿仪器设备，去观察当今地球年月日的气候变化，但在地质历史上，很多发生在几十万年、几百万年甚至上亿年的事件都分辨不清楚。”
沈树忠院士在野外进行科考
沈树忠介绍，从事地球科学研究，团队所有人都要参加野外科考，获取第一手资料，从丰富的地层和化石材料入手，解决这一巨大挑战。因此，奔波在世界各地做野外考察和采集工作，是团队成员工作的常态，“7月1日，我们团队6人马上要去北极，工作两个礼拜。”沈树忠说，但是，仅仅靠传统工作模式，不能满足地球演化这一复杂系统研究的巨大挑战，“只有结合现代科学手段，进行研究范式的变革，才能够走到国际前沿。”
沈树忠团队解决国际前沿问题有着独特优势，是目前全球少数同时掌握古生物大数据、算力和先进算法的“三全团队”。这是一个高度综合、相互交叉、团结协作的团队，成员在古生物学、地层学、人工智能、古环境背景等多个方向上紧密合作。
从2006年开始，团队将全国各地各类文献中搜集的二十多万化石信息全部录入数据库，力图更精准地记录生物多样性的演化过程。为了给计算和分析这样的海量数据建立庞大的算力支撑，团队成员樊隽轩教授等基于现有的算法，自主开发了基于人工智能算法的新一代定量地层自动对比软件，借助“天河二号”超级计算机的上万颗计算核心，让数据在超算上“跑起来”，重建了全球第一条高分辨率的3亿多年海洋生物多样性演化曲线，精细刻画了晚古生代生物多样性的演变过程。“从曲线中可以看出，2.52亿年前发生了地质历史上最大的生物灭绝事件，导致约81％左右的海洋生物灭绝，陆地生物也受到了很大影响。”樊隽轩说。
樊隽轩教授在联合国教科文总部
10年间，团队取得了丰硕的成果。团队建立了晚古生代高分辨率地层框架，为卡定泛大陆关键转折期生物与环境演变和重大事件发生的过程提供了精细的时间标尺，其中二叠纪时间框架被纳入《国际年代地层表》这一国际地学标准中。此外，团队研究发现，在晚古生代重大事件发生期间有明显的碳循环波动、快速升温、海洋缺氧、酸化等一系列地球化学指标的异常，进而揭示与泛大陆聚合和裂解相关的大规模岩浆和火山活动是造成当时全球气候剧变、海陆环境恶化和生物剧变的原因。
目前，团队正继续加速对化石记录的搜索分析，建立更高时间分辨率的全球环境因素曲线，再与全球生物多样性曲线进行更加准确、可靠的对比分析，加快找到史前地球与未来地球的连接点。团队成员张飞飞教授表示，团队一直在学习新的知识和研发新的技术，“如何从定性走向定量，是我们整个大方向上面临的困难，我们需要在前期基础上进一步去推进地球环境和气候的定量化研究。我们拥有世界上最好的数据，接下来需要继续开发新的分析技术手段，将已有的化石记录与先进的地球系统模型深度结合，才能打通过去与现在的对比界限。”
张飞飞教授等在岩芯库采样
“人们普遍关心全球变暖后，地球环境和生物多样性会受到什么影响，但人类可直接观测的时间尺度实在太短，所以我们是很难对此进行准确预测的。”谈及本项研究的意义，沈树忠表示，如果我们能清楚了解40多亿年以来地球发生了哪些快速变冷变暖的大事件、生物又如何响应，这对我们认识和理解当今地球的生物多样性与全球气候变化之间的关系，以及未来发展趋势都具有重要启示意义，“今后我们还要做很多工作，在这个方向上持续推进。”祝贺南京大学沈树忠院士团队！
精彩荐读
点击图片阅读：
祝贺！南大三项成果获国家自然科学奖！
点击图片阅读：
三获国家自然科学奖！这个南大科研团队为何“不一般”
点击图片阅读：
邀你穿越亿万年，洞见“ai”！南京大学2024本科录取通知书正式发布
来源：新华日报·交汇点 获奖团队
文字：杨频萍
编辑：李欣玥 有 奕 谢立媛
责编：王 俊 李烨婧