唐立梅 · 自然资源部第二海洋研究所副研究员
格致论道第91期 | 2023年3月4日 北京
大家好！我是来自自然资源部第二海洋研究所的唐立梅。我研究的对象是岩石，所以要到全球各地去采集所需要的研究样品。我去过海底、去过南极、也在陆地上跑过野外。我通过解读岩石的记录来描述地球故事。
地球是一个圈层结构，它的表面是坚硬的地壳，还有地幔、地核，不特别贴切地比喻，大致是像鸡蛋的蛋壳、蛋清和蛋黄一样。我研究的对象是蛋清部分的深部地幔。▲ 左：夏威夷裂隙式喷发玄武岩
右：堪察加半岛火山喷发
那怎么样了解它？假如鸡蛋裂一个缝的话，会有蛋清流出来，这个蛋清干了，就是我要采集的岩石的样品：冷却的岩浆。岩浆从深部地幔流出来到达地表，冷却之后就形成了岩浆岩，我的研究对象。也可以把岩浆比作人体的血液，如同采血样，要扎破手指，然后分析里面的白细胞、红细胞，我们对地球也是这样。要给地球做体检，分析岩石中的主位量元素、微量元素、同位素等，了解它的成分，进而探讨地球深部的地幔演化。上山下海找石头
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去哪里采集这些岩石样品呢？去大森林行不行？那儿没有新鲜的岩石露头。我们一般去到的都是荒郊野外的无人区，非常荒凉。我的师兄、师弟们每年暑假都去到新疆跑野外。
那去了之后先做些什么呢？我们携带着地质考察的三大件：罗盘、锤子、放大镜。锤子除了敲石头之外还有做比例尺的功能。还要画地质剖面的素描图，画画和拍照大家都会吧？那你离地质学的梦想又更近了一步。我们通过放大镜来观察手标本，然后观察它基本的矿物组成和结构构造，这只是最初步的野外考察。野外考察也是有点摧残人的，大家看，这是我2010年博士毕业时跟我的林秀斌师兄还有吴磊师弟的合影。这是他们去年在新疆的样子，可以看到已经从俊秀的小伙子变成了沧桑的中年人，就像那句话说的：远看像要饭的，近看是勘探的。他们这么开心是因为林师兄刚经历了一天一夜的失联，这是后来找到他时重逢的喜悦。当时他说的第一句话是：我的样品都在，一块也没有丢。让你想到赵本山的一个小品，就是人都快没了，你还要钱干啥？你这个人都失联了，还总是惦记你的样品。▲ 由岩浆岩构成的大洋地壳
那大家看我的样子是不是没什么变化？因为我工作之后，主要是出海采样的，不用经历那些沧桑。我们到海底哪里去采样呢？洋中脊的可以采，海山的可以采，还有俯冲带的，用这些岩浆岩来研究壳幔的相互作用和物质循环。蛟龙探海之旅
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我参加了“蛟龙”号的首次科考，是“中国大洋科考”31航次，也是第一代载人深潜器“蛟龙”号的首次试验性应用航次。这看上去是不是比陆地上好多了？就很高大上，至少我们不用自己跑了，是船在跑，加油就行了。▲ 采薇海山
我们当时下潜的目标采样区域是“采薇海山”，“采薇”这个名字是我们国家自主命名的，来源于《诗经·小雅》“采薇采薇，薇亦作止”，还挺浪漫的。“采薇”的原意是“采集野菜”，对我们来说就是采石头、采矿产资源，还有采生物样品。
这就是我们的“蛟龙”号，可以下潜超过7000米，是我国第一代载人深潜器。现在第三代的“奋斗者”号在马里亚纳海沟已经可以下潜到10909米。在那样深的地方甚至都还有生物的存在，生命是不是很神奇？“蛟龙”号是一个8米多长的载人深潜器，载人舱的直径是2.1米，空间比较狭小，里面还有高清拍摄系统、生命支持系统等一些复杂的设备，所以是没有卫生间的。在下潜的前一天晚上开始就不能喝水，我当时怕自己忘了，还把我的杯子藏起来，这样就不会想到去喝水了。第二天早上吃了一个煮鸡蛋，生吞下去的，滴水未进，还有几块饼干。我们是早上8点半入舱，晚上6点半出舱，在海里要待10个小时，所以要保证这一整天10个小时的作业过程都不用考虑上厕所的问题。当时因为属于“蛟龙”号的首次实验性应用阶段，所以每个潜次要携带两名潜航员。▲ 左图（右）傅文涛
右图（左）叶聪
当时的主驾驶是傅文涛，副驾驶是叶聪，叶聪后来是“奋斗者”号的副总设计师。我作为下潜的科学家要兼顾生物和地质两方面的任务。我们从每个人的名字里面抽了一个字出来，组成了“傅立叶”组合。下潜过程其实很神奇、很浪漫，我相信很多女生都会喜欢。到350米的深度以后会有很多发光生物，像夜空中的星星一眨一眨的，就是那种漫海星辰的感觉。有的时候，它们是一串地飘过去，雪树银花似的晶莹，又一下子散开去，像夜空中绽放的焰火，真是一个灿如烟花的海洋世界，非常美。
我们当时最大的深度就是采薇海山的坡底，2774米。到坡底之后就发挥了深潜器独特的悬停功能。我们悬停在离海底6米的地方取了水样，然后进行了一个爬坡的任务，进行斜坡上的富钴结壳的调查、生物多样性的调查和取样以及玄武岩样品的采集。
我们通过控制舱内的一个小的机械手来操作外面的大的仿生机械手。这是我们采集一只海鞭珊瑚的样品，它有2米多长，周围就像粉色的小喇叭围簇着，非常美艳。在采集这个样品时，还有一只虾过来围观。因为我只是兼职帮生物学家取样，所以并不清楚这些生物的真正学名，所以就用我自己的方式给它们起了名字。比如一些像白玫瑰一样的玻璃海棉，像水晶丝袜一样的玻璃海棉，还有这种半透明的粉粉的海参。你看它这么柔软，但却可以抵抗非常大的水压，将近3000米的海底就是30兆帕的压力，相当于300个大气压，压力是非常大的。
我也要做好自己的本职工作，进行海山斜坡上的富钴结壳分布调查以及玄武岩采集。我们采集到的玄武岩，后来用于测定这个海山的形成年代以及它的成因，但那时不是我们的重点，我们的重点是去挖矿。海洋有巨量的矿产资源和生物基因资源，我们未来探索的很重要的一个方面就是到海底挖矿，国际上再过10年左右的时间可能就会实现商业化开采。
不同区域的地方分布着不同类型的矿产资源，在海山的表面上有这种富钴结壳，就是钴含量很高的一种结壳。在海盆有锰结核和稀土资源，它其实也是未来最容易开采的一种资源，像土豆一样密密麻麻地分布在洋盆。只要把它聚集起来打成矿浆，打成小的颗粒，像珍珠奶茶一样，用混输系统就可以吸上来。在洋中脊有多金属热液硫化物资源，就是海底正在喷发的黑烟囱的区域，这里除了矿产资源之外，还有神奇的热液生态系统：暗黑生物链，是非常神奇的。▲ 太平洋底的玄武岩
图片是我在太平洋采到的玄武岩样品，海底的样品其实和陆地相比是非常不新鲜的，蚀变很严重，看起来黑不溜秋的。下面是它在显微镜下的照片，能看到有些斜长石、辉石。▲ 来自于地幔的橄榄岩
后来我又拿到西太平洋雅浦海沟的样品，这是一个国家重大基础研究计划，我拿到了它的地幔橄榄岩、辉长岩还有玄武岩的样品。
通过对它们的岩石地球化学同位素以及区域构造的分析，我们提出了雅浦海沟的区域构造演化模式。从示意图可以看到，它在不同的时期是有不同的俯冲模式的，到最后，这个帕里西维拉海盆的洋壳俯冲到了原雅浦岛弧的上面。南极大陆的地质考察
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到海里“玩”了一圈之后，我又重新回到陆地，不过这个陆地是遥远的南极大陆。我乘着“雪龙”号参加了中国第34次南极科学考察。
“雪龙”号的条件又更好了，它上下一共有9层，还有篮球场、游泳池，欢迎大家也来加入我们。
我们到了南极的难言岛上，也叫恩科斯堡岛，当时这里正在建设我国的第5个南极常年考察站：罗斯海新站。我们有一些建站队员在这个岛上连续作业了20多天，建成了这个站的雏形。
这个岛的环境是非常恶劣的，有很强的地吹雪，我们每行走一步都很艰难。
我在这个岛上也进行了野外地质考察，南极大陆虽然覆盖着厚厚的冰层，但也会有裸露的岩石露头，像这就是东西走向的一个岩体。
那在南极爬山是怎样的体验呢？就是要手脚并用，真的是要爬，像壁虎一样爬。有人说，地上这么多石头你随便捡一块不就行了吗？不行，我是要原位的岩石，鹅卵石、滚石、砾石我是不需要的，这些不能作为研究样品。当时我是唯一一个持有合格采样证的科考队员，所以其他科考队员都很羡慕我，说你能不能帮我带点好看的、漂亮的石头回来？我说，我对漂亮的不感兴趣，我们需要的是原位的石头，这样才能用来做研究。南极的紫外线很强，所以我们外出都要把自己全副武装起来，完全看不到脸。在考察过程中，还经常会有企鹅过来探班，虽然南极条约规定人类不可以主动靠近企鹅，要保持15米以外的距离。但它们对人类没有戒心，经常会主动向我们走近，非常可爱，考察过程还是挺温馨的。
这是我野外记录的岩石露头的情况，有这种闪长质的岩墙，还有一些岩浆混合的包体。通过对这些样品的研究、野外地质考察和文献，综合绘制难言岛区域的地质图，这是我们最基础的工作。我们要标明采样点，让其他学者知道你是在哪里采集到的样品，然后分析里面的锆石。▲ 分析180颗锆石
这只是其中一部分锆石。锆石最重要的是可以进行铀-钍-铅（U-Th-Pb）精确定年，这些锆石有很好的岩浆环带，典型岩浆锆石的年龄分布在480-510百万年之间，也就是大约5亿年。所以这就代表了冈瓦纳超级大陆裂解时期的岩浆事件。▲ 建立古俯冲带俯冲过程模型（高鹏，唐立梅等，2022）
我们也结合区域构造、主微量同位素等岩石地球化学方面的数据，提出了古俯冲带的一个俯冲过程模型。可以看到它是有多期次的微陆块这样的碰撞。为地球代言
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46亿年的地球，它的演化是很漫长的，每个阶段、每个区域都有科学家在追踪、在研究。每个人都有研究区域，一个人或者一个团队不可能跑遍全球。我们最终是要综合所有人的研究成果，还原一个完整的、相对精确的地球46亿年的演化史。
地球的演化跟生命的产生以及生物的进化是息息相关的，历史上5次生物大灭绝其实都跟地球深部的运动以及外来小行星的撞击有关系，是有很高契合度的，我们想还原的就是这样一个地球演化以及生命演化的过程。我们在考察过程中，在太平洋看到过双彩虹，在甲板上看到漫天的繁星，还有日升日落、月升月落。
在南极我们又会看到极光、企鹅、海豹、南极鹱还有鲸。当时在罗斯海海域，就在我们船尾几米的地方可以很清晰地看到它们喷水。
我们是为地球代言的，通过解析岩石里的信息来讲好地球的故事。也希望感兴趣的同学“入坑”，从事这个方向你的视野会变得很宏大，我们动不动就是讨论几十亿年以来的事情。现在，我们还在提倡跳出地球看地球，从整个太阳系、整个银河系来讨论地球的演化。太阳系围绕银河系中心的黑洞旋转一圈是2.5亿年，其实这跟我们地球板块裂解和聚合的周期是相符的。所以未来，会出现行星地质学、空间地质学乃至星系地质学这些新方向，欢迎大家共同来讨论。
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