《科技创新与品牌》杂志社院士天地

扎根黄土地 执着写春秋

   

    6500万年前那次生物大灭绝后,地球进入了新生代。新生代是地球历史的最新阶段,而第四纪是新生代最后一个纪。从第四纪开始,全球气候出现了明显的冰期和间冰期交替的模式。第四纪生物界的面貌已很接近于现代。灵长目中完成了从猿到人的进化。
    人类从一开始,就和第四纪地质结下了不解之缘。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,恢复过去几个百万年地球环境演化的历史,探求造成这些变化的原因,搞清地球环境自然演化规律与人类活动的影响,预测今后环境演化的可能趋势。
在中国,有这样一位女科学家,她长期致力于“宇宙成因核素与全球变化”的研究,她率先报道东亚季风新仙女木气候突变事件证据,提出其半球寒冷性质和季风降水增加特点,指出高低纬气候相互作用对季风突变事件的影响,为全球变暖对我国季风气候影响提供一种历史相似情景;
    她解决了从复杂黄土10Be中分离地磁场强度和季风降水信号的学术难题,开拓了黄土10Be环境示踪新方向,首次用黄土10Be记录定量重建地磁场强度和季风降水变化;
她率先在我国创建小样品和微量加速器样品14C制样序列,解决了当时考古和地质小样品测年难题,悉尼大学测年中心主任评价:“它能提供高质量数据,对14C测年技术做出有价值贡献”;
    她主持建设了我国十个“国家大型科学仪器中心”之一的“西安加速器质谱中心”,加速器质谱各项指标达世界先进水平,获得一项发明专利,研究水平步入国际先进行列,推动了我国加速器质谱应用研究发展。
…………
    这个人就是周卫健,中国科学院院士、发展中国家科学院院士、第四纪地质学家,中国科学院地球环境研究所所长,黄土与第四纪地质国家重点实验室学术委员会主任和“西安加速器质谱中心”主任;中国第四纪科学研究会和中国矿物岩石地球化学学会副理事长;九三学社陕西省主委、陕西省政协副主席;第九、十、十一、十二届全国人大代表。

从外语翻译到地质学家

周卫健,祖籍河南,1953年出生于贵州省贵阳市。
    1976年,刚从贵州大学英语系毕业的周卫健,正好遇上贵州省从美国凯洛格公司引进了一套天然气化肥生产设备,急需翻译人才,贵州省外事办来到贵州大学选拔了8名品学兼优的学生担任翻译,周卫健是其中一位。
    当时,周卫健勤奋好学,刻苦钻研,拼搏进取,凭借扎实的语言功底与专业素养,圆满地完成了各种现场谈判、技术安装、试车中的翻译工作,得到外国专家的高度评价。
    1978年,历时两年的工厂建设工作顺利完成。鉴于周卫健的突出翻译才能,组织决定将她留在外事部门工作。从那一刻起,周卫健的一生似乎要在外事工作中不断地继续下去……
    人生之路往往不是由一条简单的直线绘成的,周卫健也不例外。
就在周卫健满怀激情,准备投入到新工作岗位时,时任中国科学院地球化学研究所(简称:地化所)的一位领导找到她,希望她能到地化所担任科技翻译一职。
“你学外语而搞外语难免显得有点太单一,外语只是一种工具,你可以考虑走一下边缘科学的路子,进行专业‘杂交’,这样才能有新的突破。”那位领导这样告诉周卫健。
领导的一席话令周卫健醍醐灌顶,她欣然接受地化所的邀请,担任该所科技翻译。在这里,周卫健的人生之路也开始出现了转折。
    “地球化学是一门研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学,具有较强的系统性、专业性、科学性。我当时就想,要做好这一学科的翻译工作,就必须掌握并储备足够丰富的专业知识。”周卫健如是说。
    于是,周卫健一边工作,一边到贵州师范大学地理系学习。神奇的自然界,激发了她对地球科学极大的兴趣,激励着她不断前行并探索其究竟。她深深爱上了地理、地质事业,义无反顾地踏上了地球科学的研究之路。
“你的英语学得这么好,又这么年轻,现在转行还来得及”,著名古脊椎动物学家、地层学家、第四纪地质学家,中国科学院院士周明镇的一番话更是坚定了她钻研地球科学的信念。
    “阅读学习专业书籍、聆听学者珠玑妙语”,从此成为了周卫健业余生活的常态。
功夫不负有心人。周卫健完成了地球科学专业知识的“原始积累”,20多年来一直致力于全球变化、第四纪地质和宇宙成因核素的研究,在气候突变事件、10Be环境示踪和14C年代学领域取得了多项系统创新成果。她先后负责科技部基础研究前期专项、973项目,科技部创新方法项目,国家自然科学基金委“杰出青年科学基金”、“创新研究群体”、“重点项目”,以及中科院重点部署项目和重要方向项目等;获国家自然科学二等奖和三等奖各一项、省部级一等奖五项。2009年当选中国科学院地学部院士,2010年当选发展中国家科学院院士(TWAS院士)。
    就这样,周卫健完成了由外语翻译到地质学家的华丽“转身”,从一名地球科学“门外汉”变成了一名名符其实的“门内汉”。

深爱西北那片黄土地

    “大西北是我一直以来都十分向往的地方,中国的黄土里记录着大量古代气候与环境变化的信息。这里有机遇、是创业的沃土,这里才会真正施展出自己的才华。”周卫健是这样想的,也是这样做的。
    1985年,中科院决定在西北黄土高原上,建立一个新型开放式的研究所,专门从事黄土、第四纪地质和全球变化的研究。在中国科学院院士、著名地学家安芷生的带领下,一个由七名成员组成的小组来到西安,开始筹建中国科学院“黄土与第四纪地质实验室”,周卫健又是其中一员。
    从此,周卫健便扎根于黄土高原,深爱着大西北,奉献着自己的青春,无怨无悔地投入到中国第四纪地质研究之中。期间,她经历过“大风起兮尘飞扬”的洗礼,目睹过“黄尘滚滚日月昏”的情形,出入过“龙卷风尘旋天立”的危地,体验过“玉颜尘封官掏泥”的生活。
    1987年,周卫健被选派前往澳大利亚合作研究中国黄土高原14C年代学。在澳期间,她刻苦钻研,除了掌握14C测年技术外,还在澳大利亚国立大学地理系,以第一名的优异成绩完成了硕士学位的必修课,为日后专门从事年代学研究奠定了坚实的基础。
当时,导师曾建议她硕博连读,并为她提供了优厚的学习、生活经费。就在这时,派出单位函告她马上回国,参加实验室的建设及评审工作。是留在澳大利亚攻读博士学位?还是回国参加实验室建设?这一时刻,她首先想到的不是个人的发展,而是祖国科研事业的需要。
    “建立一个具有国际竞争能力的放射性碳测年实验室,为黄土高原的古环境、古气候提供可靠的年代标尺,为祖国大西北的科研事业作出自己的贡献,是我梦寐以求的愿望。”周卫健表示。
    1988年8月,周卫健毅然放弃了攻读博士学位的机会,回到了西北黄土高原。在经费不足、条件恶劣的情况下,她宵衣旰食,努力攻关,在建立14C测年手段和提高测年可靠性方面开展了多项系统研究:在我国加速器14C测年尚不成熟的条件下,她首先建立了100毫克碳量的小样品的14C测年的制样装置,后来又建立了1毫克碳量的制样装置,使其构成了一套测年方法序列,解决了地质、考古小样品的测年难题;较早建立了不同类型样品的化学前处理方法和开展我国风积物花粉测年研究。将小样品测年方法运用在江西瑞昌铜矿遗址研究中,确定了该遗址的准确时代为商代中期,把中国古代采铜历史前推了300~400年,为中国冶金史、青铜文化及中国文明史的研究提供了科学依据。
此外,在“末次冰消期我国季风气候事件的14C年代学及气候事件对全球变化的非线性响应”研究中,周卫健不畏艰辛,经过多次地质考察,终于首先在黄土和泥炭地层中检测出我国距今约12 ka年东亚“新仙女木”(Younger Dryas,简称YD)事件的地质生物证据。该事件具有百年尺度干冷—湿冷—干冷的季风气候波动特征和半球的寒冷性质,纠正了东亚YD事件以暖湿气候为特征的认识。
    同时,她还发现了YD时期高中低纬气候的空间变率,提出通过高低纬、海陆气的相互作用,古ENSO对YD季风降水有一定的贡献;提出全新世东亚季风具有百年—千年尺度的高频变化及太阳辐射是主要驱动力等重要学术观点。
    这些研究成果在全球增温的背景下,为中国乃至东亚气候预测及其相应对策提供了科学依据及历史相似型,在国内外学术界引起了较大反响。国际过去全球变化研究计划(PAGES)主席Bradley等高度评价:“你的成果对试图解释过去气候变化和原因所付出的国际科学努力与贡献是十分重要和有意义的。”
    1991年5月,第十四届14C学术会议在美国图桑召开。周卫健作为中国科学家代表,应邀参会并作大会报告。会上,她的报告观点新颖,令与会者刮目相看。也就在这次会议上,周卫健当选为国际14C学会常务理事,成为在该学会中任职的第一位中国科学家。
2003年,周卫健领导的14C实验室作为我国唯一代表参加了第四届14C国际对比,取得了优异成绩,为我国14C年代学发展作出了艰巨努力。
    一个崭新的14C测年实验室在大西北建立起来了,周卫健也在黄土高原上找到了放飞人生理想的天空。

勇攀科研攻关高峰

    “我国地球环境科学研究的瓶颈是高精度、高分辨率的可靠年代标尺的建立和环境过程的示踪,这是我国全球变化研究中最为关键也是最为薄弱的一环。”周卫健结合多年来在14C测年方法和提高14C测年可靠性方面的工作经验指出。
“我国现有的加速器质谱(AMS)设备远远不能满足地球环境科学研究和参与激烈国际竞争的需要。因此,我们不能满足于把我国的宝贵样品送到国外去测量,我们必须抓紧时机,尽快在我国大西北的地球环境所建立AMS国家平台。”周卫健表示。
在时任所长安芷生院士的全力支持下,周卫健率先提出并具体负责了多核素分析用的加速器质谱仪项目。2006年8月,经多方努力与合作,由科技部、中国科学院和教育部共同支持的“西安加速器质谱中心(Xi’an-AMS)” 正式成立。周卫健担任该中心的“掌门人”。
    该中心利用从国外引进的先进设备和技术,围绕环境变化这一主题,综合运用地球科学、考古学、环境科学等学科领域的知识,建立分析与共享为一体的大型科学仪器装备实验基地,在西部形成了一个跨部门、跨学科、优势互补、协同攻关、强强联合的国家级综合型科研基地,为我国科学家获得原创性学术成果提供技术保障。西安加速器质谱各项指标达世界先进水平,10Be探测灵敏度达3.6x10-15,被誉为“世界同类设备的最好水平”。
    “加速器质谱仪(AMS)主要由加速器技术与质谱技术相结合,使其成为超高灵敏度的测量设备,可进行高精度年代学研究,宇宙事件探测,宇宙成因核素的环境过程示踪,行星地质学的比较研究等,为地球环境研究提供技术支撑平台。”周卫健介绍。
西安加速器质谱中心建成了,周卫健将长期从事的14C年代学研究拓展到了中国黄土10Be的示踪研究。
    国际科学家从冰芯、海洋沉积物中10Be示踪研究的成功,充分证明了10Be在示踪古地磁场变化研究领域具有不可取代的重要地位。与之相比,黄土10Be浓度记录由于包含了来自粉尘源区以及季风降水的不均匀性的复杂信息,导致黄土10Be浓度记录无法像海洋、冰芯沉积物中的10Be那样可以直接示踪古地磁场漂移和倒转事件,以致不少地学工作者10Be的环境示踪研究大都集中在对古气候变化的研究,回避对古地磁场的示踪研究,都认为不可能对黄土中的10Be进行示踪古地磁场强度变化研究。
“明知山有虎,偏向虎山行”,周卫健决意要走向这一“虎山”。
    她带领团队通过10Be示踪研究,提出将影响黄土10Be浓度的气候因素与地磁场因素分离的创新思想;成功分离得到了国际上第一条最近8万年从黄土10Be示踪的古地磁场强度变化序列,近期分别定量重建了最近13万年黄土10Be揭示的地磁场强度变化和季风降水变化史;解决了布容—松山(B/M)地磁极性倒转界线在黄土和海洋记录中不同步的重大科学难题,为建立中国黄土可靠年代和改善海陆古气候对比提供可靠时间标记,发展了黄土10Be环境示踪研究的新领域,强化了中国黄土在全球变化研究中的地位和意义。该研究成果被地学领域重要的国际期刊Geology审稿专家认为“解决长期争议、创新且及时的工作”;Wang 等给予肯定评价,赞赏周等应用10Be示踪摆脱磁性研究弱点,并估算出B/M倒转期全球地磁场强度低于正常值20%,可持续6000年。
此外,通过示踪研究的数据分析,她与合作者还共同提出了有关统计学中多变量一元线性回归计算的“平均值概念”。该概念已在地学研究中得到了具体应用。

积极为环境发展建言献策

    在躬身地球科学研究的同时,周卫健还有另外多重身份,那就是她至今担任着九三学社陕西省主委、陕西省政协副主席等职务。1998年以来,她更是连续四届当选第九、十、十一、十二届全国人大代表。
“积极参政议政、认真建言献策”,成为周卫健另一大工作重点。
   2001年3月,时任国家主席江泽民出席全国人民代表大会陕西代表团全体会议,与各位代表共同审议《政府工作报告》。谈到西部环境治理时他如是说:“在我童年的时候,印象中陕西等西部地区美得很啊!渭城朝雨浥轻尘,客舍青青柳色新,但后来为什么沙漠化这么严重,是天灾,还是人为的原因所致?”
“……目前的环境状况是气候变化和人类活动相互作用的体现。环境治理应先从环境脆弱的地区比如沙漠—黄土过渡带入手,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。过去是草原的就恢复成草原,是森林的就恢复成森林,是沙漠的就让它是沙漠……。”参加会议的周卫健发言时表示。
     “今天这位女同志的发言非常好,要建设山川秀美的西部,要依靠科学,认真研究,请你帮我准备一些资料。”江泽民赞叹道。
带着主席的希望与寄托,周卫健结合自己的研究成果,根据现今沙漠边界与末次冰期极盛期沙漠边界的对比,以及现代夏季风所能达到的最北边界与所估计的全新世气候最佳期沙漠边界的对比,和人类活动及考古地点时空分布的分析,最终以研究所集体的名义向中央提交了《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》。
    报告中,周卫健通过大量科学数据分析,结果表明,过去3000年来的人类活动造就了今天的毛乌素沙地,改变了它的半干旱草原的自然原貌。同时指出我国年降水量200~400mm的半干旱环境敏感带和黄土高原应视为沙尘暴源区和荒漠化的重点治理区。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。
2012年3月,周卫健与其他代表联名提出的《关于请求国家采取综合治理措施解决陕西三门峡库区防洪问题的议案》,被列为大会第545号议案,交由全国人大农业与农村委员会审议。
    议案建议:“迅速有效地降低三门峡水库运用方式,加快立项实施渭河综合治理工程,切实把渭河下游支流堤防除险加固作为重点治理内容,继续增加渭河水毁修复投资。”
    2013年,周卫健提出“将PM2.5治理纳入各级政府绩效考核体系”,尽快从法律角度对防治大气污染的措施和手段加以明确,实现雾霾治理的全国性协作。同时,建立相应的奖惩机制,实行党政领导干部行政问责和“一票否决”制。
…………
     “既然人民选举我为人大代表,我就要依法行使代表职权,切实履行代表义务,充分发挥人大代表的作用。”回忆起十几年的参政议政历程,周卫健表示感受颇多。
17年来,她积极参加人大组织的视察、执法检查等活动;她积极了解社情民意,走访联系选民,听取和反映他们的意见和要求,努力为人民服务;她关注西部大开发、西部荒漠化治理、黄河小浪底综合治理、空气污染治理等社会广泛关注的问题。

    扎根黄土地,执着写春秋。周卫健的辛勤付出得到了政府和社会各界的肯定:荣获全国三八红旗手、中国科学院首届十佳女杰、中国科学院先进工作者和优秀女科学家;同时入选首届陕西省科技新星、陕西省“三五人才工程”,荣获陕西省有突出贡献专家等荣誉称号。
    “全球变化问题已经成为国际前沿性研究热点。”周卫健最后表示,“我国的第四纪研究,未来还有很长的路要走。今后的学术研究在开展原创性、开拓性研究,解决重大前沿科学问题的同时,一定要与全球变化问题,与国家需求密切地结合起来,集中力量解决一些重大经济社会发展问题,为国家的宏观决策做出贡献。”