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【科学网】赵国春院士:南渡北归重建超大陆

发表日期:2019-12-13来源:科学网放大 缩小

  “此次当选为中国科学院院士, 感到一方面是对自己学习、研究地质学成果的认可,另一方感到是肩上的责任更大了,以此为契机要为国家作出更大贡献,主要培养人才并把他们推向国际舞台。”2019年当选中国科学院院士、香港大学—西北大学赵国春教授接受《中国科学报》采访时由衷说,“我要尽全力为西北大学做好工作,为西部发展作出贡献。”

  从辽宁省岫岩县乡村走出的新科院士赵国春,一见面给人就是东北人的实在、质朴,又有学者的谦虚、彬彬有礼。

  由一个山村读书开窍晚的“奇葩”到澳洲科廷大学博士 

  遇到好老师和兴趣是我取得今天这点学术成绩的关键。——赵国春 

  1961年8月7日生于辽东半岛北部辽宁省岫岩满族自治县韭菜沟乡的赵国春,跟其他孩子一样,7岁上村里小学。但性格一直执拗且有点“不开窍”,老师讲“1+1=2”,他一直追问“为什么”,老师觉得他智力有问题,就不太待见他。让他哥哥他领回去,说他不适合上学。

  回家“逃避”了两年的赵国春,到10岁才又重新入学。

  此次跟别的孩子比,也大的多了,脑子也就开窍了,反应什么问题,确实有些奇怪想法而且蛮快,成了受老师重视的孩子王,受激励,每次都考班里第一名,由乡里又一路考到县里的重点高中。

  “上世纪70年度末的岫岩县当时穷,我们家也很穷!但是,县委这些领导对教育很重视,全县当时就一幢最好的4层高楼,那就是县高中教学楼。至今还觉得教室的玻璃窗户非常大!” 赵国春追忆讲, “特别是县上当时在1979年就能给我们学生里面家庭特别困难的同学每月给8块钱奖学金!当时的8块钱,什么概念?我一个月吃饭6块钱就够了,还能剩两块钱!一个月存1块钱。那时一个月有几角余钱就不得了!然而我还能剩两块钱。所以,我就对家乡特别感激!”

  为此, 11月22日,赵国春到北京接受中科院院士证书后,第一个给家乡打电话并接受家乡媒体采访!

  “我确确实实很感激家乡人民的养育,努力为国家能够有所贡献!”

  赵国春考大学填报的前三个志愿都是地质,第一是东北大学工学院,第二是长春地质学院,第三个是武汉地质学院,最终被长春地质学院录取。

  “远看像要饭的,近看才知道是地质勘探的。”到了学校,有学长说这是地质人的写照。

  “我当时就灰心了,想回去补习一年来年重新考一个大学的专业。”但大学第一节课让赵国春打消了这种念头,当时陈琦老师讲的是《普通地质学》,提及地质学,不仅研究地球的形成和不同阶段的发展,还要研究整个太阳系。对他启发特别大!陈琦把整个地质学的概念和研究什么讲的简明、生动、有趣!

  赵国春此刻知道了地质学院不仅仅教如何认识与研究地球,而是研究、认知整个太阳系里的这些固态星球是怎么形成的?它们什么时间形成?在不同阶段它们是怎么演化的?地球这个星球在太阳系里它现在处于什么样一个位置,如何变化及趋势? 地球的青年期、壮年期、老年期...... 让他感觉到宇宙的浩瀚和人类的渺小,他觉得地质学太有趣了,充满了要探究的太多神奇。

  “我非常感激长春地质学院我母校的许多老师,是他们激发了我对研究地球的兴趣。” 赵国春说。

  兴趣是最好的老师和进步的动力。在大学4年里,赵国春说受益最大就是学习英语的进步!一般从农村考上大学的学生在当时的大学里,外语都不是特别好。当时,大学一位地质专业老师告诉他,地球科学跟其他学科不一样,其他学科可能有地域的概念,但地质学是研究整个星球,你研究整个星球,你只掌握中国这些地质资料是远远不够的!还要是其他地区这些资料,那么其他这些资料,它不可能用汉语来写。所以,你们一定要把英语学好。

  从那以后他抓紧学英语,第二年,就从大学的英语慢班跳到快班了。

  “地质学专业不像数理化类必须天赋好,只要勤奋努力,专注于一个领域,带着兴趣去钻研,找到尚未解决的科学问题去攻克,就一定会有所收获。解决一个小问题,对地球科学都是很大的推动。”每天,除了复习老师讲的专业知识,赵国春还会泡在图书馆里找各种相关书籍阅读,同时看一些英文资料,看得越多他对地质学的兴趣就越大。

  人类生存的地球已经有近46亿年的历史,但至今还未完全搞明白地球早期大陆是如何形成的。

  赵国春自读研究生开始在专业上主要有两个兴趣:一个是地球早期大陆是如何形成的,赵国春把它称为“前板块构造”阶段;另一个就是出现了板块构造后,板块之间相互俯冲碰撞,当几乎所有大陆板块拼合在一起就形成了超大陆,那么地球历史上发生了多少次所有大陆板块拼合在一起形成超大陆?它们是什么时间、怎样拼合的?

  1995年,世界著名地质学家 澳大利亚科廷大学Simon Wilde教授来长春地质学院讲学,刚读博士的赵国春因专业和英语都较优秀而被学院安排当翻译。课后,赵国春与Simon Wilde教授谈了他的一些关于华北古陆形成于演化的想法, 得到Simon Wilde教授的赏识,他建议赵国春去他所在大学读博士,“我当时还以为他只是说说而已,没想到几个月后他就将博士申请材料寄给我。”1996年7月,赵国春前往澳大利亚科廷大学读博,时年已35岁。

  大家大概知道,我们目前生活的古老大陆,基本上都是25亿年前形成的,但是多数人认为板块构造在30亿年之后才在地球上出现,这就说明一些大陆的形成可能并不是在板块构造环境下形成的。

  那么大陆是如何形成的,目前仍然还不清楚。

  历经反复磨难才被认同重视的更早时期超大陆创新观点 

  创新观点最初萌发于国内读研期间。——赵国春 

  赵国春地质学研究方向为前寒武纪地质学、变质岩石学、超大陆演化,也在这一领域取得了重大发现。

  但是,这些创新认识到岩石标本的试验分析、验证,发表论文及获奖等被世界上同学科权威认同经历了艰难曲折的过程。

  “虽然有很多学说,但没有一家学说能像板块构造学说出现以后,将所有地球理论都统一起来。那么板块构造出现之前该如何解释大陆的形成呢?”赵国春对此很感兴趣。

  赵国春在长春地质学院读变质岩专业硕士,其导师是国内著名变质岩石学家贺同兴教授。贺教授安排赵国春去冀东太平寨地区研究高级变质岩石成因,他的硕士论文成果发表在《岩石学报》、《矿物岩石学杂志》等国内主流岩石矿物学刊物上,使他1992年被地矿部破格晋升为副教授,是当时长春地质学院最年轻的副教授之一。赵国春1988年硕士毕业时想要出国深造,但一直没有机会出去,工作到1994年才决定放弃出国而在长春地质学院读著名变质地质学家卢良兆教授的博士,继续研究变质岩,研究范围也从冀东扩展到整个华北地区。一个意外发现激发了他的兴趣:他发现冀东地区和恒山地区的高级变质岩(麻粒岩)的矿物组合基本一样,但结构却不同。如冀东地区红色的石榴石是围绕着长石和辉石生长,称为“红眼圈”结构,而恒山地区则是白色的长石与辉石交生体围绕石榴石生长,称为“白眼圈”结构,到了内蒙古武川又出现“红眼圈”结构。

  他曾读过的外文文献告诉他,这种区别反映出不同的构造过程,具有“红眼圈”结构的麻粒岩,一般反映地幔岩浆垂向上升(底侵),而具有“白眼圈”结构的麻粒岩则反映板块构造体制下的俯冲折返的构造过程,如中国的喜马拉雅山、秦岭—大别和欧洲的阿尔卑斯山的形成过程。

  “后来发现华北中部不只是恒山地区有“白眼圈”结构变质岩,宣化、怀安、五台、阜平、赞皇、太华等地区都有这样结构的变质岩。所以我觉得华北中部地区应该不属于稳定的‘克拉通’。”赵国春再结合该区存在的多期褶皱变形、大规模韧性剪切带、鞘褶皱、矿物拉伸线理、构造混杂岩、弧岩浆岩石、前陆盆地等地质事实,提出:华北中部带应该是喜马拉雅型陆-陆碰撞造山带。

  据此,当时赵国春将华北克拉通基底划分为三块:东部陆块、西部陆块和位于二者之间的中部碰撞带,并认为华北克拉通基底是由东、西陆块沿中部碰撞带拼合而成。

  这一结论颠覆了本领域以前的“华北克拉通具有统一结晶基底”的传统观点。

  “但我得出的这种结论当时不被国内一些同仁权威所接受,论文也就没有机会发表。”

  澳洲科廷大学读博期间提出更早时期超大陆观点。——赵国春 

  在澳大利亚科廷大学读博期间,大约形成于10亿年的“罗迪尼亚(Rodinia)”超大陆成为地学界一个研究热点,科廷大学、西澳大学、德克萨斯大学Austin分校、耶鲁大学和哈弗大学一些教授组织成立了一个研究该超大陆的构造研究中心,吸引全球最好的超大陆研究学者来重建罗迪尼亚超大陆。“这个中心经常组织学术讨论会,是我有机会对超大陆方面的知识有所了解”,赵国春讲述。

  参加这些学术活动使赵国春意识到超大陆的聚合会形成全球规模的喜马拉雅型的大陆碰撞造山带,如10亿年前罗迪尼亚超大陆的聚合全球规模的格林威尔期碰撞造山带的形成。赵国春由此联想到他所正在研究的华北中部碰撞造山是什么时间形成的?是否也具有全球性?

  赵国春借助科廷大学的高分辨离子探针质谱计(SHRIMP)进行微区变质锆石年龄测试。定年结果表明,华北中部带的变质岩年龄大概在19-18亿年,与东、西陆块所获得的25亿年变质年龄差异巨大!而传统观念认为华北克拉通基底普遍都遭受25亿年变质作用。

  赵国春据此提出:华北克拉通基底是由东、西陆块在19-18亿年沿中部带碰撞拼合而成,华北中部带是一个早元古代19亿~18亿年陆—陆碰撞带。 

  “那么全球其他地方是否也有这样的碰撞造山带呢?”带着这个问题,赵国春读了大量文献,结果让他非常吃惊,几乎所有的大陆都存在21亿~18亿年陆—陆碰撞造山带,大概有27条,所以21亿~18亿年陆—陆碰撞造山事件具有全球性,很可能形成一个比罗迪尼亚超大陆更早的超大陆。 

  “我当时非常兴奋,就把这一发现告诉了我的博士导师,他们让我收集相关的古地磁资料,看看是否支持我的看法。”结果发现,古地磁资料支持很多大陆块体在罗迪尼亚超大陆聚合前就已在一起,支持一个“前罗迪尼亚超大陆(Pre-Ro-dinia)”的存在。赵国春认为全球规模的21亿~18亿年碰撞造山事件导致了地球上当时所有大陆块体相互拼合而形成一个“前罗迪尼亚超大陆”。

  1999年8月,赵国春把写好的有关这个“前罗迪尼亚超大陆”文章投到国际地学一流刊物《Earth-Science Reviews》发表,一年后(2000年8月)收到两份评审意见,其中一份评审意见非常认同他的论点,但另一份评审意见非常不同意存在一个比罗迪尼亚超大陆更老的超大陆,从而导致他的这篇文章迟迟不能发表,最后甚至被退稿。直到2002年1月,美国北卡罗大学John Rogers教授在刚创刊不久的《Gondwana Research》刊物上组织出版了一本有关前早—中元古代超大陆(即前罗迪尼亚超大陆)的专辑,提出了和赵国春相同的观点。他随即把专辑有所文章都复印下来并写了一封长信寄给《Earth-Science Reviews》主编,告知不只他一人支持前罗迪尼亚超大陆的存在,其他学者也从不同方面证实该超大陆的存在。

  “但我的文章是对该超大陆存在证据做了最全面的论证和总结”。赵国春至今谈起来也是自信满满。幸运的是,在2000年第15届澳大利亚地质学会年会的大会报告论文及摘要集上,刊发赵国春的这篇文章的摘要。也正是这篇摘要的存在才使他2014年有机会以原创性成果“华北克拉通早元古代拼合与Columbia超大陆形成”获得国家自然科学二等奖。

  期刊主编收到赵国春的信件后,两周以后就发表了他的文章。但是,他现在都不明白:期刊当时为什么把文章接收日期改为2002年1月15日,两周后(2002年1月31日)就接受发表。实际上,文章是1999年接收送审的。

  当然,随后赵国春又在此方面的国际权威期刊发表了多篇研究论文,均成为此方面的被引用的高频次经典文献。赵国春也成为澳大利亚科廷大学第一位将其发表的文章装订成博士论文而不再另写毕业论文答辩的博士生,他因此还获科廷大学优秀博士论文奖。

  ISI科学引文索网(Web of Science)显示,截止2019年3月,赵国春所发表的320余篇学术论文他引次数高达30,368余次,在全球3739名高被引(首1%)地质学家中排名第15位。2014-2019年,赵国春每年入选瑞安/汤森-路透高被引科学家(Highly Cited Researchers)。

  赵国春的两项原创性重要研究成果是:(1)在华北发现了19-18亿年喜马拉雅型陆-陆碰撞带,并提出华北基底是由若干微陆块在早元古代拼合而成;(2)率先提出全球大陆在21-18亿年期间相互拼合形成一个超大陆,并建立了该超大陆的重建模型。

  “我这次能够当选院士,反映国内地质界对这这些原创性成果的认可。”赵国春说。

  情系大陆构造,回报西大热土 

  科学是一定无国界的,但是每个科学家是有国家的。——赵国春 

  西北大学在这方面是非常得天独厚的。谈及受邀来到西北大学开展研究工作的原因,赵国春说:“我来西大是奔张国伟院士来的,他在大陆构造研究方面有很高造诣,我一直很敬仰他。

  2009年5月赵国春和张国伟一起去河南登封出野外,两人在野外讨论了很多大陆构造问题,并对许多问题有一致的看法,如都认为板块构造能够很好地解释大洋和洋-陆转换带的地质问题,但却不能很好地解释古老大陆形成与演化的一些地质问题。2010年9月,两人又一起讨论以“Pangea的东亚重建为题申请国家自然基金重大项目,这个项目2011年获批。自从2012年这个基金重大项目启动以来,赵国春每年有3-4个月时间在西北大学工作。在这期间,西北大学校级领导和西北大学地质系领导对他的工作和生活给予极大的支持和照顾,“西大从领导到老师上下齐心协力、自强不息、奋发图强一股不服输争全国高校一流前列的劲头和大刀阔斧的改革力度也让我感动,也是我愿意扎根于西大的原因。”

  除了往返于香港大学和西北大学从事教学科研,赵国春于2014年当选为美国地质学会会士,2016年获得29届Khwarizmi国际奖一等奖和香港大学杰出研究者奖, 2017年获得教育部颁发的长江学者讲座教授,2018年获发展国家世界科学院TWAS地球科学奖,目前担任国际主流SCI刊物《前寒武纪研究》主编。

  “一些学生在他们自己的研究领域造诣比我还高,我从学生那里学了很多东西。现代科学研究成果的取得常常不是一个人能完成的,必须要有互相帮助、互相扶持的团队精神。”赵国春说,在科研方面,学生们给了他很大的帮助。

  在工作任务非常重的情况下,白天时间他基本都用来教学科研,刊物稿件一般是利用晚上时间来处理。

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