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在2021年“科学探索奖”的获得者中

1988年出生的唐铭是年纪最小的一位

他是ob欧宝体育在线登录地空学院的研究员

在大陆地壳形成与演化这一领域

做出了具有国际影响力的工作

一粒沙子,代表了什么?

在唐铭老师眼中

那是叩开45亿年时空之门的密钥

窥见地球

如果将地球45亿年的历史看作24小时,人类有记录的历史加起来,不过是这24小时中的0.1秒。

地球,这颗唯一已知的宜居行星支撑着九百万个物种组成的生命系统,万物在其中繁衍生息,欣欣向荣。地球上的大陆是人类及所有陆生物种赖以生存的家园,但人类对它的认识还远不足够。来自ob欧宝体育在线登录的唐铭研究员将目光聚焦于此,他关注大陆的形成和演化问题,同时也探索大陆演化对地表环境的影响。

“地球的大陆”在当下已经成为一个多学科交叉的研究领域,包括岩石学、地球化学、沉积学、经济地质学、水文学、海洋与大气系统以及生命演化等。“地球化学”专业出身的唐铭沉浸在这奇妙世界里,并充分感觉到自己所学的专业并不是传统意义上的化学,而是属于地球科学领域。求知欲极强的他逐渐被这个庞大的领域所吸引。

在他看来,地球化学不仅研究与日常生活、国家需求紧密相关的矿产资源,关键金属及环境领域;更覆盖了生命起源,生命和行星的演化等“诗和远方”。同时,它与化学有着千丝万缕的关系,需要用化学的方法开展研究——这也让唐铭能够发挥自己在化学方面的特长。

“那是一种越陷越深的感觉。”唐铭说。

2015年唐铭在美国大峡谷考察

直到现在,这种感觉依然是唐铭研究的极大动力。无论是吃饭、看电影,甚至在梦中,唐铭都没有脱离过自己的工作状态。他无时无刻不在思考和探索自己感兴趣的科学问题,而灵感也如放飞的氢气球,从幽静的山谷五彩斑斓地升起。

地球的中年谜题

“沉闷的10亿年(boring billion),被形象化地表述为“地球的中年时期”。

地球上最早的生命迹象可追溯到38亿年前,而大约24亿年前,地球大气迎来了第一次全球规模的充氧过程。氧气的到来为需氧生命的演化提供了保障。但在那之后超过10亿年的时间里,生命演化过程并没有像研究者们预想的那样迅速发展,而是长久地停滞在原核生命统治的阶段。这10亿年被称为“沉闷的10亿年(boring billion),许多地球科学家将其形象化地表述为“地球的中年时期”。

“生命的演化非常依赖营养元素的供给,而这些营养物质大多来自高山高原的岩石。在地球历史上,会不会存在造山活动的显著变化,从而影响生命的演化呢?”唐铭有了新的猜想,但现有的地质记录难以完整重建十亿年前的造山过程,他只好暂时搁置了这一问题。

2018年,唐铭在戈尔德施密特地球化学年会上做主题报告

2018年暑假,唐铭跟随中科院地球所纪伟强老师,首次进入西藏开展科考,研究造山过程如何影响花岗岩岩浆的氧化还原状态。2019年初的一个晚上,唐铭在浏览西藏这批花岗岩锆石的稀土数据时,无意间发现它们的铕异常竟然有着明显的规律,与藏南过去一亿年经历的地壳厚度变化有着正相关。这一意外之喜隐约指向了揭开地球造山活动秘密的可能性。

唐铭在西藏雅鲁藏布江支流采集河沙样品

唐铭在野外考察中

2019年5月,唐铭和纪伟强老师、多伦多大学的初旭老师在加拿大安大略考察元古宙地层和萨德伯里陨石撞击坑,唐铭有关利用锆石铕异常计算地壳厚度的想法得到了老师们的支持。因此加拿大野外结束一个月后,他们又立刻回到西藏,采集河沙,分选锆石。

返程的长途飞机上,唐铭迫不及待地完成了数据处理,而这次的重建结果与现代地球物理数据以及其他地质记录十分吻合。一把沙,看尽世界屋脊起落,当这样的设想变成现实时,他激动得无以言表。

唐铭与博后导师Cin-Ty Lee

沉寂中诞生沉寂

在地球科学领域,你不敢轻易说出“永恒”。但总有一些东西,沉默无言,却能越过漫长的时间尺度,诉说地球的历史。

对于刚回国的唐铭而言,2020年的春天格外特殊。

受到新冠疫情影响,本应热闹繁忙的北京大街小巷空无一人。唐铭在北京的公寓里度过了2020年的春季学期,单调的生活如同一汪凝结的泉水,他的头脑中却暗流汹涌。“碎屑锆石成功恢复出藏南过去1亿年的造山历史,这让我对这个新方法有了很大的信心。”唐铭说。

沉寂在家的时间里,唐铭整理了已发表的碎屑锆石铕异常数据。亚洲、欧洲、澳洲、美洲、非洲、甚至南极洲……宛若时间胶囊的碎屑锆石,每一个都保存着一段沧海桑田的记忆。唐铭将它们一个个“拆解”、“组装”。经过一个多月的努力,3月上旬的一个上午,透过全球成千上万颗碎屑锆石铕异数据,地球45亿年的山起山落终于呈现在唐铭眼前。

这是研究者们首次获得地球深时造山的连续记录。唐铭发现,在地球的中年时期,也就是大约18-8亿年间,地球造山活动显著减弱,地表几乎无山,长时间地处于荒芜的状态。唐铭给这个现象起了个名字:orogenic quiescence(造山沉寂)。

那段时间,他阅读了大量生物地球化学的论文,并联系了当时还在美国做博后、研究营养元素循环的郝记华(现以特任研究员任职中国科学与技术大学)以及地空学院研究史前生命的沈冰老师,他们通过线上线下各种方式聊了一个月。

讨论中,唐铭意识到长期的造山沉寂会导致全球海洋营养元素持续匮乏,这就像一台古老的发动机好不容易打着火,因为燃料不足又很快熄灭,地球在经历了第一次大气充氧事件后不久,又回到了相对缺氧的状态,这严重阻碍了复杂生命的出现和演化。

一次次疑问,一天天思索,一遍遍恍然大悟后,唐铭意识到这些发现可能为理解沉闷的“地球中年”提供了全新的线索和思路。

近乎“闭关”的生活为唐铭开启了一扇通往遥远过去的时空之门。在日复一日的沉寂中,“地球中年的造山沉寂”诞生了。2021年2月12日,研究文章Orogenic quiescence in Earth’s middle age发表在《科学》(Science)上。

基于全球碎屑锆石重建的地壳厚度演化历史

同年9月,唐铭获得第三届“科学探索奖”天文与地学领域获奖人,在50位获奖者中,1988年出生的他是年纪最小的一位。

“科学探索奖”是目前国内金额最高的青年科技人才奖励计划,秉持面向未来、奖励潜力、鼓励探索三大宗旨,激励青年科技人才勇闯基础科学和前沿技术的“无人区”。在唐铭眼中,这代表着中国顶级的专家、学者对他的研究的认可。这是一种精神上的支持,也给予了他实实在在的研究经费和生活上的帮助 。

向着自由

好似自在的一尾鱼,怡然自得地奔向未知的领域。

科研上严谨认真的唐铭,生活里却是个很爱玩的人。在美国读书期间,唐铭经常“先斩后奏”——买好机票,定好计划,再向导师请假去旅行。

唐铭于2019年12月入职北大。北大自由的科研氛围与唐铭的个性不谋而合、相互吸引。在这里,每位青年科学家都会独立建立自己的课题组,不再必须参与到已有的团队,这让唐铭拥有更自由的思考时间和空间,去探索自己感兴趣的科学问题。与此同时,唐铭也开始了他在教学之路上的摸索。

2020年春季学期,唐铭第一次担任本科专业课程《行星地球科学》的授课老师。如何通过这门课为刚入大学的同学们建立起对地球科学的初步认识、在不失科学性的同时完成“知识的降维”、引起他们的兴趣,是他面临的挑战,也是他为自己拟定的教学目标。

唐铭在课堂上

《行星地球科学》课程在张家口大麻坪野外调查

为此,他请教了许多老师,将传统的课堂讲授、讨论与实验室参观、野外实习结合起来。在最后一次讨论课上,同学们以学术会议的形式,围绕“宜居地球”的问题展开了各自的专题汇报。与学期初相比,大家都有了显著的成长。

而作为地空2020级强基1班班主任,唐铭在这一年中也与比自己小十岁多的同学们建立起了友好的关系。唐铭谦虚地表示:“在与学生相处以及指导学生这些事上面,我还是个学生。“通过开展班会、和同学在咖啡屋聊天,他渐渐学会站在同学们的角度,倾听他们的困惑,帮助他们适应大学生活。他找到了与学生教学相长的乐趣。

第一次班会有同学过生日,大家准备了蛋糕,唐铭正在点蜡烛

尽管工作后的唐铭需要担起许多责任,他依然妥善地分配有限的时间,将工作、生活和娱乐安排得井井有条。每周去健身房、电影院、打网球、逛餐馆,还会读其他学科的书籍。深深热爱着科研事业的唐铭,好似知识海洋里自在遨游的一尾鱼,怡然自得地奔向未知的领域。

唐铭

ob欧宝体育在线登录地空学院研究员

(博雅青年学者)

2011年6月毕业于南京大学,获地球化学学士学位,2016年5月毕业于美国马里兰大学,获地球化学博士学位,随后在美国莱斯大学做博士后,2019年12月入职北大。主要研究兴趣为大陆的形成与演化。

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