張元動:古生物化石的「朗讀者」

2021-01-10 中國科學院

2014年11月3日,張元動在雲南北部者根-拉伯途中(金沙江邊)考察地質和地層。

  張元動把發現的每一塊化石都視若至寶,工作離不開石頭,生活也少不了石頭的影子。在別人的眼裡,張元動所在的古生物所背靠北極閣,山景旖旎,而在他眼裡只有侏羅紀地層概念。

  4.45億年前,地球上發生了第一次生物大滅絕事件,85%的海洋生物物種滅絕,一片凋零。這次大滅絕後,海底世界就一片死寂,毫無生機了嗎?張元動給出的答案是否定的。

  2月10日,中科院南京地質古生物研究所張元動團隊發在《當代生物學》上的文章,通過在浙江安吉發現的一個大滅絕後殘存期的特異埋藏化石群——安吉動物群,揭示了大滅絕後的奇異海洋生物世界,展現了「劫後餘生」獨特場景。

  然而,追根溯源,這一重大發現卻是張元動團隊承擔的中國科學院戰略性科技先導專項課題「中國典型頁巖層系地質特徵」,在全國範圍內尋找頁巖氣地層時的意外收穫。雖然山清水秀的安吉不是尋找頁巖氣的理想區域,但令這位中科院南京地質古生物研究所研究員沒想到的是,安吉為他準備了另一份驚喜。

  無心插柳,發現世界最豐富的海綿化石群

  「無心插柳柳成蔭,我們找到安吉動物群,正印證了這句話。」張元動說。

  2012年冬天,寒雨籠罩著安吉地區。在景色宜人的賦石水庫岸邊,由中科院南京古生物研究所、英國威爾斯國立博物館、浙江省地調院等聯合組成的「中英野外調查隊」為尋找筆石化石已經工作了數日。

  一天臨近傍晚收工時,來自英國的喬·博廷博士突然大叫起來:「這是海綿化石!」聞聲,張元動急忙趕來。因為「這個時期的海綿是沒有先例的」,謹慎起見,張元動拿起放大鏡細細觀察。在放大鏡中海綿化石的骨針呈束狀排列,軟軀體的輪廓形態也清晰可見。張元動確認,「這就是海綿了」。

  「當時確實沒有想過能找到海綿,太偶然了。你們知道,海綿是底棲固著的海洋動物,在這個200米深度以下的缺氧海底能發現這類動物,而且就在生物大滅絕後,確實非常意外。」張元動說。

  這一意外的發現,卻絕對是古生物研究史上濃墨重彩的一筆。這意味著,奧陶紀生物大滅絕後的4.44億年前的海底並非以往所認為的那樣沉寂和荒蕪。在海洋深處仍有豐富多門類、多種生態的生物繁衍生息,甚至還生機蓬勃。這一前所未有的發現向世人揭開了海洋生物世界「劫後餘生」的獨特面貌,其中意義,不言而喻。

  當談起這段經歷的時候,張元動興奮地圈點著那張當年在賦石水庫邊的合影,「就是在喬·博廷博士腳下這塊地方,我們發現了第一塊海綿化石」。

  也就是這一小塊無意之間發現的海綿化石,叩開4.44億年前的歷史大門。在之後的幾年中,張元動和同事們跟隨著化石的指引,發現了世界上最豐富多樣的海綿動物化石群——安吉動物群。至此,奧陶紀大滅絕後深藏於海底的生命記憶一點一點被尋回。

  篳路藍縷,創建我國第一枚「金釘子」

  「金釘子」是指在特定的巖層序列中,一個特定的點位被選作定義和識別地層界線的全球標準。對每一條界線而言,「金釘子」都是全球地層劃分和對比的唯一標準,因此這一研究體現一個國家地質學的綜合實力和總體水平,代表著國家榮譽,所以國際競爭也異常激烈。

  我國創建第一枚「金釘子」始於1990年,並在1997年正式確立在浙江省西部的常山縣黃泥塘剖面,當時張元動跟隨導師陳旭參與了創建的全部過程。

  張元動曾動情地回憶創建「金釘子」的那段歲月:「建立過程困難重重,相當艱苦,但每每總是峰迴路轉、柳暗花明。」

  「三山地區」交通閉塞,條件異常艱苦,工作期間還兩次險些翻車墜崖,而這些都被張元動一筆帶過。因為在創建「金釘子」的這7年中,最令張元動印象深刻的還是困擾了無數日夜的科學難題。

  當時擺在創建團隊面前有兩條道路:一是採用競爭對手提出的、但是相對成熟的傳統英國模式;二是基於尚不成熟的澳大利亞模式再做創新研究。兩相比較,難易立現,但是創建團隊仍舊義無反顧選擇了後者。

  「千淘萬漉雖辛苦,吹盡狂沙始到金。」在大量的觀察對比研究後,中國「金釘子」創建團隊解決了種種疑難問題,最終贏得了國際上的普遍認可,為中國爭取第一枚「金釘子」奠定了不可撼動的基礎。

  「金釘子」確立後,曾經是浙江最為落後的「三山地區」修通了最近的直達公路,也修建了跨河大橋、公園管理處、氣勢恢宏的主題廣場和頗具江南特色的時光長廊,甚至在剖面山後不遠的水庫邊還開發了幽靜的度假山莊,遊人可以在參觀過「金釘子」剖面後在那裡休息,還有許多年輕情侶到地質公園拍攝婚紗照,期望愛情像「金釘子」一樣恆久。

  「當年剖面的面貌和我們工作的情景,只有在我們的野外記錄本、發黃的照片和難以磨滅的記憶裡才能找到了。」張元動說,這枚「金釘子」的來之不易,可能也只有那一輩的創建者才能了解。

  結緣筆石,尋找頁巖氣的「GPS」

  頁巖氣是一種清潔的非常規能源,具有開採壽命長、生產周期長的優點,我國頁巖氣存儲量巨大,經濟價值可觀,越來越受到重視。目前我國品質最好的頁巖氣主要存在於地表以下3000—5000米的黑色頁巖中,其中形成於距今4.50—4.38億年前的奧陶紀-志留紀過渡時期的黑色頁巖尤為重要。因此,想要尋找頁巖氣第一步就必須要確定這套頁巖的地理分布並準確測定地層年代。而在這個問題上,當前所有現代科技都統統「束手」,要麼用不上、要麼定年精度不夠,只有依靠其中的筆石化石來為地層定代。

  張元動所研究的筆石化石,正是一種可以精確測定奧陶紀地層的化石種類。通過尋找和鑑定筆石化石,來精確劃定地層年代,區分不同時期的頁巖,從而定位那些富含頁巖氣能源的黑色頁巖。可以說,筆石化石是尋找頁巖氣的「GPS」。

  「全國各地的頁巖氣生產單位都將一批批筆石化石標本寄到所裡,讓我們鑑定,提供地層劃分的精度數據。」張元動如是說。不僅如此,他還要帶領團隊常年奔波在野外,為頁巖氣勘探和評價提供更直接和全面的科學依據。生產單位根據該研究結果,在重慶巫溪、四川長寧等地已經打出了多口有開採價值的頁巖氣井。接下來,他們還要繼續在四川、雲南等地尋找新的頁巖氣資源。

  張元動把發現的每一塊化石都視若至寶,工作離不開石頭,生活也少不了石頭的影子。在別人的眼裡,張元動所在的古生物所背靠北極閣,山景旖旎,而在他眼裡只有侏羅紀地層概念(山體基巖的時代是侏羅紀的)。每到周末,別人帶著孩子去郊外、公園遊玩,但張元動卻帶著女兒在南京周邊的山林裡辨認地層標誌。

  記者來到他那間只有十平米的辦公室,裡面堆滿了各種書籍文件資料、觀測儀器和化石標本,想要進出都得小心翼翼,生怕驚醒了那些「沉睡」的石頭。一說起那些石頭,張元動就兩眼放光,將化石從保護袋中小心翼翼地取出,一一向記者講解說明。

  張元動告訴記者,一年中大部分時間,都奔波於全國各地尋找化石。每次野外勘探前,他都需要閱讀大量的資料文獻,詳細了解勘測地的地質特徵和化石特徵。每每遇到珍貴的化石從不放過,即便是在走路都喘粗氣的珠峰地區,張元動也要不遠萬裡將石頭背回來珍藏並供研究用。

  (原載於《科技日報》 2017-04-10 05版)

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