——记南方科技大学海洋科学与工程系教授刘青松

本刊记者  李 刚

　　
　　
　　进入新世纪以来，海洋再度成为世界关注的焦点，海洋的国家战略地位空前提高。我国也提出了“逐步建设成为海洋经济强国”的宏伟目标。由海洋大国走向海洋强国，在进军海洋道路上，实现一个又一个“蓝色的梦”。
　　作为海洋研究的一员，刘青松教授及其团队的“海洋磁学”研究显得神秘而有趣。通过自然介质磁学参数的测定和分析，不但可以揭示地球磁场方向的规律交替变化，推测过去地质时代的大事件，而且还可以用来构建古气候变迁，以及监测污染的分布和追踪污染物的来源等，这将对我国乃至全球气候研究产生重大影响。“畅游”大海数年，刘青松不仅取得了多项创新型成果，他更希望，“在未来几年中打造出一支世界一流的海洋磁学团队，为我国的海洋科学事业做出应有的贡献。”
　　
神秘的“海洋磁学”

　　何为海洋磁学呢？
　　以磁学性质为特色研究手段，通过确定陆地岩石与海洋长序列沉积物的磁性，研究相关的构造、环境与气候变化，这是刘青松及团队“海洋磁学”研究的奥妙所在。长期以来，刘青松为更好地探究神秘而又有趣的“海洋磁学”，从古地磁学、岩石磁学和环境磁学等领域进行了多项综合研究。
　　磁性矿物无处不在，它们能沿着地磁场方向排列，记录古地磁场信息。在地球上任何地方，岩石所获得的磁化方向与当时当地的地磁场方向一致,并被岩石“锁定”起来。如果这些岩石在磁化以后，地理位置发生了变化，比如发生了板块漂移，或在原地发生了水平转动，那么保存在岩石内部的磁化方向也将随之改变其空间方位。因此，通过对磁化方向的易位可反推地块的原始地理位置。此外，磁性矿物的生成、运移和沉积过程受控于当地的气候和环境因素，磁性矿物的含量、粒径、种类和各种磁性矿物的组合对气候和环境因素极其敏感。样品的磁学性质，因此，这些磁学性质就可以被用来构建高精度的以后与环境演化。此外，磁场起源于地球外核，古地磁信息就记录了地球磁场的变化特征及相应的地球内部动力学构成。利用自然介质记录的古地磁信息和本身的磁学性质，刘青松教授的磁学研究可以在很多热点地质问题上大有作为。
　　刘青松与团队通过解译与对比海洋与陆地介质记录的磁学信息，探讨地球磁场演化与地球内部动力学过程，研究全球气候变化与古海洋演化。目前他的研究体系包括青藏高原隆升—亚洲内陆干旱化与粉尘产生—海洋粉尘输入—生物效应体系研究、东亚边缘海年代框架与沉积体系研究、海洋磁异常条带与洋壳演化动力学研究以及岩石磁学、环境磁学、古地磁基本理论体系研究等。这些研究的研究尺度横跨微观纳米物质结构和宏观全球气候动力学过程。
　　通过多年的探索，刘青松在岩石与矿物的复杂磁性机理、沉积剩磁获得机理与地球磁场演化、海洋磁学、大陆架沉积物年代学与古环境演化等方面取得了重要成果。
　　其一，拓宽并发展了岩石磁学基本理论。岩石中包含复杂的磁性矿物组合，磁性矿物是古地磁记录的载体，其基本磁性与记录古地磁信息的机制是古地磁领域的前沿科学问题。综合应用岩石磁学、矿物学、透射电子显微学和微磁模拟技术等，刘青松及其团队对人工合成和生物合成的磁性矿物进行了系统的磁学研究，厘定了磁性矿物种类、形状、尺寸、成分、内部应力和低温氧化等物理化学因素对磁畴结构及剩磁记录能力的影响，确定了复杂磁性颗粒的剩磁记录机制，为正确解译岩石剩磁机理提供了理论基础。而对这些矿物的准确鉴别和定量化，一直是古地磁学研究的前沿问题。通过对实验室合成磁性矿物、以及天然样品中各类磁性矿物的系统研究，刘青松及其团队提出了一系列表征这些矿物特征的重要参数，构建了新的磁学指标体系，为提高古地磁数据的可靠性提供了新思路。同时，确定了不同沉积环境中磁性矿物的形成、转化与环境的关系，为解译沉积物复杂的磁学性质提供了理论基础。这也为后续土壤磁学、海洋磁学研究提供了坚实的理论基础，极大地推动了古地磁的学科发展。
　　其二，建立了海陆沉积物气候对比标尺。土壤的磁性变化机制是解译其蕴含的气候与环境变化的核心问题。刘青松及其团队通过对全球典型地区天然土壤剖面的磁性研究，提出了土壤磁性增强的新模式，进而在利用岩石磁学方法恢复古地磁场和古环境演变等关键科学问题上取得了新进展；系统地确定了中国黄土—古土壤序列中主要磁性矿物的性质及其气候含义；利用动态的过程揭示了中国黄土的剩磁记录机理，确定了松山布容地磁极性倒转边界在海洋和中国黄土序列中的地层位置，为建立中国黄土序列的新年龄标尺提供了依据，为海陆沉积物信息对比提供了基础，对研究全球气候特征具有重要意义。
　　此外，还揭示了北太平洋亚洲粉尘输入与生物相应。粉尘演化及其对气候、环境以及生态的影响，一直是全球气候变化的焦点问题之一。以系统的岩石磁学研究为主要手段，以亚洲内陆粉尘源区及其内陆沉积区的磁性特征研究为基础，刘青松及其团队构建了北太平洋沉积物记录的亚洲粉尘信息，从区域的角度研究了亚洲内陆干旱—半干旱地区环境与青藏高原隆升的相互耦合过程，发现陆源粉尘携带的铁成分对大洋生物循环起着重要的调节作用。
　　大陆架是研究大陆物质从源到汇、海陆耦合、全球候变化、以及环境和人类科持续发展的重要区域。我国东部边缘海大陆架独具特色，是开展以上科学问题的重要场所，是我国海洋学科发展的重点。但是，大陆架区沉积环境复杂，缺乏精确的年代框架。以现今的岩石磁学和古地磁学手段为基础，综合地层学、生物地层学、年代学等学科，刘青松及其团队还建立了我国渤海、黄海和南海沉积序列高精度的磁性地层，确立其年代框架，极大地推动了我国边缘海的研究。
　　刘青松还积极参与我国在南海的IODP计划，在南海演化和深部结构方面作出了贡献。
　　
梦想与脚步同在，成绩与荣誉并举

　　1999年，为了拓宽视野，在专业领域获得更多理论和知识，刘青松漂洋过海，在美国明尼苏达大学经过5年钻研，2004年顺利获得了地质与地球物理系博士学位。2005年，怀揣着梦想，永不止步的他又在美国加州大学Santa-Cruz分校地球与行星科学系完成博士后研究。2005年，专业上的突出表现让他获得了欧盟享誉盛名的玛丽居里奖学金，并在英国国家海洋中心做研究；2007年，获得该中心的Lecturer职位。从1999年到2007年，在留学美英的8年中，刘青松在专业领域内取得了突出的的成绩。
　　为了能为祖国的海洋事业添上更鲜艳的一抹蓝色，在2007年年底，刘青松入选中国科学院“百人计划”，任地质与地球物理研究所研究员，博士生导师。在回国的10年里，他同样用耀眼的成绩证明了自己。
　　从2007年年底回国以来，刘青松主持了10余项科研项目，包括国家自然科学基金面上和重点项目，中国科学院战略性先导技术专项子课题、中国大陆架钻探计划专题子课题等。
　　其中，已完成的课题有欧盟Marie-Curie基金合作项目（2009）、国家自然科学基金面上项目“我国典型土壤剖面中磁性矿物的生成与转化机制研究”（2009～2011）、院创新性项目“青藏高原晚新生代盆地的磁性地层学与环境学研究”(2009～2011)、中国科学院“百人计划”（2007～2012）、国家杰出青年基金（2011～2014）、中科院“生物磁导航”创新交叉团队项目（2012～2015）、中国科学院战略性先导技术专项“页岩气勘探开发基础理论与关键技术”子课题“应用古地磁技术对页岩岩心定向研究”（2014～2016）、科技部重点研究计划“亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应”、课题“亚洲风尘远程输送及其对海洋生态系统的影响”等。
　　目前，刘青松正在进行的研究项目包括国家自然科学基金面上项目“反铁磁性矿物磁性机理与应用研究”（2014～2017）、中国大陆架钻探计划专题“中国陆架区磁性地层学研究”（2013～2017）、亚洲大陆边缘项目（2015～2019）、国家自然科学基金重点项目“末次间冰期以来北太平洋粉尘记录及西风带演化机制研究”（2015～2019）。 
　　多年不懈的研究，在海洋磁学等领域，刘青松取得了一系列重要成果。其中，发表国际SCI论文160余篇，被引用4200余次。由于在该领域的贡献，2012年刘青松获邀在国际著名刊物Review of Geophysics上撰写长篇综述，对岩石磁学与环境磁学近30年的发展进行总结与评述。该文已经成为该领域的经典与热点文章。除此之外，刘青松还于2012年获得中国科学院青年科学家奖；2014年入选科技部中青年科技创新领军人才“万人计划”，并获得美国明尼苏达大学百年百名华裔优秀校友奖；2015年入选中科院特聘核心骨干研究员，并成为青岛海洋科学与技术国家实验室首批“鳌山人才”卓越科学家。
　　
探究海洋奥秘，揭秘全球磁场与气候演化史

　　西风带是大气环流的重要组成部分，是联系高低纬气候区的纽带，尤其是东亚季风气候区与北大西洋气候区的重要纽带。其演化过程与机制及其对全球气候的影响，是目前古气候学研究的前沿科学问题。
　　从卫星云图上可以看到，我国地处亚洲季风和西风带共同作用区。二者相互作用，在不同时间尺度下控制着我国的气候格局，对亚洲内陆区的气候演化也产生了重大影响。“研究西风带的演化模式，对于理解我国的气候格局、亚洲粉尘活动，甚至对全球气候演化研究都具有非常重要的意义。”刘青松表示，这同时也是他进行该项目研究的初衷。
　　亚洲内陆干旱化过程与粉尘排放对当地的地理环境、植被生态分布以及经济发展等产生着直接影响。系统地研究西风带与亚洲季风的演化与相互耦合机制，是确定我国西部环境演化模式的基础。此外，通过生物泵的作用，粉尘输入对海洋的生物圈演化以及生物碳循环起着至关重要的作用，进而影响全球碳循环和气候变化。刘青松表示：“目前急需确定粉尘在地质历史时期的时空演化，查明未来亚洲粉尘排放的机理、趋势及其气候环境效应，为我国西部生态治理、经济可持续发展、环境和二氧化碳排放外交谈判提供科学依据。”
　　总的来说，对于亚洲陆内介质，其研究难点在于受到西风带和季风的双重影响，很难找到能够比较单一反映西风带的参数。海洋沉积物中的陆源粉尘蕴含丰富的大气环流模式(包括西风带)演化信息，且海洋沉积物往往具备很好的定年材料。于是，刘青松和团队转变思维，“研究的突破口可能在于跳出陆地，走向海洋。”中国北方风尘堆积序列和北太平洋海洋沉积物都记录了晚新生代以来北半球气候变化的历史，通过粉尘信息把海洋和陆地的气候记录紧密联系起来，这对研究北太平洋沉积物中记录的粉尘信息对东亚季风和西风带的演化研究将有着重大意义。
　　以北太平洋、东亚边缘海为突破口，进行地球物理学、地质学、古气候学与地球化学等方面的多学科交叉研究，以期构建高分辨率的亚洲粉尘演化历史，重建北太平洋记录的亚洲内陆干旱—半干旱区环境的时空演化过程，阐述西风带在不同时间尺度上的变化机制，阐明海洋风尘对碳循环的影响；结合东亚地区的季风记录，探讨海西风带与亚洲季风的耦合关系及其与全球气候系统的动力学联系。这也是刘青松和团队的奋斗目标。
　　除了沉积物，海底洋壳也蕴含着丰富的地球演化信息。当洋中脊喷发熔岩流后会逐渐冷却，其中所含的磁性矿物就能够记录当时的地球磁场信息。因此，通过研究海底磁条带，一方面可以追踪过去地球磁场的变化规律；另一方面，可以研究洋壳在过去的运动模式，可谓一箭双雕。在太平洋地区，海洋磁测数据是研究太平洋板块演化的重要基础。但是，上个世纪获得的数据精度和覆盖度不够，造成解释的多解性。随着海洋磁力仪灵敏度和探测精度的提高，急需在全球主要地区获得高精度磁学数据，从而在深海大洋构造演化方面取得全面进展。刘青松及团队目前正致力于推动新一代海洋磁测，推动太平洋板块定量化研究。此外将瞄准全球典型地幔热柱区，深入研究典型岛链的古纬度，探讨深部地幔热柱演化。
　　除了科研，刘青松还承担着教学工作，并取得了丰硕的成果和荣誉，深受学生爱戴。2013年荣获中科院朱李月华优秀教师奖，2015年荣获中国科学院优秀教师奖。身为导师，他一直秉承教学与科研并重的理念，并将一线科研的思想及时传递给学生。青出于蓝，而胜于蓝。在他的培养和带领下，学生们无论在科研上还是科研以外的工作中都取得了优异成绩，并得到了良好发展。其培养的博士后和博士生已经在各个岗位崭露头角。多名博士在读期间获得国家奖学金、中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士论文、朱李月华优秀博士生奖等。主要围绕海洋磁学、土壤磁性机制和磁性矿物的复杂磁性机理等方面开展工作。以第一作者身份，学生在读期间共发表SCI文章30余篇。
　　目前，刘青松在南方科技大学扬帆起航，建立起了一只年轻的科研团队。激情不减，青松常在，在神秘而又有趣的“海洋磁学”领域，刘青松及其团队正用热情探索着一项项新的奥秘，一层层未知而又神奇的面纱即将被揭开。
　　
　　
专家简介：
　　刘青松，南方科技大学海洋科学与工程系教授。主要从事古地磁学基本理论及其在地学中应用的基础与综合研究，在岩石与矿物的复杂磁性机理、沉积剩磁获得机理与地球磁场演化、海洋磁学、大陆架沉积物年代学与古环境演化等方面取得了重要成果。1989～1996年，就读于中国地质大学（武汉）应用地球物理系获学士、硕士学位；1996～1999年，就读于中国科学院地球物理研究所获理学博士学位；1999～2004年，就读于美国明尼苏达大学地质与地球物理系获博士学位；2004～2005年，在美国加州大学Santa-Cruz分校地球与行星科学系作博士后研究。2005～2007年，作为欧盟Marie-Curie Fellow在英国南安普顿大学海洋地球科学系及英国国家海洋中心作研究；2007年在英国南安普顿大学海洋地球科学系被聘为Lecturer；同年入选中国科学院“百人计划”，被聘为中国科学院地质与地球物理研究所研究员、博士生导师；2010年获得国家杰出青年科学基金资助；2015年为青岛海洋与技术国家实验室首批“鳌山人才”卓越科学家；2015～2016年，澳大利亚国立大学高级访问学者；2016年入选“万人计划”；2016年8月，加入南方科技大学海洋科学与工程系。