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腾讯科学WE大会:Jennifer Jackson 加州理工学院教授媒体访谈

来源:本站原创      时间:2019年11月29日


提问:为什么不远千里来到中国参加腾讯组织的这样一个活动,是不是和中国科学家、会议组织方之间的沟通比较顺畅,是否可以举一些例子表明一下。

Jennifer Jackson:之所以不远千里来到中国介绍我的研究,因为这对我来讲是一个非常好的机会,来探讨一下关于地球、行星的结构。腾讯组织的这个会议和往常我经常参加会议的情况不一样,往常参加的会议更多的都是聚焦于我所学习的地质物理学,在这里能够和来自于中国其它学科的创新人士交流是非常好的,我非常享受和来自于全世界的科学家,尤其是来自于中国的科学家交流,发现他们在这方面研究的数据、经验、地心研究的图片,通过这样的结合,可以更好地对地心内部结构进行探测。

提问:火星是否有和地球比较类似的植物、树等等,就是类似这样的一些生活环境?

Jennifer Jackson:火星的面积是地球的一半,内部结构和地球不一样,一般我总是从行星内部结构的角度来回答这样的问题,地球之所以适宜居住,是因为它的外核所产生的磁场,所以它可以对行星的表面进行保护。但是现在我们并不清楚火星是否也有类似的构造,可以对它的表面进行保护,从而可以使得它对其生物和生物多样性进行保护。

也是因为有了这样的保护,才有可能出现树等物种的演进,从而使得它成为一个支持生命居住的环境。

我觉得现在这也是地球学家、行星科学家、宇宙物理学家们共同研究的话题,大家希望了解一下行星的演进,以及了解未来是否存在居住的可能性,希望将来随着技术的进步能够回答这个问题。

提问:第一个问题,地球内部是未知的,对地心的探测是否担心会对地球内部造成一定的不稳定性,给地球带来一定的负面影响?

第二个问题,探测地心除了了解地球的过去,对目前现实生活的意义是什么呢?

Jennifer Jackson:有人觉得地心离我们的生活特别远,它在地球的深层,可能对我们的生活不是特别有影响,但是实际上地心的内核是固态的,这个内核如果有任何结晶变序方面的变化,就会影响外核的对流,很多科学家认为内核对于外核对流的支持是磁场成为可能的前提。

所以,如果说这个磁场出现了变化或者消失,就会失去对地球表层的保护。虽然说在以前的地质历史当中,这个磁场虽然会有一些变化,但是从来没有停止过对于生物的支持,所以对于人的生活是非常重要的。假如说外核的对流发生变化,可能会对我们的生活生影响。

提问:您的团队在研究地球内部两个巨大神秘"肿瘤"、肿块,我们非常感兴趣,这个肿块的研究能否推演出地球的过去,还有它从何而来?您刚才提到可能对地球的影响,"肿瘤"的顶部向上伸出很多树枝状的结构,应该是与地表的火山有相连的,对火山的活动会不会有什么影响?

Jennifer Jackson:这两个肿块的话题非常有意思,在地心和地球的外核和地幔中间有两个这样非常大的肿块,一个在太平洋板块之下,另外一个在非洲大陆之下,大概直径是1500公里,在地幔和外核的中间,这个尺寸相当于月球的直径那么大,但是不是那么精准。

刚才您提到过树枝形状的结构是和地球表面很多大型火山的活动有连接,我们在过去几十年对于这些大火成岩区进行过非常多的研究,而且认为这些大火成岩区和地球上物种的变化有关联。

这些地球表面上所发生的大型火山事件,可能和地球内部的肿块有关系,因为这个肿块会产生非常大量的熔岩,如果这个是浅层的,不可能产生出这么多熔岩,所以这可能是有关联的。

关于地球的过去和现在的关联,这是一个非常重大的问题,可能会影响到我们对于这样的肿块怎么形成的理解。因为这两个肿块特别大,所以大家推测可能它们已经存在了几十亿年,但是目前我们不清楚它们是否是孤立存在的,因为感觉它们和火山活动有非常大的连接。

现在有一个可能的结论,就是任何的行星,包括地球,它内核的物理和化学变化,都会影响到行星表面的一些特征,包括行星表面的可居住性。

提问:第一个问题,说到这两个肿块,我想问的里面可不可能存在完全不同于人类的生命,比如说他们不用呼吸氧气,他们可以耐高温。

第二个问题,人类可不可能在未来几年,或者有没有一个时间节点可以进入到地心去看一看?

Jennifer Jackson:首先从人类讲起,人类是一个对温度非常敏感的物种,最多能够承受60℃的温度,有些物种可能比我们稍微好点,但是最多承受120℃的高温。

刚才提到的这两个肿块在地心非常深的地下,大概在地下2000公里的地方,而且那个地方的温度大概是2000℃,哪怕就是想像一下,我们也很难想像会有物种能够承受这样子的高温,至少目前我们还没有能够想像出有(这样的)物种。

关于将来是不是可以去地球的内部进行探索,也许我们可以往地表下一点点的地方去探索一下,但是因为从地壳到地幔,越往下温度越高,比如说在地壳和地幔中间,这个温度可能已经是500℃,我们可能需要打造一个能够帮助我们承受这样子的高温、高压的容器才可以。

刚才我们只讲到高温。如果是高压的话,就是在那个地方的压力可能是我们现在这个屋子压力的50万倍,现在还是没有这样容器存在,如果有的话也只是在科幻小说、好莱坞的电影当中。

但是,我们希望将来能够通过探针对地球内侧进行研究,这样可以帮助我们了解在地球的内部到底是哪些材料可以承受这样的高温和高压,从而帮助我们了解什么样的物种,以及物种怎么样能够承受这样的高温和高压。

提问:第一个问题,别的物理学家都在仰望星空,去探索宇宙,您反而是向下看地球内部的构造,您有什么样的契机,或者人生中有什么导师指引你走上了条研究道路?

第二个问题,我们周边每天都在发生地震,您是否认为地震和一个国家的命运有关系?

第三个问题,您的研究是不是可以研究到地震在哪些国家,以怎样的形式发生,最多能够预测到多少年?

Jennifer Jackson:先回答第一个问题,我对于外太空的研究非常热衷,小时候我非常喜欢仰望星空,很好奇其它行星到底是什么样的,以及想像着将来有一天是不是可以去其它行星探索一下它的表面,甚至有可能去探索一下它的内核。

长大之后我有机会经常外出去探索自然,比如自然公园等等,同时我还上了一些地质学的课程,这样的话可以对于地球的构造有更多的了解,也知道了地球表面的构造和地球内部的结构有什么样的关联。

上大学的时候,我在伊利诺伊州大学的实验室和教授一起,通过激光对高温高压环境下的矿石研究,这样的话让我觉得在做实验的同时可以模拟仿真一下行星的构造,了解一下地震波以及地震波产生的影响,从而让我们了解地质的历史,所以说非常高兴。

您的第二个问题是关于地震的预测,我觉得我们在研究当中经常会使用地震以及地震所产生的能量,来判断对地质构造的一些影响等等。我的其它同事还有中国的一些科学家们,会自己直接对地震本身这个现象进行研究,研究一下地震爆发的情景,以及地震的爆发对于复杂的地质和地表结构产生了什么样的影响。

现在(科学家们)对于这个话题的了解更多一点,但是我觉得可能也只能在非常遥远的未来才能够进行比较准确的判断、预测。现在有一些地震学家,他们最多只是有一个概率性的判断,比如说大概在什么地方、什么时间可能会有地震的发生,但是因为地球的结构非常复杂,里面有很多的硅酸岩石、软岩石等等,包括我们现在还不太了解的板块运动等等。

(基于)它的结构复杂性,我们现在还不能够有这样一个学科,不能够对于地震发生进行准确的预判。

提问:近几年一些很少发生地震的地方也开始发生地震,是不是说明全球地震次数会增加?虽然地表和地心的距离很长,但是人类的过度开采会不会对地心、地球结构稳定性有影响?

Jennifer Jackson:这个问题有一定的哲理,但是从另一方面来讲也有科学上可以回答的方面。我们现在其实很难了解人类活动对于地表产生的长期影响,但是从地心来讲,地心是比较坚强的,不太容易受到人类在地球表面上开采活动的影响。

人类在地球表面上,对于各种各样自然资源的开采确实值得我们担心,人类如果希望有一个可持续的地球环境,就需要对地球进行保护。也就是说,我们需要意识到某一些自然资源是有限的,很多自然资源,包括水,虽然地球表面70%是被水覆盖的,但是很多并不是淡水。

包括在海洋深处,到底海洋深处物种的多样性到了什么样的程度,我们的了解并不是很深。我们现在依然在海洋深处不断发现有新的物种存在,我们在加州理工学院的一些同事也会专门研究海洋深处的一些物种,因为我们现在对于生物多样性程度的了解还不够,所以意味着我们要保证这些生物、物种的存在,就必须保证它们所生存的环境不会得到改变。

如果说它们生活的环境有一个环节发生了变化,可能对于人类的演进和长期发展也会产生影响。

提问:第一个问题,想要推进您和您团队的研究现在还需要突破哪些技术上的难关?

第二个问题,中国在研究地心相关领域有哪些比较好的条件?

第三个问题,从您个人经验来看,作为一名女性科研者,您是否遇到过和男性科研者不一样的挑战?

Jennifer Jackson:关于如何进一步促进我们研究方面的技术,现在可以再进一步通过改善实验的条件,促进我们将研究成果变得更好。如果我们能够有非常大型、能够产生非常好的X光、电磁辐射的设施,对我们的研究肯定是非常有帮助的。包括我现在在工作当中所使用的探针,通过这样的探针可以对地下的矿物进行实际存在环境的仿真研究。

因为我们要研究的这个环境必须是像我们现在所坐这个屋子压力的上百万倍,所以说样本就必须非常小。近些年在这些设备方面有一些进步,包括中国的大规模设施开发和研究,对于地球科学家、矿物研究人员来讲,肯定是非常有帮助的,可以帮助他们在更加类似的环境下研究,同时还可以进一步的测量地球内部的大型低速切变区等等,可以使用像地震波测量仪这类工具,来帮助我们更好地了解。

作为一个女性科学家,我觉得能够有机会培养一些年轻女性的科学家是非常开心的。这些年我在实验室看到有越来越多年轻女性科学家进行这个领域的研究,之后她们会进入到科学领域,或者是行业,甚至还会担任一些领导、导师的职位,而且这样的女性科学家数量也在增加,我觉得这个是我作为女性科学家比较高兴的事情。

提问:关于肿块或者大型低速切变区,就是之前提到的肿块,肿块和地表的火山是有关联的,想问一下有没有通过火山的活动导致肿块当中的材料被喷射到空气当中?

Jennifer Jackson:这个不光光是我所在的学科,同时还有其他的,比如说地质、化学家们他们所研究的一些前沿的领域。从我们科学家在地表所搜集到的样本来看,确实这个样本当中含有一些特征显示出它是源自于我们称之为海洋玄武岩的爆发。

海洋玄武岩的话,它的组成和同位素都和其他地方的玄武岩是不一样的。所以有人觉得,比如像来自于夏威夷或者冰岛的海洋玄武岩,它是不是源自于地心非常深层次的地方,也就是这个肿块,这个方面有很多工作需要做。现在通过我们在实验室所做的这些实验,再加上地震波探测仪的观测、地球化学方面的观测,希望能够解答这个问题。

提问:这个肿块的发现跟我们之前对地球内部结构的想像是否相同?回到研究本身,在您发现这个东西之前,是偶然的发现,还是说您着手布置这些探针,发现这个东西的时候您已经有所假设了?

您也说到您关心其它领域的研究,包括它们的路径,请问最近对您最有启发的是哪个领域的研究?

Jennifer Jackson:大概在一个世纪之前,我们开始用地震图谱的方式对地震波进行收集和研究,也就是在地震之后收集地震波,这个大概在上世纪初,差不多一个世纪之前才变得比较可行。通过地震波的研究之后,发现原来地球有一个地核,在1936年的时候,有一个教授叫做英格·莱曼,他发现原来在地核里面又分成一个固体的内核,外面是一个液体的外核。

再之后有很多其它方面的努力,包括我所在的地震实验室,也起到了非常重要的作用。我们在南加州部署了很多这样的地震图谱工具,来进行研究,这样我们不仅可以了解和研究地震的发生机制,同时也可以了解地球内部结构到底是怎样的。

到了70年代的时候,在地球上有了更多地震站,以及计算能力的加强,使得我们可以去做一些仿真。我们通过收集地震波的数据,可以创造出关于地球内部的一些图片。也就是说,在70年代的时候才有一个叫做层析图像的工具,我们通过对地震波的收集,可以了解到在地球哪个地方地震波的速度很快,哪些地方速度非常慢,通过收集这样的地震波图片,才会发现肿块的存在。

再之后地质学家、地震学家,刚才所讲的这些技术之前,他们知道地球的结构是非常复杂的,但是他们并不知道这个复杂程度到底是怎样的,后来因为技术的进步,所以大家才有了更加深的影响,包括对于地球表面的板块运动、地球内部的关系有了更多的了解。

现在人们可以通过量化的方式了解地表和地心之间的关系,在之前存在很久的对流对于地球表面、大火沉岩区的存在又产生了怎样的影响,而这个又会对我们地球上物种的存在、生物多样性有非常大的影响。

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