历史性突破！“双非”高校首篇Science！80后教授死磕5年：做别人不敢做的事
时间2023-05-17
在旁人眼里，祁第是一个很“疯狂”的人，从不按常理出牌。
从小不好好读书，后来随便读了个地方普通大学。就在亲戚朋友都以为他毕业后会接手家里的生意时，他突然“觉醒”了，以优异的成绩考上985高校，并拿下了博士学位。
毕业后，他进入一所国家级科研机构就职，科研起点挺高。没成想画风又是一转，他辞掉了这份令许多人艳羡的研究所工作，到一所“双非”高校“从零开始”。
此后，他一年内连续在地学领域顶刊Geophysical Research Letters发表三篇文章、半年建成高水平实验室……这一次，他更是为所任教的集美大学带来了校史上首篇Science论文。
Science在线发表了这篇以祁第为第一作者的论文，聚焦北冰洋快速酸化研究。这项祁第“死磕”了5年的研究，终于交出一份满意的答卷。
2022年9月30日，集美大学（第一完成单位）港口与海岸工程学院极地与海洋研究院科研团队在Science（IF=63.7）在线发表题为“Climate change drives rapid decadal acidification in the Arctic Ocean from 1994 to 2020（《气候变化导致1994年到2020年北冰洋快速的年代际酸化》）”的研究论文。
这是集美大学首次以第一完成单位在Science刊发研究成果，实现了科研工作的历史性突破。据悉，这也是我国大陆地区近20年来在海洋科学领域以第一单位和第一作者身份发表的仅有的几篇Science文章之一，具有极强的原创学术价值，引起了国际学术界广泛关注和巨大反响。
本研究集成北冰洋28年船载观测数据，揭示北冰洋海洋酸化速率为全球最高，且为全球其他开阔大洋的3-4倍，并进一步提出“ice melt-driven enhanced anthropogenic CO₂ acidification（融冰驱动增强人为CO₂酸化）”的创新机制，阐述了气候变化下北冰洋海冰退缩是导致快速酸化的幕后推手。
“疯狂”的经历：读博期间跑两次北极
在中国第七次北极科考中的一张照片上，祁第恣意地笑着，那时他还是厦门大学的一名博士研究生，正在潜心研究海洋酸化问题。
什么是海洋酸化？海洋是地球上重要的碳汇，不断吸收人类排放到大气中过量的二氧化碳，导致海水逐渐变酸。
在去北极之前，祁第参考的研究海洋酸化数据都来自国内外同行在网上的共享。“我也想拥有属于自己的数据。”他在接受《中国科学报》采访时说。
一个研究海洋科学的人，怎能不出海？而研究海洋酸化，又怎能不想去趟极地呢？
毫不夸张地说，北极是全球对气候变化最敏感的地区。由于气温低，北极海洋比地球上其他海洋更易吸收二氧化碳，大约占全球20%，是酸化最严重的地区，也是全球海洋酸化研究的“领头羊”。
祁第共去了两次北极，一次是2014年，另一次是在2016年，两次都被评为北极科学考察优秀队员。当年的这番操作，让人觉得他很“疯狂”。
要知道，很少有人会在读博期间跑两次北极。因为时间跨度太长了，“雪龙”号科考船前往北极考察要三个月，这期间吃住、工作全在船上，而且出发前和返航物资准备以及样品分析得用半年。读博总共才4年，去北极考察就耗费了两年多时间。
但祁第非常看重这两次北极之行。“虽然过程很辛苦，但是这种经历特别重要，收获很大。”
最初，他还会和其他同行的科研人员一样，为能亲眼看到北极熊而激动。后来，再有什么新奇的事物出现，他都无暇他顾，因为要马不停蹄地采集海水和海冰样本。
除了要适应海上颠簸引发的头晕目眩外，科考队员还要在严酷的北极环境中执行科考任务。尤其是冰站作业期间，既要应对北极恶劣的气候条件，又要提防随时可能出现的北极熊，这对体力、耐力、胆量都是极大的挑战。
祁第（左）在北极冰站放采水器 受访者供图
每次放下采水器，都要从表层探到底层，最深能到五六千米。共分为20多层，每一层需取三四个参数，所有层算下来得采集七八十管样品，然后每管进行测量，最后打包封装贴好标签，要花上好几个小时。
这样的采集流程，每到一个站点都要重复一遍。而站点与站点之间的航距又很近，有时甚至不到一个小时。
“我们都是不分昼夜，24小时随时待命，只要开到下一个站点，立马起来干活，一直保持这种状态。”对做研究有一种“执念”的祁第而言，这种累，既充实又快乐。
除了收获大量宝贵的样本数据外，他还在北极科考中交到了志同道合的朋友，那是一位做物理海洋研究的同龄人。祁第当时的研究课题要解释酸化海水为什么扩大，正好需要用到物理海洋知识，这位同行的出现恰逢其时。
2017年，他们合作的这项研究以封面文章的形式发在Nature Climate Change，这是祁第以一作发表的第一篇文章。该研究成果入选2017年度“中国十大海洋科技进展”，排名第一。
祁第教授参与中国北极科考的场景 受访者供图
历时5年，47航次！“别人都不敢这么做”
近年来，全球都在聚焦海洋酸化研究，越来越多的科研人员参与进来，但能做出成绩的寥寥无几。
这不足为奇，相较生命科学、材料等领域来说，海洋科学领域要发CNS（Cell、Nature、Science三大顶刊）本就是一件难事。全球研究北极碳循环与酸化发在CNS以及子刊的文章大概也只有10来篇。
这次在Science发表的研究成果，历时长达5年。这么长的时间跨度里，祁第又做了一件“疯狂”的事。
他和团队成员汇总了1994年~2020年间共47次北极调查航次里所有收集的数据。为什么说此举甚是“疯狂”呢？
“因为别人都不敢这么做。”一般做海洋化学研究的通过1~2个航次获得的数据，就能写文章，而祁第集成了47航次才出一篇文章。
海洋化学领域，很少有人在熟悉碳酸盐体系基础上，还具备编程、大数据分析能力，也就无法做到研究的时间够长、空间够广。所以他们的研究结果很难看出大的变化，也没法跟气候变化串联起来。而祁第在读书期间已经练就了这些本领，在海量数据中“淘洗”出“真金”并不难。
根据他们的发现，北冰洋酸化程度逐年增强，且影响范围已延伸到北纬80°海盆区，其酸化速率是其他大洋的3-4倍。同时，氢离子的增加率也比其他大洋快约4倍。
北冰洋快速酸化的主要原因，正是海冰消融：一方面暴露的海水表面增加了对大气二氧化碳的净吸收；另一方面冰融水对海水的稀释削弱了其缓冲能力，加剧了大气二氧化碳的入侵。
这对全球来说都是非常糟糕的“信号”，生活在地球上的人类也无法独善其身。
因为人类排放的二氧化碳如同看不见的“病毒”，通过海气交换可以渗透到海洋的各个角落，其对北冰洋生态系统的危害和影响是深远和难于预估的。
通过北冰洋的年际变化，我们切实地看到人类对这片纯净海洋的破坏和伤害。若能“及时止损”，节能减碳，或许对未来海洋酸化的预言可以“原地止步”。
这篇文章让Science编辑眼前一亮，除了研究内容非常全面外，就连配图都做到了“极致”。别看正文只有4幅图，补充材料里则提供了20幅图，里面充满了大量的诠释，足见作者之用心。
所以文章发表过程很顺利。今年1月份投出，8月份便接收，9月30日就发表了。
在全球暖化的影响下，北极海冰面积急剧减少，夏季甚至出现了无冰区！除了影响北极生物的生存空间，还产生了“看不见”的环境问题——北冰洋酸化。
海洋酸化是指海水不断吸收人类排放到大气中过量的二氧化碳（CO₂），使海水逐渐变酸（pH和文石饱和度Ωarag下降）的现象。由于北极气温低，北极海洋相对世界其他海洋更容易吸收CO₂，但上世纪90年代时，北冰洋海盆>90%面积常年覆盖海冰，阻隔了大气与海表的CO₂交换，故彼时北冰洋海水的pH和Ωarag维持在较高水平。然而本世纪初，由于气候变暖，北冰洋的海冰逐渐融化，使海水暴露于大气的面积增加，大幅度增加了对大气CO₂的吸收，但也直接导致北冰洋快速酸化。
Qi和合作者汇总了1994年至2020年间所有北极调查航次数据，基于表层海水中的pH和Ωarag的观测结果，揭示了北冰洋酸化程度逐年增强，且影响范围已延伸到北纬80°海盆区，其酸化速率是其他大洋的3-4倍！
在此基础上，Qi等为了探究导致北冰洋快速酸化的原因，归纳总结了近30年海冰和海表碳酸盐系统的年代际变化特征和规律，并量化不同环境因素对碳酸盐系统缓冲因子的影响，明确指出海冰消融是导致北冰洋快速酸化的主要原因：一方面暴露的海表面增加了对大气CO₂的净吸收，另一方面冰融水对海水的稀释削弱了其缓冲能力，加剧了大气CO₂的入侵。Qi和合作者将这一机制命名为“海冰消融驱动的人为CO₂酸化加剧”（Ice melt–driven enhanced anthropogenic CO₂ acidification）。
近几十年来，大气CO₂的增加主要是人为活动排放的结果。地球作为完整的生态系统，人为碳的排放必将影响到各个角落。Qi等指出，如果全球气候变暖进一步发展，“海冰消融驱动的人为CO₂酸化加剧”这一机制将继续影响北冰洋，可能会对生活在其中的生物和生态系统造成不可恢复的影响；同样，这一机制也可能在南大洋海冰区发挥作用，南极海洋也无法逃脱人为CO₂的阴影。
极地生态系统是脆弱的。人为CO₂如同看不见的病毒，通过海气交换可以渗透到海洋的各个角落，其北冰洋生态系统的危害和影响是深远和难于预估的。通过北冰洋的年际变化，我们切实地看到人类对这片纯净海洋的破坏和伤害。若能“及时止损”，节能减碳，希望Qi等对未来海洋酸化的预言可以“原地止步”。
据了解，集美大学极地与海洋研究院科研团队祁第教授为该论文的第一作者，集美大学陈立奇讲座教授、美国特拉华大学的Wei-Jun Cai教授为共同通讯作者。极地与海洋研究院吴瀛旭副教授、庄燕培教授为文章合作作者。
本研究的合作单位包括自然资源部第三海洋研究所、美国特拉华大学、中国极地中心、自然资源部第二海洋研究所、中山大学、美国NOAA等国内外知名科研院所。
研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国南北极考察评估项目、中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目、中国极地研究中心的支持。
祁第所在的集美大学极地与海洋研究院成立于2021年9月。该院致力于为我国气候变化应对和生态文明建设的重大需求提供科学支撑和决策参考。研究院团队是国内最早开展海洋酸化、碳循环研究的队伍之一。
文章来源：材料学网
