Sie hat ihre Wurzeln in der Isotopen-Geochemie und ist entschlossen, bewohnbare Planeten außerhalb der Erde zu erforschen!

Im riesigen Universum werden ständig verschiedene Elemente erzeugt und zerstört, wodurch ein komplexer Elementkreislaufprozess entsteht. Gemäß der Urknalltheorie gab es zum Zeitpunkt der Entstehung des Universums in der Umgebung mit hohen Temperaturen und hoher Energie nur leichte Elemente wie Wasserstoff und Helium, die die Grundlage für die Entstehung und Entwicklung des Universums bildeten. Im Laufe der Entwicklung des Universums werden durch Kernfusionsreaktionen im Inneren von Sternen weitere Elemente synthetisiert, wodurch das Spektrum der Elemente im Universum bereichert wird. Die Isotopenzusammensetzung und -verteilung dieser Elemente sind entscheidend für das Verständnis der Evolutionsgeschichte des Universums und der Erde.

Gibt es im riesigen Universum bewohnbare Planeten wie die Erde? All dies ist untrennbar mit der theoretischen Grundlage der Isotopengeochemie verbunden.

▲ Um dieses Geheimnis zu ergründen, konzentrierte Zhang Pu, ein Forscher am Internationalen Forschungszentrum für Planetenwissenschaften der Technischen Universität Chengdu, seine Forschung auf die Entwicklung von Methoden der Isotopengeochemie und Chronologie und deren Anwendung in der Erd- und Planetenforschung und führte eine Reihe wissenschaftlicher Forschungsarbeiten durch. Seit mehr als zehn Jahren vernetzt sie ihre Forschung in einem umfassenden Spektrum und sieht ihre Mission darin, Technologien zu entwickeln, die für nationale und globale Klima- und Umweltveränderungen dringend benötigt werden oder aktuelle technologische Engpässe zu überwinden. Sie hat aktiv entsprechende wissenschaftliche Forschung betrieben und diese in die Forschung zur Oberflächengeochemie und Planetenwissenschaft des Erdsystems eingebracht.

Die wissenschaftliche Forschungsbasis Schritt für Schritt verankern und festigen

Geologische Prozesse spiegeln die Gesetze der Erde wider. Seit der Antike ist die geologische Forschung eng mit dem Überleben der Menschheit verbunden. Zhang Pus Verständnis der Geologie wurde an der Northwestern University begründet.

Die Abteilung für Geologie an der Northwest University wurde 1939 gegründet und ist eine der ersten umfassenden universitären Geologieabteilungen in meinem Land. Während seines vierjährigen Grundstudiums kam Zhang Pu mit vielen herausragenden Wissenschaftlern verwandter Fachgebiete in Kontakt und legte unter ihrer Anleitung eine solide Grundlage in der Geologie. Noch heute ist Zhang Pu tief bewegt, wenn er sich an seine Studienzeit an der Northwestern University erinnert. „Wenn die Forschung ein bestimmtes Niveau erreicht, stellen wir oft fest, dass wir zu unseren Lehrbüchern aus dem Grundstudium zurückgekehrt sind. Und wenn wir in Zukunft einen Durchbruch von 0 auf 1 erzielen wollen, werden wir feststellen, dass diese Grundlagen äußerst wichtig sind“, sagte sie.

Während seines Grundstudiums interessierte sich Zhang Pu verstärkt für das Gebiet der Geologie. Damals beschloss sie, ihr Studium der Geologie fortzusetzen und durch Erkundungen weitere wissenschaftliche Geheimnisse auf diesem Gebiet aufzudecken. Angetrieben von seinem Interesse wurde Zhang Pu nach seinem Hochschulabschluss im Jahr 2005 erfolgreich am Institute of Earth Environment der Chinesischen Akademie der Wissenschaften aufgenommen, um dort einen Master-Abschluss und einen Doktortitel in Quartärgeologie zu erwerben.

Die im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert in Europa etablierte Theorie der vier quartären Eiszeiten hatte weitreichende Auswirkungen auf die Erforschung der Vereisung, des Klimawandels und anderer Aspekte. Seit den 1950er Jahren hat die Anwendung von Techniken wie der Radiokarbondatierung, der Kalium-Argon-Datierung, der Uranreihendatierung, der Spaltspurdatierung und der Sauerstoffisotopenthermometrie die quartäre geologische Forschung auf ein neues Niveau gebracht. Zhang Pu legte mit seinem Master- und Doktoratsstudium am Institute of Earth Environment der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine solide Grundlage auf dem Gebiet der Isotopen-Geoumwelt. Mit der Unterstützung einer immer umfassenderen Ansammlung wissenschaftlicher Forschung hofft sie, in verwandten Bereichen repräsentativere wissenschaftliche Forschungsergebnisse hervorbringen zu können.

Vertiefung der Kultivierung und Innovation der Isotopengeochemieforschung

In der wissenschaftlichen Forschung gibt es keine Abkürzungen. Wir können nur weiter nach neuen Beweisen suchen und die Fakten für sich selbst sprechen lassen. Dies gilt insbesondere im Bereich der Isotopengeochemie.

Nach Ansicht von Zhang Pu hat die Erde über vier Milliarden Jahre lang eine koordinierte Evolution der Geologie, Umwelt, des Klimas und der Biologie durchlaufen. Wenn wir aus heutiger Sicht auf die Erdgeschichte zurückblicken, sind die Entstehung einiger geologischer Elemente, die Differenzierung der Oberflächen von Flusseinzugsgebieten und die Veränderungen der Umweltparameter allesamt relevante Belege für das Studium der Geowissenschaften. Viele wissenschaftliche Prinzipien dieser Forschungsrichtungen sind im Bereich der Planetenforschung noch immer dieselben. Für Zhang Pu ist die Anwendung dieser theoretischen Grundlagen zur Lösung wissenschaftlicher Probleme in einem völlig unbekannten Bereich immer noch mit großen explorativen und innovativen Elementen verbunden.

In den mehr als zehn Jahren seit seinem Doktortitel hat sich Zhang Pus wissenschaftliche Forschung auf viele Universitäten im In- und Ausland ausgeweitet und er hat eine Reihe innovativer wissenschaftlicher Untersuchungen zum geochemischen Verhalten von Uran und Thorium im Oberflächenverwitterungsprozess des Beckens, zur geologischen Umwelt und zum Klimawandel, zur hochpräzisen Karbonat-U-Th-, U-Pb-Chronologie und zur Gewässerchronologie durchgeführt.

Von November 2014 bis Januar 2017 forschte Zhang Pu als Postdoktorand am Institut für Geologie der University of Minnesota, wo er erstmals mit der Uran-Thorium-Geochronologie in Berührung kam. Uran und Thorium sind lithophile Elemente und in der Erdkruste weit verbreitet. Durch die Verwitterung des Felsgesteins sind sie in großem Umfang an verschiedenen geochemischen Prozessen in der Oberflächen- und oberflächennahen Umgebung beteiligt. Die Uran-Reihen-Datierung wurde von Geologen entwickelt und ursprünglich zur Altersbestimmung von Gesteinsformationen wie Stalaktiten und Stalagmiten in Höhlen eingesetzt. Wenn Wasser aus der Höhle sickert, führt es extrem geringe Konzentrationen an gelöstem radioaktivem Uran und dem Mineral Calciumcarbonat mit sich. Mit der Zeit nimmt die Radioaktivität des Urans allmählich ab und es wandelt sich in ein anderes Element um – Thorium. Die damit verbundene Technologie der Uran-Thorium-Chronologie hat einen sehr wichtigen wissenschaftlichen Wert und bietet Anwendungsaussichten für die Entwicklung des Paläoklimas, der Paläoumwelt und damit verbundener Ressourcen.

Nach seiner Rückkehr nach China setzte Zhang Pu seine Forschungen in dieser Richtung am Institute of Global Change der Xi'an Jiaotong University fort. Er hat die Carbonat-U-Pb-Methode auf innovative Weise zur absoluten U-Pb-Datierung von Stalagmiten und Zahnfossilien angewendet und damit wichtige technische Unterstützung für die Erforschung des Paläoklimas und der Paläoumwelt des frühen Quartärs in meinem Land geleistet und die Erstellung hochauflösender Paläoklimaaufzeichnungen ermöglicht.

Im Rahmen des allgemeinen Projekts „Hochpräzise und hochauflösende Verdünnungs-U-Pb-Datierung von Karbonaten in Stalagmiten der Sanbao-Höhle seit dem Quartär“ der National Natural Science Foundation of China unter dem Vorsitz von Zhang Pu befasste sie sich mit den technischen Schwierigkeiten der hochpräzisen U-Pb-Datierung von Karbonatverdünnern mit niedrigem Gehalt. Nach einer Reihe von bedingten Experimenten und der Optimierung der Instrumentenparameter entwickelte sie eine für Stalagmitenproben geeignete U-Pb-Verdünnungs-Datierungsmethode. Man geht davon aus, dass die Datierung von Stalagmiten seit 2,5 Millionen Jahren eine Genauigkeit von 2.000 bis 2.400 Jahren erreichen wird. Diese Methode wird dazu verwendet, ein hochpräzises Datierungsgerüst für die Stalagmiten in der Sanbao-Höhle in Hubei seit dem Quartär zu erstellen. „Der gesamte Forschungsprozess dieses Projekts besteht darin, die Vergangenheit auf die Gegenwart anzuwenden und sie schrittweise zu verbessern. In Zukunft kann sie zur Vorhersage des Klimawandels eingesetzt werden und theoretische und technische Unterstützung für Bereiche wie Paläokarst, Umwelt und Lebensevolution bieten“, sagte Zhang Pu.

Darüber hinaus war Zhang Pu auch der Befürworter und Praktiker der ersten innovativen Anwendung von Isotopen der Uranreihe zur Bewertung der Paläoverwitterungsgeschichte und der Seechronologie von Seen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau. Das Qinghai-Tibet-Plateau ist das seenreichste Gebiet Chinas. Die Seen hier werden weniger durch menschliche Aktivitäten gestört und sind hauptsächlich vom Schmelzen der Gletscher und der Verdunstung infolge des Klimawandels betroffen. Es handelt sich um eine Region, die vom Klimawandel am stärksten betroffen ist. Daher ist die Untersuchung der Veränderungen der Seen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau von weitreichender Bedeutung für die Erforschung regionaler und sogar globaler Klima- und Umweltveränderungen. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie haben die Datierungstechniken für Uranreihen verschiedene Entwicklungsstadien durchlaufen und diese Techniken haben gewisse Beiträge zur Bewertung der Paläoverwitterungsgeschichte von Seen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau und zur Untersuchung der Seechronologie in verschiedenen Perioden und Stadien geleistet. Durch Forschung in dieser Richtung hofft Zhang Pu nicht nur, die aktuellen Probleme der Seen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau besser einschätzen zu können, sondern auch eine bessere Grundlage für die Untersuchung der zukünftigen Entwicklung von Klima und Umwelt zu schaffen.

Üben und integrieren Sie Forschung mit neuen Richtungen

Auch wenn der Weg weit ist, werden Sie Ihr Ziel erreichen, wenn Sie weitergehen. Auch wenn die Aufgabe schwierig ist, werden Sie Erfolg haben, wenn Sie es weiterhin versuchen. Die wissenschaftlichen Forschungsergebnisse von Zhang Pu sind allesamt das Ergebnis langjähriger wissenschaftlicher Forschungspraxis. „Ich erinnere mich, als wir zum Salzsee fuhren, um Proben zu sammeln, musste unser Auto ein großes salzhaltiges Alkaligelände umfahren, bevor wir das Forschungsgelände erreichen konnten. Da der Boden schlammig und rutschig war, musste sich das Fahrzeug um 360 Grad drehen und konnte fast nicht anhalten.“ Zhang Pu sagte, dass diese wertvollen praktischen Erfahrungen in der wissenschaftlichen Forschung nicht nur ihren Willen und Verstand geschärft hätten, sondern auch ihre Ehrfurcht vor der wissenschaftlichen Forschung gestärkt hätten, was ihr mehr Mut gegeben habe, Schwierigkeiten zu überwinden.

Nach Ansicht von Zhang Pu ist die schwierigste Zeit in der wissenschaftlichen Forschung vielleicht die, in der keiner der Beteiligten eine Antwort hat, doch dieser Prozess von 0 bis 1 ist tatsächlich der faszinierendste. Und auf ihrem Lebensweg steht Zhang Pu noch immer vor verschiedenen Herausforderungen und schafft neue Möglichkeiten.

Im Juli 2022 nahm Zhang Pu seine Arbeit am Internationalen Forschungszentrum für Planetenwissenschaften der Technischen Universität Chengdu auf. Hier führt sie ihre bisherigen Forschungsarbeiten in den Bereichen Isotopengeochemie und geochronologische Methodenentwicklung fort und verbindet damit verbundene Forschung mit Anwendungen in der Planetenforschung. Obwohl sich Zhang Pu mit dem Übergang von der Isotopen-Geochemie zur planetaren Forschung zunächst etwas unwohl fühlte, fand sie im weiteren Verlauf der Forschung die perfekte Übereinstimmung zwischen den beiden Studien und führte viele innovative Untersuchungen durch.

In Zukunft wird Zhang Pu aus zwei Perspektiven nach bewohnbaren Planeten außerhalb der Erde suchen: der kontinentalen Verwitterung bewohnbarer Planeten und der Koevolution von Klima, Umwelt und Organismen. Zhang Pu sagte: „Kontinentale Verwitterung hat es seit der frühen Entstehung der Erde bis heute gegeben, und aktuelle Forschungen haben ergeben, dass die durch kontinentale Verwitterung produzierten Nährstoffe unweigerlich mit der Entstehung des Lebens in Zusammenhang stehen.“ In Zukunft wird sie von dieser Perspektive ausgehen und U- und Th-Isotope verwenden, um Oberflächenprozesse und Staubflüsse zu verfolgen, die Redoxeigenschaften der Erde zu ermitteln, die U-Migration und den Transformationsmechanismus des Gefrier-Tau-Prozesses zu verfolgen und den Prozess der Planetenentwicklung zu untersuchen. Auf dem Gebiet der Koevolution von Klima, Umwelt und Organismen wird sie die Evolution des Wassers auf der Oberfläche bewohnbarer Planeten aufdecken, neue Durchbrüche bei damit verbundenen wissenschaftlichen Fragen erzielen und wissenschaftliche Forschungsergebnisse für die Auswahl geeigneter bewohnbarer Planeten in der Zukunft liefern.

Eine tausend Meilen lange Reise beginnt mit einem einzigen Schritt; Eine tausend Meilen lange Reise beginnt mit einem einzigen Schritt. Seit er im Jahr 2001 mit der geologischen Forschung begann, arbeitet Zhang Pu seit mehr als 20 Jahren im Stillen auf diesem Gebiet. Auch heute noch widmet sie sich mit derselben Leidenschaft tieferen und umfassenderen Bereichen der Isotopen-Geochemie und Planetenwissenschaft.