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“新科”院士张宏福:探问地球亘古的奥秘

2018-01-30 09:44:33 来源:西安日报 编辑热线:029-88214618

 “新科”院士张宏福:探问地球亘古的奥秘

 

张宏福院士 (图片由西北大学提供)

他,中国地幔岩石地球化学领域的优秀学术带头人,破解国际地学难题——“克拉通破坏”之谜,率先将非传统稳定同位素应用于地幔地球化学研究,是ISI地球科学Top 1%高被引科学家……他,就是前不久当选中国科学院院士的西北大学教授张宏福。

两次荣获国家自然科学奖

1981年,19岁的张宏福接到了西北大学地质学系地质学专业的入学通知书。自小生长在陕西省山阳县漫川关的张宏福,并不知道要在地质学系学什么。其实这个高考志愿,是班主任老师帮助他选择的。老师之所以帮他选择这个志愿,是因为在当地人的眼中,地质队员堪称“高收入人群”。

“别说不知道要在地质学系学什么。”想起懵懂的青春时光,张宏福笑了,“那个时候就连上大学是怎么回事,我也并不清楚。”虽然对“上大学”没有概念,但是有一件事张宏福很清楚,那就是要“好好学习”。大学四年里他不仅努力学习专业知识,更花费了大量的时间和精力学习英语。之后无论是在武汉地质学院北京研究生院,也就是今天的中国地质大学(北京)师从池际尚学部委员(院士)攻读硕士学位,还是赴英在伦敦大学Royal Holloway学院攻读博士学位,张宏福都从未放松过学习。他现在常常告诫身边的年轻人,要尽早确立人生的方向,更要练好基本功。

张宏福常常说自己很幸运,“赶上了好时代”。改革开放以来,中国经济持续向好,国家对基础研究的支持力度越来越大,才使他得以承担一些大的项目,获得了充足的科研基金,能够全心在一个领域内持续深入地进行研究。

自2002年获得国家杰出青年科学基金以来,张宏福先后承担多项国家、中科院和部委重大研究计划、“百人计划”等项目,取得的研究成果在学界产生了重要影响,于2009年和2018年先后两次获得国家自然科学奖二等奖(排名分别为第二、第三),2014年获中国科学院杰出科技成就奖(第二位突出贡献者)。

破解“克拉通破坏”之谜

克拉通是地球表面上相对稳定的构造单元,它包括了地球最外层的地壳地幔顶部的一部分,总厚度大约为150公里至200公里,作为一个整体,“漂浮”在下伏的软流圈之上。华北克拉通以太行山为界,可分为东西两部分;华北克拉通的破坏范围主要集中在克拉通的东部,厚度大大减小,从200公里减小到不到100公里。克拉通破坏之后,华北克拉通下沉,火山、地震多发;地壳下降,形成多个凹陷盆地。

为什么华北岩石圈地幔属性会发生这样的变化?这个变化是何时开始的,又是如何进行的?这个变化和华北东部岩石圈减薄有关系吗……如果能够解决这一系列的问题,就能帮助人们深入认识大陆形成演化机制和过程,为构筑更完善的地球形成与演化理论提供新的突破口,张宏福渴望自己能够寻找到答案。张宏福和他的团队走遍了华北,到处寻找中生代橄榄岩捕虏体。一年里,张宏福总有几个月在野外采样,只要听说哪里发现了包体,他都会亲自去看,采样后带回实验室,加班加点地切片、打磨、测试、分析。

张宏福终于揭示了华北岩石圈地幔显生宙以来经历了两次重大转变:先从古生代典型克拉通型转变为中生代富集型地幔,再转变为晚中生代以来的大洋型地幔。华北克拉通不仅仅丢失了岩石圈的厚度,它的岩石圈地幔组成和属性都发生了根本性转变。在系统对比了来自全球克拉通2160件样品后,橄榄岩—熔体相互作用被证明在全球大陆岩石圈地幔中普遍存在:橄榄岩—熔体相互作用导致克拉通岩石圈地幔组成和属性变化具有全球普适性。张宏福创新性地提出,橄榄岩—熔体相互作用是大陆岩石圈地幔组成转变的主要机制,并最终导致古老克拉通破坏。

在找到克拉通被破坏的根本原因之后,张宏福派遣他团队中的年轻科研骨干汤艳杰博士赴日本冈山大学固体地球科学研究中心进行地幔橄榄岩的Li同位素合作研究。这一开拓性的尝试很快获得了成果:他们首次发现地幔中存在明显的锂同位素不平衡,这一发现动摇了地幔具有均一锂同位素组成的传统认识。接下来,张宏福指导的赵新苗博士和杨蔚博士后又分别观察到地幔橄榄岩中铁和镁也存在着同位素不平衡的现象。因为铁和镁是地幔主量元素,与微量元素相比,其同位素的变化更具有说服力。

由张宏福研究团队率先应用于地幔地球化学研究的非传统稳定(Li-Fe-Mg)同位素示踪方法,能更好地限定参与橄榄岩反应的熔体的组成和来源,今天已经广泛应用于地幔地球化学研究。中科院朱日祥院士认为张宏福等“拓展了地幔地球化学的研究领域”,推动了该学科的发展。

永葆师者的赤子之心

在学生眼里,张宏福似乎“天生就是干地质的”。只要是去野外,张宏福的心情一定会很好;上坡下坎,年轻力壮的学生也追不上他。

自由地探索自己真正感兴趣的领域,是张宏福最理想的工作状态。作为教师,他鼓励学生研究自己真正感兴趣的问题,努力为学生营造一个自由宽松的学习成长环境。学生试验失败,或是被证明研究方向行不通,张宏福总是云淡风轻地说一句:“没关系,搞科研哪有不失败的。”并劝慰学生,只要态度认真,即使是失败也有科学意义。

在西北大学地质学系,张宏福对学生好是出了名的。资助学生出国交流,帮助学生联系国外导师,修改推荐学生的论文……只要是对学生有利的事,他都会全力以赴。他密切关注着每一个学生的成长,时时修正着他们前进的方向。每一位学生去野外采样,张宏福都必定一起去,从划定采样区域,选定采集样品,观察样品的新鲜程度,到回到实验室里切片、看薄片、打探针,他都会在一开始就手把手地教给学生。遇到力气小的女生,抡锤敲样品这样的“重体力活”都是由张宏福来完成。

“科学的未来一定要靠年轻人。”在张宏福看来,教师要注重培养学生的专业修养和能力,更要培养学生对科学的热爱和对自己的学术自信,让他们充满信心地开始学术研究的初始旅程。(西安日报记者 张潇 实习生 付孟林  通讯员 熊晓芬)

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