地下探夢者——記中國地質(zhì)大學（武漢）教授葉宇

本刊記者　汲曉奇

地下探夢者——記中國地質(zhì)大學（武漢）教授葉宇

本刊記者汲曉奇

古人云：上天容易，入地難。的確，我們早已見識過外太空的瑰麗多彩，可神秘莫測的地下世界更多的還是未知。為此，一代代科學家嘔心瀝血，為人類能深入地球內(nèi)部、探索地下空間而做著努力和奉獻?！?0后”教授、青年學者葉宇正接過老一輩手中的接力棒，在地質(zhì)科研的道路上砥礪前行。

“80后”新生代人才

本科就讀于中國科技大學時的葉宇就是個不折不扣的好學生，4年下來，不僅對數(shù)理化樣樣精通，專業(yè)成績也十分優(yōu)異。畢業(yè)之際受學校留學深造傳統(tǒng)影響，葉宇決定去看看外面的世界。沒有通過留學機構，憑著學校的資源和前輩的經(jīng)驗，葉宇DIY了自己的留學申請，最終順利進入美國科羅拉多大學物理系。他的研究方向就是——“高溫高壓下地幔和地核中物質(zhì)的物理和化學性質(zhì)”。

我們知道，當今世界有三大課題：外太空深空探測、深海探測和地球深部探測。前兩者目前進行都很順利，但地球深部探測卻異常困難——鉆探深度只在地殼范圍內(nèi)，更深的地方只能通過實驗手段認識。而高溫高壓實驗在地球科學領域實屬新興，是集數(shù)學、物理、化學和材料為一體的交叉研究。目前，它在我國還處于剛起步的階段，和發(fā)達國家相比差距很大。

一直在美國從事相關研究工作的葉宇回憶起那段時光覺得收獲頗多，經(jīng)過長時間專業(yè)的培訓和大量專業(yè)知識的積累，再加上美國先進的科學思維方式使葉宇已成為長具有獨立科研能力的“80后”新生代地球科學人才。

“中國發(fā)展的機遇比美國多，平臺也更適合，又得到一位院士支持，”葉宇最終選擇了回國發(fā)展，落戶中國地質(zhì)大學（武漢）。

從“青千計劃”開始

回國后的葉宇希望依托中國地質(zhì)大學（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室提供的實驗平臺，繼續(xù)進行高溫高壓下的礦物物理物理研究，而后也順利申請到“青年千人計劃”項目資助。

他計劃進一步深化“水對地幔礦物的物理化學性質(zhì)影響”的研究工作、研究“鐵、鋁等元素對硅酸鹽礦物的物理性質(zhì)以及熱穩(wěn)定性的影響”和“高溫高壓下，壓力標尺狀態(tài)方程的重建”?！斑@些都屬于目前礦物物理領域的熱點和前沿研究方向，可以提高我們對地球內(nèi)部結構和元素分布規(guī)律的認識?！?/p>

水對地幔硅酸鹽礦物的物理化學性質(zhì)、運移遷徙以及熱穩(wěn)定性都有著顯著的影響。研究水在地幔礦物中的賦存機制及地球深部的水循環(huán)過程，是當今世界礦物學與地球科學領域內(nèi)的熱點和重點之一。因此，葉宇將繼續(xù)深化水對地幔礦物物理和化學性質(zhì)影響的研究，計劃利用已有的大壓機技術合成多種含水硅酸鹽，再充分利用上海和美國芝加哥阿貢國家實驗室同步輻射光源進行高溫高壓下原位測量并結合第一性原理計算，研究這些含水礦物的熱力學狀態(tài)方程以及彈性模量。同時結合地震學觀測數(shù)據(jù)，研究水對520公里和660公里不連續(xù)界面的影響。

而硅酸鹽礦物為何物？它是構成地殼、上地幔的主要礦物，估計占整個地殼的90%以上，鐵鈦礦就是地幔轉換帶中重要的硅酸鹽礦物之一。先前的研究認為鐵鈦礦只能在低于2000K的條件下穩(wěn)定存在，而葉宇在對地幔巖成分相變規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)含鋁的鈦鐵礦也可以在2300K以上的高溫下穩(wěn)定存在，但含鋁鈦鐵礦高溫高壓下熱力學性質(zhì)的研究在國際上寥寥無幾。葉宇便想挑戰(zhàn)這一科技空白，利用DAC技術研究鐵、鋁元素對鐵鈦礦的熱穩(wěn)定性、石榴石-鐵鈦礦相變，以及狀態(tài)方程的影響。

此外，葉宇還計劃以同步輻射和激光加溫DAC技術為實驗基礎，在更寬的壓力范圍內(nèi)比較“鉑—氧化鎂—金”不同壓力標尺物之間熱力學狀態(tài)方程。并結合已有的沖擊波實驗數(shù)據(jù)在不同壓力標尺物之間建立互相一致的熱力學狀態(tài)方程，為精確研究和比較地幔層中的各種相變規(guī)律提供一個可靠的壓力標尺基礎。

馬不停蹄 開展工作

談到葉宇現(xiàn)在正在進行的工作，就不得不提到進行高壓研究的兩大有力手段——大壓機技術和鉆石砧壓技術，若能將兩者有機聯(lián)系起來，互為補充，則可以更好更完善地進行高壓學科研究。目前，依托于中國地質(zhì)大學（武漢）的地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室已有大壓機和流變儀設備基礎，所以，葉宇正籌備鉆石砧壓實驗室，建成后將填補中國地質(zhì)大學（武漢）在這方面的儀器和設備空白。

葉宇說，他現(xiàn)在的博士后導師Dan Shim教授十分愿意指導他們搭建鉆石砧壓系統(tǒng)。不光如此，他在博士后期間，還和亞利桑那州立大學的Kurt Leinenweber教授有大壓機實驗方面的合作基礎，這可為下一步工作開辟很多便利。說起Kurt Leinenweber教授，他在大壓機技術方面有著相當豐富的經(jīng)驗和國際知名的影響，“他很有興趣也很樂意幫助地質(zhì)大學（武漢）建設高溫高壓研究項目，這將非常有利于我以后將鉆石砧壓技術和大壓機技術緊密聯(lián)系起來，從事高壓科學的研究?！?/p>

據(jù)了解，地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室也正在發(fā)展和建設5000噸大壓機，能夠達到超過26萬個大氣壓的壓強，壓機建成后將在國際上處于相對領先地位，可以將研究范圍延伸到下地幔。除了5000噸大壓機，實驗室還有多種實驗分析測試手段，如紅外/拉曼光譜、電子探針技術、同位素測定、微區(qū)X射線衍射、透射電子顯微鏡等，這些儀器都可廣泛應用于大壓機高溫高壓下合成礦物樣品的后期物性表征?！拔矣行判脑诟邷馗邏簩嶒烆I域做出一番成績！”葉宇成竹在胸地表示。

話不多 做實事

除了科研工作，葉宇深諳學術交流對于思維創(chuàng)新的重要作用，為了保持與世界礦物物理實驗研究的學術前沿同步，他不僅定期與國際合作者進行交流，如科羅拉多大學Boulder分校的Joseph R. Smyth、美國西北大學Steven D. Jacobsen等，還十分注重加強與國內(nèi)兄弟院校及科學院院所高壓研究組的合作，致力于推動我們國家高溫高壓實驗科學和礦物物理研究的發(fā)展。

現(xiàn)在的葉宇已有兩個研究生，用他的話說是“剛剛起步”。他重視給予學生自由空間的同時引導他們獨立自學和鉆研，在他看來，調(diào)動學生的主觀能動性，挖掘潛力才是老師最需要做的事情。他迫切地希望他的學生們能盡快參與到國內(nèi)外領先的礦物物理研究工作中去，如果可能的話，葉宇也將盡力支持他們到國際同行那里進行學習交流、開拓視野，成為具有國際先進思維的年輕學子和科研后繼力量。“做科研像做人，要誠實、務實、扎實”，他的“三實”精神也將繼續(xù)延續(xù)下去，影響他的學生。另外，善于思考、總結，注重靈感也是葉宇認為做科研所需的必要素質(zhì)。

在被問到如何看待如今的成績時，葉宇流露出了真情，“感謝父母的支持，感謝老師引導”。未來，他會將工作重點放在建設實驗室和實驗研究上，他還希望不久能培養(yǎng)出1到2名博士。

剛剛回國的葉宇也許還在適應國內(nèi)的環(huán)境，在電話那端的話并不多，但句句精煉而質(zhì)樸。通過他的話語，我們能感受到他對科學的熱愛和對一切的感恩，未來的路，相信他會走得越來越好……