張宏福 宏愿跬步集 福運有蹊徑

宋漢曉

“一個學科擁有三位院士，形成了非凡的影響力；地質(zhì)學系從學科建設上形成三個鮮明的團隊方向，學科發(fā)展更加扎實，為后續(xù)人才成長提供了堅實的基礎和條件保障；隨著張宏福院士的當選，我校地質(zhì)學科對人才的吸引力進一步增強，形成人才的‘洼地效應?！蔽鞅贝髮W郭立宏校長說，“張宏福是西北大學地質(zhì)學系現(xiàn)在職工作的第三位院士，且地質(zhì)學系的三位院士都沒有擔任過任何行政職務，依靠扎實的學術(shù)研究和工作業(yè)績當選院士，為廣大青年教師樹立了良好的榜樣”。

“老師幫我報志愿”

張宏福，西北大學教授、博士生導師，曾擔任中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所創(chuàng)新基地研究員，巖石圈演化研究室主任。在中科院地質(zhì)與地球物理所辦公室，他接受了我們的采訪。

張宏福的書柜和窗臺上，擺滿了各種各樣從各地采集回來的巖石標本。因為要帶學生課外教學，全國他幾乎跑遍了。在他看來，這些看似冰冷的石頭，都有溫度，都有生命，都有故事。他隨手拿起一塊含有鉆石的石頭說：“地球形成于45.7億年前，而形成這個鉆石則很快，只需要幾個百萬年?！痹趶埡旮？磥?，在沙漠中可能一粒不起眼的沙子就是幾億年，相對于地質(zhì)運動，人生命的長度幾乎可以忽略不計。

“人可能還不如一粒沙子。太陽系夠大吧，銀河系約有2000億個太陽系，而銀河系不過是宇宙中千千萬萬個星系中的一個，何況銀河系還不是大星系。但能在短暫的生命中，作為一個微不足道的個體，為地球、為人類做出點滴的貢獻也是很開心的事情。”張宏福曾經(jīng)是兩屆院士候選人?！?013年就報了，但沒能進入前27位，2015年的時候排到第8位。”2017年11月28日，中國科學院公布2017年新當選院士名單，張宏福教授當選。

張宏福自幼天資聰明，勤奮好學，努力上進，學習成績一直名列前茅，深受老師喜歡?！拔业某砷L，確實趕上了好時代，另外就是運氣好吧！”

1962年9月，張宏福出生于陜西省山陽縣漫川關(guān)?！靶r候，根本就不知道上大學是干什么的，更別說了解地質(zhì)系是干什么的，因為我們縣里有個714地質(zhì)隊，地質(zhì)隊員每天有8毛錢的補貼，這在當時是很高的收入，能到地質(zhì)隊工作，那是非常令人羨慕的，老師就幫我報了個地質(zhì)系?！?/p>

當選院士后，張宏福給自己70多歲的老師打電話還說起這件事，“我的老師說，看看當時給你報的志愿多好，都當上院士了！”

1981年，張宏福從山陽中學畢業(yè)，以優(yōu)異成績考上了西北大學，四年后獲本科學士學位。

32年后的2017年12月4日下午，張宏福作為新科院士載譽回校。西北大學為他舉行了簡樸而熱烈的迎接儀式和座談會。張宏福對母校師生充滿感激。“學校各方面的支持，是我做研究的堅強后盾，張國偉、舒德干院士始終為我的前行指引方向，校領導、相關(guān)部門和院系的大力支持和通力合作成就了今天的我，感謝多年來來自西北大學的支持與關(guān)懷?！彼f，能取得今天的成果，也正因為趕上了國家發(fā)展的好時代，他深情回顧了自己1979年以來的求學生涯和科研工作，“我從什么都沒有，到一步步獲得了充足的科研基金，獲批了一些重要項目，這些都讓我能夠集中精力做研究，很大程度上促進了我自身的發(fā)展?！?/p>

1985年，本科畢業(yè)后，張宏福考入武漢地質(zhì)學院北京研究生部（現(xiàn)中國地質(zhì)大學（北京））巖石地球礦物化學系，師從我國巖石學學科主要奠基人和新中國地質(zhì)教育的創(chuàng)建人之一、著名的巖石學家池際尚教授，從事巖石學研究。

“2017年，池際尚先生百年誕辰，她在學術(shù)上嚴謹治學，在生活上關(guān)心學生，在教學科研上重視基礎地質(zhì)、重視礦產(chǎn)資源、重視前沿研究，培養(yǎng)了一大批杰出地質(zhì)人才，對我影響非常大。”1988年，張宏福獲碩士學位，并回到母校西北大學地質(zhì)學系任教。

“西北大學任教的6年對我是一個非常大的鍛煉。每年都要跟隨年長的教師們到野外實測地質(zhì)剖面，找石油?！边@種傳統(tǒng)一直保留到至今。他時常帶著自己的學生利用暑假期間到全國各地搞現(xiàn)場教學。“像野外考古一樣，這是巖石專業(yè)的基礎，必須培養(yǎng)辨別巖石的能力?！?/p>

1994年，張宏福作為訪問學者赴英國倫敦大學皇家 Holloway 學院地質(zhì)系訪問，一年后獲英國外交部ORS獎學金和香港愛國人士王寬誠獎學金，繼續(xù)在該校師從著名地球化學家Martin A. Menzies教授攻讀地球化學專業(yè)博士學位，1998年獲理學博士學位。

“拿到博士學位回國后一直在中科院地質(zhì)與地球物理所工作，一晃20年了?！?h3>甘坐冷板凳

約40億年前的早太古代，地球上可能只有一個超級大陸。在早元古代，這個超級大陸減薄裂解成十幾塊。從元古代之后這些被稱之為穩(wěn)定克拉通的大陸巖石圈就一直漂游在軟流圈之上。

克拉通一詞源于希臘語Kratos ，意為強度，由德國構(gòu)造地質(zhì)學家施蒂勒1936年提出，即地殼中長期不受造山運動影響，與造山帶相對應的地殼穩(wěn)定地區(qū)。

“我國華北地塊就是這些克拉通之一，且華北克拉通被國內(nèi)外一些學者視為世界上研究古老巖石圈減薄、改造、置換的最佳場所。”

地球科學艱深復雜，研究條件艱苦，難出成果。近百年來我國四代地球科學工作者對華北克拉通做了許多工作，取得一系列重要的成果。

以翁文灝先生為代表的第一代科學家早在1927年就提出了著名的“燕山運動”的概念。以陳國達和池際尚先生等為代表的第二代老科學家，提出華北穩(wěn)定地臺活化和大陸裂谷巖漿作用與演化的觀點。以鄧晉福、劉若新、周新華、路鳳香、鄂莫嵐、趙大升等為代表的第三代科學家，相繼闡述了華北巖石圈減薄、裂谷形成與沉積盆地發(fā)育的學術(shù)思想，認識到華北巖石圈減薄是我國東部地質(zhì)演化的重大事件。張宏福介紹道：“1990年代以后，在華北克拉通研究舞臺上國內(nèi)涌現(xiàn)了一大批中青年巖石地球化學學家，我們算是第四代吧！一起把華北克拉通巖石圈減薄推向國際地球科學研究的前沿。”

“作為地球上最古老的陸塊之一，華北克拉通自18億年前形成以后，曾長期保持穩(wěn)定。但是在一億年前，強烈地震成為華北克拉通的主要特征。華北陸塊發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造變形、強烈的巖漿活動和盆地形成，并伴有大量的金屬和其它資源形成。”大陸的演化是地球科學的根本性重大科學問題。大陸內(nèi)部古老的巖石，記錄著地球的早期形成和演化?？茖W家們從這些巖石入手，利用現(xiàn)代科學技術(shù)手段和方法，揭示大陸的形成與演化規(guī)律。

“大陸由穩(wěn)定的克拉通和相對活動的造山帶構(gòu)成。大規(guī)模熔體活動造成的巖石圈組成和性質(zhì)的變化是穩(wěn)定克拉通被破壞的根本原因。但是，熔體來自哪里？是什么原因引起的？這些問題令科學家們費解。”

張宏福以巖石學記錄的構(gòu)造事件為切入點，發(fā)現(xiàn)克拉通的破壞與周邊造山帶的形成和演化密切相關(guān)，率先提出并論證了克拉通周邊板塊的俯沖和碰撞作用造成的熔/流體活動是克拉通深部物質(zhì)和能量交換的一級外部控制因素。通過研究，他發(fā)現(xiàn)全球古老克拉通周緣造山帶的持續(xù)活動引起的大規(guī)模熔體上侵是克拉通破壞的關(guān)鍵。

“當熔體活動較弱時，難以造成克拉通實質(zhì)性破壞，比如南非Kaapvaal和加拿大Slave克拉通。”在英國攻讀博士期間，張宏福曾經(jīng)潛心研究過四塊來自南非150公里以下的地幔橄欖巖樣品，并在研究中首次發(fā)現(xiàn)在地幔中存在氧同位素不平衡。

地幔交代作用是地球內(nèi)部的一種化學變化，是當前地學研究的熱點和難點。張宏福通過大量研究證據(jù)，揭示了大量的軟流圈熔體與古老方輝橄欖巖反應能夠形成相對年輕的二輝橄欖巖的事實，改變了科學界對地幔交代作用的傳統(tǒng)認識。

我國大陸的獨特性使其成為研究大陸演化的理想地區(qū)。我國東部地區(qū)顯生宙時期強烈的巖漿活動、巖石圈的巨厚減薄，甚至含能源盆地的形成都是殼幔物質(zhì)交換的結(jié)果。然而，引起如此強烈殼幔物質(zhì)交換的深層原因一直是困擾著地球科學家們的難題。

張宏福提出橄欖巖-熔體相互作用是大陸巖石圈組成轉(zhuǎn)變的主要機制，并論證其具有全球普適性，從而闡明了穩(wěn)定克拉通破壞的機理。他通過橄欖巖Sr-Nd和Re-Os同位素研究揭示了華北巖石圈地幔顯生宙以來經(jīng)歷了兩次重大轉(zhuǎn)變，先從古生代典型克拉通型轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩患偷蒯?，再轉(zhuǎn)變?yōu)橥碇猩詠怼按笱笮汀钡蒯?；通過系統(tǒng)對比華北與全球克拉通2100余件樣品證明橄欖巖-熔體相互作用在全球大陸巖石圈地幔中普遍存在。

尤其是通過一套珍貴的具有環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)的橄欖巖樣品，直接從巖石學上證明了橄欖巖-熔體相互作用是導致大陸巖石圈組成轉(zhuǎn)變的內(nèi)在機理。并根據(jù)同位素的變化，揭示出不同地區(qū)相互作用程度的差異。

非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素（Li-Fe-Mg）是近年來新興的同位素示蹤方法，張宏福開拓性地將其應用于大陸巖石圈演化研究中，開拓了大陸研究的新領域，培養(yǎng)了一批同位素（LiFe-Mg）青年研究人員。

多年來，甘坐冷板凳的張宏福，深耕地球科學，在基礎研究領域收獲頗豐，取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果，獲國家自然科學獎二等獎兩項，中國科學院杰出科技成就獎1項，享受政府特殊津貼專家。

院士推薦信這樣評價張宏福：他長期從事大陸巖石圈地幔和下地殼研究，以深源巖石及其捕虜體為對象，探索地幔與地殼、軟流圈與巖石圈相互作用的內(nèi)在機理和外部因素，揭示了大陸巖石圈的演化過程，在大陸深部物質(zhì)和能量交換的內(nèi)在機理、外部控制因素、非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素三個方面的研究中取得系統(tǒng)創(chuàng)新性學術(shù)成就。在研究中，他堅持理論創(chuàng)新與實驗技術(shù)研發(fā)相結(jié)合，率先將非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素應用于地幔地球化學研究中，開辟了巖石圈地幔演化研究新途徑，在地幔地球化學領域取得了多項創(chuàng)新性成果，推動了學科的發(fā)展。

艱辛的歷程 無限的熱情

2000年，張宏福與中科院地質(zhì)與地球物理研究所周新華研究員赴山東方成，期盼著能在這里發(fā)現(xiàn)中生代玄武巖。張宏福有一種職業(yè)的敏銳性，同時也查閱了大量資料，推斷出這里一定能找到中生代玄武巖。

“華北巖石圈地幔從克拉通型地幔轉(zhuǎn)變?yōu)椤笱笮偷蒯?，這種性質(zhì)變化是何時開始的？怎么進行的？這個變化和華北東部巖石圈減薄是否有關(guān)系？如果能順利找到中生代玄武巖，這些問題將可能迎刃而解。”

果然不出所料，在山東地質(zhì)七隊隊員的幫助下，張宏福成功采集到中生代玄武巖樣品。這是首次在華北發(fā)現(xiàn)含地幔巖捕虜體的中生代玄武巖。

“功夫不負有心人吧！這就證明了中生代是華北巖石圈減薄的關(guān)鍵時期?！睆埡旮５热艘猜氏乳_始對華北中生代巖石圈地幔研究。果然，張宏福在中生代玄武巖中發(fā)現(xiàn)了同位素異常富集現(xiàn)象。

“這些成分已經(jīng)改變的玄武巖，說明在中生代華北巖石圈地幔里發(fā)生了某種不為人知的劇烈變化。這種變化，最終使古生代的克拉通型地幔轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩患偷蒯?，讓原本穩(wěn)定的古老的克拉通不再穩(wěn)定。”張宏福的判斷沿著正確的方向前進，華北克拉通破壞之謎也即將被揭開。

“若能直接找到中生代地幔橄欖巖，就可以印證自己的判斷?！?005年，張宏福在山東膠州發(fā)現(xiàn)了最為珍貴的環(huán)帶狀地幔橄欖巖捕虜體，一扇通往科學真相的大門向他敞開了。

“山東方城玄武巖中發(fā)現(xiàn)罕見的具有明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu)的橄欖石。橄欖石中心部分的組成類似于華北新生代玄武巖攜帶的橄欖巖捕虜體中橄欖石的組成，其邊緣部分接近于玄武巖中斑晶橄欖石的組成。橄欖石的這種化學成分特征及其渾圓的晶體形態(tài)和較小的顆粒皆說明這些橄欖石是地幔礦物捕虜晶，即地幔橄欖巖的解體礦物。其中心部分能夠代表地幔橄欖巖的組成。橄欖石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)是橄欖石捕虜晶與寄主玄武巖快速反應造成的。這種橄欖石與玄武質(zhì)巖漿的相互反應可能在華北中生代巖石圈地幔中普遍存在，即為巖石圈地幔組成轉(zhuǎn)變的重要方式。從而使古生代主量元素虧損的高鎂橄欖巖轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩砥诘闹髁吭仫枬M同位素富集的低鎂橄欖巖，造成古老巖石圈地幔的消失。”