問道巖石

王軍

“農(nóng)村娃”——這是從秦嶺大山里走出來的中國科學(xué)院院士、西北大學(xué)教授兼中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員張宏福先生對自己的代稱。

農(nóng)村娃坦蕩，當被問及如何走上地球科學(xué)研究之路時，張宏福沒有什么動聽的豪言壯語。他坦言，是因為當初在縣城重點中學(xué)旁邊有個地質(zhì)隊，在當?shù)剞r(nóng)民眼里，地質(zhì)隊員是“探寶”的文化人，是“高收入人群”，所以班主任在填報志愿時就作主為他填了西北大學(xué)地質(zhì)系地質(zhì)學(xué)專業(yè)；農(nóng)村娃樸實，在過去的這些年里，張宏福先后承擔了多項國家、中科院和部委重點和重大項目，諸如國家杰出青年科學(xué)基金、基金委重點、中科院和陜西省“百人計劃”等，并作為骨干成員參加基金委“華北克拉通破壞”重大研究計劃和“克拉通破壞與陸地生物演化”基礎(chǔ)科學(xué)中心項目，取得的研究成果在學(xué)界產(chǎn)生了重大影響，顯著提升了我國固體地球科學(xué)在國際上的學(xué)術(shù)地位。但在張宏福的嘴里，自己只是我國地球科學(xué)研究者隊伍中的普通一員，“不過是做好了本職工作而已”；農(nóng)村娃謙遜，當記者提到他是ISI地球科學(xué)Top1%高被引科學(xué)家，是我國地幔地球化學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人時，張宏福連連擺手，糾正道：“那是你們媒體給我按的頭銜，我可不是什么帶頭人，比我優(yōu)秀和努力的前輩與同仁們還有很多！”

從秦嶺大山的“農(nóng)村娃”成為代表中國科學(xué)技術(shù)最高學(xué)術(shù)成就的中國科學(xué)院院士，前前后后經(jīng)過了將近40年。在這40年里，張宏福感嘆最多的是自己的“幸運”：20世紀70年代末恢復(fù)高考，使身處秦嶺深處的農(nóng)家少年有機會走出大山，走進大學(xué)，從此改變了人生的方向和軌跡；改革開放以后，人們的思想獲得解放，使自己有機會踏出國門，赴英國留學(xué)，開闊視野，也學(xué)會了先進國家的科學(xué)范式；中國經(jīng)濟持續(xù)向好，所以國家對基礎(chǔ)研究的支持力度越來越大，自己的研究工作得到了充足的保障；而國力日漸強盛的時代，更是一個崇尚科學(xué)、尊重知識、珍惜人才的時代，使得自己不到60歲就有機會得到中科院院士這樣一個具有無限榮光的名譽。

40年風雨兼程，張宏福堅持在固體地球科學(xué)領(lǐng)域不斷探索，通過古老的來自地下深處的巖石，并借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段和分析測試方法，來揭示大陸的形成與演化規(guī)律。問道巖石心自堅，張宏福正像他的研究對象一般，走出一條硬朗堅強，百折不彎的科研人生之路。

摘取地球科學(xué)的“明珠”

談到張宏福，就繞不開破解“克拉通”穩(wěn)定性謎團的話題。何為“克拉通”？它源自希臘語，意為強度，即地殼中長期不受造山運動影響，與造山帶相對應(yīng)的構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)。對于不了解地球科學(xué)的外行人而言，這只是一個陌生的學(xué)術(shù)名詞，但對于研究地球科學(xué)的圈內(nèi)人來講，這是他們孜孜不倦探索了近百年的關(guān)鍵課題，猶如數(shù)學(xué)界里的“哥德巴赫猜想”，堪稱這一科學(xué)領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。

我們所處的華北克拉通從形成（18億年前）到2億年前保持穩(wěn)定，但2億年以來發(fā)生大規(guī)模巖漿活動、強烈地殼變形和大地震，其不穩(wěn)定的地球演化內(nèi)涵和規(guī)律成為擺在地球科學(xué)家們案頭的難題?？死槭裁磿シ€(wěn)定性？近百年來，我國的地球科學(xué)工作者前仆后繼，對華北克拉通做了許多艱苦卓絕的探索工作，也取得一系列重要的成果，薪火相傳到張宏福這里已經(jīng)是第四代了。

多年來，張宏福一直從事大陸巖石圈演化研究，持續(xù)在華北克拉通及鄰區(qū)全面開展地質(zhì)考察、巖石樣品采集和地球化學(xué)實驗分析及巖石圈深部結(jié)構(gòu)探測，全面獲取原始觀測信息。他渴望自己有一天能夠?qū)ふ业綖槭裁慈A北巖石圈地幔屬性會發(fā)生這樣變化的答案。

2000年，經(jīng)過查閱大量資料，張宏福與中科院地質(zhì)與地球物理研究所周新華研究員推斷在山東方城周邊可能存在中生代玄武巖。為此，二人果斷奔赴山東，在山東地質(zhì)七隊隊員們的幫助下，他們果然成功地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。它的出現(xiàn)，證明了中生代是華北巖石圈減薄的關(guān)鍵時期。

地幔交代作用是地球內(nèi)部的一種化學(xué)變化，向來是地學(xué)研究的熱點和難點。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。

既然南非的巖石圈地幔中存在著交代作用，那么，華北巖石圈地幔中是否也可能存在類似的交代現(xiàn)象，進而引發(fā)巖石圈地幔組成發(fā)生變化，引起華北巖石圈減薄呢？張宏福決定朝著這個思路試一試。果然，在華北中生代玄武巖中，張宏福發(fā)現(xiàn)了同位素異常富集現(xiàn)象。這些同位素異常富集玄武巖的發(fā)現(xiàn)，說明在中生代華北巖石圈地幔里，發(fā)生了某種尚不為人知的、劇烈的變化。這種變化，最終使古生代的克拉通型巖石圈地幔轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩患偷蒯?，讓原本穩(wěn)定的古老克拉通不再穩(wěn)定。

張宏福進一步通過大量地幔橄欖巖捕虜體巖石學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)巖石圈地幔橄欖巖的確能夠與玄武質(zhì)熔體反應(yīng)，并揭示了大量的軟流圈熔體與古老方輝橄欖巖反應(yīng)能夠形成相對年輕的二輝橄欖巖的事實，改變了科學(xué)界對地幔交代作用的傳統(tǒng)認識。他的發(fā)現(xiàn)為巖石圈地幔存在交代作用提供了明確的證據(jù)。從古生代典型克拉通型地幔轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩患偷蒯＃俎D(zhuǎn)變?yōu)橥碇猩詠淼摹按笱笮汀钡蒯?。張宏福揭示了華北巖石圈地幔顯生宙以來經(jīng)歷的兩次重大轉(zhuǎn)變。

尤其是2005年，張宏福在山東膠州發(fā)現(xiàn)了極其難得的環(huán)帶狀地幔橄欖巖捕虜體。他通過對地幔捕虜體的Sr-Nd和Re-Os同位素測試發(fā)現(xiàn)，大陸巖石圈中的地幔橄欖巖會因和某種熔體反應(yīng)，性質(zhì)發(fā)生改變。反應(yīng)徹底的，甚至會造成Re-Os同位素組成完全變化。

在系統(tǒng)對比了來自全球克拉通的2160件樣品后，橄欖巖—熔體相互作用被證明在全球大陸巖石圈地幔中普遍存在：橄欖巖—熔體相互作用導(dǎo)致克拉通巖石圈地幔組成和屬性變化具有全球普適性。張宏福創(chuàng)新性地提出，橄欖巖—熔體相互作用是大陸巖石圈地幔組成轉(zhuǎn)變的主要機制，并最終導(dǎo)致古老克拉通破壞。通過發(fā)現(xiàn)克拉通破壞的本質(zhì)，張宏福提出并論證了克拉通周邊板塊的俯沖碰撞作用造成的熔/流體活動是巖石圈組成轉(zhuǎn)變的主要外部控制因素。

在2014年和2015年，“華北克拉通破壞”連續(xù)兩年占據(jù)為全球地球科學(xué)領(lǐng)域Top10的熱點。中國科學(xué)家在此領(lǐng)域發(fā)揮了引領(lǐng)作用，把華北克拉通巖石圈減薄推向國際地球科學(xué)研究的前沿。張宏福作為主要完成人參與的“華北克拉通破壞”項目獲得2017年度國家自然科學(xué)獎二等獎，吸引了國際地球科學(xué)界的矚目。

走在風雨兼程的道路上

大陸內(nèi)部古老的巖石，記錄著地球的早期形成和演化，里面深藏著“我們是誰？從哪里來？又將到哪里去？”的終極訊息，而張宏福的工作便是破解這些石頭背后所攜帶的秘密。

“我們搞地質(zhì)的，首先腦子里要有想法；其次，你要找對樣品，樣品很關(guān)鍵，你的想法是要用樣品來證明的。這就需要多走、多看、多對比，積累豐富的經(jīng)驗，不然就算很有價值的巖石擺在你的面前，你也只會和它擦肩而過?！睆埡旮Ｈ缡钦f。

選擇了這個領(lǐng)域，就不可能是僅僅坐在辦公室里，或者圖書館里完成全部的科研工作。一年里，張宏?？傄袔讉€月的時間行走于荒野之間采樣，尋找?guī)r石，只要聽說哪里發(fā)現(xiàn)了包體，他都會親自去看，采樣后帶回實驗室，加班加點地切片、打磨、測試、分析。張宏福對于各種各樣的石頭充滿了感情，從小在農(nóng)村長大，出門就是山，滿山都是石頭，石頭就是他的玩具，是他的伙伴，甚至是可以傾訴心事的對象。這些在別人看似冰冷的石頭，在張宏福的眼中都有溫度，都有生命，都有故事。

“有時候在某個地方轉(zhuǎn)了很久沒有什么收獲，就想放棄了，但或許再堅持一下，沒準就發(fā)現(xiàn)了一塊重要的巖石，這種情況特別驚喜！”就這樣，在別人看來的枯燥與單調(diào)，在張宏福眼中卻是充滿未知的渴望與樂趣。如今，張宏福經(jīng)常帶著自己的學(xué)生到全國各地現(xiàn)場教學(xué)。在他看來，像田野考古一樣，這是巖石學(xué)專業(yè)研究的基本功。張宏福希望學(xué)生們都能早日練就一雙辨別巖石標本的“火眼金睛”。

教室在野外，帳篷是寢室，天為被，地為毯。野外的蚊蟲多而大，隔著蚊帳就能把人叮得滿身血包。但這些在張宏福的嘴里，只算得上是野外考察的“開胃小菜”?！俺鲆巴?，總有很多小插曲。”張宏?；貞浧鹩幸淮斡蓪W(xué)生開車去山東考察，荒野之外遭遇暴雨，“我們的車窗還壞了，玻璃搖不上去，四面透雨，還不能不走，只好穿著雨衣開車”。一聊到這“風雨兼程”的狼狽畫面，張宏福至今還忍不住哈哈大笑。

野外的路況往往不好，司機開車時需要特別小心。有一次，張宏福去甘肅南部的山上采樣品，“甘南的山高溝深，我們的車在山頂上跑，路又特別窄，司機師傅一個不小心就把車滑出道外，車的前輪都懸空了，底下就是懸崖！幸虧司機水平高，之后慢慢一點一點地把車挪了回來”。這讓張宏福心有余悸，不過下一次需要他再出發(fā)的時候，他依然沒有半點猶豫。

有一次還是在那個山頂上，張宏福帶著幾名學(xué)生采樣回來的路上，剛剛下過雨，狹窄的道路上鋪滿了黃泥，車子一不留神陷進了一個泥塘里出不來了。剛開始他們困在車里不敢動彈，但是當時天已經(jīng)快黑了，必須要連夜趕回縣城招待所，張宏福只好帶著學(xué)生們慢慢鉆出車子，最后用力把車推出了泥塘。一番動作之后，渾身上下都是黃泥，每個人都變成了“泥猴”。“因為天黑了，我們都沒來得及拍照，不然現(xiàn)在看看一定很有意思?！闭劦竭@里的時候，張宏福還頗有點“遺憾”，苦中作樂早已經(jīng)成為他在野外考察路上的家常便飯。

在前進的道路上，總有各種各樣的困難、危險和絆腳石橫亙于此，但是它們阻擋不住張宏福和他團隊前進的步伐，無論多難的問題，只要有張宏福坐鎮(zhèn)，大家就像吃了一顆定心丸。熟悉他的人都知道，張宏福的性格就像他研究的石頭一樣硬，只要認準了目標，就會努力去拼，要做一件事就一定要做成功！

為地球科學(xué)薪火相傳

2010年，西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室進入到發(fā)展關(guān)鍵期，急需一位專長于巖石地球化學(xué)研究并了解相應(yīng)先進測試技術(shù)的學(xué)術(shù)帶頭人。在中國科學(xué)院院士張國偉的極力推薦下，經(jīng)陜西省“百人計劃”支持，張宏福出任實驗室常務(wù)副主任。

回歸母校，張宏福充滿了感慨。他表示，巖石地球化學(xué)的研究雖然看上去不能夠直接產(chǎn)生很大的經(jīng)濟和社會效益，但它的基礎(chǔ)性作用和地位不容忽視，也無法替代。地球科學(xué)不是一兩位出色的科學(xué)家就能夠?qū)崿F(xiàn)的事，這需要一代甚至幾代科學(xué)工作者的共同努力和探索，向著同一個目標進行一場接力賽。

“說白了，科學(xué)都是在重重困難中前進的，走在前面的人肯定遭遇的是荊棘叢生，沒有路也要踏出一條路！但是，科學(xué)又不是一個人能做完的，必須要后繼有人，薪火相傳?！睆埡旮７浅８卸鏖L久以來一路扶持他走過來的那些師友：池際尚院士、張國偉院士、朱日祥院士、舒德干院士、周新華研究員、路鳳香教授、柳益群教授等。同樣的，十年來，在堅持全身心投入科研工作的同時，張宏福也耗費了大量心力構(gòu)建團隊，培養(yǎng)學(xué)生，為國家培育了一批又一批的年輕巖石地球化學(xué)人才。

他遴選學(xué)生有兩個最基本的條件，首先是對自己的科研領(lǐng)域有興趣，張宏福認為，興趣是一個人積極探究事物的原動力，只有濃厚的興趣才是人們不懼艱難堅持下去的源泉，也只有這樣才最終會走向成功。研究內(nèi)容對你有足夠的吸引力，能夠使學(xué)生屏蔽掉很多外在的紛擾，深入到研究里面，能夠從中得到最純粹的喜悅或者滿足，而不僅僅是把科研當成一份養(yǎng)家糊口的工作而已。其次是踏實，在張宏?？磥?，這是很重要的一種科研態(tài)度，因為從某種意義上來講，基礎(chǔ)研究是一個相對不可控的過程，不能操之過急，大多數(shù)情況下是漫長而未知的，所以需要科研工作者有很強的定力，能靜下心來腳踏實地，有把冷板凳坐熱的決心和恒心。

張宏福喜歡走到年輕一代中間去，完全沒有年齡和職位上的架子，天南地北地聊一聊，開開玩笑，給他們一些建議，順便將自己幾十年的人生智慧和科研經(jīng)驗與他們分享。“這些娃沒有經(jīng)歷過我們那時候的苦日子和生活壓力，抗擊打能力不強。我們當導(dǎo)師的，不僅要關(guān)心他們的學(xué)業(yè)，對于他們的情緒和心態(tài)也要特別關(guān)注?！睆埡旮Ｅ閷W(xué)生營造一個自由寬松的學(xué)習成長環(huán)境，也特別喜歡把他們帶到野外去考察采樣，路上發(fā)生各種各樣的經(jīng)歷和困難，對他們成長過程來說也是一種磨礪。

由于師生之間沒有隔閡，當學(xué)生們有了各種難題，文章寫不下去了、實驗做不出來了，以及學(xué)業(yè)上的各種瓶頸，他們都會主動向張宏福傾吐心聲，尋求指點。這個時候，張宏福就會鼓勵他們“獨辟蹊徑”，知識是死的，但人是活的，在沒有辦法的情況下，從當前的思維困局中跳出來，換一條別的路走，或許你就走通了。

這也是張宏福的科研法寶，當年在“克拉通破壞”的研究進入瓶頸期的時候，作為客座研究員在日本岡山大學(xué)固體地球科學(xué)研究中心做交流時，張宏?？吹接腥藢囃凰匮芯繎?yīng)用于水環(huán)境領(lǐng)域的研究，突然眼前一亮，覺得這種方法應(yīng)該可以借鑒。于是率先應(yīng)用于地幔地球化學(xué)研究的非傳統(tǒng)穩(wěn)定（Li-Fe-Mg）同位素示蹤方法，能更好地限定參與橄欖巖反應(yīng)的熔體的組成和來源。此前從未有人想到用這種方法，而這一“獨辟蹊徑”獲得了意想不到的成果：首次發(fā)現(xiàn)地幔中存在明顯的鋰同位素不平衡，創(chuàng)新了地幔具有均一鋰同位素組成的認識方法，使中國在這一領(lǐng)域研究一直處于國際前沿。

多年來，在張宏福悉心培養(yǎng)、嚴格把關(guān)之下，他的團隊涌現(xiàn)出了不少地球科學(xué)研究的青年才俊，其中二人獲得“國家杰出青年科學(xué)基金”，二人獲得“國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金”，五人獲得“侯德封獎”，一人獲得“金錘獎”。還選送了多位優(yōu)秀研究生赴美歐國家深造。

精誠所至，金石為開。張宏福指出，研究地球大陸構(gòu)造是人類重新認識地球的過程，未來還有很長的路要走。“克拉通的演化它不光是克拉通本身的問題，它和周邊造山帶有很大的關(guān)系。所以我現(xiàn)在除了繼續(xù)做一些克拉通內(nèi)部的研究，也做一些造山帶的工作，就是把造山帶的演化和克拉通的演化結(jié)合起來?！睆埡旮Ｌ寡?，做地球化學(xué)的目的是要解決巖石成因問題，說到底是為勘探服務(wù)的。一個科研項目結(jié)束了，但是對于項目背后事物的思考永遠不能結(jié)束。

如今，從秦嶺大山中走出來的張宏福正逐步回歸秦嶺?！耙郧霸谌A北地區(qū)做得多一些，現(xiàn)在主要在研究秦嶺造山帶。另外，配合國家西部大開發(fā)的需求，從區(qū)域上還會往西部擴展一點，進入青海、甘肅甚至新疆?！狈泵Φ墓ぷ髯審埡旮７畔铝藥缀跛械呐d趣愛好，“只剩下散步了，走著的時候腦子里還能想想問題?！弊咴谑煜さ纳降郎?，他深深感受著腳踏實地的溫度。在科學(xué)的道路上，沒有平坦的大路可走，成功需要一朝一夕的積累。農(nóng)村娃依然說不出光鮮漂亮的言語，但是張宏福明白，唯有向前，唯有堅持——“人生沒有白走的路，每一步都算數(shù)！”

專家簡介

張宏福，1962年出生于陜西省山陽縣?，F(xiàn)任西北大學(xué)教授和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員。2017年當選中國科學(xué)院院士。長期從事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3個方面取得系統(tǒng)性創(chuàng)新成就。特別是提出并論證了橄欖巖-熔體相互作用造成的巖石圈地幔組成的變化是導(dǎo)致古老克拉通能夠被破壞的本質(zhì)，對華北克拉通破壞研究做出了突出貢獻。