解讀地球內(nèi)部的秘密

劉靜靜

編者按：

國家重點實驗室是一個行業(yè)科研水平最高標(biāo)準(zhǔn)的體現(xiàn)，也是一個國家科研水平最高標(biāo)準(zhǔn)的體現(xiàn)。從本期開始，我們會對部分國家重點實驗室進行介紹，讓讀者走近科學(xué)大師，管窺科技前沿，提高科學(xué)文化素質(zhì)。

每個人從出生起就在這顆星球上，我們習(xí)慣了晝夜交替、四季冷暖?？墒?，人類對賴以生存的地球究竟了解多少呢？

在法國科幻作家凡爾納的小說《地心游記》中，冰島的斯奈菲爾火山是通往地心的入口。目前已知人類鉆過最深的井是科拉超深鉆孔，其鉆孔深度為12.262千米，而《目瞪口呆看地球》一書中提到地心位于我們腳下超過6 300千米的地方。

歷經(jīng)億萬年的地質(zhì)運動，這顆誕生于46億年前的星球給人類留下了深刻的印記，更隱藏了太多的秘密。

從古至今，隨著人類文明的發(fā)展，為了探尋地球的秘密，人類對地球的研究就從未停止過，如今更發(fā)展成一門較為完善的科學(xué)體系。17世紀(jì)至19世紀(jì)，氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科漸漸成熟。20世紀(jì)末期，研究大陸板塊深俯沖及地球化學(xué)，成為國際上地球科學(xué)研究的前沿和熱點。

對地球的研究越細致，對地球的構(gòu)造了解越多，在自然災(zāi)害預(yù)防、環(huán)境保護、礦產(chǎn)資源開發(fā)等方面的研究就可以做到游刃有余。這一切跟人類的生存密切相關(guān)。

雖然我國對地球科學(xué)的研究起步較晚，但成就斐然。

1993年，鄭永飛教授從德國留學(xué)回國后到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)任教，開始了長達10年的大陸板塊深俯沖理論探索與技術(shù)攻堅。因為每天早晨7點左右上班，晚上7點左右下班，一周工作7天，因此他又被稱為“三七教授”。

十年磨一劍，鄭永飛教授根據(jù)同位素年代學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)，成功證明了大陸板塊的俯沖和折返為“快進快出”過程，由此產(chǎn)生了“油炸冰激凌模型”，震動了整個學(xué)術(shù)圈。隨后，他又領(lǐng)導(dǎo)團隊進軍俯沖帶化學(xué)地球動力學(xué)這個國際前沿學(xué)科。

板塊俯沖是實現(xiàn)地球圈層間物質(zhì)循環(huán)和能量交換的主要方式，對火山噴發(fā)、地震活動和成礦作用等地質(zhì)事件都會產(chǎn)生重要影響。在俯沖帶不同深度下，關(guān)于板片-地幔相互作用的過程、機制和控制因素等，一直是固體地球科學(xué)界關(guān)注的焦點。在鄭永飛教授的帶領(lǐng)下，團隊成功證明板塊構(gòu)造在大洋和大陸俯沖帶的運行規(guī)律具有一致性，備受同行稱贊。

2005年，經(jīng)中國科學(xué)院批準(zhǔn)，中國科學(xué)院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點實驗室成立。實驗室以地殼和地幔物質(zhì)的元素和同位素組成及其動力學(xué)過程為主題，以地球不同層圈之間相互作用與環(huán)境演化之間的關(guān)系為主線，以大陸碰撞造山帶形成和演化的時間—空間關(guān)系為切入點開展研究。其主要研究方向包括造山帶化學(xué)地球動力學(xué)、穩(wěn)定同位素地球化學(xué)、殼幔相互作用地球化學(xué)、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動力學(xué)、極地環(huán)境與生態(tài)地質(zhì)學(xué)。

中國科學(xué)院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點實驗室成立以來，一直致力于實現(xiàn)深部地球系統(tǒng)與表層地球系統(tǒng)之間在物理化學(xué)性質(zhì)和時空演化研究上的交叉融合，努力打造國際知名的地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心。鄭永飛教授和其團隊也在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“深俯沖地殼的化學(xué)變化與差異折返”和“大陸俯沖帶殼幔相互作用”、國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體項目“大陸俯沖化學(xué)地球動力學(xué)”、重大項目“地球內(nèi)部水的分布和效應(yīng)”等項目中取得創(chuàng)新性成果。

在日常的科研工作中，大別山是鄭永飛教授帶領(lǐng)團隊最常去的一處天然實驗室，位于蘇魯造山帶南部的大別山連接華北與揚子兩個板塊，由遠古時期揚子板塊向華北板塊俯沖對接形成。也正是在大別山，鄭永飛教授發(fā)現(xiàn)了超高壓變質(zhì)礦物，從而證明了大陸板塊完全可以俯沖。

大別山礦產(chǎn)資源豐富，安徽金寨縣境內(nèi)探明的巨型鉬礦床鉬儲量在220萬噸以上，是國內(nèi)目前規(guī)模最大的鉬礦床，但其成礦機制一直是個謎。鄭永飛教授團隊研究發(fā)現(xiàn)，這里原來是古特提斯洋消失的地方，在古特提斯洋俯沖過程中，產(chǎn)生了鉬礦獨特的形成基礎(chǔ)。這為了解礦產(chǎn)成因的意義，為后期礦產(chǎn)的開發(fā)、資源的保護提供了充足的證據(jù)和依靠。

除此之外，探索月球，研究月球的結(jié)構(gòu)和組成，也有助于對地球的研究。當(dāng)嫦娥五號帶回更多的月壤樣品后，科研人員對月球的研究越來越精細，并找到了更多月球和地球的相似點，從而為人們認識地球又打開了“一扇窗”。

如今，地球還有很多奧秘，等著科學(xué)家去解謎?？梢灶A(yù)見，在不遠的將來，地球科學(xué)將進入一個更加成熟的發(fā)展階段。