張宏福：讓“地球化學(xué)”實現(xiàn)“中國領(lǐng)先”

◎杜深華（本刊記者）

“作為新時代的科技工作者，只有把個人理想自覺融入國家發(fā)展偉業(yè)之中，知識才會發(fā)揮更大作用，才能最終成就一番事業(yè)。”

“我的家鄉(xiāng)在秦嶺山區(qū)的山陽縣漫川關(guān)，大山里的孩子與石頭有緣。我現(xiàn)在的工作就是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?！?6歲的張宏福說自己是“一個離不開石頭的地質(zhì)人”。

2017年，由于在地幔地球化學(xué)領(lǐng)域取得多項創(chuàng)新性成果，推動了學(xué)科的發(fā)展，西北大學(xué)教授張宏福當(dāng)選中國科學(xué)院院士，成為我國地幔地球化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人。

“趕上了好時代”

說起為什么會選擇地質(zhì)科學(xué)作為自己學(xué)術(shù)研究的主攻方向，張宏福用“誤打誤撞”形容自己當(dāng)年的選擇?！爸灰驗槲覀兛h里有個有色714地質(zhì)隊，地質(zhì)隊員是神秘有文化的‘探寶’人，能到地質(zhì)隊工作，是件讓人非常羨慕的事。”

1981年，19歲的張宏?？既胛鞅贝髮W(xué)地質(zhì)學(xué)系，第一次離開漫川關(guān)這個秦尾楚頭的水旱碼頭小鎮(zhèn)，開始了人生中最重要、最珍貴的一段時光。

大山的孩子最熟悉石頭，但要真正弄懂每一塊石頭代表的地質(zhì)意義和記錄的歷史故事，絕非易事。從大一開始，張宏福就深切地感受到，對玄妙而深奧的地學(xué)原理的學(xué)習(xí)并不像在大山中追風(fēng)涉水那樣輕松愜意。本科四年，他幾乎天天泡在閱覽室，一本一本厚厚的習(xí)題集，他做了一遍又一遍。小山村的孩子，外語能力不及城里的孩子，他就苦練英語，這為后來海外求學(xué)和參加各種國際學(xué)術(shù)交流活動打下了堅實的語言基礎(chǔ)。聰明加刻苦，張宏福連續(xù)獲得“三好學(xué)生”等各類獎勵。

本科畢業(yè)后，張宏?？既胛錆h地質(zhì)學(xué)院北京研究生部（現(xiàn)中國地質(zhì)大學(xué)）礦物巖石地球化學(xué)系，師從我國巖石學(xué)學(xué)科主要奠基人和新中國地質(zhì)教育的創(chuàng)建人之一、著名巖石學(xué)家池際尚教授，從事巖漿巖巖石學(xué)研究，獲碩士學(xué)位后回到母校西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系任教。1995年，張宏福在英國倫敦大學(xué)攻讀地球化學(xué)博士學(xué)位。隨后在中科院地質(zhì)與地球物理研究所工作。

“在大學(xué)任教的6年，對我最大的鍛煉就是每年都要到野外實測地質(zhì)剖面，探尋礦藏?！边@種工作習(xí)慣已經(jīng)成為一種傳統(tǒng)延續(xù)至今?，F(xiàn)在，張宏福也帶著自己的學(xué)生到全國各地現(xiàn)場教學(xué)?！跋裉镆翱脊乓粯?，這是巖石學(xué)專業(yè)研究的基本功?！睆埡旮ＯＭ麑W(xué)生們能和自己一樣，練就一雙辨別巖石標(biāo)本的“火眼金睛”。

“趕上了好時代！經(jīng)濟社會發(fā)展到一定時期，會對某些領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提出強烈需求?！睆埡旮３３Ｕf自己很幸運，改革開放以來，國家不斷加大對基礎(chǔ)研究的支持力度，自己才得以承擔(dān)國家杰出青年科學(xué)基金、“百人計劃”“克拉通破壞”等重大或重點項目，心無旁騖做研究?！白鳛樾聲r代的科技工作者只有把個人理想自覺融入國家發(fā)展偉業(yè)之中，知識才會發(fā)揮更大作用，才能最終成就一番事業(yè)。”張宏福說。

破解“克拉通破壞”之謎

1月8日，在國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，由張宏福作為主要完成人之一的“華北克拉通破壞”項目獲得2017年度國家自然科學(xué)二等獎，吸引了國際地球科學(xué)界的矚目。

“克拉通”是什么？張宏福介紹說，“克拉通”源自希臘語，是指地球上最古老的大陸地塊，占大陸面積的50%—70%以上，是人類賴以生存和資源能源的主要供給場所。我國的華北克拉通自18億年前形成后，曾長期保持穩(wěn)定。但是在1億多年前，華北陸塊發(fā)生了大規(guī)模構(gòu)造變形、強烈的巖漿活動和沉積盆地形成，并伴有大量的金屬和油氣資源形成。同時，強烈的地震也成為華北克拉通的重要特征，比如發(fā)生在1976年的唐山大地震。

“這種現(xiàn)象反映了大陸演化的復(fù)雜性和多樣性，也是將地表人類生存環(huán)境與地球深部過程相聯(lián)系的紐帶?？死槭裁磿シ€(wěn)定性一直未被破解，成為困擾地球科學(xué)家近百年的難題。”經(jīng)過多年的實地勘訪，張宏福團隊在山東方城周邊成功采集到中生代玄武巖樣品，證明了中生代是華北巖石圈減薄的關(guān)鍵時期。

此后，張宏福又發(fā)現(xiàn)了華北中生代玄武巖中同位素異常富集的現(xiàn)象，說明在中生代華北巖石圈地幔里發(fā)生了變化，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)定的古老克拉通不再穩(wěn)定。

他的研究一步步接近華北克拉通破壞的真相。2005年，他們在山東膠州發(fā)現(xiàn)環(huán)帶狀地幔橄欖巖捕擄體。這種極其難得的地幔捕擄體，可以看作是巖石正發(fā)生變化時被“抓取”到地表上來的。

緊接著，張宏福通過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?xí)D(zhuǎn)變?yōu)榇笱笮蛶r石圈地幔。在系統(tǒng)對比了2160件樣品后，再次證明橄欖巖—熔體相互作用在全球大陸巖石圈地幔中普遍存在。

最終，張宏福提出，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。他通過發(fā)現(xiàn)克拉通破壞的本質(zhì)，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。

張宏福（右）和學(xué)生在野外科考

“從某種意義上說，巖石地球化學(xué)的研究是為其他地學(xué)專業(yè)做嫁衣的工作?！睆埡旮ＵJ(rèn)為，雖然不能夠直接產(chǎn)生很大的經(jīng)濟和社會效益，但它的基礎(chǔ)性作用和地位不能忽視、無法替代。這就要求地質(zhì)人必須有“板凳甘坐十年冷”的決心和勇氣。

低頭“拉車”，抬頭“看路”

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。在中科院院士張國偉極力推薦下，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。

之后的張宏福更加拼搏，不知疲倦，幾乎是夜以繼日地工作。但他并不是一個“只低頭拉車，不抬頭看路”的人。在張宏?？磥恚皠?chuàng)新往往是一種獨辟蹊徑的大膽嘗試”。

2005年4月，作為客座研究員在日本岡山大學(xué)固體地球科學(xué)研究中心作交流時，張宏?？吹接腥藢囃凰匮芯繎?yīng)用于水環(huán)境領(lǐng)域的研究，覺得這種方法應(yīng)該可以借鑒。于是研究團隊率先將鋰同位素應(yīng)用于地幔橄欖巖的鋰同位素的研究中——此前從未有人想到用這種方法。這一開拓性的嘗試，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(rèn)識方法，使中國在這一領(lǐng)域研究一直處于國際前沿。

在學(xué)生們眼里，“張老師天生就是干地質(zhì)的”。張宏福的博士生唐歡說:“只要是出野外，他的心情一定會很好，上坡下坎，年輕力壯的學(xué)生也追不上他?！?/p>

只要是學(xué)生真正感興趣的問題，張宏福都會支持學(xué)生進行深入研究，哪怕這個問題和自己團隊的研究方向沒有關(guān)系。即便學(xué)生實驗失敗，或是被證明研究方向行不通，張宏?？偸窃频L(fēng)輕地說：“沒關(guān)系，搞科研哪有不失敗的？”并勸慰學(xué)生，只要態(tài)度認(rèn)真，即使是失敗也有科學(xué)意義。

多年來，張宏福耗費了大量心力培養(yǎng)學(xué)生，構(gòu)建團隊，先后為國家培育了一批又一批的年輕巖石地球化學(xué)人才。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”，四人獲得“侯德封獎”，一人獲得“金錘獎”。還選送了四位優(yōu)秀碩士生赴美歐國家深造。

2017年參加西北大學(xué)院士新年論壇時，張宏福發(fā)言：“一個真正優(yōu)秀的科學(xué)家必須有時不我待、不進則退的緊迫感和危機感。因為稍一慢下來，就有可能再也追不上了。我要繼續(xù)走好探究源自地幔深處動力的追尋之旅。不松勁，不停歇！”