张宏福 宏愿跬步积 福运有蹊径

2018-01-26 13:01:00  来源:  编辑:

  选题策划 范承玲 ◎本刊记者 宋汉晓
  “一个学科拥有三位院士,形成了非凡的影响力;地质学系从学科建设上形成三个鲜明的团队方向,学科发展更加扎实,为后续人才成长提供了坚实的基础和条件保障;随着张宏福院士的当选,我校地质学科对人才的吸引力进一步增强,形成人才的‘洼地效应’。”西北大学郭立宏校长说,“张宏福是西北大学地质学系现在职工作的第三位院士,且地质学系的三位院士都没有担任过任何行政职务,依靠扎实的学术研究和工作业绩当选院士,为广大青年教师树立了良好的榜样”。
  “老师帮我报志愿”
  张宏福,西北大学教授、博士生导师,曾担任中国科学院地质与地球物理研究所创新基地研究员,岩石圈演化研究室主任。在中科院地质与地球物理所办公室,他接受了我们的采访。
  张宏福的书柜和窗台上,摆满了各种各样从各地采集回来的岩石标本。因为要带学生课外教学,全国他几乎跑遍了。在他看来,这些看似冰冷的石头,都有温度,都有生命,都有故事。他随手拿起一块含有钻石的石头说:“地球形成于45.7亿年前,而形成这个钻石则很快,只需要几个百万年。”在张宏福看来,在沙漠中可能一粒不起眼的沙子就是几亿年,相对于地质运动,人生命的长度几乎可以忽略不计。
  “人可能还不如一粒沙子。太阳系够大吧,银河系约有2000亿个太阳系,而银河系不过是宇宙中千千万万个星系中的一个,何况银河系还不是大星系。但能在短暂的生命中,作为一个微不足道的个体,为地球、为人类做出点滴的贡献也是很开心的事情。”张宏福曾经是两届院士候选人。“2013年就报了,但没能进入前27位,2015年的时候排到第8位。”2017年11月28日,中国科学院公布2017年新当选院士名单,张宏福教授当选。
  张宏福自幼天资聪明,勤奋好学,努力上进,学习成绩一直名列前茅,深受老师喜欢。“我的成长,确实赶上了好时代,另外就是运气好吧!”
  1962年9月,张宏福出生于陕西省山阳县漫川关。“小时候,根本就不知道上大学是干什么的,更别说了解地质系是干什么的,因为我们县里有个714地质队,地质队员每天有8毛钱的补贴,这在当时是很高的收入,能到地质队工作,那是非常令人羡慕的,老师就帮我报了个地质系。”
  当选院士后,张宏福给自己70多岁的老师打电话还说起这件事,“我的老师说,看看当时给你报的志愿多好,都当上院士了!”
  1981年,张宏福从山阳中学毕业,以优异成绩考上了西北大学,四年后获本科学士学位。
  32年后的2017年12月4日下午,张宏福作为新科院士载誉回校。西北大学为他举行了简朴而热烈的迎接仪式和座谈会。张宏福对母校师生充满感激。“学校各方面的支持,是我做研究的坚强后盾,张国伟、舒德干院士始终为我的前行指引方向,校领导、相关部门和院系的大力支持和通力合作成就了今天的我,感谢多年来来自西北大学的支持与关怀。”他说,能取得今天的成果,也正因为赶上了国家发展的好时代,他深情回顾了自己1979年以来的求学生涯和科研工作,“我从什么都没有,到一步步获得了充足的科研基金,获批了一些重要项目,这些都让我能够集中精力做研究,很大程度上促进了我自身的发展。”
  1985年,本科毕业后,张宏福考入武汉地质学院北京研究生部(现中国地质大学(北京))岩石地球矿物化学系,师从我国岩石学学科主要奠基人和新中国地质教育的创建人之一、著名的岩石学家池际尚教授,从事岩石学研究。
  “2017年,池际尚先生百年诞辰,她在学术上严谨治学,在生活上关心学生,在教学科研上重视基础地质、重视矿产资源、重视前沿研究,培养了一大批杰出地质人才,对我影响非常大。”1988年,张宏福获硕士学位,并回到母校西北大学地质学系任教。
  “西北大学任教的6年对我是一个非常大的锻炼。每年都要跟随年长的教师们到野外实测地质剖面,找石油。”这种传统一直保留到至今。他时常带着自己的学生利用暑假期间到全国各地搞现场教学。“像野外考古一样,这是岩石专业的基础,必须培养辨别岩石的能力。”
  1994年,张宏福作为访问学者赴英国伦敦大学皇家 Holloway 学院地质系访问,一年后获英国外交部ORS奖学金和香港爱国人士王宽诚奖学金,继续在该校师从著名地球化学家Martin A. Menzies教授攻读地球化学专业博士学位,1998年获理学博士学位。
  “拿到博士学位回国后一直在中科院地质与地球物理所工作,一晃20年了。”

带领学生野外考察

  甘坐冷板凳
  约40亿年前的早太古代,地球上可能只有一个超级大陆。在早元古代,这个超级大陆减薄裂解成十几块。从元古代之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在软流圈之上。
  克拉通一词源于希腊语Kratos ,意为强度,由德国构造地质学家施蒂勒1936年提出,即地壳中长期不受造山运动影响,与造山带相对应的地壳稳定地区。
  “我国华北地块就是这些克拉通之一,且华北克拉通被国内外一些学者视为世界上研究古老岩石圈减薄、改造、置换的最佳场所。”
  地球科学艰深复杂,研究条件艰苦,难出成果。近百年来我国四代地球科学工作者对华北克拉通做了许多工作,取得一系列重要的成果。
  以翁文灏先生为代表的第一代科学家早在1927年就提出了著名的“燕山运动”的概念。以陈国达和池际尚先生等为代表的第二代老科学家,提出华北稳定地台活化和大陆裂谷岩浆作用与演化的观点。以邓晋福、刘若新、周新华、路凤香、鄂莫岚、赵大升等为代表的第三代科学家,相继阐述了华北岩石圈减薄、裂谷形成与沉积盆地发育的学术思想,认识到华北岩石圈减薄是我国东部地质演化的重大事件。张宏福介绍道:“1990年代以后,在华北克拉通研究舞台上国内涌现了一大批中青年岩石地球化学学家,我们算是第四代吧!一起把华北克拉通岩石圈减薄推向国际地球科学研究的前沿。”
  “作为地球上最古老的陆块之一,华北克拉通自18亿年前形成以后,曾长期保持稳定。但是在一亿年前,强烈地震成为华北克拉通的主要特征。华北陆块发生了大规模的构造变形、强烈的岩浆活动和盆地形成,并伴有大量的金属和其它资源形成。”大陆的演化是地球科学的根本性重大科学问题。大陆内部古老的岩石,记录着地球的早期形成和演化。科学家们从这些岩石入手,利用现代科学技术手段和方法,揭示大陆的形成与演化规律。
  “大陆由稳定的克拉通和相对活动的造山带构成。大规模熔体活动造成的岩石圈组成和性质的变化是稳定克拉通被破坏的根本原因。但是,熔体来自哪里?是什么原因引起的?这些问题令科学家们费解。”
  张宏福以岩石学记录的构造事件为切入点,发现克拉通的破坏与周边造山带的形成和演化密切相关,率先提出并论证了克拉通周边板块的俯冲和碰撞作用造成的熔/流体活动是克拉通深部物质和能量交换的一级外部控制因素。通过研究,他发现全球古老克拉通周缘造山带的持续活动引起的大规模熔体上侵是克拉通破坏的关键。
  “当熔体活动较弱时,难以造成克拉通实质性破坏,比如南非Kaapvaal和加拿大Slave克拉通。”在英国攻读博士期间,张宏福曾经潜心研究过四块来自南非150公里以下的地幔橄榄岩样品,并在研究中首次发现在地幔中存在氧同位素不平衡。
  地幔交代作用是地球内部的一种化学变化,是当前地学研究的热点和难点。张宏福通过大量研究证据,揭示了大量的软流圈熔体与古老方辉橄榄岩反应能够形成相对年轻的二辉橄榄岩的事实,改变了科学界对地幔交代作用的传统认识。  
  我国大陆的独特性使其成为研究大陆演化的理想地区。我国东部地区显生宙时期强烈的岩浆活动、岩石圈的巨厚减薄,甚至含能源盆地的形成都是壳幔物质交换的结果。然而,引起如此强烈壳幔物质交换的深层原因一直是困扰着地球科学家们的难题。  
  张宏福提出橄榄岩-熔体相互作用是大陆岩石圈组成转变的主要机制,并论证其具有全球普适性,从而阐明了稳定克拉通破坏的机理。他通过橄榄岩Sr-Nd和Re-Os同位素研究揭示了华北岩石圈地幔显生宙以来经历了两次重大转变,先从古生代典型克拉通型转变为中生代富集型地幔,再转变为晚中生代以来“大洋型”地幔;通过系统对比华北与全球克拉通2100余件样品证明橄榄岩-熔体相互作用在全球大陆岩石圈地幔中普遍存在。
  尤其是通过一套珍贵的具有环带状结构的橄榄岩样品,直接从岩石学上证明了橄榄岩-熔体相互作用是导致大陆岩石圈组成转变的内在机理。并根据同位素的变化,揭示出不同地区相互作用程度的差异。
  非传统稳定同位素(Li-Fe-Mg)是近年来新兴的同位素示踪方法,张宏福开拓性地将其应用于大陆岩石圈演化研究中,开拓了大陆研究的新领域,培养了一批同位素(Li-Fe-Mg)青年研究人员。  
  多年来,甘坐冷板凳的张宏福,深耕地球科学,在基础研究领域收获颇丰,取得了一系列原创性的研究成果,获国家自然科学奖二等奖两项,中国科学院杰出科技成就奖1项,享受政府特殊津贴专家。
  院士推荐信这样评价张宏福:他长期从事大陆岩石圈地幔和下地壳研究,以深源岩石及其捕虏体为对象,探索地幔与地壳、软流圈与岩石圈相互作用的内在机理和外部因素,揭示了大陆岩石圈的演化过程,在大陆深部物质和能量交换的内在机理、外部控制因素、非传统稳定同位素三个方面的研究中取得系统创新性学术成就。在研究中,他坚持理论创新与实验技术研发相结合,率先将非传统稳定同位素应用于地幔地球化学研究中,开辟了岩石圈地幔演化研究新途径,在地幔地球化学领域取得了多项创新性成果,推动了学科的发展。

中国科学院院长白春礼(右)为张宏福颁发院士证书

  艰辛的历程 无限的热情
  2000年,张宏福与中科院地质与地球物理研究所周新华研究员赴山东方成,期盼着能在这里发现中生代玄武岩。张宏福有一种职业的敏锐性,同时也查阅了大量资料,推断出这里一定能找到中生代玄武岩。
  “华北岩石圈地幔从克拉通型地幔转变为‘大洋型’地幔,这种性质变化是何时开始的?怎么进行的?这个变化和华北东部岩石圈减薄是否有关系?如果能顺利找到中生代玄武岩,这些问题将可能迎刃而解。”
  果然不出所料,在山东地质七队队员的帮助下,张宏福成功采集到中生代玄武岩样品。这是首次在华北发现含地幔岩捕虏体的中生代玄武岩。
  “功夫不负有心人吧!这就证明了中生代是华北岩石圈减薄的关键时期。”张宏福等人也率先开始对华北中生代岩石圈地幔研究。果然,张宏福在中生代玄武岩中发现了同位素异常富集现象。
  “这些成分已经改变的玄武岩,说明在中生代华北岩石圈地幔里发生了某种不为人知的剧烈变化。这种变化,最终使古生代的克拉通型地幔转变为中生代富集型地幔,让原本稳定的古老的克拉通不再稳定。”张宏福的判断沿着正确的方向前进,华北克拉通破坏之谜也即将被揭开。
  “若能直接找到中生代地幔橄榄岩,就可以印证自己的判断。”2005年,张宏福在山东胶州发现了最为珍贵的环带状地幔橄榄岩捕虏体,一扇通往科学真相的大门向他敞开了。
  “山东方城玄武岩中发现罕见的具有明显环带结构的橄榄石。橄榄石中心部分的组成类似于华北新生代玄武岩携带的橄榄岩捕虏体中橄榄石的组成,其边缘部分接近于玄武岩中斑晶橄榄石的组成。橄榄石的这种化学成分特征及其浑圆的晶体形态和较小的颗粒皆说明这些橄榄石是地幔矿物捕虏晶,即地幔橄榄岩的解体矿物。其中心部分能够代表地幔橄榄岩的组成。橄榄石的环带结构是橄榄石捕虏晶与寄主玄武岩快速反应造成的。这种橄榄石与玄武质岩浆的相互反应可能在华北中生代岩石圈地幔中普遍存在,即为岩石圈地幔组成转变的重要方式。从而使古生代主量元素亏损的高镁橄榄岩转变为中生代晚期的主量元素饱满同位素富集的低镁橄榄岩,造成古老岩石圈地幔的消失。”
  张宏福的发现,为岩石圈地幔存在交代作用提供了明确的证据。从古生代典型克拉通型转变为中生代富集型地幔,再转变为晚中生代以来的大洋型地幔。张宏福揭示了华北岩石圈地幔显生宙以来经历的两次重大转变。
  “华北克拉通不仅丢失了岩石圈的厚度,且岩石圈地幔组成和属性都发生了根本性转变。”
  他的研究成果发表后,美国著名科学家Kelemen教授认为罕见的交代现象的发现为大陆岩石圈存在交代成因的方辉橄榄岩提供了明确的岩石学证据。氧同位素成果被Eiler教授编著的《稳定同位素》书中大段引用;发现的18O优先进入熔体的结论被Williams教授认为与热力学预测的结果完全一致。
  从不知地质为何物的学生到一名权威的地质科学家,张宏福坦言,科学道路充满着艰辛,有的人可能一生默默无闻,但失败也有科学意义。因此只有对科学的无限热情,不断地探索,不断地升华,及对自己的学术自信,才是推动人们在科学探索之路上不断前行的真正动力。
  重回母校 新时代、新机遇、新发展
  2017年12月28日,西北大学举办以“新时代、新机遇、新发展——科教兴国战略与高校历史使命”为主题的2018院士新年论坛。张宏福院士工作室正式揭牌。张宏福说:“国家的发展进入了新时代,西北大学地质学科也进入了‘一流学科’建设。学校各方面的支持,是我做研究的坚强后盾,张国伟、舒德干院士始终为我的前行指引方向,校领导、相关部门和院系的大力支持及通力合作成就了今天的我。”
  其实,早在2010年西北大学大陆动力学国家重点实验室进入发展的关键时期,急需专长于岩石地球化学研究并了解相应先进测试技术的学术带头人。在张国伟院士的推荐下,作为陕西“百人计划”引进人才,张宏福出任西北大学大陆动力学国家重点实验室常务副主任。如今西北大学大陆动力学国家重点实验室的设施有的比国外还先进,分析测试水平长期处于国际一流水平。
  “今后我将扎根西大,扎根黄土地!作为我的母校,现在加强学科建设,也急需岩石地球化学方面的人才。今后的几年,将更多关注家乡秦岭地区。在学术上,我会做好相关的科研工作;在人才团队建设和培养上,我也将尽力发挥自己的作用,以实际行动回报家乡父老的养育之恩、西北大学的培养之情。”
  作为中国致公党党员,张宏福说,今后会利用自己专业,不断提升参政议政水平,不断攻克学术难题,攀登科学高峰,为党派争光。
  课余,张宏福院士喜欢散步。除了科研书籍,他还喜欢看一些人生感悟的书。他指着一本张爱玲的书,她的书我也蛮喜欢读。
  如今,张宏福的团队共培养博士后五人,博士七人,硕士八人。获得国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金各两人,四人获得侯德封奖,一人获得金锤奖。“科技的未来一定要靠年轻人。”未来,张宏福和他的团队还将继续钻研,把研究推向深入,追寻源自地幔深处的动力,破解更多地球科学的奥秘。

我要说两句

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