破解華北地震之謎,成全球Top1%高被引作者,他願30年與石頭打交道

40年前,一位農家少年第一次離開秦嶺大山深處的小鎮“漫川關”,來到70公里外的縣城求學;40年後,這位農家少年已經成為我國地幔地球化學領域的學術帶頭人。

“一個離不開大山石頭的地質人。”這是他給自己的評價。


2017年11月,這個“離不開大山石頭”的地質人,成功當選中國科學院院士,這或許是對他30多年地質生涯最好的註解。

結緣西大,結緣地質

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張宏福在西北大學讀書時與同學合影(第一排右四為張宏福)

1981年,張宏福考入西北大學地質學系地質學專業學習。當時的張宏福完全不知道地質學系要學什麼,只知道在當地人的眼中,地質隊員堪稱“高收入人群”,也是神秘的有文化的“探寶”人。

本科畢業後,張宏福考入武漢地質學院北京研究生部(現中國地質大學)。研究生畢業後,他回到母校西北大學。在地質學系任教的6年時間裡,他每年跟隨著老教師們出野外,漫山遍野地拉地層剖面、找石油。這一段經歷為他打下了紮實的岩石專業基礎,尤其是出色的辨認岩石的能力,這些都讓他在日後的科研工作中獲益良多。

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1998年,張宏福作為訪問學者赴英學成歸國,進入中國科學院地質與地球物理研究所工作。2010年,西北大學大陸動力學國家重點實驗室進入到發展的關鍵時期,急需一位專長於岩石地球化學研究並瞭解相應先進測試技術的學術帶頭人。在中國科學院院士張國偉的極力推薦下,張宏福回到他曾經學習、工作過的校園,出任大陸動力學國家重點實驗室常務副主任。

“趕上了好時代。”張宏福常常說自己很幸運,改革開放以來,國家對基礎研究的支持力度越來越大,自己才能得以承擔國家傑出青年科學基金等重大重點項目,全心在一個領域內持續深入地進行研究。

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破解“克拉通破壞”之謎

克拉通是大陸主要地質單元。“克拉通”一詞源自希臘語Kratos,意為“強度”。華北克拉通自18億年前形成後,曾長期保持穩定。但是在1億年前,華北陸塊發生了大規模構造變形、強烈的岩漿活動和盆地形成,並伴有大量的金屬和其他資源形成。強烈的地震也成為華北克拉通的重要特徵,比如發生在1976年的唐山大地震。

為什麼華北克拉通會發生這樣的變化?張宏福渴望尋找到答案。張宏福和同事推斷,在山東方城周邊可能存在中生代玄武岩。皇天不負有心人,在山東地質七隊隊員的幫助下,他們成功地採集到中生代玄武岩樣品。它的出現證明了中生代是華北岩石圈減薄的關鍵時期。在華北中生代玄武岩中,張宏福又發現了同位素異常富集現象,說明在中生代華北岩石圈地幔裡發生的變化,最終使古生代的克拉通型地幔轉變為中生代富集型地幔,讓原本穩定的古老克拉通不再穩定。

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他的研究一步步接近華北克拉通破壞的真相。2005年,他們在山東膠州發現環帶狀地幔橄欖岩捕擄體。這種極其難得的地幔捕擄體,可以看作是橄欖岩正發生變化時被“抓取”到地表上來的。他通過對地幔捕擄體的Sr-Nd和Re-Os同位素測試發現,大陸岩石圈中的地幔橄欖岩會因和某種熔體反應,性質發生改變;反應徹底的,甚至會轉變為大洋型岩石圈地幔。在系統對比了2160件樣品後,他再次證明橄欖岩—熔體相互作用在全球大陸岩石圈地幔中普遍存在。

最終,張宏福提出,橄欖岩—熔體相互作用是大陸岩石圈地幔組成轉變的主要機制,並最終導致古老克拉通破壞。其間,他與學生率先將非傳統穩定(Li-Fe-Mg)同位素示蹤方法應用到地幔地球化學研究中,推動了該學科的發展。

甘坐冷板凳,永葆赤子之心

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只要是出野外,張宏福的心情一定會很好,上坡下坎,年輕力壯的學生也追不上他。學生們私下裡覺得似乎“老師天生就是乾地質的”。

只要是學生真正感興趣的問題,他都會支持學生進行深入研究,哪怕這個問題和自己團隊的研究方向沒有關係。學生實驗失敗,或是被證明研究方向行不通,張宏福總是雲淡風輕地說一句:“沒關係,搞科研哪有不失敗的。”並勸慰學生,只要態度認真,即使是失敗也有科學意義。

多年來,甘坐冷板凳的張宏福,在基礎研究領域收穫頗豐。據統計,他取得多項研究成果並發表論文189篇,其中SCI收錄152篇。論文被SCI引用5731次,H-index(一種評價學術成就的新方法)指數為38,是ISI地球科學Top 1%高被引科學家。

未來,張宏福和他的團隊還將繼續鑽研,破解更多地球科學的奧秘。

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部分素材來自西北大學官網


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