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为“入地”找条路———访岩石圈演化国家重点实验室

记者:陈瑜唐婷

主任:朱日祥

时间:2007年11月4日上午10:00

地点:中国科学院地质与地球物理研究所新楼220会议室

  ■编者按

  地球作为人类社会的“自然支撑系统”,内部动力学行为对地表构造的影响已成为地球科学的研究热点。基于现代科学技术的进步和地球科学发展趋势,固体地球科学明显具有走向深部的特点。国际上一些著名科研机构从20世纪90年代初开始,不断将研究的视角和注意力集中于地球内部、特别是岩石圈日益成为地球科学研究的焦点内容。现代观测技术的进步和分析方法的提高,使深入研究岩石圈成为可能。

  当时我国尚没有从岩石圈演化的角度认识地球及其对矿产资源的控制机理这样的国家重点实验室。而要建设这样的国家重点实验室,只有在地质学、地球物理学和地球化学交叉融合的基础上才有可能实现,中国科学院地质与地球物理研究所刚好有这方面的优势和特色。

  2004年,在原中国科学院岩石圈构造演化重点实验室的基础上,进一步吸收其他相关学科的优势研究力量,申请并获批准建设“岩石圈演化国家重点实验室”。

  3日和朱老师联系,当时他还在河北进行野外科考。在仔细询问并确定是让他谈实验室发展建设后,才答应4日可接受一个小时的采访。虽然忙,但他说:“我答应了你的事情就一定办到。”果然,4日一大早他就从河北赶到了办公室,比我还到得早。

  朱老师有山西人的豪爽,同时不失细腻。新楼刚装修完,朱老师将采访地点改到了会议室。看完采访提纲,朱老师给实验室行政秘书叶鹏打电话,要他给我们拿来了详细资料;打电话给郑天愉老师,让她用科普的语言给我们写研究新发现。同时他找来了自己写的一篇科普文章,“这些都是给农民工子弟学校讲课时准备的。”“平时做事踏实低调,但对公益事业和科教论坛从不推辞。”别人这样评价朱老师。

  记者:提起岩石圈,一般人会比较陌生,能否简单给我们描述一下什么是岩石圈?

  朱日祥:地球的半径有6371公里,最外面的200公里就是岩石圈。岩石圈对我们来说很重要,因为人类所获得的大部分资源和能源来自岩石圈。但人类对岩石圈的认识却非常有限,目前全世界范围内,在岩石圈打的最深钻也只有12.5公里,这不难看出“上天不易,入地更难”。人类无法钻到地下去细看岩石圈,因此只能通过间接的技术手段来探测,从而加深对岩石圈的认识。

  记者:您这个实验室研究工作的主要内容是什么?

  朱日祥:我们实验室的战略定位是:研究中国及邻区大陆岩石圈的物质、结构与状态,认识在固体地球系统整体行为中岩石圈的动力学过程,探索地球内部圈层相互作用及演化对矿产资源的控制机理,为固体地球系统科学理论的建立及矿产资源的可持续供应做出创新性贡献。

  记者:实验室的代表性成果有哪些?朱日祥:我想介绍3项主要成果。

  第1项,华北岩石圈结构的地震台阵探测研究。地震波是能够穿透地球内部介质,并同时携带地球内部深、浅部构造特征的最重要的信息来源。20世纪后期,由于有了用高新技术构成的新一代数字地震观测系统,有可能采用密集的地震观测台阵来获取具有高分辨率的地震数据;也基于计算机技术迅速发展,极大提高了数据处理解释能力,对地球深部的探测研究进入新的发展阶段。在岩石圈演化国家重点实验室和中国科学院的支持下,建设了技术和运行机制与国际前沿接轨的地震台阵探测专业实验室,走上了利用地震台阵观测研究地球内部构造的国际科学研究舞台。

  探索克拉通的破坏过程是当前固体地球科学研究的一项重要内容,而华北克拉通是目前世界上唯一得到确证的先存巨厚太古宙岩石圈根遭受强烈破坏的地区。针对这个重大科学问题,岩石圈演化国家重点实验室在华北克拉通开展了大规模的流动地震台阵观测研究。在关键构造部位先后布置了360个流动地震台,实施了4000多公里剖面密集采样的天然地震观测,获得了几十万条地震记录。通过研究这些原始资料,获得了一系列新发现、新认识。例如,识别了华北克拉通岩石圈底界面的深度在60—80公里,从地球物理探测的角度获得了华北克拉通东部丢失了上百公里厚的岩石圈;研究确定了上—下地幔过渡带厚度比全球平均值低10—15公里,这一深部构造的可能是由太平洋板块俯冲所致;研究还发现了毗邻的燕山和太行山地壳结构、特别是壳幔边界结构的显著差异,揭示了华北克拉通活化的复杂过程;在华北克拉通18.5亿年前的拼合带之下,发现了陆—陆碰撞后地壳消减的残留构造,提供了早元古代全球板块构造的重要证据,这一研究提供了从区域问题研究全球构造演化的重要结果。这些成果在国际舞台上展示了中国地球科学的原创性贡献。

  第2项,大陆深俯冲。在“超高压变质作用与大陆岩石圈深俯冲”研究中,取得了一系列能反映国际该领域研究水平的成果和进展。通过研究证明大陆岩石圈整体经历了深俯冲作用,证明大陆地壳岩石曾俯冲到>200公里深,我们建立了大别—苏鲁超高压带的岩浆演化系列,全面描述了苏鲁超高压碰撞后花岗岩的类型随时代的变化特征,同时揭示了在超高压大陆碰撞发生之后的将近100百万年的时间里,苏鲁地区的构造环境曾经历了深刻变化。

  第3项,石剩磁机理与古地磁场。根据固体地球科学的发展趋势,遵循观测、实验和理论“三位一体”的指导思想,从岩石磁学和剩磁获得过程入手,以解决陆相沉积物剩磁复杂性和地磁场信息记录不确定性、古老岩石重磁化等基本问题为出发点,开展了地磁极性倒转、极性转换期间地磁场形态特征、地磁场古强度与地球内部动力学过程的相关性等重要科学问题的研究。发现了晚中生代地磁极性倒转频率与强度变化为负相关的重要规律,将古地磁学研究范畴拓展到认识地球深部动力学过程,该项成果于2006年或国家自然科学奖二等奖。这项研究还利用自主研发的实验技术和方法,对河北泥河湾盆地沉积序列进行了深入细致的研究,并在国际上首次确定了争论已久的小长梁、马圈沟等旧石器遗址的年代,分别为136万年和132—166万年。这是东亚高纬度地区迄今已被确认的最早的人类活动新证据,证明早期人类以较快的速度迁徙到华北并长期生活在泥河湾盆地,他们已经具有很强的适应环境变化的能力,仅仅凭借简单的工具就能在远比非洲热带地区寒冷和恶劣得多的东亚高纬度自然环境中生存下来。

  记者:刚刚您提到了论文发表情况,您认为论文和成果可以画等号吗?

  朱日祥:我们实验室偏基础研究,我们最重要的成果体现在对自然现象、比如说岩石圈演化过程的认识。发表在不同学术刊物上的论文仅仅是科研成果的体现形式之一,也就是说论文不能与科研成果一一对应。有时候,重要的科研成果并没有发表在通常意义的学术刊物上,比如获得菲尔茨奖的俄国科学家佩雷尔曼的获奖成果就没有发表在学术刊物上。我认为,论文至少不是体现科研成果的唯一形式,它只是表现形式之一。

  记者:您如何看待国家重点实验室主任这一角色?在领导组织该实验室工作中有哪些感受?

  朱日祥:国家重点实验室主任需要对实验室的学科发展有宏观战略布局,比如说需要知道谁能做与离子探针相关的研究、谁能做与地震波相关的研究,因为我不是岩石圈演化领域内所有科学问题的专家。有人问我,身兼研究所所长、国家重点实验室主任是否很忙?我认为,无论是研究所所长、还是国家重点实验室主任,他的职责主要体现在三个方面:即确定学科发展方向、用人和构建具有创新能力的实验研究平台。

  作为一个合格的实验室主任,重要的是学会如何用人,而不是管人。我们实验室划分为几个研究部和技术支撑系统,实验室主任只是把握好实验室的战略定位,具体如何对一些科学问题进行深入研究,就得靠不同研究部的首席科学家了。因为只有他们最清楚各自研究领域的前沿是什么,该发展和促进什么。

  从建设创新性实验平台上来讲,一定要瞄准国际前沿。我们首先要明白,建立实验平台是为了解决国际前沿的科学问题。做基础研究一定要瞄准国际前沿,不能人家做了你跟着做。第二要完全国际规范化,不能一味地本土化。当然在做具体科学研究时,选择突破点时可以有一定的地域性。

  记者:该实验室目前的研究水平在国内外处于什么地位?

  朱日祥:如果仅就国内来说,我们实验室在岩石圈演化这个领域肯定是最具实力的,因为岩石圈演化也是我们研究所的主方向。从国际范畴来讲,我们实验室在若干研究方向也应该说是取得了国际水平的成果,比如在华北岩石圈结构探测研究、地磁场与地球内部动力学相关性研究、大陆深俯冲等。

  记者:您对实验室有什么期望?未来将侧重哪些方面?

  朱日祥:总体来说,我们实验室在科学研究方面的开拓性工作不多。我刚刚提到的3项研究成果,只能说和国外处于同一水平。我希望未来的5到10年,岩石圈演化国家重点实验室能作出开拓性的工作,并引领国际潮流。

  

  

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