张宏福：让“地球化学”实现“中国领先”

◎杜深华（本刊记者）

“作为新时代的科技工作者，只有把个人理想自觉融入国家发展伟业之中，知识才会发挥更大作用，才能最终成就一番事业。”

“我的家乡在秦岭山区的山阳县漫川关，大山里的孩子与石头有缘。我现在的工作就是通过古老的来自地下深处的岩石，并借助现代科学技术手段和分析测试方法，来揭示大陆的形成与演化规律。”56岁的张宏福说自己是“一个离不开石头的地质人”。

2017年，由于在地幔地球化学领域取得多项创新性成果，推动了学科的发展，西北大学教授张宏福当选中国科学院院士，成为我国地幔地球化学领域的学术带头人。

“赶上了好时代”

说起为什么会选择地质科学作为自己学术研究的主攻方向，张宏福用“误打误撞”形容自己当年的选择。“只因为我们县里有个有色714地质队，地质队员是神秘有文化的‘探宝’人，能到地质队工作，是件让人非常羡慕的事。”

1981年，19岁的张宏福考入西北大学地质学系，第一次离开漫川关这个秦尾楚头的水旱码头小镇，开始了人生中最重要、最珍贵的一段时光。

大山的孩子最熟悉石头，但要真正弄懂每一块石头代表的地质意义和记录的历史故事，绝非易事。从大一开始，张宏福就深切地感受到，对玄妙而深奥的地学原理的学习并不像在大山中追风涉水那样轻松惬意。本科四年，他几乎天天泡在阅览室，一本一本厚厚的习题集，他做了一遍又一遍。小山村的孩子，外语能力不及城里的孩子，他就苦练英语，这为后来海外求学和参加各种国际学术交流活动打下了坚实的语言基础。聪明加刻苦，张宏福连续获得“三好学生”等各类奖励。

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）矿物岩石地球化学系，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、著名岩石学家池际尚教授，从事岩浆岩岩石学研究，获硕士学位后回到母校西北大学地质学系任教。1995年，张宏福在英国伦敦大学攻读地球化学博士学位。随后在中科院地质与地球物理研究所工作。

“在大学任教的6年，对我最大的锻炼就是每年都要到野外实测地质剖面，探寻矿藏。”这种工作习惯已经成为一种传统延续至今。现在，张宏福也带着自己的学生到全国各地现场教学。“像田野考古一样，这是岩石学专业研究的基本功。”张宏福希望学生们能和自己一样，练就一双辨别岩石标本的“火眼金睛”。

“赶上了好时代！经济社会发展到一定时期，会对某些领域的基础研究提出强烈需求。”张宏福常常说自己很幸运，改革开放以来，国家不断加大对基础研究的支持力度，自己才得以承担国家杰出青年科学基金、“百人计划”“克拉通破坏”等重大或重点项目，心无旁骛做研究。“作为新时代的科技工作者只有把个人理想自觉融入国家发展伟业之中，知识才会发挥更大作用，才能最终成就一番事业。”张宏福说。

破解“克拉通破坏”之谜

1月8日，在国家科学技术奖励大会上，由张宏福作为主要完成人之一的“华北克拉通破坏”项目获得2017年度国家自然科学二等奖，吸引了国际地球科学界的瞩目。

“克拉通”是什么？张宏福介绍说，“克拉通”源自希腊语，是指地球上最古老的大陆地块，占大陆面积的50%—70%以上，是人类赖以生存和资源能源的主要供给场所。我国的华北克拉通自18亿年前形成后，曾长期保持稳定。但是在1亿多年前，华北陆块发生了大规模构造变形、强烈的岩浆活动和沉积盆地形成，并伴有大量的金属和油气资源形成。同时，强烈的地震也成为华北克拉通的重要特征，比如发生在1976年的唐山大地震。

“这种现象反映了大陆演化的复杂性和多样性，也是将地表人类生存环境与地球深部过程相联系的纽带。克拉通为什么会失去稳定性一直未被破解，成为困扰地球科学家近百年的难题。”经过多年的实地勘访，张宏福团队在山东方城周边成功采集到中生代玄武岩样品，证明了中生代是华北岩石圈减薄的关键时期。

此后，张宏福又发现了华北中生代玄武岩中同位素异常富集的现象，说明在中生代华北岩石圈地幔里发生了变化，最终使古生代的克拉通型地幔转变为中生代富集型地幔，让原本稳定的古老克拉通不再稳定。

他的研究一步步接近华北克拉通破坏的真相。2005年，他们在山东胶州发现环带状地幔橄榄岩捕掳体。这种极其难得的地幔捕掳体，可以看作是岩石正发生变化时被“抓取”到地表上来的。

紧接着，张宏福通过Sr-Nd和Re-Os同位素测试发现，大陆岩石圈中的地幔橄榄岩会因和某种熔体反应，性质发生改变；反应彻底的，甚至会转变为大洋型岩石圈地幔。在系统对比了2160件样品后，再次证明橄榄岩—熔体相互作用在全球大陆岩石圈地幔中普遍存在。

最终，张宏福提出，橄榄岩—熔体相互作用是大陆岩石圈地幔组成转变的主要机制，并最终导致古老克拉通破坏。他通过发现克拉通破坏的本质，提出并论证了克拉通周边板块的俯冲碰撞作用造成的熔流体活动是岩石圈组成转变的主要外部控制因素。

张宏福（右）和学生在野外科考

“从某种意义上说，岩石地球化学的研究是为其他地学专业做嫁衣的工作。”张宏福认为，虽然不能够直接产生很大的经济和社会效益，但它的基础性作用和地位不能忽视、无法替代。这就要求地质人必须有“板凳甘坐十年冷”的决心和勇气。

低头“拉车”，抬头“看路”

2010年，西北大学大陆动力学国家重点实验室进入到发展关键期，急需一位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。在中科院院士张国伟极力推荐下，经陕西省“百人计划”支持，张宏福出任实验室常务副主任。

之后的张宏福更加拼搏，不知疲倦，几乎是夜以继日地工作。但他并不是一个“只低头拉车，不抬头看路”的人。在张宏福看来，“创新往往是一种独辟蹊径的大胆尝试”。

2005年4月，作为客座研究员在日本冈山大学固体地球科学研究中心作交流时，张宏福看到有人将锂同位素研究应用于水环境领域的研究，觉得这种方法应该可以借鉴。于是研究团队率先将锂同位素应用于地幔橄榄岩的锂同位素的研究中——此前从未有人想到用这种方法。这一开拓性的尝试，获得了意想不到的成果：首次发现地幔中存在明显的锂同位素不平衡，创新了地幔具有均一锂同位素组成的认识方法，使中国在这一领域研究一直处于国际前沿。

在学生们眼里，“张老师天生就是干地质的”。张宏福的博士生唐欢说:“只要是出野外，他的心情一定会很好，上坡下坎，年轻力壮的学生也追不上他。”

只要是学生真正感兴趣的问题，张宏福都会支持学生进行深入研究，哪怕这个问题和自己团队的研究方向没有关系。即便学生实验失败，或是被证明研究方向行不通，张宏福总是云淡风轻地说：“没关系，搞科研哪有不失败的？”并劝慰学生，只要态度认真，即使是失败也有科学意义。

多年来，张宏福耗费了大量心力培养学生，构建团队，先后为国家培育了一批又一批的年轻岩石地球化学人才。其中二人获得“国家杰出青年科学基金”，二人获得“国家优秀青年科学基金”，四人获得“侯德封奖”，一人获得“金锤奖”。还选送了四位优秀硕士生赴美欧国家深造。

2017年参加西北大学院士新年论坛时，张宏福发言：“一个真正优秀的科学家必须有时不我待、不进则退的紧迫感和危机感。因为稍一慢下来，就有可能再也追不上了。我要继续走好探究源自地幔深处动力的追寻之旅。不松劲，不停歇！”