解读地球内部的秘密

刘静静

编者按：

国家重点实验室是一个行业科研水平最高标准的体现，也是一个国家科研水平最高标准的体现。从本期开始，我们会对部分国家重点实验室进行介绍，让读者走近科学大师，管窥科技前沿，提高科学文化素质。

每个人从出生起就在这颗星球上，我们习惯了昼夜交替、四季冷暖。可是，人类对赖以生存的地球究竟了解多少呢？

在法国科幻作家凡尔纳的小说《地心游记》中，冰岛的斯奈菲尔火山是通往地心的入口。目前已知人类钻过最深的井是科拉超深钻孔，其钻孔深度为12.262千米，而《目瞪口呆看地球》一书中提到地心位于我们脚下超过6 300千米的地方。

历经亿万年的地质运动，这颗诞生于46亿年前的星球给人类留下了深刻的印记，更隐藏了太多的秘密。

从古至今，随着人类文明的发展，为了探寻地球的秘密，人类对地球的研究就从未停止过，如今更发展成一门较为完善的科学体系。17世纪至19世纪，气象学、地质学、地理学等学科渐渐成熟。20世纪末期，研究大陆板块深俯冲及地球化学，成为国际上地球科学研究的前沿和热点。

对地球的研究越细致，对地球的构造了解越多，在自然灾害预防、环境保护、矿产资源开发等方面的研究就可以做到游刃有余。这一切跟人类的生存密切相关。

虽然我国对地球科学的研究起步较晚，但成就斐然。

1993年，郑永飞教授从德国留学回国后到中国科学技术大学任教，开始了长达10年的大陆板块深俯冲理论探索与技术攻坚。因为每天早晨7点左右上班，晚上7点左右下班，一周工作7天，因此他又被称为“三七教授”。

十年磨一剑，郑永飞教授根据同位素年代学和地球化学证据，成功证明了大陆板块的俯冲和折返为“快进快出”过程，由此产生了“油炸冰激凌模型”，震动了整个学术圈。随后，他又领导团队进军俯冲带化学地球动力学这个国际前沿学科。

板块俯冲是实现地球圈层间物质循环和能量交换的主要方式，对火山喷发、地震活动和成矿作用等地质事件都会产生重要影响。在俯冲带不同深度下，关于板片-地幔相互作用的过程、机制和控制因素等，一直是固体地球科学界关注的焦点。在郑永飞教授的带领下，团队成功证明板块构造在大洋和大陆俯冲带的运行规律具有一致性，备受同行称赞。

2005年，经中国科学院批准，中国科学院壳幔物质与环境重点实验室成立。实验室以地壳和地幔物质的元素和同位素组成及其动力学过程为主题，以地球不同层圈之间相互作用与环境演化之间的关系为主线，以大陆碰撞造山带形成和演化的时间—空间关系为切入点开展研究。其主要研究方向包括造山带化学地球动力学、稳定同位素地球化学、壳幔相互作用地球化学、地球内部结构与动力学、极地环境与生态地质学。

中国科学院壳幔物质与环境重点实验室成立以来，一直致力于实现深部地球系统与表层地球系统之间在物理化学性质和时空演化研究上的交叉融合，努力打造国际知名的地球系统科学研究中心。郑永飞教授和其团队也在国家重点基础研究发展计划“深俯冲地壳的化学变化与差异折返”和“大陆俯冲带壳幔相互作用”、国家自然科学基金委创新研究群體项目“大陆俯冲化学地球动力学”、重大项目“地球内部水的分布和效应”等项目中取得创新性成果。

在日常的科研工作中，大别山是郑永飞教授带领团队最常去的一处天然实验室，位于苏鲁造山带南部的大别山连接华北与扬子两个板块，由远古时期扬子板块向华北板块俯冲对接形成。也正是在大别山，郑永飞教授发现了超高压变质矿物，从而证明了大陆板块完全可以俯冲。

大别山矿产资源丰富，安徽金寨县境内探明的巨型钼矿床钼储量在220万吨以上，是国内目前规模最大的钼矿床，但其成矿机制一直是个谜。郑永飞教授团队研究发现，这里原来是古特提斯洋消失的地方，在古特提斯洋俯冲过程中，产生了钼矿独特的形成基础。这为了解矿产成因的意义，为后期矿产的开发、资源的保护提供了充足的证据和依靠。

除此之外，探索月球，研究月球的结构和组成，也有助于对地球的研究。当嫦娥五号带回更多的月壤样品后，科研人员对月球的研究越来越精细，并找到了更多月球和地球的相似点，从而为人们认识地球又打开了“一扇窗”。

如今，地球还有很多奥秘，等着科学家去解谜。可以预见，在不远的将来，地球科学将进入一个更加成熟的发展阶段。