中国科学院地质与地球物理研究所研究员、中国科学院大学教授、博士生导师李宪华院士近日被北京市委宣传部、市科协等联合授予的2022年北京“最美科技工作者”称号。
“首相给了大家介绍地球科学在做什么的机会。作为地球科学家,我很幸福。研究地球科学,可以走遍全世界的山和水,研究其中的奥秘。如果你期待更多的年轻人选择这门学科,那肯定会让你很感兴趣。”采访中李宪华对专业充满了爱意。
中国的速度
李宪华今年61岁,他最为大众所熟知的贡献是去年的月阳研究成果。
2021年是李宪华院士带领月球研究小组以“中国速度”刷新人类对月球认识的一年。7月12日收到嫦娥5日带来的月阳样品,7日完成分析测试,16日完成论文写作投稿,10月19日在《自然》 (Nature)杂志上同时发表了3篇论文。三篇论文揭示了三个重要的发现。
首先,年代测定,重写了月亮的“死亡年龄”。如果把岩浆比作行星的血液,最年轻的岩浆活动结束的时间点就意味着行星什么时候死亡。通过对过去月球陨石和美国阿波罗号带来的月球土壤样本的研究结果,推测月球大约在28亿年前“死亡”。李宪华团队表示,月球最年轻的岩浆作用年龄比20亿年前、过去的认知推迟了8亿至9亿年。
第二,测量了月球玄武岩样品成分,发现月球地幔不含丰富的放射性生热元素。
三、测量玄武岩样品的含水量结果显示,月湾非常干燥,含水量仅为百万分之一到百万分之五。
月球表面的玄武岩是从深海地幔中溶解出来的。要熔化岩石,必须提高温度、加水(或其他挥发分)或压力。放射性生热元素高可以提高温度,水是最重要的挥发点。科学家曾推测,月球上的岩浆在较晚的时代仍在活动,可能该地区表面放射性热元素含量较高,含水量较高,岩浆凝结得更慢。现在这两种推测都被否定了。
“放射性热发生元素不高,含水量极低,这说明我们需要重新思考月球的热演化历史。”李宪华说。
中国科研团队的多项突破性进展为未来的月球探索和研究指明了新的方向,得到了国际同行的高度认可。
研究质量这么高,研究速度为什么这么快?鞭策李宪华团队的动力是国际同行的速度。1969年阿波罗11号登月时,美国科学家在当年9月收到了月球样品,第二年1月发表研究论文花了4个月的时间。而且“中国速度”想走得更快!
嫦娥五号样品回来后,全世界都在等着。如果中国科学家在收到样品后一年半内不能产生结果,将影响我们的学术声誉。研究速度是显示一个国家的科研实力。“李宪华说。
《中国速度》是在李宪华患有白内障的情况下完成的。“这段时间视力越来越差,体检发现白内障。因为要研究沃尔托,手术延期了。”在2021年10月的成果发布会上,李宪华只能勉强看到幻灯片的大标题,但他做了一个温柔帅气的报告。因为我熟悉所有的研究细节。发布会结束后,李宪华去医院做了手术。
十年一剑
太瘦了!这是李宪华第一次看到沃尔托的感觉。李宪华组申请了3克样品。分成三个小瓶子的月壤,粒子平均只有50微米,埋在瓶子墙上吹起来似乎能“飞”。市面上最精细的面粉粒度从100微米到120微米。
在微尘中解释天体命运的是李宪华队十年磨刀的浓密头发。“速度快是因为准备充分。三篇论文同时发表,每篇后面都有多年的技术支持。”
月亮团结是最重要的。在月球土壤中发现的可用于铀铅同位素年代测定的含铀物质粒子非常小,大部分只有3至5微米,需要最细微的离子探针来用离子束轰击样品表面。
如果要测量一粒矿物的年龄,就像击中靶子一样,要击中10环,块状斑点必须小于样品。一般来说,离子探针仪器的精度为10微米。在研究沃尔托之前,中科院地质和地球物理研究所的科学家和工程师们用了十多年的时间改进离子探针仪器的核心硬件,将测量精度推进到不到3微米。"这样的准确度处于国际领先地位."李宪华说。
月亮样品很珍贵,要尽量减少损失并偿还。李宪华组借用3克样品,再出2.85克,只消耗0.15克,就完成了第一项研究任务。如此微小的损失量得益于多年的技术积累。"同位素分析技术也有所改进。过去做了一次实验,想溶解10多毫克样品,现在用纳克级样品就行了。”李宪华说。
更长远地说,李宪华研究月球样品的技术源于他研究地球几十年的积累。月亮和地球都是行星。行星有生命,会成长和进化,死亡也会沉寂。对李宪华来说,监测数十亿年来的岩浆活动就像听行星的“心跳节奏”。
李宪华建设了中国科学院第一个大型离子探针实验室和中科院广州地化所同位素地球化学青年实验室,开发了国际领先水平的微区同位素退休新技术,吸引了大批外国科学家。他为提高中国相关研究领域的国际学术竞争力做出了重要贡献,2019年当选中国科学院院士。
放眼世界
“世界那么大,你不想去吗?“地球科学是读万卷书行万里路的学科,欣赏山水风景,探索自然奥秘,这就是李宪华热爱这个专业的原因。
李宪华1961年出生于江苏南京,1979年高考时出于对宇宙奥秘的好奇,报考了中国科技大学地球与宇宙科学系。在大学里,他读了关于月亮的书《月质学研究进展》,觉得很有趣。1983年考研时报考了天体化学专业。不料当年报考这个专业的学生太多,李宪华被调整为同位素地质年代学专业,导师被七光烈院士调剂。
通俗地说,同位素地质年代学是石头测量年
龄。进入这个专业后,李献华又很快找到了乐趣,走遍山山水水,研究各种地质作用“在什么时候发生”和“为什么发生”。比如,李献华团队曾精确测定了华南新元古代冰期的起始年龄,为雪球地球理论和地质年表成冰系时代的修订提供了关键年代学证据。上世纪,李献华参加野外考察主要在国内,出国以学习为主。2000年后,中国的地球科学研究开始走出国门。李献华说,做地球科学家,要有更开阔的视野和胸怀,才能有更好的合作与交流。“我们现在科研条件和能力有了很大提升,要放眼世界,为地球科学作出中国科学家应有的贡献。”
新冠肺炎疫情之前的最后一次出国考察,李献华走进加拿大阿卡斯塔地区,这里保留着地球已知唯一的40亿年前的岩石。“在那片靠近北极圈的无人区里,我摸到了最古老的岩石,还见到了绚烂的极光,毕生难忘。”
未来还想研究什么样品?李献华说:“现在样品是月球正面的,我还想分析月球背面的样品,研究月球最古老的历史。还希望研究火星的样品。”
李献华期待更多年轻人加入地球科学研究中。对于青年学者,他有两个建议:“一是要研究重要的科学问题,关注度高;二是要做扎实的工作,生命力强。” (经济日报记者 佘惠敏)