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【经济日报】中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员李献华:于微尘中读取天地奥妙
2022-06-13 | 作者:转自:经济日报 | 【 】【打印】【关闭

来源:中国经济网-《经济日报》 发布日期:2022-6-11 记者:佘惠敏

  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、博士生导师李献华院士近日获得由北京市委宣传部、市科协等部门联合授予的2022年北京“最美科技工作者”称号。

  “获奖让我有机会向大家介绍一下地球科学在做什么。作为一名地球科学家,我很快乐。研究地球科学,可以看遍全世界的山山水水并研究其中的奥秘。期待有更多年轻人选择这个学科,它一定会让你感到非常有趣。”采访中,李献华对专业的热爱溢于言表。

  中国速度

  李献华今年61岁,他最为公众所熟知的贡献,是去年的月壤研究成果。

  2021年是李献华院士带领月球研究团队以“中国速度”刷新人类对月球认知的一年。7月12日接收嫦娥五号带回的月壤样品,7天完成分析测试,16天完成论文撰写投稿,10月19日于《自然》(Nature)杂志同时发表3篇论文。3篇论文揭示了三大重要发现:

  一是测年,改写了月球的“死亡年龄”。如果将岩浆比喻为星球的血液,最年轻的岩浆活动结束于何时,就意味着星球“死于”何时。过去,人们通过对月球陨石和美国阿波罗号带回的月壤样品的研究结果,推测月球“死于”大约28亿年前。李献华团队揭示了月球最年轻的岩浆作用年龄为20亿年前,比过往认知推迟了8亿年至9亿年。

  二是测定了月球玄武岩样品成分,发现月幔中并不富含放射性生热元素。

  三是测定玄武岩样品水含量,发现月幔非常“干”,含水量仅为百万分之一至百万分之五。

  月球表面的玄武岩是从深部月幔熔融出来的。要想让岩石熔融,就要升温、加水(或其他挥发分)或降压。放射性生热元素高可以升温,水则是最重要的挥发分。科学家们曾猜测月球岩浆在较晚的年代仍在活动,可能是该区域表面的放射性生热元素含量高,也可能是水含量高导致岩浆凝结更慢。现在,这两个猜测都被否定了。

  “放射性生热元素不高,含水量又很低,这表明,我们对月球的热演化历史需要重新思考。”李献华说。

  中国科研团队的多项突破性进展,对未来的月球探测和研究提出了新的方向,得到国际同行的高度认可。

  研究质量这么高,研究速度为何会这么快?鞭策李献华团队的动力,是国际同行的速度。1969年阿波罗11号登月,美国科学家于当年9月拿到月球样本,次年1月发表研究论文,用时4个月。而“中国速度”想要更快!

  “嫦娥五号样品回来后,全世界都在等着。如果中国科学家拿到样品后一年半载出不了结果,会影响我们的学术声誉。研究速度是一个国家科研实力的展现。”李献华说。

  “中国速度”是在李献华患白内障的情况下完成的。“那段时间视力越来越不好,体检发现是白内障,因为要研究月壤,就推迟了手术。”2021年10月的成果发布会上,李献华只能勉强看见幻灯片上的大标题,却做出了流畅而精彩的汇报,因为所有研究细节他都烂熟于心。发布会结束后,李献华才到医院做了手术。

  十年一剑

  太细了!这是李献华第一眼看见月壤的感受。李献华团队申请到3克样品。用3个小瓶子分装的月壤,颗粒平均只有50微米,沾在瓶壁上,仿佛吹一吹就会“飞”了。而市面上最精细的面粉,粒度也有100微米到120微米。

  于微尘中解读天体命运,是李献华团队十年磨一剑的厚积薄发。“速度快,是因为做了充分准备。3篇论文同时发表,每一篇后面都有多年的技术支撑。”

  月球测年是重中之重。在月壤中找出来的能用于铀—铅同位素定年的含铀矿物颗粒极其微小,大多数仅3微米至5微米,需要用最精细的离子探针,以离子束轰击样品表面。

  要测量一粒矿物的年龄,就像打靶要打中10环,束斑必须比样品小。正常情况下,离子探针仪器的精度是10微米。在研究月壤之前,中科院地质与地球物理研究所的科学家和工程师花了十几年,改进了离子探针仪器的关键硬件,将测量精度推进到小于3微米。“这样的精度处于国际领先地位。”李献华说。

  月球样品极其珍贵,要最大限度地减少损耗,有借有还。李献华团队借了3克样品,还了2.85克,仅消耗0.15克就完成了第一批研究任务。这么细微的损耗量,得益于多年的技术积累。“同位素分析技术我们也做过改进。过去做一次实验,要溶掉十几毫克样品,现在用纳克级样品就可以了。”李献华说。

  更长远一点说,李献华研究月球样品的技术,源自他数十年研究地球的积累。月球和地球都是星球,星球有生命,会成长演化,也会死亡沉寂。对李献华来说,监测星球几十亿年来的岩浆活动,就像倾听星球的“心跳节律”。

  李献华领导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,研发出多项国际领先水平的微区原位同位素定年新技术新方法,吸引了许多国外科学家前来学习。他为提升中国相关研究领域的国际学术竞争力作出了重要贡献,2019年当选为中国科学院院士。

  放眼世界

  “世界那么大,你不想去看看吗?”地球科学是一个读万卷书行万里路的学科,领略山水风光、探索自然奥秘正是李献华热爱这个专业的理由。

  李献华1961年生于江苏南京,1979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和空间科学系。在大学里,他读到一本讲月球的书《月质学研究进展》,觉得非常有趣,就在1983年研究生考试时报考天体化学专业。不料当年报考这个专业的学生太多,李献华被调剂到同位素地质年代学专业,师从涂光炽院士。

  通俗地讲,同位素地质年代学就是测定石头的年龄。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。”

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