李剛

地球，是人類及萬物賴以生存的家園。揭示地球深部奧秘，是解決人類能源、資源和生存空間等問題的必由之路。

然而，由于地球深部充斥著堅硬的巖石，處于高溫高壓極端環(huán)境，深地探測技術(shù)不成熟，致使人類對地球深部仍知之甚少。地球內(nèi)部物質(zhì)是怎么分布和運動的？能量是怎么轉(zhuǎn)移的？對人類生存的表生環(huán)境將產(chǎn)生怎樣的影響？……一系列基礎(chǔ)問題仍懸而未決，從根本上制約著人類對地球深部的探索和應(yīng)用。因此，2010年，聯(lián)合國“國際行星地球年”將地球深部作為地球科學的最后前沿。

為了讀懂地球深部的奧秘，近10年來，中國科學院廣州地球化學研究所特任研究員王煜始終致力于實驗巖石學及地球化學的研究，以實驗為履，向地球深部這一前沿課題發(fā)起了沖鋒。他在利用高溫高壓實驗，研究再循環(huán)地殼熔融過程、殼幔相互作用及鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖成因等方面取得了突出的創(chuàng)新性成果，為了解地球深部物質(zhì)循環(huán)、元素分配行為、巖石成因及不同巖石系統(tǒng)下熔融過程提供了重要的實驗依據(jù)，多項研究成果發(fā)表在國際一流學術(shù)期刊上，受到了國內(nèi)外同行的高度關(guān)注。

一次偶然

——“到了實驗巖石學的搖籃”

2011年，克拉通形成與破壞國際學術(shù)研討會在北京召開。帶著對我國華北克拉通研究的濃厚興趣，26歲的中國地質(zhì)大學研究生王煜，也有幸參加了這一吸引了諸多全球頂尖地球科學家的盛會。其中一位，就是世界著名的高溫高壓實驗學家、德國美因茨大學Stephen Foley教授。在閑聊時，F(xiàn)oley教授向王煜介紹了高溫高壓實驗巖石學的發(fā)展情況，他與王煜越聊越投機，主動邀請王煜去德國美因茨大學攻讀博士學位，開展高溫高壓實驗的相關(guān)研究。

“我一直對高溫高壓實驗巖石學很感興趣，因為一切科學研究最終還是要根植到實驗中去，地學也同樣如此，而Steve又是這個領(lǐng)域做得最好的幾個人之一，尤其是堿性巖方面?！蓖蹯匣貞洝Ｓ谑?，他毅然決定申請國家留學基金委的海外博士留學資助，并十分幸運地拿到了赴德留學的獎學金，于2011年前往德國，跟隨Foley教授，從此正式開始了實驗巖石學的研究。

實驗巖石學是一門研究巖石和礦物在高溫、高壓條件下的各種特征和變化，模擬各種熔融變質(zhì)過程、地幔和地殼各層圈物質(zhì)組成和相變的科學，在研究巖漿成因演化規(guī)律及地球深部動力學方面有重要意義。同時，實驗巖石學的研究成果、思想還是理論巖石學的精髓。地質(zhì)界著名的“花崗巖成因”的爭論，最終就是通過Tuttle和Bowen的“Qz-Ab-Or”三元系的實驗成果平息的。事實上，巖石學領(lǐng)域內(nèi)重要的理論問題最后能得以解決，為人們所公認，無不與創(chuàng)造性的成巖模擬實驗的成功有關(guān)。因此，實驗巖石學也被稱為是地質(zhì)學領(lǐng)域的“硬科學”。

因此，開展實驗巖石學的研究，既要求研究者具有深厚扎實的理論基礎(chǔ)，從而做到有的放矢，又要求其熟練掌握各種高精尖的實驗設(shè)備，從而可以有效開展各類實驗操作，對研究人員的理論素養(yǎng)和實踐能力提出了雙重要求。這注定是一條難走的科研之路。對半路出家的王煜來說，崎嶇指數(shù)更是飆升。無限風光在險峰，年輕的他以初生牛犢不怕虎的勇氣，斗志昂揚地踏上了新的征程。

然而，好事多磨。讓人意外的是，到德國的第二年，王煜就面臨著“被轉(zhuǎn)學”的困境。原來Foley教授“跳槽”到了澳大利亞的麥考瑞大學。在征得王煜的同意后，F(xiàn)oley教授將王煜也“打包”帶到了悉尼。作為唯一被帶過去的博士生，王煜在澳洲跟隨導(dǎo)師Foley教授開啟了第二段求學生涯。

也算是“因禍得福”。在地球科學領(lǐng)域，麥考瑞大學在全球擁有著較高的知名度和學術(shù)地位，誕生了數(shù)位全球頂尖的科學家，加上Stephen Foley教授的加盟，研究實力更是如虎添翼，儼然是實驗巖石學的搖籃。在麥考瑞大學的實驗室里，實驗巖石學的鼻祖留下的實驗儀器，在歷經(jīng)半個多世紀的洗禮后，依然能夠穩(wěn)定運行?！叭嶒炇?，感覺跟去博物館一樣?！蓖蹯象@嘆。

國際一流的科研平臺，國際知名的導(dǎo)師和研究團隊，活躍開放的研究氛圍，讓王煜快速成長起來，他心無旁騖地惡補專業(yè)理論知識，熟練掌握了各種高端實驗設(shè)備的操作方法和注意事項。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了大量科學實驗，取得了多個重大發(fā)現(xiàn)，從實驗巖石學的“門外漢”逐漸成長為年輕的技術(shù)骨干。

5年時間，倏忽而過。在兩個國家、兩所高校攻讀博士學位，這樣的經(jīng)歷可以說是獨一無二的。對王煜來說，也是難能可貴的?！拔腋惺艿搅藘蓚€洲不同的學術(shù)氛圍和文化，這非常有意思?！蓖蹯险f道，對其中的辛苦卻閉口不提。

終成必然

——“在世界發(fā)出中國聲音”

俯沖作用是地殼運動的主要形式之一，指一板塊沿匯聚板塊邊界向相鄰板塊下方潛入的過程。它的發(fā)生，實現(xiàn)了地殼與地幔之間物質(zhì)和能量的交換，引發(fā)了地殼和地幔的重塑、改造、構(gòu)造-巖漿作用和大規(guī)模成礦作用，對地球的形成與演化有著深遠影響。俯沖板塊如何影響作為巖漿巖源區(qū)的深部地幔物質(zhì)組成，是固體地球科學界長期關(guān)注的焦點科學問題，也是困擾科學界數(shù)十年之久的難題。

在地質(zhì)學上，根據(jù)相互作用的兩個板塊性質(zhì)的不同，俯沖作用可分為大洋板塊向大陸板塊之下的俯沖、陸內(nèi)俯沖和洋內(nèi)俯沖3種。長久以來，大洋俯沖帶被認為是殼幔相互作用最為活躍的區(qū)域，吸引了眾多科研人員的目光。然而，大陸俯沖帶雖然溫度較低且缺乏同俯沖脫水部分熔融作用，但也發(fā)生了顯著的殼幔相互作用，并形成折返的超高壓巖片和同折返或碰撞后巖漿作用?！坝捎谠傺h(huán)物質(zhì)（洋殼和陸殼）組成上的差異，必然造成陸殼物質(zhì)和洋殼物質(zhì)與巖石圈地幔相互作用性質(zhì)上的差異?！蓖蹯蠑嘌裕剿骱脱芯看箨懜_帶殼幔相互作用成為必然。

另外，大量地球化學證據(jù)已經(jīng)證實，大陸地殼不僅是大陸俯沖帶中主要的再循環(huán)組分，也普遍存在于洋陸俯沖帶基性巖漿的地幔源區(qū)。但是，橄欖巖的熔融過程會稀釋大陸地殼物質(zhì)攜帶的地球化學信息，使得大陸沉積物組分主要發(fā)現(xiàn)于地幔低程度部分熔融成因的堿性巖漿，而在其他幔源巖漿中較難被識別出來。“大陸地殼沉積物組分，很可能廣泛存在于鎂鐵質(zhì)巖漿的地幔源區(qū)?！蓖蹯喜聹y。

但是，國際上關(guān)注大陸俯沖帶以及大陸地殼再循環(huán)及殼幔相互作用，并且有針對性地、系統(tǒng)地展開實驗巖石學研究的研究人員卻少之又少，要在一個幾乎空白的研究領(lǐng)域，蹚出一條新路，談何容易。

明知山有虎，偏向虎山行。從2011年起，王煜就開始了再循環(huán)大陸地殼熔融過程方面的高溫高壓實驗研究工作，通過引入新思路與新方法，針對再循環(huán)大陸地殼-地幔橄欖巖反應(yīng)實驗研究的薄弱環(huán)節(jié)，開展了一系列的高溫高壓實驗研究。

功夫不負有心人。通過長期扎實細致的研究工作，王煜和團隊成功揭示了俯沖陸源物質(zhì)的熔融行為及物質(zhì)循環(huán)機制，第一次在阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶幔源巖漿巖中識別出一種獨特的地球化學特征，即極高Th/La比值，全球任何其他地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下的巖石中均未見這一特征。而后，結(jié)合陸殼熔融實驗結(jié)果，他還第一次利用Th/La比值這一地球化學探針，去驗證是否這種極高Th/La比值是通過大陸地殼的直接熔融得來的，進而證實俯沖陸殼直接熔融模型不能解釋阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶鉀質(zhì)巖成因。

在鉀質(zhì)巖成因研究上，鉀質(zhì)巖漿源區(qū)中（無論橄欖巖還是混入的超基性巖中）一般都需要金云母為巖漿提供鉀，已經(jīng)成為學界共識。然而，一次實驗中，王煜卻意外地發(fā)現(xiàn)鉀質(zhì)熔體（4？5wt%K2O）可以直接從大陸地殼沉積物-地幔難熔橄欖巖相互反應(yīng)中得到，并不需要殘余物中含有金云母或者其他任何鉀質(zhì)相。一開始，由于這一觀念已經(jīng)在地學界根深蒂固，因此他也懷疑過實驗結(jié)果，然而，后續(xù)的數(shù)次實驗，又證實了他的發(fā)現(xiàn)。這一創(chuàng)造性成果的發(fā)現(xiàn)，顛覆了學術(shù)界一直以來的刻板印象，為理解鉀質(zhì)巖成因和大陸地殼-地幔橄欖巖相互反應(yīng)提供了全新的視角。此外，王煜還發(fā)現(xiàn)殼幔相互作用形成的熔體與后碰撞鉀質(zhì)巖的微量元素含量高度相似，以此證實了后碰撞鉀質(zhì)巖的形成很有可能與俯沖陸殼與地幔橄欖巖相互作用密切相關(guān)。

造山帶巖漿作用的成因研究是重建造山帶演化歷史的關(guān)鍵。然而，這些巖漿的成分復(fù)雜、成因多樣并受多重因素制約，因而，要準確地識別其來源及形成機制相當困難。阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶作為典型的弧-陸碰撞造山帶，因其獨特的地學特征，一直是探尋鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿作用機制的理想場所。

然而，對于阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶的構(gòu)造機制和地球動力學研究，及其如何引起該造山帶廣泛分布的鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖漿作用，以及它如何影響并造成了一些典型山巒地塊（如青藏高原和門德斯地塊）的抬高，在學界卻始終充滿爭議?！坝绕淞钊死Щ蟮氖?，在阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶幔源巖漿巖中，識別出的一種獨特的，但是普遍存在的地球化學特征，即極高Th/La比值，全球任何其他地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下的巖石中均未見這一特征?！蓖蹯涎a充道。

針對這一科學難題，王煜和團隊利用在土耳其Tav？anl？地區(qū)識別出的一套硬柱石藍片巖，對其開展了一系列系統(tǒng)的礦物學、巖石學及地球化學研究，并統(tǒng)計整合了阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶現(xiàn)存的幾乎全部鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖的數(shù)據(jù)庫。通過分析對比，他們成功找到了破解困擾學術(shù)界很久的阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶鉀質(zhì)巖“Th/La難題”的“鑰匙”，即在俯沖大洋板片和地幔楔交界面形成的混雜巖中伴生的硬柱石藍片巖；并提出了阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶后碰撞鉀質(zhì)巖成因新模型，證實了淺俯沖模型對于阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶鉀質(zhì)巖成因的約束，以及混雜巖中伴生的藍片巖在造山帶后碰撞鉀質(zhì)巖成巖過程中的重要作用?！斑@些過程對于理解現(xiàn)代地球上的弧巖漿和造山帶巖漿作用非常關(guān)鍵，但是可能在地球形成早期（如晚太古宙）尤為重要，因為由眾多弧拼接合并而形成的原始地殼可能廣泛分布在這一地球演化時期?！蓖蹯涎a充說道。

不鳴則已，一鳴驚人。短短幾年時間，王煜就取得了眾多開創(chuàng)性的研究成果，這些研究為了解地球深部物質(zhì)循環(huán)、元素分配行為、巖石成因及不同巖石系統(tǒng)下熔融過程提供了重要的實驗依據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表在Geology、 Journal of Geophysical Research： Solid Earth、Chemical Geology、American Mineralogist等國際著名SCI期刊上。他成功地在實驗巖石學領(lǐng)域開辟出了一條新路，開始在國際實驗巖石學界嶄露頭角，響亮地發(fā)出了中國聲音。

然而，王煜并不滿足已取得的成績，他已經(jīng)開始向更高難度、更深廣度的難題發(fā)起了攻關(guān)。地幔轉(zhuǎn)換帶（Mantle Transition Zone，簡稱MTZ）是位于地球深部410km和660km兩個不連續(xù)面之間的地幔部分。作為聯(lián)系上下地幔的紐帶，它不僅是地球深部結(jié)構(gòu)中具有特殊意義的圈層，也是地球動力學中的重要界面。大量地球物理探測顯示俯沖板塊可俯沖至地幔轉(zhuǎn)換帶深度并滯留在其中（如環(huán)太平洋俯沖帶及地中海地區(qū)），形成特殊的“大地幔楔”結(jié)構(gòu)（如東亞）。MTZ中滯留板塊的行為和命運是理解大地幔楔化學不均一性和動力學的關(guān)鍵。

但是，由于缺乏直接來自于地幔轉(zhuǎn)換帶的天然樣品，有關(guān)地幔轉(zhuǎn)換帶中滯留板塊的信息均是通過地球物理和地球化學方法間接推斷的?！叭粢宄⒏苯拥亓私獾厍蛏畈拷Y(jié)構(gòu)和物質(zhì)狀態(tài)，必須依靠高溫高壓實驗?zāi)M來了解滯留板塊的行為?！蓖蹯细嬖V記者，雖然近年來高溫高壓實驗技術(shù)、模擬能力和分析測試水平的不斷提高，極大地促進了深部地球科學的發(fā)展。但令人遺憾的是，有關(guān)俯沖板塊在MTZ條件下的熔融行為以及俯沖板塊（及其衍生物）與MTZ周邊地幔相互作用的研究卻極少，嚴重制約了人們對大地幔楔動力體系的認識。為此，王煜正和團隊一起利用高溫高壓實驗技術(shù)，系統(tǒng)地研究地幔轉(zhuǎn)換帶的熔融過程，開展熔體和地幔橄欖巖的相互反應(yīng)實驗研究，約束與其相關(guān)的幔源巖漿活動的成因，為提高人們對板塊俯沖和地幔轉(zhuǎn)換帶的認識而努力。

據(jù)了解，上述研究具有從“0到1”屬性，對揭示和建立大地幔楔動力理論框架，豐富和發(fā)展板塊構(gòu)造學說體系具有重要意義。如能成功實施，將有助于促進高溫高壓模擬這一地學前沿學科在我國的發(fā)展。正是因為項目意義重大，影響深遠，王煜和團隊正以時不我待的干勁奮發(fā)作為。

未來可期

——“大家一起把事干好”

實驗巖石學發(fā)軔于20世紀初，作為一門新興的學科，在歐美、日本等地區(qū)和國家發(fā)展迅速。而在我國，卻面臨著起步晚、基礎(chǔ)差、設(shè)備差、從業(yè)人員奇缺等困境。雖然近年來情況稍有好轉(zhuǎn)，但較國際先進水平仍有較大差距。

“比方說，我們現(xiàn)在做的是‘1+1的問題，而國外，有些團隊和實驗室已經(jīng)做到了‘10的N次方的問題。”對于差距，王煜毫不諱言。也正是因為對差距有著清醒的認知，2016年，獲得博士學位后，王煜毅然按照預(yù)定計劃回到了國內(nèi)，希望為我國實驗巖石學的發(fā)展貢獻力量。

位于廣州的中國科學院廣州地球化學研究所是王煜的首選。這不僅因為廣州地化所是國內(nèi)專門從事地球化學研究的機構(gòu)之一，科研實力雄厚，學科門類健全，實驗設(shè)施完備，人才濟濟。更重要的是，研究所所長徐義剛院士很早就意識到高溫高壓對地球科學，尤其是地幔地球化學研究的重要性，他非常支持實驗巖石學的學科建設(shè)和發(fā)展，并且高瞻遠矚地認為其將是未來的學科發(fā)展方向，搭建了平臺，引進了數(shù)位優(yōu)秀的研究人員，厚植了一方發(fā)展的沃土。在這樣富含機遇和挑戰(zhàn)的環(huán)境下，王煜很幸運地加入到了徐義剛院士所在的地幔地球化學課題組中，得以和眾多十分優(yōu)秀的巖石地球化學領(lǐng)域的老師們學習和共事。

回國后，王煜在徐義剛院士的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，與所內(nèi)眾多研究人員一道，以國家自然科學基金和廣東省自然科學基金等項目為依托，開展了卓有成效的研究工作，取得了讓學界稱道的研究成果。因出色的研究工作，2019年，他獲得了中國科學院廣州地球化學研究所“涂光熾優(yōu)秀青年學者”A類特別資助，2020年入選中國科學院“青年創(chuàng)新促進會”會員并擔任青促會廣州分會秘書長。這些資助項目，又反過來助推其科研工作繼續(xù)向前邁進。

地球深部有太多的不確定性，沒有人知道在我們的腳底下到底在發(fā)生著什么，沒有人知道那里曾經(jīng)發(fā)生過什么。而高溫高壓實驗，就像是給探索地球深部的人穿上了一雙無往而不至的鞋子，只要認真尋覓，就會有所發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)既能驗證理論巖石學的成果，又能對其他學科提供參考和借鑒。

而這也正是吸引王煜不斷前進之處。至今，他還記得，在澳洲攻讀博士學位時，一次做實驗時意外地發(fā)現(xiàn)一種獨特的地球化學特征?！爱敃r沒意識到，但是導(dǎo)師眼光很敏銳，說‘這個地方很有意思，你可以去挖一挖，結(jié)果，還真的讓我給挖出來了?！蓖蹯匣貞?。也正是這次意外的發(fā)現(xiàn)，讓他成功證實了俯沖陸殼直接熔融模型不能解釋阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶鉀質(zhì)巖成因，研究成果發(fā)表在學界頂級期刊上。

近年來，在國際上，實驗巖石學的發(fā)展步入了新的階段，越來越注重對實驗結(jié)果的分析，對科研人員提出更高的要求。盡管挑戰(zhàn)越來越大，王煜身上的擔子也越來越重，但他對學科發(fā)展前景依然十分看好。他告訴記者，在國內(nèi)，實驗巖石學越來越受到重視，一個又一個高溫高壓實驗室正在建立，越來越多的年輕人開始投身這一領(lǐng)域，國內(nèi)實驗巖石學的發(fā)展呈現(xiàn)了可喜的局面。更激動人心的是，年輕的科研人員們非常有勁頭，“還是挺想大家一塊把這個事兒干好，爭取在國際上發(fā)出屬于中國的聲音”。“未來可期?！蓖蹯献詈笳f，眼神里充滿喜悅和堅毅。

【記者手記】王煜是一名85后，熱愛生活，樂觀開朗且心態(tài)平和，非常善于用幽默化解生活和工作中的壓力。會為了做一個實驗“熬上幾天幾夜”，也會在完成重要任務(wù)后，和好友徹夜彈琴、把酒當歌。戶外運動、健身、玩音樂、打籃球等，樣樣不落，談不上精通，卻也自得其樂。愛玩愛鬧，愛說愛笑。在采訪中，他金句頻出，段子不斷。上一句，他還在認真地回答：“我的興趣愛好太多了。”結(jié)果下一句，就調(diào)轉(zhuǎn)槍頭：“曾經(jīng)科研其實算是興趣愛好，剩下的都是我的主業(yè)?！鄙弦痪洌€在說：“做科研無非就是認真踏實，坐得住冷板凳?！毕乱痪洌兔俺觯骸暗?，還是得整張好點的椅子，要不腰疼?！?/p>

認真工作，認真生活，做一個真正的“科學人”，做一個熱愛生活的人。也許這就是年輕一代科研人員的一個縮影。