解讀地球內部的秘密

劉靜靜

編者按：

國家重點實驗室是一個行業科研水平最高標準的體現，也是一個國家科研水平最高標準的體現。從本期開始，我們會對部分國家重點實驗室進行介紹，讓讀者走近科學大師，管窺科技前沿，提高科學文化素質。

每個人從出生起就在這顆星球上，我們習慣了晝夜交替、四季冷暖。可是，人類對賴以生存的地球究竟了解多少呢？

在法國科幻作家凡爾納的小說《地心游記》中，冰島的斯奈菲爾火山是通往地心的入口。目前已知人類鉆過最深的井是科拉超深鉆孔，其鉆孔深度為12.262千米，而《目瞪口呆看地球》一書中提到地心位于我們腳下超過6 300千米的地方。

歷經億萬年的地質運動，這顆誕生于46億年前的星球給人類留下了深刻的印記，更隱藏了太多的秘密。

從古至今，隨著人類文明的發展，為了探尋地球的秘密，人類對地球的研究就從未停止過，如今更發展成一門較為完善的科學體系。17世紀至19世紀，氣象學、地質學、地理學等學科漸漸成熟。20世紀末期，研究大陸板塊深俯沖及地球化學，成為國際上地球科學研究的前沿和熱點。

對地球的研究越細致，對地球的構造了解越多，在自然災害預防、環境保護、礦產資源開發等方面的研究就可以做到游刃有余。這一切跟人類的生存密切相關。

雖然我國對地球科學的研究起步較晚，但成就斐然。

1993年，鄭永飛教授從德國留學回國后到中國科學技術大學任教，開始了長達10年的大陸板塊深俯沖理論探索與技術攻堅。因為每天早晨7點左右上班，晚上7點左右下班，一周工作7天，因此他又被稱為“三七教授”。

十年磨一劍，鄭永飛教授根據同位素年代學和地球化學證據，成功證明了大陸板塊的俯沖和折返為“快進快出”過程，由此產生了“油炸冰激凌模型”，震動了整個學術圈。隨后，他又領導團隊進軍俯沖帶化學地球動力學這個國際前沿學科。

板塊俯沖是實現地球圈層間物質循環和能量交換的主要方式，對火山噴發、地震活動和成礦作用等地質事件都會產生重要影響。在俯沖帶不同深度下，關于板片-地幔相互作用的過程、機制和控制因素等，一直是固體地球科學界關注的焦點。在鄭永飛教授的帶領下，團隊成功證明板塊構造在大洋和大陸俯沖帶的運行規律具有一致性，備受同行稱贊。

2005年，經中國科學院批準，中國科學院殼幔物質與環境重點實驗室成立。實驗室以地殼和地幔物質的元素和同位素組成及其動力學過程為主題，以地球不同層圈之間相互作用與環境演化之間的關系為主線，以大陸碰撞造山帶形成和演化的時間—空間關系為切入點開展研究。其主要研究方向包括造山帶化學地球動力學、穩定同位素地球化學、殼幔相互作用地球化學、地球內部結構與動力學、極地環境與生態地質學。

中國科學院殼幔物質與環境重點實驗室成立以來，一直致力于實現深部地球系統與表層地球系統之間在物理化學性質和時空演化研究上的交叉融合，努力打造國際知名的地球系統科學研究中心。鄭永飛教授和其團隊也在國家重點基礎研究發展計劃“深俯沖地殼的化學變化與差異折返”和“大陸俯沖帶殼幔相互作用”、國家自然科學基金委創新研究群體項目“大陸俯沖化學地球動力學”、重大項目“地球內部水的分布和效應”等項目中取得創新性成果。

在日常的科研工作中，大別山是鄭永飛教授帶領團隊最常去的一處天然實驗室，位于蘇魯造山帶南部的大別山連接華北與揚子兩個板塊，由遠古時期揚子板塊向華北板塊俯沖對接形成。也正是在大別山，鄭永飛教授發現了超高壓變質礦物，從而證明了大陸板塊完全可以俯沖。

大別山礦產資源豐富，安徽金寨縣境內探明的巨型鉬礦床鉬儲量在220萬噸以上，是國內目前規模最大的鉬礦床，但其成礦機制一直是個謎。鄭永飛教授團隊研究發現，這里原來是古特提斯洋消失的地方，在古特提斯洋俯沖過程中，產生了鉬礦獨特的形成基礎。這為了解礦產成因的意義，為后期礦產的開發、資源的保護提供了充足的證據和依靠。

除此之外，探索月球，研究月球的結構和組成，也有助于對地球的研究。當嫦娥五號帶回更多的月壤樣品后，科研人員對月球的研究越來越精細，并找到了更多月球和地球的相似點，從而為人們認識地球又打開了“一扇窗”。

如今，地球還有很多奧秘，等著科學家去解謎。可以預見，在不遠的將來，地球科學將進入一個更加成熟的發展階段。