地球科学家的世界视野郑永飞.doc

1、1地球科学家的世界视野郑永飞知青岁月为留学博士插上腾飞的翅膀 郑永飞出生在安徽省合肥市长丰县土山乡松棵村的一个农民家里。长丰县地处江淮分水岭，土地贫疹，易涝易早。郑永飞的父亲郑章文曾读过几年私塾，能写会算，为人正直，从大队书记、公社书记，一直当到长丰县副县长。 受家庭的熏陶，郑永飞从小爱好文学。那时精神文化生活十分枯燥，书籍匮乏。所能读到的文学作品少得可怜。在郑永飞的印象中尽管只读过如三国演义 、 水浒传 、 林海雪原等为数不多的几本古典和现代文学书籍，但他总是认真地读，还作了不少读书笔记。当时能借到一本文学名著不容易，到了要还书的时候，郑永飞总是一拖再拖。空闲时，郑永飞还试着自己写些古典诗歌

2、。 这些年来，郑永飞一直深深地眷恋着文学，说得上是一位“资深”的业余文学爱好者。改革开放 30 多年来，祖国的文学事业进入最繁荣的时期，郑永飞说自己有幸见证了文学的空前繁荣 “文学丰富了我的人生，文学愉悦了我的生活，文学给我带来了太多太多” 正由于文学功底深厚、博学多才，作为民办教师的郑永飞深得当地学生的敬重，他的课堂总是深深地吸引着孩子们。 “那时候，我就明白了，好老师的标；隹其实很简单，一是要想办法让学生能能听懂你的2课并且乐意听下去，二是让学生在下课后一小时内就能把你布置的作业做掉。这就是对老师教学效果的检验。 ”郑永飞从当民办教师教乡村里的孩子们开始，直到站在全国著名高校的讲台上面对来

3、自全国各地的最优秀的学生，郑永飞一直用这两个看起来简单但做起来很难的标准要求自己。1978 年，郑永飞考入南京大学地质学系。 “很多人问我为什么会选择地质学这个又冷门又艰苦的专业，我只能告诉大家，与其说是我选择了地质学，不如说是命运选择了我进入这个领域。 ”郑永飞说，那时候处于恢复高考前后，谈不上兴趣和爱好，只觉得能进大学、有个学习机会，就应该好好学习，学出好成绩来。 得益于民办教师的经历，大学期间他掌握了一套很好的学习方法，成绩一直名列前茅。 “上课时，我好好记笔记。下课后，我及时整理笔记，并找来参考书，把笔记补充更完善。每次考试之前有两周进行系统复习，把所有笔记从头再背记，然后把教科书从头

4、到尾再来看一遍，找出重点和难点。 ”一直复习到考前的头天下午，郑永飞还钻进图书馆看小说、读诗歌，兴致盎然的时候还自己写上一首诗，晚上去看一场电影，第二天则以轻松、自信的心态进考场。 由于学习成绩优秀，郑永飞提前进入硕士研究生学习阶段。那时候，他觉得地质学与数理化两张皮，一直在思考着采用什么方法将它们有机结合起来。带着这个问题，他花了大量时间和精力选修了原子物理、量子化学和统计力学等有关课程，希望把数理化知识和地质学知识更好地结合起来，使地球化学在数理化基础上获得更大发展。也就是这样，他渐渐“迷”上了地球化学，对一些深层次科学问题产生了好奇。 31985 年，郑永飞从南京大学地质系硕士研究生毕业

5、，后来赴德国哥廷根大学地球化学研究所学习，获得博士学位。这阶段的系统学习和训练，为郑永飞今后科研上的腾飞打下了坚实的理论基础。 破解地球“温度计”和“油炸冰淇淋”谜团 2004 年 12 月，一个振奋人心的消息自北京传递到安徽：郑永飞主持完成的“矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定“科研成果获2004 年度国家自然科学二等奖。 此次获奖成果是由 26 篇系列学术论文组成的，这些论文都发表在国际权威地球化学刊物上，是他 12 年研究论文的集合。这项旨在制作测量地球温度的“温度计” ，认识地球内部化学结构和组成的基础性科研成果，对寻找矿产资源和进行环境监测也大有用途。 地质测温、源区示踪是地球

6、科学研究的最重要目标之一，其中稳定同位素测温和地球化学示踪则是其中发展最为成熟的领域。自然界数百种矿物之间的分馏系数在热力学平衡条件下是温度的函数，稳定同位素地球化学的理论基础是同位素分馏系数的准确确定。 矿物稳定同位素分馏系数的确定是公认的世界性难题，郑永飞早在南京大学攻读硕士学位期间就潜心于此，直到在德国哥廷根大学留学期间取得突破。早期，人们用统计力学方法计算气体分子的同位素分馏系数，但它对于固体矿物不适用。以后人们通过实验测定或自然观察进行校准，而由于受条件限制只能得到零散的结果。20 世纪 80 年代初，有人4提出了一种增量方法，即用矿物结晶化学原理计算硅酸矿物之间氧同位素分馏系数，但

7、其结果与实验数据和自然观察相比，仍然存在较大的偏差，更不能应用于同位素地质测温。 郑永飞迎难而上，紧紧盯住学科发展前沿，不断探索着将这领域的研究推向前进。他独辟蹊径，从理论和实践两个方面同时推进自己的研究，将矿物结晶化学理论与量子化学原理相结合，科学地修正了前人的增量方法，在理论上完善了矿物晶体结构和化学成分与氧同位素配分之间的函数关系，对地质上若干重要固体矿物的氧同位素分馏系数进行了理论计算，先后在国际权威学术期刊发表了 3 篇论文，后来成为地球化学领域的经典论文。在德国图宾根大学做博士后研究期间，他选择同位素分馏系数的实验测定作为主攻方向，继续深化这个研究领域。 “没有 20 世纪 90

8、年代初科教兴国战略，我就赶不上国家出台的一系列人才计划我的目标是在国内做国际一流的工作。 ”1993 年秋，在德国图宾根大学矿物岩石地球化学研究所完成博士后研究项目的郑永飞回到了祖国回到了家乡接收郑永飞工作的中国科学技术大学距离长丰县仅 1 小时的车程。然而，郑永飞只在家与父母弟妹团聚了几天，就回校投入了紧张的工作。科大校园林木茂盛，鸟语花香，幽雅宁静，清新而又浓厚的学术氛围和文化气息沁人心脾，让郑永飞忘情地耕耘着，他再也没有离开过这块学术净土。 安家、建实验室、组建团队、买设备、申请经费到中国科大任副教授时，他还得一切白手起家。尽管条件比较简陋，一切尚处起步阶段，但凭借科学家的直觉和对学术研

9、究前沿的敏锐把握，在中国科学院、5国家自然科学基金委和学校等多方资助和支持下，郑永飞动手和指导研究生继续修正增量方法对地质上有用的其他矿物进行了氧同位素分馏系数的理论计算，对矿物和岩石的化学成分和晶体结构效应进行了定量评价，取得了与实验测定和自然观察相一致的结果。与此同时，他指导研究生进行低温化学合成，从实验角度测定一些难于在高温条件下测定的矿物分馏系数。 到科大 1 年后，郑永飞入选中国科学院首批“百人计划” ，晋升为教授，获得首批“国家杰出青年科学基金” ，批准为博士生导师。 十年磨一剑，厚积薄发。郑永飞研究团队所有计算的分馏系数不仅与当时的实验测定和自然观察相吻合，而且不断地被后续的实验

10、测定和自然观察所证实。因此显著增进了人们对固体矿物之间氧同位素配分行为的定量科学认识。 凭借科学发现的发现程度、难易复杂程度、研究方法手 段的刨新程度、学术水平、对学科发展的促进作用、对经济建设和社会发展的影响、论文被他人正面引用的情况、国内外学术界的评价和主要论文发表刊物的影响等方面进行的综合评定，郑永飞所主持的“矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定”项目脱颖而出，顺利入选国家自然科学二等奖。 瞄准国际学术前沿，把握学科发展方向，始终站在国际学术发展的前沿，是郑永飞开展科学研究的最大特点。20 世纪末，对大陆板块深俯冲及其有关地质学问题的研究，成为国际上地球科学研究的前沿和热点。郑永飞敏

11、锐地洞察到未来学科的发展方向，及时追踪国际前沿，将稳定6同位素示踪方法成功拓展到化学地球动力学研究领域。他通过中国大别一苏鲁造山带超高压变质榴辉岩的研究发现，不仅存在区域上的氧同位素不均一性，而且局部具有氧同位素负异常。这表明，载有榴辉岩的板块俯冲到 100 多公里深的地幔内部时，超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短，像“油炸冰淇淋”一样。大洋板块密度比地幔大，能够俯冲，而大陆板块密度比地幔小，就像木板浮在水面一样，要想使木板浸到水里，就必须得用力按下去。是什么力量使大陆板块克服浮力而俯冲进八地幔深度?如果大陆板块的确深俯冲了的话，为什么榴辉岩没有与地幔达到氧同位素平衡?还是大陆板块压根儿就

12、没有深俯冲进入地幔深度?“当时，这些问题在国际上没有很好解决。但是我的深入调研发现，大陆板块深俯冲是个事实，而榴辉岩氧同位素负异常的保存要求特殊的物理化学条件，这就是热力学与动力学之间的竞争。 ”郑永飞用通俗易懂的语言解释了自己当时在理论研究上的新发现和如何破解氧同位素异常之谜的。 “这个油炸冰淇淋模型只是理论推断，当时属于科学假说。要使科学假说上升成为科学理论，必须经过科学验证和时间检验。 ”郑永飞说，自己不去做实验，做研究肯定深化不了，只能是从假说到假说，既成不了科学模型，更上升不了科学理论，别人也不会信服。从此，郑永飞开始了长达 10 年的艰苦理论探索与技术攻坚。他把每天的大部分时间都倾

13、注在自己的科研工作上。每天早晨 7 点多上班，晚上差不多 7 点才下班。一周工作 7 天，为此郑永飞被地球和空间科学学院的老师们戏称为“三七”教授。除了出差在外，他几乎每天都“泡”在实验室里，设7计实验、分析数据、阅读文献，成天像陀螺一样高速旋转。有时为了灵光一闪的想法，常连续十几个小时泡在实验室里寻求佐证。 与此同时，郑永飞带领青年教师和研究生们经常奔波在外进行艰苦的野外地质考察和标本收集。每次重要的采样回来，郑永飞都要和他们一起讨论如何进行实验分析，如何在天然样品中找到科学创新的“蛛丝马迹” 。对些重要实验，他常常和学生们一起熬到深夜。看到仪器上显示出的初步数据，他一边思考，一边记录，一边

14、提出新的问题。对于实验数据，郑永飞的要求几乎苛刻。实验结果出来后，他要求多次重复，做到确定无疑。有时学生做出了好的结果，半夜打电话给他，他都很兴奋地跑到实验室里来。 功夫不负有心人。经过 10 年潜心研究和实验，郑永飞根据同位素年代学和地球化学证据，定量验证了具有氧同位素负异常榴辉岩在地幔深部居留短暂的假说，成功地证明了大陆板块的俯冲拆返过程为“快进快出”过程，就像“油炸冰淇淋”一样，冷的大陆地壳在热的地幔深度只能“短暂居留” ，否则就会“融掉” 。郑永飞领导的研究团队就这个命题先后在国际刊物上发表 58 篇学术论文，SCI 检索他引计 1269 次，有关成果得到了国内外同行的一致认可和高度评

15、价。 把舞台交给学生把心放在国际前沿 从 1993 年秋到中国科大工作起，郑永飞一直坚持在教书育人第一线，先后为本科生和研究生讲授同位素地球化学 、 地球化学进展 、 化8学地球动力学和矿床地球化学等多门课程。由他主编、科学出版社出版的两本书稳定同位素地球化学和化学地球动力学 ，均被教育部地球科学教学指导委员会推荐为全国研究生教学参考教材。 “教学不能满堂灌，最好采取互动式教学，充分发挥学生的主体地位，把教学的着力点放在学生对知识接收和理解能力的培养上。 ”在德国学习、工作 8 年的郑永飞，深知国外双向互动式教学对创新性人才培养的积极作用。 回国后，他很快就在自己的高年级本科生和研究生课程中实

16、践起互动式教学方法。课堂上，教学时间的三分之一用于自己讲课，三分之一用于学生讲解，三分之用于师生讨论。学生围绕某个选题进行调研和准备，走上讲台向老师和同学汇报学习内容和体会。然后，他对学生的讲解加以点评和总结，以提高学生对有关知识的把握和理解能力。 “把舞台交给学生，让他们获得教学经历，给他们一个表演机会!”郑永飞这样总结他的教学实践。 除了承担着高年级本科生和研究生的专业课外，郑永飞还指导着十几名博士、硕士研究生。 “导师是研究生从事科研活动的第一榜样，这是我指导研究生做人、做学问的基本出发点。 ”从指导研究阅读专业文献，到带领研究生进行野外地质考察，设计室内地球化学分析项目，直至研究生对自

17、己获得第一手资料的总结和解释，郑永飞都是全过程参与，有意识引导和鼓励他们建立起自己判断问题、发现问题、解决问题的能力，训练他们具有从事科学研究的“基本功” 。 他指导学生很投八，从选题到阅读文献、实验设计、结果分析、论9文写作，每个环节都与学生一起讨论，论文认真修改。对每个学生的投稿论文，郑永生总是反复推敲，不放过任何一个不妥之处，哪怕文章的字体、行距、图标中的各种标识或一个标点符号，他都不会轻易放过，为此，一篇论文往往经他前后做几十遍的修改。学生发表的文章，如果他没有发挥很重要的作用，决不署名。一篇论文引用的文献往往有几十篇，他几乎每篇都要仔细看。郑永生的严谨治学态度深深地影响着他的弟子。

18、“只有我们知道别人做了什么，才能知道怎样把自己的事情做得更好。 ”这是郑永飞经常挂在嘴边的话，也是用来激励学生的话语。为拓展大家的国际化视野，充分接触到最先进的科技信息，把握世界科技最前沿，郑永飞每年都要选派两三名博士生或青年教师参加国际地球化学年会，并提供经费资助。他经常组织大家开展讨论，共同解决科研工作中遇到的难题，许多具有创新的思想常常都是在师生共同讨论中萌发出来的。往往这时，郑永飞坐在一角，不时插话、提问、提建议，目光炯炯，思维敏捷而开阔，学生常被问得如坐针毡。学生如有不同看法，也会当场提出来，平等讨论交流。 2009 年 12 月 4 日下午，中国科学院院士增选结果正式对外公布，50岁的郑永飞顺利当选，这是对他科研成果的肯定。对此，郑永飞表现得谦虚而淡然，他如往常一样在实验室里继续他手头的科研工作，他说 “我只是一位普通的科学工作者，一位普通的大学教师，我只有加倍努力才能无悔祖国给我的那么多荣誉。 ” 科技前沿风光无限，科学探索永无止境。当选中科院院士，对这位10在科学真理探寻路上的勇士而言，这只是一个新的起点、一份新的挑战。我们期待郑永飞给地质学带来新的惊喜!