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上一版3  4下一版 2011年2月13日 星期 放大 缩小 默认
中国科学院院士、地球化学家郑永飞——
大胆创新求卓越
本报记者 苏 琳

郑永飞,1959年10月生于安徽省合肥市长丰县,地球化学家。中国科学院壳幔物质与环境重点实验室主任、中国科学技术大学地球和空间科学学院副院长。

长期从事同位素地球化学与化学地球动力学研究,先后主持国家自然科学基金重点项目“同位素体系平衡的地质年代学和动力学效应”,“扬子陆块北缘新元古代岩浆活动和热液蚀变”和“大别—苏鲁陆壳俯冲带深部脱水和熔融及其元素分异效应”,中国科学院知识创新工程方向性项目“扬子陆块俯冲的壳幔地球化学循环”和“大别—苏鲁超高压变质带形成和演化的地球化学研究”,国家973项目“深俯冲地壳的化学变化与差异折返”,国家自然科学基金优秀创新研究群体项目“大陆俯冲化学地球动力学”等。在矿物同位素分馏系数的理论计算和实验测定、造山带岩石成因同位素示踪与化学地球动力学、同位素体系理论模式及其地球化学应用等方面取得了一系列具有开拓性的重大科研成就。

国外同行说,“他在学术上非常敏锐,在上千篇专业文献中,能很快找出与他工作相关的。”

他的研究生说,“郑老师治学态度严谨,对学生要求非常严格”,“他对科学问题的阐述深入浅出,总能使我们看到新的曙光”。

当选院士后,有网友留言:“愿像你那样,做学问严谨的人,待人宽厚的学者,工作尽职的科学家……”,“集理论计算、实验模拟、野外考察为一身的国内地球化学界第一人”,“立足中国,在自己的研究领域达到国际一流水平,论文引用率超高。”

他,就是中国科学院院士——郑永飞。语言干净利落,表情轻松自然,郑永飞举手投足间透着自信与淡定:“做好自己的事情,努力做得更好;不去想太多的事情,否则一事无成”。

培养兴趣

兴趣不等于特长,年轻人可塑性大,只要坐得住冷板凳,完全可以在自己有特长的方面培养出兴趣来。

1959年10月,郑永飞出生于安徽省合肥市长丰县土山乡松棵村的一户普通农家。

与那时很多知识青年一样,上大学前,郑永飞曾在乡下呆了2年半。1977年,郑永飞被录用为安徽省长丰县松棵小学附中民办教师,教二年级语文和算术、四年级自然常识和初二数学。

1978年,他考入南京大学地质学系。尽管这不是郑永飞原先的志愿,但他十分珍惜进入大学学习的机会。郑永飞认为,兴趣不等于特长,年青人可塑性大,只要坐得住冷板凳,完全可以在实际工作中培养出兴趣和特长来。

得益于民办教师的经历,他掌握了一套很好的学习方法,成绩一直名列前茅。“上课时,我认真记笔记。下课后,我及时整理笔记,并找来有关教学参考书,把笔记补充得更完善。每次考试之前有两周时间进行系统复习,我就把所有笔记从头到尾再看看,该记的记,该背的背,然后把教科书再从头到尾看一遍,找出重点和难点。”郑永飞说,一直复习到考前一天下午,他就钻进图书馆看看小说、读读诗歌,兴致盎然的时候写上一首诗,晚上去看一场电影,第二天以轻松、自信的心态进考场。

由于学习成绩优秀,郑永飞提前半年大学毕业,进入硕士研究生学习阶段。那时候,他觉得地质学与数理化是两张皮,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,郑永飞选修了原子物理、量子化学和统计力学等有关课程,希望把数理化知识与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。他渐渐“迷”上了地球化学,确定了同位素地球化学这一新兴交叉学科为研究方向。

1985年4月,郑永飞通过硕士学位论文答辩,被分配到南京地质矿产研究所工作。仅仅一年时间,他就在国内核心学术期刊上发表5篇学术论文,受到地质学界瞩目。第六届国际地质年代学、宇宙年代学和同位素地质学大会于1986年6月在英国剑桥大学召开,郑永飞向大会投稿4篇,全部被接受为口头发言。

1986年底,郑永飞赴德国留学,在哥廷根大学地球化学研究所霍夫斯教授指导下攻读博士学位。霍夫斯教授是当代最杰出的同位素地球化学家之一。在严师的言传身教、耳濡目染下,郑永飞接受了严格的专业训练,培养了缜密的科研思维,学习了扎实的专业知识。在1988年的国际地球化学大会上,初出茅庐的郑永飞以一篇题为《岩浆体系的硫同位素分馏》的发言,赢得全场的热烈掌声,会议执行主席哈蒙教授当场称赞,“这是我目前听到的最好的报告。”

读博期间,郑永飞不仅在地球化学实验和理论方面打下了坚实的基础,而且取得了一系列具有国际先进水平的科研成果,多篇研究论文在国际SCI核心学术期刊上发表。1991年,他从哥廷根大学获得博士学位后,到德国图宾根大学矿物岩石地球化学研究所进行博士后研究,进一步拓展了他的同位素地球化学研究领域。他的德国同事这样赞叹,“他在学术上非常敏锐,在上千篇专业文献中,他能很快找出与他工作相关的。”

身在国外,郑永飞的内心深处始终渴望早日学成归来、报效祖国。他在决定回国工作前写道:“岁增惟益壮,秋至当还家。浇得东园树,来年也作花。”1993年秋天,郑永飞结束7年的出国求学、科研生涯,回到祖国,开始崭新的人生历程。

潜心钻研

对已公布的原理或定理,要敢于怀疑,要跳出习惯思维的框框,开拓新思维,探索新途径。只有这样,在科学认识上才会有质的飞跃和升华。

在20多年的科研实践中,郑永飞深深地体会到,从事科学研究工作,只有具备扎实的基础理论、广博的学科知识、创新的学术见解和科学思想,才能针对特定现象进行深刻剖析,从中找出内在规律。

20世纪后半叶,矿物稳定同位素分馏系数的确定是公认的世界性科学难题,这也是涉及地球化学、量子统计力学和固体化学物理等交叉学科的难题。郑永飞说,自己是幸运的,在步入科学研究道路的初期,就抓住了这个交叉学科的重大前沿问题,从理论和实践两个方面同时进行研究。

计算矿物稳定同位素分馏系数的经典方法是量子统计力学,但是获得的结果与实验测定和天然观察结果差别很大。如何解决这个问题,成为定量发展地球化学的难题。郑永飞在德国留学时,看到德国科学家发表的一篇论文,试图将矿物结晶化学方法应用到同位素分馏系数的计算上,但是只得到了半定量的结果。郑永飞在这个基础上仔细推敲不同理论之间的共同基础和本质差别,寻求矿物结晶化学理论与量子化学原理之间的定量结合。经过反复实践,成功地修正了前人的半定量方法,初步实现了对地质上若干重要矿物氧同位素分馏系数的定量计算。

1993年秋,郑永飞完成学业从德国回到祖国,到中国科学技术大学工作,继续从理论上完善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,对矿物和岩石的化学成分和晶体结构效应进行定量评价,取得了与实验测定和自然观察相一致的结果。与此同时,郑永飞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。经过10余年的研究积累,郑永飞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测定和自然观察所证实,增进了人们对结晶矿物之间氧同位素配分行为的定量科学认识,实现了给地球“量体温”的目的。2004年,郑永飞的系列成果《矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定》荣获国家自然科学二等奖。

漫步在科学研究的道路上,郑永飞深深地体会到,对已经公布的原理或定理,要敢于怀疑,要善于跳出习惯思维的框框,开拓新的思维,探索新的工作途径。只有这样,在科学认识上才会有质的飞跃和升华。

20世纪末期,对大陆板块深俯冲和超高压变质的研究,成为国际上地球科学研究的前沿和热点。郑永飞在对中国大别-苏鲁造山带超高压变质榴辉岩的研究中发现氧同位素负异常,并且存在区域上的氧同位素不均一性。郑永飞认识到,载有榴辉岩的大陆板块俯冲到地下100多公里的地幔深部时,其氧同位素组成没有受到地幔的改造。“如果大陆地壳的确深俯冲了的话,为什么榴辉岩没有与地幔达到氧同位素平衡?还是大陆地壳就根本没有俯冲进入地幔深度?”郑永飞通过深入调查研究发现,大陆深俯冲已经得到矿物岩石学研究的证明,而榴辉岩氧同位素负异常的存在要求特殊的物理化学条件。郑永飞创造性地推断,在大陆板块深俯冲和超高压变质过程中存在热力学与动力学之间的竞争。他首次提出,超高压岩石形成时在地幔内部的滞留时间很短,就像”油炸冰淇淋”一样,冷的大陆地壳在热的地幔深部只能“短暂居留”,否则就会“融掉”,并且大陆板块的俯冲/折返过程为“快进/快出”过程。

郑永飞说,在科学研究过程中需要“大胆的假设,小心的求证”。这个“油炸冰淇淋”模型在当时只是推测,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。

郑永飞开始了长达10年的艰苦理论探索与技术攻坚。他的同事戏称他为“三七”教授——早晨7点多上班,晚上差不多7点才下班,一周工作7天。有时为了灵光一闪的想法,他常常连续10多个小时泡在实验室里寻求佐证。除了出差在外,郑永飞几乎每天都“泡”在实验室里,设计实验、分析数据、阅读文献、检查结果、推敲结论。

经过10年的潜心研究和实验,郑永飞立足国内开展高水平的科学研究,定量验证了“油炸冰淇淋”假说。由于郑永飞在地球化学基础理论研究方面所取得的突出成就,他2005年被美国矿物学会授予会士的荣誉称号,2008年荣获何梁何利科技进步奖,2009年荣获长江学者成就奖。

甘为人梯

教师必须致力于将学生塑造成为一个有知识、有能力的人,必须以严谨的态度影响学生,以博大的胸怀爱护学生。

郑永飞就一直工作在教学科研第一线,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》等多门课程。由郑永飞主编的《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。

从民办教师到享誉海内外的地球化学家,郑永飞最为看重的是当民办教师的那一段经历。“不仅仅是因为那时年轻、美好,更因为后来不论是做学生还是当老师,都从民办教师的经历中受益,那是书本上学不到的感悟。”这段经历,让郑永飞掌握了良好的学习方法和实用的教学方法,对他后来在求学时做个好学生、任教时当个好老师有着不可忽视的影响。

“那时候,我就明白了,好老师的标准其实很简单:一是要想办法让学生能听懂你的课并且乐意听下去;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。”郑永飞说。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,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。

郑永飞认为,指导教师不是“老板”,研究生也不是“雇员”。教授应该指导学生循序渐进地学习和积累知识,掌握技能和提高能力,而不是简单地给一个题目让他们自己去做。更为重要的是,教师还必须致力于将学生塑造成为一个有知识、有能力的人。这就要求教师必须以严谨的态度影响学生,以博大的胸怀爱护学生,以高尚的人格感染学生,教师的思想品德、治学态度、行为规范、价值取向以及自身具有的某些潜质都会自觉不自觉地对学生产生影响。

在日常工作和科研活动中,郑永飞从科研选题到文献阅读、实验设计、结果分析、论文写作,每个环节都与学生一起进行,培养学生如何从地球化学原理出发来理解实验结果,认真修改学生写出来的论文初稿。对每个学生的投稿论文,他总是反复推敲,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小小的标点符号等细节,郑永飞都不会轻易放过。

郑永飞经常带领博士后和研究生们奔波在外,进行野外地质考察和标本收集。每次重要的采样回来,郑永飞都要和学生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”。对一些重要实验,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,一边提出新的问题,启发学生如何理论联系实际。

“重要的实验必须自己去参加,重要数据的处理必须自己参与分析,全过程都要一丝不苟,这样得来的数据才直观,对解决的科学问题才有把握。”郑永飞说,我们既要教育学生记住必备的科技知识、掌握应有的实践技能,又要培养学生如何从事科学研究。

为了开阔研究生的视野,培养他们良好的科研意识和创新能力,郑永飞每年选派3至5名博士生和博士后参加国际地球化学年会,让他们与国际顶尖学者直接交流与沟通,了解所在学科研究领域的最新进展和动态。在郑永飞的实验室,几乎每个研究生都在国内外学术会议上做过口头报告或壁报展讲,并在国内外学术刊物上发表研究成果。在郑永飞培养的博士毕业生中,有1人获得“全国百篇优秀博士论文奖”,2人获得“全国百篇优秀博士论文提名奖”,3人获得“中国科学院优秀博士论文奖”,3人分别为“国家自然科学二等奖”的第二、三、四名获奖者。

图1: 郑永飞

图2:郑永飞在实验室

图3:野外考察中的郑永飞。

图4:郑永飞(右)在大别山一带进行野外考察。

图5:郑永飞(左三)在实验室指导学生

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