本刊記者　汲曉奇

地下探夢者——記中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授葉宇

本刊記者汲曉奇

古人云：上天容易，入地難。的確，我們早已見識過外太空的瑰麗多彩，可神秘莫測的地下世界更多的還是未知。為此，一代代科學(xué)家嘔心瀝血，為人類能深入地球內(nèi)部、探索地下空間而做著努力和奉獻(xiàn)?！?0后”教授、青年學(xué)者葉宇正接過老一輩手中的接力棒，在地質(zhì)科研的道路上砥礪前行。

“80后”新生代人才

本科就讀于中國科技大學(xué)時的葉宇就是個不折不扣的好學(xué)生，4年下來，不僅對數(shù)理化樣樣精通，專業(yè)成績也十分優(yōu)異。畢業(yè)之際受學(xué)校留學(xué)深造傳統(tǒng)影響，葉宇決定去看看外面的世界。沒有通過留學(xué)機(jī)構(gòu)，憑著學(xué)校的資源和前輩的經(jīng)驗(yàn)，葉宇DIY了自己的留學(xué)申請，最終順利進(jìn)入美國科羅拉多大學(xué)物理系。他的研究方向就是——“高溫高壓下地幔和地核中物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)”。

我們知道，當(dāng)今世界有三大課題：外太空深空探測、深海探測和地球深部探測。前兩者目前進(jìn)行都很順利，但地球深部探測卻異常困難——鉆探深度只在地殼范圍內(nèi)，更深的地方只能通過實(shí)驗(yàn)手段認(rèn)識。而高溫高壓實(shí)驗(yàn)在地球科學(xué)領(lǐng)域?qū)崒傩屡d，是集數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和材料為一體的交叉研究。目前，它在我國還處于剛起步的階段，和發(fā)達(dá)國家相比差距很大。

一直在美國從事相關(guān)研究工作的葉宇回憶起那段時光覺得收獲頗多，經(jīng)過長時間專業(yè)的培訓(xùn)和大量專業(yè)知識的積累，再加上美國先進(jìn)的科學(xué)思維方式使葉宇已成為長具有獨(dú)立科研能力的“80后”新生代地球科學(xué)人才。

“中國發(fā)展的機(jī)遇比美國多，平臺也更適合，又得到一位院士支持，”葉宇最終選擇了回國發(fā)展，落戶中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）。

從“青千計(jì)劃”開始

回國后的葉宇希望依托中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)平臺，繼續(xù)進(jìn)行高溫高壓下的礦物物理物理研究，而后也順利申請到“青年千人計(jì)劃”項(xiàng)目資助。

他計(jì)劃進(jìn)一步深化“水對地幔礦物的物理化學(xué)性質(zhì)影響”的研究工作、研究“鐵、鋁等元素對硅酸鹽礦物的物理性質(zhì)以及熱穩(wěn)定性的影響”和“高溫高壓下，壓力標(biāo)尺狀態(tài)方程的重建”。“這些都屬于目前礦物物理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿研究方向，可以提高我們對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元素分布規(guī)律的認(rèn)識?！?/p>

水對地幔硅酸鹽礦物的物理化學(xué)性質(zhì)、運(yùn)移遷徙以及熱穩(wěn)定性都有著顯著的影響。研究水在地幔礦物中的賦存機(jī)制及地球深部的水循環(huán)過程，是當(dāng)今世界礦物學(xué)與地球科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。因此，葉宇將繼續(xù)深化水對地幔礦物物理和化學(xué)性質(zhì)影響的研究，計(jì)劃利用已有的大壓機(jī)技術(shù)合成多種含水硅酸鹽，再充分利用上海和美國芝加哥阿貢國家實(shí)驗(yàn)室同步輻射光源進(jìn)行高溫高壓下原位測量并結(jié)合第一性原理計(jì)算，研究這些含水礦物的熱力學(xué)狀態(tài)方程以及彈性模量。同時結(jié)合地震學(xué)觀測數(shù)據(jù)，研究水對520公里和660公里不連續(xù)界面的影響。

而硅酸鹽礦物為何物？它是構(gòu)成地殼、上地幔的主要礦物，估計(jì)占整個地殼的90%以上，鐵鈦礦就是地幔轉(zhuǎn)換帶中重要的硅酸鹽礦物之一。先前的研究認(rèn)為鐵鈦礦只能在低于2000K的條件下穩(wěn)定存在，而葉宇在對地幔巖成分相變規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)含鋁的鈦鐵礦也可以在2300K以上的高溫下穩(wěn)定存在，但含鋁鈦鐵礦高溫高壓下熱力學(xué)性質(zhì)的研究在國際上寥寥無幾。葉宇便想挑戰(zhàn)這一科技空白，利用DAC技術(shù)研究鐵、鋁元素對鐵鈦礦的熱穩(wěn)定性、石榴石-鐵鈦礦相變，以及狀態(tài)方程的影響。

此外，葉宇還計(jì)劃以同步輻射和激光加溫DAC技術(shù)為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，在更寬的壓力范圍內(nèi)比較“鉑—氧化鎂—金”不同壓力標(biāo)尺物之間熱力學(xué)狀態(tài)方程。并結(jié)合已有的沖擊波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在不同壓力標(biāo)尺物之間建立互相一致的熱力學(xué)狀態(tài)方程，為精確研究和比較地幔層中的各種相變規(guī)律提供一個可靠的壓力標(biāo)尺基礎(chǔ)。

馬不停蹄 開展工作

談到葉宇現(xiàn)在正在進(jìn)行的工作，就不得不提到進(jìn)行高壓研究的兩大有力手段——大壓機(jī)技術(shù)和鉆石砧壓技術(shù)，若能將兩者有機(jī)聯(lián)系起來，互為補(bǔ)充，則可以更好更完善地進(jìn)行高壓學(xué)科研究。目前，依托于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已有大壓機(jī)和流變儀設(shè)備基礎(chǔ)，所以，葉宇正籌備鉆石砧壓實(shí)驗(yàn)室，建成后將填補(bǔ)中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）在這方面的儀器和設(shè)備空白。

葉宇說，他現(xiàn)在的博士后導(dǎo)師Dan Shim教授十分愿意指導(dǎo)他們搭建鉆石砧壓系統(tǒng)。不光如此，他在博士后期間，還和亞利桑那州立大學(xué)的Kurt Leinenweber教授有大壓機(jī)實(shí)驗(yàn)方面的合作基礎(chǔ)，這可為下一步工作開辟很多便利。說起Kurt Leinenweber教授，他在大壓機(jī)技術(shù)方面有著相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)和國際知名的影響，“他很有興趣也很樂意幫助地質(zhì)大學(xué)（武漢）建設(shè)高溫高壓研究項(xiàng)目，這將非常有利于我以后將鉆石砧壓技術(shù)和大壓機(jī)技術(shù)緊密聯(lián)系起來，從事高壓科學(xué)的研究?！?/p>

據(jù)了解，地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也正在發(fā)展和建設(shè)5000噸大壓機(jī)，能夠達(dá)到超過26萬個大氣壓的壓強(qiáng)，壓機(jī)建成后將在國際上處于相對領(lǐng)先地位，可以將研究范圍延伸到下地幔。除了5000噸大壓機(jī)，實(shí)驗(yàn)室還有多種實(shí)驗(yàn)分析測試手段，如紅外/拉曼光譜、電子探針技術(shù)、同位素測定、微區(qū)X射線衍射、透射電子顯微鏡等，這些儀器都可廣泛應(yīng)用于大壓機(jī)高溫高壓下合成礦物樣品的后期物性表征?！拔矣行判脑诟邷馗邏簩?shí)驗(yàn)領(lǐng)域做出一番成績！”葉宇成竹在胸地表示。

話不多 做實(shí)事

除了科研工作，葉宇深諳學(xué)術(shù)交流對于思維創(chuàng)新的重要作用，為了保持與世界礦物物理實(shí)驗(yàn)研究的學(xué)術(shù)前沿同步，他不僅定期與國際合作者進(jìn)行交流，如科羅拉多大學(xué)Boulder分校的Joseph R. Smyth、美國西北大學(xué)Steven D. Jacobsen等，還十分注重加強(qiáng)與國內(nèi)兄弟院校及科學(xué)院院所高壓研究組的合作，致力于推動我們國家高溫高壓實(shí)驗(yàn)科學(xué)和礦物物理研究的發(fā)展。

現(xiàn)在的葉宇已有兩個研究生，用他的話說是“剛剛起步”。他重視給予學(xué)生自由空間的同時引導(dǎo)他們獨(dú)立自學(xué)和鉆研，在他看來，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，挖掘潛力才是老師最需要做的事情。他迫切地希望他的學(xué)生們能盡快參與到國內(nèi)外領(lǐng)先的礦物物理研究工作中去，如果可能的話，葉宇也將盡力支持他們到國際同行那里進(jìn)行學(xué)習(xí)交流、開拓視野，成為具有國際先進(jìn)思維的年輕學(xué)子和科研后繼力量?！白隹蒲邢褡鋈?，要誠實(shí)、務(wù)實(shí)、扎實(shí)”，他的“三實(shí)”精神也將繼續(xù)延續(xù)下去，影響他的學(xué)生。另外，善于思考、總結(jié)，注重靈感也是葉宇認(rèn)為做科研所需的必要素質(zhì)。

在被問到如何看待如今的成績時，葉宇流露出了真情，“感謝父母的支持，感謝老師引導(dǎo)”。未來，他會將工作重點(diǎn)放在建設(shè)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)研究上，他還希望不久能培養(yǎng)出1到2名博士。

剛剛回國的葉宇也許還在適應(yīng)國內(nèi)的環(huán)境，在電話那端的話并不多，但句句精煉而質(zhì)樸。通過他的話語，我們能感受到他對科學(xué)的熱愛和對一切的感恩，未來的路，相信他會走得越來越好……