专家走进孙老师的课堂

2022-04-11

蒋蕾茵整理

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专家信息：

黄方 教授

中国科学技术大学

研究方向：

1.基于MC-ICP-MS的高精度的非传统稳定同位素分析方法

2.研究金属稳定同位素在高温和低温下的分馏和应用

学术成就：

1.建立高精度非传统稳定同位素分析方法

2.岛弧岩浆岩的铀系不平衡研究

3.微量元素在矿物－熔体间分配系数的实验测定

孙老师：现在上课。大家好，我是你们的孙老师。在我们的成长过程中，从你呱呱坠地的那一天起，到你会说话、会走路，到你高考成功，到我们见面，你还会记得在这个过程中，我们经历过哪些开心的、不开心的遭遇吗？我相信，你们这一代人，会把这一些开心的、不开心的事情发到朋友圈，发到微博，或者是以其他的形式去讲。因为我们会说话，我们会书写。但是作为地球科学历史的见证人——石头，它不会说话，那么它有可能遭遇些什么呢？它从岩浆开始，一直到它形成的过程，一直到被你遇见它。而为了让它开口说话，我们地质学家想尽了一切办法。今天我就邀请了以为中国科学技术大学的黄方教授，从他的角度去让石头“开口说话”，为我们讲讲一块石头的遭遇。我们请黄老师。

黄老师您好。

黄老师：你好。

孙老师：黄老师，请问一块石头从孕育到形成，一直到被我们采到，它有可能经历过什么呢？

黄老师：我们在地表上主要是三种石头，火成岩、变质岩、沉积岩，它们三类岩石呢，经历的历史是不一样的。如果是火成岩，顾名思义，它跟岩浆有关系，它经历了熔融、冷却，然后可能会有一些风化，之后被我们遇到。如果是变质岩，它指的是在温度和压力足够高，但是没有发生熔融，发生了矿物的重结晶、发生了变质作用，这种岩石它要经过高温高压下的变质，然后经过某种方式抬升到地表来，属于变质岩，被我们遇到。沉积岩比如西北黄土高原，很多的黄土一层一层的，它们中间的物质被碳酸盐物质凝结成一个整块的硬的石头，那就变成了沉积岩。所以这三类岩石经过不同的历史，最后我们有幸遇到了它们，来了解一点点地球的历史。

孙老师：嗯，好的，其实它们也有幸遇到了您，因为您可以让它们“开口说话”。那其实黄老师是我和很多女生心中的男神，那今天我们有这个机会可以向黄老师直接对话，那哪位同学有问题向黄老师请教呢？

同学：黄老师您好，我想要问一下，我们是怎样使用同位素来研究岩石的遭遇的呢？

黄老师：大家如果学过一点化学就知道，同位素是质子数相同、中子数不相同的这些原子。我们为什么要做同位素是因为其他的传统的地球化学、地球物理方法等等，已经解决不了某些重要问题了，只能拿同位素来试试有没有独特的“疗效”。你比如说，我们想看看石头中间的矿物是否处于平衡态，那大家为什么要关注这个问题呢？因为涉及到石头的历史，在高温高压下存在过多少时间，实际上是平衡不平衡的问题，显微镜就可以搞定了，这个时候就不需要同位素了。只有某些特殊的情况下，只有同位素能够看得到。比如说我们对于“关键金属元素”很感兴趣，大家看看很多的矿产是被美国人卡脖子的，我们的锂、铷都是非常关键的光电材料，它的运移很多时候是跟流体有关系。我打个比方，很多时候我们只看到这个元素的含量高低，这个人胖了、瘦了，但是他到底是在减肥还是增肥你是不知道的，你只看到那个一瞬间他长得很胖、长得很瘦，但同位素在增加还是减少，它是从哪个地方来的？所以我们做同位素是解决传统方法解决不了的问题，再多一层指纹信息。这个事情不好做，但是非常有意思，我只是泛泛地回答了这个问题，不知道回答得对不对。

孙老师：肯定是对的。还有没有同学想向黄老师请教？

同学：黄老师好，我想问一下，您研究的是非传统同位素，那它跟传统同位素相比有什么优势和劣势？它本身又有什么局限性？

黄老师：这个问题问得非常好，我也是时时刻刻在问自己这个问题。就是传统和非传统不存在谁好谁差的问题，只是说传统的同位素做了六七十年，碳氢氮氧硫能解决的问题，过去那么多聪明的、勤奋的科学家都解决了，但是非传统是最近二十年才起来的，所以是一个新兴的东西。我们根据科学问题出发，根据问题的需要，我们找到合适的工具，如果是碳氢氮氧硫同位素就能解决的，那就犯不着测镁铁铜锌钡。如果是要寻求一个新的观察，我举一个例子，比方说我们看铜矿的形成，过去大家找和铜相关的同位素，比如说氧同位素、硫同位素，那毕竟这是间接地指示同位素的运移和来源。那现在呢，由于技术的提高，我们可以测铜同位素，测这个成矿元素本身的变化，这个就极大地丰富了我们对金属元素的研究。但是不能说哪个好、哪个差，有时候氧同位素能解决的问题，金属同位素或者是非传统同位素就是解决不了，我们要根据科学问题，理解之后把这些新的方法、传统的方法，我们“拿来主义”为我所用，这就是我们寻求的一个健康的发展。我是这么理解的，谢谢你的问题。

同学：谢谢老师。

孙老师：还有同学有问题吗？

同学：老师您好，我想问一下研究石头的遭遇的意义。

黄老师：一般来说，做地球科学，我们把石头作为一个载体，因为它记录了地球的故事。一般做科学研究，不外乎几种意义：满足人类的好奇心，人类总是会很好奇的；还有就是满足人类的需求，比如我们想找矿，那我们要去找矿石的成因，我们想看看地球气候的变化，那么风化对大气成分的影响，这些都是通过对石头的研究来实现的。所以石头就像一部书一样，我们用不同的地球物理、地球化学手段去解读它，也就是解读地球的历史。从这上面来讲，石头中间有很多故事，需要有很多聪明的、有兴趣的、有热情的学生一代一代地开拓探索，也希望你们能加入进来。

同学：谢谢老师。

孙老师：好的，谢谢黄老师。

黄老师：好，你们这个课很有意思，各位同学有空可以到科大走走。