2022年北京“最美科技工作者” | 李獻(xiàn)華院士：測(cè)地球心率，讓月壤說話
在北京市委宣傳部、北京市科協(xié)等部門組織的遴選活動(dòng)中，清華大學(xué)教授、中國(guó)工程院院士江億等10名同志當(dāng)選2022年北京“最美科技工作者”，并將作為2022年全國(guó)“最美科技工作者”候選人向中國(guó)科協(xié)推薦。讓我們一起來了解最美科技工作者的感人事跡，體悟他們身上的“愛國(guó)、創(chuàng)新、求實(shí)、奉獻(xiàn)、協(xié)作、育人”科學(xué)家精神。
為記錄地球脈動(dòng)翻山越嶺，為研究月壤深耕40余載，用潛心研究實(shí)現(xiàn)舉世矚目的中國(guó)速度，他就是2022年北京最美科技工作者——李獻(xiàn)華。
撰文/記者 趙玲 圖文編輯/陳永杰
40年來，他沉浸在測(cè)量地球巖石的年齡，研究地球“心跳節(jié)律”，加深科學(xué)界對(duì)地球演化的認(rèn)識(shí)；“十年磨一劍”，他在離子探針定年技術(shù)領(lǐng)域啃下硬骨頭，在保持分析精度的同時(shí)將測(cè)量的空間分辨率提高到3μm(微米)以內(nèi)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平；機(jī)遇恰逢其時(shí)，粒度極細(xì)小的“嫦娥五號(hào)”樣品亟待測(cè)年，他應(yīng)用最新技術(shù)給月壤快速測(cè)年，刷新月球巖漿活動(dòng)-熱演化歷史紀(jì)錄，創(chuàng)造了月壤研究的“中國(guó)速度”，展現(xiàn)了中國(guó)科研人員的學(xué)術(shù)擔(dān)當(dāng)。
他就是中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師李獻(xiàn)華。日前，在北京市委宣傳部、市科協(xié)等部門組織開展的遴選活動(dòng)中，李獻(xiàn)華當(dāng)選2022年北京“最美科技工作者”。
月壤研究的“中國(guó)速度”
“太細(xì)了！”這是李獻(xiàn)華第一次看到月壤的真實(shí)感受。
2020年12月，“嫦娥五號(hào)”將月壤帶回地球，牽動(dòng)了全世界的目光。
2021年7月12日，第一批“嫦娥五號(hào)”月球科研樣品發(fā)放給13家科研機(jī)構(gòu)，李獻(xiàn)華拿到了他申請(qǐng)的3g樣品，第一次越過照片，親眼見到這些“天外來客”。
“嫦娥五號(hào)”月壤的平均粒度非常小，約為50μm，肉眼看上去比面粉還要細(xì)。它們被裝在玻璃瓶中，一些細(xì)碎的黑色顆粒貼在玻璃壁上，讓人不敢輕易開啟瓶蓋，就怕它們隨之“飄出”瓶外。“它們更像是一層灰塵，”李獻(xiàn)華伸出手掌，做了個(gè)吹氣的動(dòng)作，“這樣吹口氣就沒了?！?/p>
每一粒月壤都很珍貴，每一粒月壤研究的問題都不同。對(duì)于李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)來說，他們要做的是測(cè)出月壤的年齡，進(jìn)一步提高對(duì)月球演化的了解。
給礦物測(cè)定年齡，要采用放射性同位素年代學(xué)方法，最好的樣品就是含鋯的礦物顆粒，但月壤如此細(xì)小，如何挑出最合適的樣品成了關(guān)鍵?！跋胂肟?，就像一堆‘白面粉’里有幾顆‘黑面粉’，挑選難度非常大?！崩瞰I(xiàn)華說。
所幸團(tuán)隊(duì)中“臥虎藏龍”，樣品制備專家既能盯著放大上百倍的雙目鏡，手捏極細(xì)不銹鋼針精準(zhǔn)挑揀，又能克服樣品尺寸難題，將挑選出的細(xì)玄武巖巖屑規(guī)律整齊地制備成樣品靶，因此，實(shí)驗(yàn)快速推進(jìn)到正式測(cè)年的步驟。
然而到這里，研究才剛剛開始。要探出玄武巖背后的故事，必須要有讓它“顯形”的利器，也就是李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)手握的國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)——離子探針超高空間分辨率定年技術(shù)。
由于離子探針測(cè)定礦物年齡時(shí)需要樣品導(dǎo)電，所以研究團(tuán)隊(duì)在樣品靶鍍了一層約就是20nm（納米）厚的金使其導(dǎo)電，再放入離子探針，用氧離子束“打”到礦物上，“輕輕掃掉”表面上的金，然后測(cè)量礦物的鉛同位素組成并計(jì)算年齡。“之所以要尋找含鋯礦物，是因?yàn)檫@種礦物形成時(shí)富集鈾，但不含鉛，因此離子探針測(cè)得的鉛基本上都是放射成因的，可以獲得可靠的同位素定年結(jié)果?！?李獻(xiàn)華解釋說。
▲在北京廣播電視臺(tái)舉行的“筑夢(mèng)·啟航——2022北京最美科技工作者學(xué)習(xí)宣傳活動(dòng)”中，李獻(xiàn)華為觀眾講解研究月壤的過程（供圖/李獻(xiàn)華）
工欲善其事，必先利其器。不難看出，離子探針的分辨率至關(guān)重要。因?yàn)楹喌V物通常只有幾微米的寬度，這時(shí)離子探針的分析束斑要非常小，才能準(zhǔn)確覆蓋礦物，束斑過大會(huì)分析到覆蓋于礦物顆粒間或縫隙中可能遺留的微量金（含有極微量的鉛），就有可能計(jì)入不屬于月球樣品的鉛，從而影響測(cè)年結(jié)果。
李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)使用的離子探針分析束斑直徑小于3μm，是目前國(guó)際上最高空間分辨率的高精度離子探針定年技術(shù)?！皺C(jī)會(huì)總是留給有準(zhǔn)備的人?！崩瞰I(xiàn)華感慨道。是啊，他和團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期研究同位素定年新技術(shù)新方法，用了3年時(shí)間將高精度U-Pb同位素體系定年的空間分辨率從傳統(tǒng)的10μm提高到5μm，又用了10年時(shí)間，將離子空間分辨率進(jìn)一步提高到小于3μm的國(guó)際領(lǐng)先水平。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)表于2020年，而就在2020年年末，“嫦娥五號(hào)”帶回月壤樣品，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)的新技術(shù)當(dāng)仁不讓地提供了技術(shù)支持。
終于，2021年7月14日15時(shí)5分，李獻(xiàn)華與團(tuán)隊(duì)骨干一起站在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)地球所離子探針實(shí)驗(yàn)室的操作臺(tái)前，等到了“嫦娥五號(hào)”玄武巖第一個(gè)定年數(shù)據(jù)，此時(shí)，距離他們拿到樣品只過去了53個(gè)小時(shí)。
兩小時(shí)后，他們又獲得了第一個(gè)H同位素?cái)?shù)據(jù)；第7天，他們完成了全部預(yù)定分析任務(wù)；對(duì)獲得的新數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀、研討和論文寫作后，他們?cè)?月28日-30日投稿了3篇研究論文；10月19日，3篇論文在Nature（《自然》）同時(shí)在線發(fā)表……
他們的研究結(jié)果揭示了“嫦娥五號(hào)”玄武巖形成于20億年前，是目前月球上確定的最年輕火山巖，將月球上的火山作用持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了8億年，刷新了以往對(duì)月球年輕玄武巖源區(qū)組成和形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為今后的月球探測(cè)和月球演化提出了新的科學(xué)問題和研究方向。他們?cè)谶@項(xiàng)研究中創(chuàng)造的“中國(guó)速度”，也展現(xiàn)了中國(guó)科研人員的學(xué)術(shù)擔(dān)當(dāng)，展示了我國(guó)月球樣品研究的學(xué)術(shù)實(shí)力。
繞了一個(gè)圈，終圓“月球夢(mèng)”
值得一提的是，在被提取出“中國(guó)速度”“刷新月球巖漿-熱演化歷史紀(jì)錄”等特點(diǎn)的這一批研究任務(wù)上，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)只用了0.15g月球樣品，“月球樣品極其珍貴，要最大限度減少損耗。當(dāng)時(shí)我們借了3g樣品，歸還了2.85g。”他說。
用這么少的樣品就取得了這樣突出的成果？很多人以為李獻(xiàn)華一定是專攻月球的研究者。但事實(shí)是，在月球研究上，他笑稱自己只是一個(gè)“新手”，因?yàn)樗鋵?shí)是一位研究地球的地質(zhì)學(xué)家。
但他與月球著實(shí)是有緣分的，這里面還有一段“陰差陽錯(cuò)”的小故事。
1979年，李獻(xiàn)華高中畢業(yè)，因?yàn)榉謹(jǐn)?shù)不錯(cuò)，中國(guó)科技大學(xué)的招生老師到他們中學(xué)來說：“你的考分可以上中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，你的各科成績(jī)我看了，可以選擇地球和空間科學(xué)系、生物系或近代力學(xué)系?！彼陌嘀魅卫蠋熃ㄗh道：“當(dāng)然選地球和空間科學(xué)系了！將來可以到太空、到月球上去?！本瓦@樣，李獻(xiàn)華選擇了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)系。大學(xué)期間，受到《月質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展》這本書的影響，他想要報(bào)考中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所歐陽自遠(yuǎn)老師的天體化學(xué)專業(yè)研究生，沒想到卻被調(diào)劑到同位素地球化學(xué)專業(yè)。
▲2011年10月李獻(xiàn)華在離子探針實(shí)驗(yàn)室工作（供圖/李獻(xiàn)華）
就這樣，這位有著“月球夢(mèng)”的學(xué)者進(jìn)入了地球化學(xué)專業(yè)，從事同位素年代學(xué)研究，并迅速從中找到了樂趣。他這樣描述自己的研究領(lǐng)域：“打個(gè)比方，我們見到一位老人家，會(huì)很自然地問人家高壽，見到一個(gè)小朋友，也會(huì)問小朋友幾歲了，這是我們認(rèn)識(shí)一個(gè)人直觀想了解的信息。同樣的道理，我們也會(huì)想要了解每一塊巖石，每一個(gè)礦物，每一種地質(zhì)作用形成的時(shí)間，了解它們的年齡，這就需要做同位素地質(zhì)年代學(xué)研究?！?/p>
40年來，給地球巖石做測(cè)年就是他的主要工作。同時(shí)，他不可避免地對(duì)月球、火星上的巖石產(chǎn)生了興趣?！版隙鹞逄?hào)”月壤的測(cè)年給了他一個(gè)全新的機(jī)會(huì)，能夠真正接觸到這些“天外來客”，將同位素年代學(xué)研究應(yīng)用到別的星球土壤上，也一圓自己的“月球夢(mèng)”。
歐陽自遠(yuǎn)老師也在“嫦娥五號(hào)”月壤測(cè)年的科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)中。前不久，李獻(xiàn)華跟歐陽老師談起當(dāng)年時(shí)說：“歐陽老師，當(dāng)年我考你研究生的時(shí)候你沒收我，現(xiàn)在我要做月壤研究了，你可得重新教我了?！币痪湓捵寶W陽老師也笑了。繞了40年，兜了一大圈，李獻(xiàn)華還是繞回了月球研究。
找歐陽老師“補(bǔ)課”，這可不是李獻(xiàn)華在開玩笑。因?yàn)榻o月壤測(cè)年包含兩方面含義：其一當(dāng)然是運(yùn)用專業(yè)技術(shù)測(cè)定巖石年份，這是技術(shù)問題；其二就是科學(xué)問題了——他們測(cè)定出的年齡意味著什么？比如說測(cè)出了這個(gè)玄武巖年齡是20億年，這對(duì)月球研究來說有著什么樣的意義？在學(xué)術(shù)界起到怎樣的作用？這些都是月球研究“門外漢”李獻(xiàn)華需要學(xué)習(xí)的知識(shí)。正是得益于他積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)才能在離子探針定年技術(shù)取得突破的基礎(chǔ)上，快速完成月球樣品測(cè)年后的論文撰寫，科學(xué)地講述“月球故事”。
“世界那么大，你不想去看看嗎？”
雖然自己與地球科學(xué)的結(jié)緣實(shí)屬意外，但40載科研歲月，不是發(fā)自內(nèi)心的熱愛是無法走得這么遠(yuǎn)的。李獻(xiàn)華將自己和研究領(lǐng)域的關(guān)系笑稱為“先結(jié)婚后戀愛”，可以說，熱愛是他科研工作的源動(dòng)力。
每當(dāng)提起地質(zhì)考察，野外探索，他總是興致勃勃，精神滿滿。“世界那么大，你不想去看看嗎？”他笑著問道。在他看來，野外工作雖然辛苦，但可以去到很多人去不了的地方，見到很多人看不到的風(fēng)景，思想也會(huì)變得更加開闊。
▲2005年10月，李獻(xiàn)華在西澳大利亞野外考察（供圖/李獻(xiàn)華）
2019年9月，李獻(xiàn)華去加拿大阿卡斯達(dá)（Acasta）地區(qū)考察。這是地球上目前已知的、唯一有40億年巖石出露的地方，其珍稀程度不言自明。因?yàn)榇说胤浅？拷睒O圈，考察期間，在珍貴的巖石之外，李獻(xiàn)華還收獲了意外的驚喜：他在野外倚著帳篷，烤著篝火，見到了絢爛的極光。這次經(jīng)歷令他久久難忘。
下一步，他還想去格陵蘭島西部。目前地球上存在38億年以前古老巖石的地區(qū)不超過五六個(gè)，格陵蘭島西部就是其中之一，但這里的38億年古老巖石出露規(guī)模最大，達(dá)到公里級(jí)，令李獻(xiàn)華向往不已。因?yàn)樾乔蚴怯猩?，?huì)成長(zhǎng)、有演化、會(huì)死亡，每一次給新的巖石測(cè)年，就仿佛是在捕捉地球的“脈搏”，傾聽以億萬年為單位的古老故事，這是一件多么令人心馳神往的事?。?/p>
在同位素年代學(xué)研究中，野外考察固然重要，但實(shí)驗(yàn)室中新技術(shù)的研發(fā)也不可或缺。為了促進(jìn)我國(guó)同位素地球化學(xué)學(xué)科的整體發(fā)展，李獻(xiàn)華先后領(lǐng)銜建設(shè)了中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)青年實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所離子探針實(shí)驗(yàn)室，研發(fā)出多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先水平的微區(qū)原位同位素定年新技術(shù)新方法，促進(jìn)了科研成果的產(chǎn)出。后來，許多國(guó)外科學(xué)家前來學(xué)習(xí)和應(yīng)用這些“中國(guó)方法”，我國(guó)同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的國(guó)際地位和聲望越來越高。
擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任期間，李獻(xiàn)華十年如一日，在方法研發(fā)和技術(shù)升級(jí)上親力親為，精益求精。他上班第一件事和下班前最后一件事都是到實(shí)驗(yàn)室查看儀器運(yùn)行情況、檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，學(xué)生們也在耳濡目染中傳承著他對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)要求。他常說：“一個(gè)實(shí)驗(yàn)室出好數(shù)據(jù)不難，難的是天天出好數(shù)據(jù)、不出錯(cuò)數(shù)據(jù)?！?/p>
正是在這樣嚴(yán)格的學(xué)術(shù)精神下，團(tuán)隊(duì)近年來取得了不菲的成果：他們最早確認(rèn)華夏陸塊存在太古代地殼物質(zhì)，將Rodinia超大陸聚合時(shí)間從10億年修訂至9億年；精確測(cè)定了華南新元古代冰期的起始年齡，為雪球地球理論和地質(zhì)年表成冰系時(shí)代的修訂提供了關(guān)鍵年代學(xué)證據(jù)……
“興趣是最大的動(dòng)力，尤其是對(duì)于年輕人來說?！崩瞰I(xiàn)華非常樂于在自己能力范圍內(nèi)幫助熱愛地質(zhì)和有想法的年輕人。他常常說自己年輕的時(shí)候受過很多老師的無私幫助和關(guān)照，所以現(xiàn)在要盡量關(guān)心幫助年輕人。同時(shí)他認(rèn)為教書育人是一個(gè)“把書本念薄，又念厚的過程”，在教學(xué)的過程中自己也能不斷溫故知新。
他非常重視培養(yǎng)年輕一代的科學(xué)家。因?yàn)椤翱茖W(xué)研究就像4×100m接力，任何人在自己的棒次都不能掉棒，但是也一定要安穩(wěn)交棒，1個(gè)人跑400m不可能比4個(gè)人跑4×100m接力更快”。他希望在地球科學(xué)領(lǐng)域培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，共同參與到測(cè)量和研究地球“心跳節(jié)律”的事業(yè)中來，展現(xiàn)地質(zhì)人的風(fēng)采，為提高人類對(duì)地球演化的認(rèn)識(shí)做出貢獻(xiàn)。
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