张宏福院士：探问地球亘古的奥秘
他 勇于探索
联手众多科学家攻克国际地学难题
破解“克拉通破坏”之谜
他 善于创新
率先将非传统稳定同位素应用于地幔地球化学研究
他 成果丰硕
发表的189篇论文中
有152篇被SCI收录，被SCI引用5700余次
是ISI地球科学Top 1%高被引科学家
他 潜心育人
指导培养的学生中多人多次获得
“杰青”“优青”基金、“侯德封奖”和“金锤奖”
他就是西北大学博士生指导教师、西北大学大陆动力学国家重点实验室常务副主任张宏福教授，是中国地幔岩石地球化学领域的优秀学术带头人。2017年，张宏福当选中国科学院院士。
1981年，19岁的张宏福接到了西北大学地质学系地质学专业的入学通知书。
自小生长在陕西省山阳县漫川关的张宏福，并不知道要在地质学系学什么。其实这个高考志愿，是班主任老师帮助他选择的。老师之所以帮他选择这个志愿，是因为在当地人的眼中，地质队员堪称“高收入人群”。
“别说不知道要在地质学系学什么。”想起懵懂的青春时光，张宏福笑了，“那个时候就连上大学是怎么回事，我也并不清楚。”
虽然对“上大学”没有概念，但是有一件事张宏福很清楚，那就是要“好好学习”。大学四年里他不仅努力学习专业知识，更花费了大量的时间和精力学习英语。之后无论是在武汉地质学院北京研究生院，也就是今天的中国地质大学（北京）师从池际尚学部委员（院士）攻读硕士学位，还是赴英在伦敦大学Royal Holloway学院攻读博士学位，张宏福都从未放松过学习。他现在常常告诫身边的年轻人，要尽早确立人生的方向，更要练好基本功。正是扎实的专业基础，尤其是准确辨认岩石的能力，都让张宏福在日后的科研工作中获益良多。
1998年，张宏福学成归国，进入中国科学院地质与地球物理研究所工作。2010年，在张国伟院士的极力推荐下，经陕西“百人计划”支持，张宏福回到西北大学，出任大陆动力学国家重点实验室常务副主任。
张宏福常常说自己很幸运，“赶上了好时代”。改革开放以来，中国经济持续向好，国家对基础研究的支持力度越来越大，才使他得以承担一些大的项目，获得了充足的科研基金，能够全心在一个领域内持续深入地进行研究。
自2002年获得国家杰出青年科学基金以来，张宏福先后承担多项国家、中科院和部委重大研究计划、重点、“百人计划”等项目，取得的研究成果在学界产生了重要影响，于2009年和2018年先后两次获得国家自然科学奖二等奖（排名分别为第二、第三），2014年获中国科学院杰出科技成就奖（第二位突出贡献者）。
破解“克拉通破坏”之谜
2000年，张宏福和中国科学院地质与地球物理研究所的周新华研究员一起，来到了山东方城，期盼着能在这里有所发现，以初步探索华北克拉通岩石圈减薄的原因。
为什么华北岩石圈地幔属性会发生这样的变化？这个变化是何时开始的，又是如何进行的？这个变化和华北东部岩石圈减薄有关系吗？……如果能够解决这一系列的问题，就能帮助人们深入认识大陆形成演化机制和过程，为构筑更完善的地球形成与演化理论提供新的突破口，张宏福渴望自己能够寻找到答案。
经过查阅大量资料，张宏福和周新华等人推断在山东方城周边可能存在中生代玄武岩。皇天不负有心人，在山东地质七队队员的帮助下，他们成功地采集到中生代玄武岩样品。
这是首次在华北发现含地幔岩捕虏体的中生代玄武岩。它的出现，证明了中生代是华北岩石圈减薄的关键时期。张宏福等人率先开始的华北中生代岩石圈地幔研究，犹如在摸索的暗夜里，从天边透进来一道光。
英国伦敦大学攻读博士学位期间，张宏福曾经潜心研究过四块来自南非150公里以下的地幔橄榄岩样品，并首次发现在地幔中存在氧同位素不平衡。张宏福进一步的研究表明，造成氧同位素不平衡的原因是在地幔中存在着斜方辉石取代单斜辉石的现象，交代作用形成的斜方辉石存在明显的微量元素富集和氧同位素不平衡。这种交代作用使二辉橄榄岩转变为方辉橄榄岩。张宏福的发现为岩石圈地幔存在交代作用提供了明确的证据。
既然南非的岩石圈地幔中存在着交代作用，那么，华北岩石圈地幔中是否也可能存在类似的交代现象，进而引发岩石圈地幔发生变化，引起华北岩石圈减薄呢？张宏福决定朝着这个思路试一试。
果然，在华北中生代玄武岩中，张宏福发现了同位素异常富集现象。这些成分已经改变的玄武岩，说明在中生代华北岩石圈地幔里，发生了某种尚不为人知的、剧烈的变化。这种变化，最终使古生代的克拉通型地幔转变为中生代富集型地幔，让原本稳定的古老克拉通不再稳定。张宏福预见到自己正在一步一步接近华北克拉通破坏的真相。
为了印证自己的猜想。张宏福和他的团队走遍了华北，到处寻找中生代橄榄岩捕掳体。一年里，张宏福总有几个月在野外采样，只要听说哪里发现了包体，他都会亲自去看，采样后带回实验室，加班加点地切片、打磨、测试、分析。几番辛苦之后，张宏福终于在火山喷发后留下的玄武岩中，找到了被岩浆携带到地表上的地幔橄榄岩捕掳体，其中最为珍贵的是2005年在山东胶州发现的环带状地幔橄榄岩捕掳体。
这种极其难得的地幔捕掳体，可以看做是橄榄岩正在发生变化时被“抓取”到地表上来的。张宏福通过对它的Sr-Nd和Re-Os同位素测试发现，大陆岩石圈中的地幔橄榄岩会因和某种熔体反应，性质发生改变；反应彻底的，甚至会转变为大洋型岩石圈地幔。
一扇通往科学真相的门，被用力推开了。张宏福和同事们对中生代华北岩石圈地幔的研究，为破解华北克拉通减薄之谜，提供了一个新的方向。
山重水复之后，便是柳暗花明。张宏福终于揭示了华北岩石圈地幔显生宙以来经历了两次重大转变：先从古生代典型克拉通型转变为中生代富集型地幔，再转变为晚中生代以来的大洋型地幔。华北克拉通不仅仅丢失了岩石圈的厚度，它的岩石圈地幔组成和属性都发生了根本性转变。
在系统对比了来自全球克拉通2160件样品后，橄榄岩—熔体相互作用被证明在全球大陆岩石圈地幔中普遍存在：橄榄岩—熔体相互作用导致克拉通岩石圈地幔组成和属性变化具有全球普适性。张宏福创新性地提出，橄榄岩—熔体相互作用是大陆岩石圈地幔组成转变的主要机制，并最终导致古老克拉通破坏。
在找到克拉通被破坏的根本原因之后，张宏福并没有停下探索的脚步。他一再追问自己：“既然是大规模熔体活动造成了克拉通破坏，那么，这些熔体从何而来？熔体又有什么性质？是什么原因使得熔体进入地幔，从而改变了地幔的性质？”
2005年4月，张宏福作为客座研究员前往日本冈山大学固体地球科学研究中心。在研究中心的实验室里，张宏福看到有人正在将锂同位素研究应用于水环境领域，他心中不禁一动：“δ7Li值变化的范围很大，是否能将锂同位素应用于研究岩石圈地幔组成？”
在当时世界上还从未有人将锂同位素分析测试方法用于地幔地球化学研究，张宏福派遣他团队中的年轻科研骨干汤艳杰博士赴日本冈山大学固体地球科学研究中心进行地幔橄榄岩的Li同位素合作研究。这一开拓性的尝试很快获得了成果：他们首次发现地幔中存在明显的锂同位素不平衡，这一发现动摇了地幔具有均一锂同位素组成的传统认识。
接下来，张宏福指导的赵新苗博士和杨蔚博士后又分别观察到地幔橄榄岩中铁和镁也存在着同位素不平衡的现象。因为铁和镁是地幔主量元素，与微量元素相比，其同位素的变化更具有说服力。
由张宏福研究团队率先应用于地幔地球化学研究的非传统稳定（Li-Fe-Mg）同位素示踪方法，能更好地限定参与橄榄岩反应的熔体的组成和来源，今天已经广泛应用于地幔地球化学研究。中科院朱日祥院士认为张宏福等“拓展了地幔地球化学的研究领域”，推动了该学科的发展。
判断出导致克拉通岩石圈地幔属性转变的熔体性质和来源后，很多问题迎刃而解。张宏福在接下来的研究中发现，是周边的板块与克拉通俯冲碰撞，俯冲的陆/洋壳物质熔融形成熔体向上迁移，并与橄榄岩反应，改变了地幔的性质，形成富集的岩石圈地幔；随后岩石圈伸展和区域热异常升高导致地幔减压熔融，而俯冲引起的软流圈熔体上侵，进一步导致岩石圈地幔向亏损型转变，最终导致克拉通破坏。通过发现克拉通破坏的本质，张宏福提出并论证了克拉通周边板块的俯冲碰撞作用造成的熔/流体活动是岩石圈组成转变的主要外部控制因素。
在学生眼里，张宏福似乎“天生就是干地质的”。只要是出野外，张宏福的心情一定会很好，上坡下坎的，年轻力壮的学生也追不上他。
自由地探索自己真正感兴趣的领域，是张宏福最理想的工作状态。作为教师，他鼓励学生研究自己真正感兴趣的问题，努力为学生营造一个自由宽松的学习成长环境。学生实验失败，或是被证明研究方向行不通，张宏福总是云淡风轻地说一句：“没关系，搞科研哪有不失败的。”并劝慰学生，只要态度认真，即使是失败也有科学意义。
在西北大学地质学系，张宏福是出了名的对学生好。资助学生出国交流，帮助学生联系国外导师，修改推荐学生的论文……只要是对学生有利的事，他都会全力以赴。他密切关注着每一个学生的成长，时时修正着他们前进的方向。每一位学生去野外采样，张宏福都必定一起去，从划定采样区域，选定采集样品，观察样品的新鲜程度，到回到实验室里切片、看薄片、打探针，他都会在一开始就手把手地教给学生。遇到力气小的女生，轮锤敲样品这样的“重体力活”都是由张宏福来承担。
“科学的未来一定要靠年轻人。”张宏福有一个观点，就是博士毕业后的10年里，往往是一位学者一生中成果频出的“黄金时期”。他常常如数家珍地细说每个学生的优势和长处：这个细心认真，那个思维敏捷；这个包体找得准，那个报告写得好；这个实验能力超强，那个理论基础扎实……在张宏福看来，教师要注重培养学生的专业修养和能力，更要培养学生对科学的热爱和对自己的学术自信，让他们充满信心地开始学术研究的初始旅程。
张国伟院士说：“研究大陆构造是一次突破原有理论的原创性探索。人类需要重新认识地球，亟待构建新的发展板块构造理论。”
作为20世纪地球科学最重要的成就，板块构造学说成功解释了大洋岩石圈的形成和演化过程，但是却难以完全解释大陆构造问题，使得大陆形成与演化机制研究成为全球地学界的热点和难点。
在发现全球古老克拉通周缘造山带的持续活动引起的大规模熔体上侵是克拉通破坏的关键之后，张宏福和他的同事们继续深入研究，追寻源自地幔深处的动力。
探问地球亘古的奥秘
张宏福和他的团队
将继续走下去
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文/ 熊晓芬 部分图片/ 朱坤显
编辑/ 刘玥吟 责编/ 李琛