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2021-05-17
程哲整理
專家信息：劉金高，中國地質大學（北京）教授，博士生導師
研究方向：放射性同位素地球化學、地球巖石圈地幔的形成與演化
教育經歷：于2006年畢業于中國科學技術大學，獲得地球化學學士學位；于2011年畢業于美國馬里蘭大學，獲得地球化學博士學位；分別在2012、2016年美國馬里蘭大學和加拿大阿爾伯塔大學攻讀天體化學和地球化學博士后。
研究項目：地幔再循環碳的金屬同位素示蹤、加拿大北極地區金伯利巖地幔包體研究
孫老師：
我們今天進行專家進課堂“三深”系列的最后一個嘉賓。他是中國地質大學(北京)的劉金高教授。他的主要研究方向是放射性同位素地球化學、地球巖石圈地幔的形成與演化。劉教授現在正在加拿大阿爾伯塔大學訪問，所以他跟我們是有一定時差的，那邊現在應該是周日晚上的十點半。劉教授在深地項目里面呢，是真正做到了地球深部，一直是研究巖石圈地幔的。我們知道地球分為地殼、地幔、地核。那么巖石圈地幔也是一個非常深的尺度。在巖石圈地幔里面最吸引我們普通大眾的目光是什么呢？因為那里面有金剛石，金剛石在寶石學上面叫做鉆石，所以他也有一個名字叫做“情定鉆石的人”。那我們今天隆重邀請劉教授。
劉老師，您好！
劉老師：
孫晶老師好！各位同學好！
孫老師：
好的，那劉老師現在跟我們有些時差，非常抱歉我們打擾到了您的生活。因為大家都聽說您是做鉆石方向的，所以大家對這個方向特別好奇，然后問問題也特別積極活躍。我們今天先把時間交給同學們，看看他們有什么問題。
同學：
您好，劉老師！就是我了解到這個不是所有的金伯利巖里面都含有金剛石。那如果我們去判斷金伯利巖里面有金剛石的話，可以有那些手段、方法？
劉老師：
這是一個非常好的問題。就是我們知道金伯利巖是來自于地幔深部的巖漿巖，然后貫穿了巖石圈地幔，然后把這些來自巖石圈地幔的樣品帶到地表。至于它有沒有帶金剛石上來，我們知道金剛石的形成需要一個高壓的環境，也就是說在巖石圈底下，150km以下的地方才會有金剛石。然后呢，我們知道不同的礦物在不同的壓力下，成分是不一樣的。所以這些金剛石公司在進行大規模開采之前，就要對這些礦物進行分析。然后有個經驗值大概這些礦物來自于多高的壓力。如果它的壓力與金剛石的“Window”，我們講金剛石形成的窗口是吻合的，那么他們就會大規模的進行開采，然后找到金剛石。如果沒有這個“Window”呢，也就是說金伯利巖主要提取的是更淺部的巖石圈地幔的樣品的話，那它很可能金剛石的樣品就很少。所以大概是通過這些礦物。哪至于有哪些礦物呢？一般來講，比如說石榴子石或者是用“Ilmenite”，叫鈦鐵礦、還有這個透輝石。比如說石榴子石的話，它在不同的壓力情況下形成的CaO和Cr2O3的含量是不一樣的。如果落在一個他們規定的“G-ten”組成范圍之內，它就很有可能來自于有金剛石窗口的區域，就有很大的潛力來做金剛石的碳化，大概是這樣的。
同學：
老師講的很深入淺出，以我的知識水平也能大概聽明白一些東西，老師我還有一個問題，就是金伯利巖是不是全身都是寶，因為它有其他的礦物，比如說鈦鐵礦、金云母之類的，這些礦物是不是同樣也具有一些研究價值和很高的工業價值？甚至于說可能金剛石都不一定是金伯利巖里面最具價值的礦物。只是我們一些外行被這種鉆石的名氣吸引、打動，覺得金剛石就是最重要的，老師是這樣的嗎？
劉老師：
很好的問題啊，你對金剛石了解比較透徹，一般來講，在科學家眼里面，所有的礦物都是寶。因為每一個礦物它能夠攜帶的地幔的信息都是不一樣的，所以對于科研價值來講，那全身確實都是寶。可是對于工業價值來講，因為金剛石公司要去這些金伯利巖的地方，一般像加拿大的話都去特別偏遠的地區，像北極地區那些。所以他們最重要的是要獲得利潤。一般其他的這些礦物呢，比如說石榴子石也好，鈦鐵礦也好，或者你說的金云母也好，這些礦物工業價值是非常非常低的，因為它不足以來支撐著比較貴重的開采工作，所以對于他們來講，金剛石是他們唯一的一個選擇。我們也知道其他的，比如說堿性玄武巖，也可以把地幔的礦物帶上來，比如說橄欖石這些東西。因為它沒有多少工業開采價值，所以你也很少知道在很古老的堿性玄武巖就很少被報道。因為沒有人去做這方面的開采工作，所以我還是要說科研價值都是寶，但是呢，工業價值目前來講只有金剛石了。可以嗎？
同學：
好的，謝謝老師。非常感謝老師。
孫老師：
那如果沒有問題我問一個來自于網友的問題。因為上一周呢，劉老師有一篇文章被《Nature》雜志發表了。然后就是火爆朋友圈，因為在我們這個行業里面，其實巖石圈地幔里面就是說提出一個新的“model”是一個很難的事情，所以網友就向劉老師請教，您寫這篇“Nature”是花了多長的時間，然后錄取的時候這個心情又是怎樣的？
劉老師：
謝謝，謝謝這個問題。其實我，可能你們很多學生都讀過我前面寫的一個淺談，你們有沒有讀過？
孫老師：
他們可能沒有看到，因為那個是在研究生里面議論的程度比較高。
劉老師：
那什么時候，你再跟同學們分享一下。那么今天再跟同學們分享一下，我的心路歷程。是這樣的，這個時間跨度是非常長的。首先對于樣品來講，因為巖石圈地幔，我們現在研究的這個區域的歷史是非常非常長的，有幾十億年，大概可以到25億年、30億年。然后金伯利巖是什么時候把這個樣品帶上來的，大概是幾千萬年-6億年前的樣子。然后后來金剛石公司打算來進行開采，然后拿到這個樣品。我們拿到這個樣品之后呢，分析跨度前前后后有20年的歷史。然后我們對科學問題的醞釀，到數據的完善又花了兩年的時間。寫作又花了半年的時間，然后審稿到錄用呢，又花了一年的時間。所以你可以看看，這個過程是非常長的。所以我論文呢，在我們這種快節奏的時代里面呢，有的時候慢一些呢，會收到不錯的效果。或者我們常說的慢工出細活。當然，當這個文章被接收的時候，我自己的話確實有一種浴火重生之感，感覺之前所有的付出都得到了回報，都值得了。大概是這樣一個過程。希望你們之后呢，再去看看我寫的那個淺談，或許有一些新的體會。謝謝！
孫老師：
好的好的。那還有一個問題是來自于網友的，他說劉老師經常會參加很多國際學術會議，他覺得這個事情特別有意思。他就想知道參加這些國際學術會議對您提高自身的科研造詣有哪些幫助？怎么去往這個方向進行努力？
劉老師：
這也是非常好的問題。我們知道，參加國際會議的話，我個人認為有幾個好處。首先，國際會議是一個學術盛宴，一個能夠較完整的知道國際前沿的這個領域是什么樣子，同時讓自己去思考，自己應該往那些前沿科學問題進行努力。另外，當然國際會議也是一個非常好的學術交流的機會。是一次能夠與文章中那些，你知道我們看文章都會遇到一些大牛對吧。去參加學術會議你就有機會跟他們面對面的交流和接觸。同時也可以建立自己的“Social Networking”，叫做學術社交網絡，讓別人知道你自己在做什么工作啊，同時你也知道別人在做什么工作。或許將來呢他會審你的稿子，或者你們將來可能有合作的機會。這些都是參加國際會議的非常好的幾個方面吧。另外呢，如何來參加國際會議呢，比如說，你們跟著優秀的孫晶老師啊，如果你們做出來一些有意思的成果的話，那在論文發表之前呢，你就可以寫出一些摘要啊，投到國際會議上去，比如說地球化學通常的“Goldschmidt會議”，叫“戈爾德施密特國際會議”。你就有機會去參加這個會議了。一回生二回熟嗎，大家都這樣。這就是我要說的，你們孫晶老師，她也是做地幔相關研究的，跟我的研究是非常相似的，也是有很大前途的。如果感興趣的話呢，你可以孫老師進行做研究，說不定有一天你們也可以研究鉆石啊，或者跟鉆石相關的工作。大概是這樣的。
孫老師：
謝謝，謝謝劉老師。然后我看到今天的聊天框里有一個問題，這個同學他的麥開不開了，他想問，老師您剛才說到金伯利巖中每種礦物都有研究價值，他想知道鉆石跟地幔研究有什么奇妙的關聯呢？
劉老師：
這也是非常好的問題，而且我覺得這個問題非常有代表性。一般我們都知道鉆石可能是“珠寶之王”。但是并不知道鉆石跟地幔到底有什么樣的關系。一般來講，鉆石有好幾種成因，或者說金剛石有好幾種成因。比如說撞擊成因啊，俯沖折返成因等等。因為它需要一個高壓環境嗎。但是鉆石作為寶石，絕大部分都是來自于巖石圈地幔的，因為巖石圈地幔提供一個長期穩定的高壓，并且低溫的這樣環境，有利于金剛石成礦。那么科學家怎么通過金剛石或者鉆石來做研究呢。首先，科學家研究的絕大部分鉆石都是質量非常非常差的，都是沒有工業價值的，要不然鉆石公司也不會把鉆石樣品給我們進行做研究。我們知道金剛石本身是由碳組成的，也會有一些氮，還有一些微量元素。那我們可以通過研究這些元素和同位素呢，和它所屬的同位素，比如碳同位素，氮同位素以及微量元素，就能反映鉆石是怎么形成的。從而反映這是在怎么樣的一個地幔環境與地幔動力學過程，這是研究鉆石本身。另外呢，鉆石還有一個非常大的功能，就是它能夠攜帶很多地幔的包裹體礦物，你要通過研究這些包裹體礦物，因為我們知道地幔礦物上來是非常難的，剛才前面講到會有一些地幔的礦物比如說“Garnet”石榴子石啊，或者是鈦鐵礦，或者其他礦物，但是它到地表以后呢，風化非常嚴重。如果這些礦物被包裹在金剛石里面，那金剛石相當于一個時間膠囊一樣，當金剛石形成的時候把這些礦物鎖在里面，到地表以后不會有任何的變質作用，那我們就可以通過這些完好無損的地幔礦物、包裹體礦物，能夠研究出地幔深部的物質組成，以及相關的地幔演化信息，所以大概是通過這兩個方面。一個是通過金剛石本身，另外一方面是研究金剛石所包含的這個礦物包裹體礦物。從而來研究鉆石跟地幔的關系啊，一個地幔深部的過程。大概是這樣的。
孫老師：
嗯，好的，謝謝，劉老師！
