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2021-05-17
程哲整理
專家信息：劉金高，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）教授，博士生導(dǎo)師
研究方向：放射性同位素地球化學(xué)、地球巖石圈地幔的形成與演化
教育經(jīng)歷：于2006年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，獲得地球化學(xué)學(xué)士學(xué)位；于2011年畢業(yè)于美國(guó)馬里蘭大學(xué)，獲得地球化學(xué)博士學(xué)位；分別在2012、2016年美國(guó)馬里蘭大學(xué)和加拿大阿爾伯塔大學(xué)攻讀天體化學(xué)和地球化學(xué)博士后。
研究項(xiàng)目：地幔再循環(huán)碳的金屬同位素示蹤、加拿大北極地區(qū)金伯利巖地幔包體研究
孫老師：
我們今天進(jìn)行專家進(jìn)課堂“三深”系列的最后一個(gè)嘉賓。他是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(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(xué)、地球巖石圈地幔的形成與演化。劉教授現(xiàn)在正在加拿大阿爾伯塔大學(xué)訪問，所以他跟我們是有一定時(shí)差的，那邊現(xiàn)在應(yīng)該是周日晚上的十點(diǎn)半。劉教授在深地項(xiàng)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(gè)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?yàn)槟抢锩嬗薪饎偸饎偸趯毷瘜W(xué)上面叫做鉆石，所以他也有一個(gè)名字叫做“情定鉆石的人”。那我們今天隆重邀請(qǐng)劉教授。
劉老師，您好！
劉老師：
孫晶老師好！各位同學(xué)好！
孫老師：
好的，那劉老師現(xiàn)在跟我們有些時(shí)差，非常抱歉我們打擾到了您的生活。因?yàn)榇蠹叶悸犝f您是做鉆石方向的，所以大家對(duì)這個(gè)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(shí)間交給同學(xué)們，看看他們有什么問題。
同學(xué)：
您好，劉老師！就是我了解到這個(gè)不是所有的金伯利巖里面都含有金剛石。那如果我們?nèi)ヅ袛嘟鸩麕r里面有金剛石的話，可以有那些手段、方法？
劉老師：
這是一個(gè)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(gè)高壓的環(huán)境，也就是說在巖石圈底下，150km以下的地方才會(huì)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(jìn)行大規(guī)模開采之前，就要對(duì)這些礦物進(jìn)行分析。然后有個(gè)經(jīng)驗(yàn)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(huì)大規(guī)模的進(jìn)行開采，然后找到金剛石。如果沒有這個(gè)“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(gè)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(gè)他們規(guī)定的“G-ten”組成范圍之內(nèi)，它就很有可能來自于有金剛石窗口的區(qū)域，就有很大的潛力來做金剛石的碳化，大概是這樣的。
同學(xué)：
老師講的很深入淺出，以我的知識(shí)水平也能大概聽明白一些東西，老師我還有一個(gè)問題，就是金伯利巖是不是全身都是寶，因?yàn)樗衅渌牡V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?jī)r(jià)值和很高的工業(yè)價(jià)值？甚至于說可能金剛石都不一定是金伯利巖里面最具價(jià)值的礦物。只是我們一些外行被這種鉆石的名氣吸引、打動(dòng)，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(duì)金剛石了解比較透徹，一般來講，在科學(xué)家眼里面，所有的礦物都是寶。因?yàn)槊恳粋€(gè)礦物它能夠攜帶的地幔的信息都是不一樣的，所以對(duì)于科研價(jià)值來講，那全身確實(shí)都是寶。可是對(duì)于工業(yè)價(jià)值來講，因?yàn)榻饎偸疽ミ@些金伯利巖的地方，一般像加拿大的話都去特別偏遠(yuǎn)的地區(qū)，像北極地區(qū)那些。所以他們最重要的是要獲得利潤(rùn)。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(yè)價(jià)值是非常非常低的，因?yàn)樗蛔阋詠碇沃容^貴重的開采工作，所以對(duì)于他們來講，金剛石是他們唯一的一個(gè)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?yàn)樗鼪]有多少工業(yè)開采價(jià)值，所以你也很少知道在很古老的堿性玄武巖就很少被報(bào)道。因?yàn)闆]有人去做這方面的開采工作，所以我還是要說科研價(jià)值都是寶，但是呢，工業(yè)價(jià)值目前來講只有金剛石了。可以嗎？
同學(xué)：
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(gè)來自于網(wǎng)友的問題。因?yàn)樯弦恢苣兀瑒⒗蠋熡幸黄恼卤弧禢ature》雜志發(fā)表了。然后就是火爆朋友圈，因?yàn)樵谖覀冞@個(gè)行業(yè)里面，其實(shí)巖石圈地幔里面就是說提出一個(gè)新的“model”是一個(gè)很難的事情，所以網(wǎng)友就向劉老師請(qǐng)教，您寫這篇“Nature”是花了多長(zhǎng)的時(shí)間，然后錄取的時(shí)候這個(gè)心情又是怎樣的？
劉老師：
謝謝，謝謝這個(gè)問題。其實(shí)我，可能你們很多學(xué)生都讀過我前面寫的一個(gè)淺談，你們有沒有讀過？
孫老師：
他們可能沒有看到，因?yàn)槟莻€(gè)是在研究生里面議論的程度比較高。
劉老師：
那什么時(shí)候，你再跟同學(xué)們分享一下。那么今天再跟同學(xué)們分享一下，我的心路歷程。是這樣的，這個(gè)時(shí)間跨度是非常長(zhǎng)的。首先對(duì)于樣品來講，因?yàn)閹r石圈地幔，我們現(xiàn)在研究的這個(gè)區(qū)域的歷史是非常非常長(zhǎng)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(shí)候把這個(gè)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(jìn)行開采，然后拿到這個(gè)樣品。我們拿到這個(gè)樣品之后呢，分析跨度前前后后有20年的歷史。然后我們對(duì)科學(xué)問題的醞釀，到數(shù)據(jù)的完善又花了兩年的時(shí)間。寫作又花了半年的時(shí)間，然后審稿到錄用呢，又花了一年的時(shí)間。所以你可以看看，這個(gè)過程是非常長(zhǎng)的。所以我論文呢，在我們這種快節(jié)奏的時(shí)代里面呢，有的時(shí)候慢一些呢，會(huì)收到不錯(cuò)的效果。或者我們常說的慢工出細(xì)活。當(dāng)然，當(dāng)這個(gè)文章被接收的時(shí)候，我自己的話確實(shí)有一種浴火重生之感，感覺之前所有的付出都得到了回報(bào)，都值得了。大概是這樣一個(gè)過程。希望你們之后呢，再去看看我寫的那個(gè)淺談，或許有一些新的體會(huì)。謝謝！
孫老師：
好的好的。那還有一個(gè)問題是來自于網(wǎng)友的，他說劉老師經(jīng)常會(huì)參加很多國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，他覺得這個(gè)事情特別有意思。他就想知道參加這些國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議對(duì)您提高自身的科研造詣?dòng)心男椭吭趺慈ネ@個(gè)方向進(jìn)行努力？
劉老師：
這也是非常好的問題。我們知道，參加國(guó)際會(huì)議的話，我個(gè)人認(rèn)為有幾個(gè)好處。首先，國(guó)際會(huì)議是一個(gè)學(xué)術(shù)盛宴，一個(gè)能夠較完整的知道國(guó)際前沿的這個(gè)領(lǐng)域是什么樣子，同時(shí)讓自己去思考，自己應(yīng)該往那些前沿科學(xué)問題進(jìn)行努力。另外，當(dāng)然國(guó)際會(huì)議也是一個(gè)非常好的學(xué)術(shù)交流的機(jī)會(huì)。是一次能夠與文章中那些，你知道我們看文章都會(huì)遇到一些大牛對(duì)吧。去參加學(xué)術(shù)會(huì)議你就有機(jī)會(huì)跟他們面對(duì)面的交流和接觸。同時(shí)也可以建立自己的“Social Networking”，叫做學(xué)術(shù)社交網(wǎng)絡(luò)，讓別人知道你自己在做什么工作啊，同時(shí)你也知道別人在做什么工作。或許將來呢他會(huì)審你的稿子，或者你們將來可能有合作的機(jī)會(huì)。這些都是參加國(guó)際會(huì)議的非常好的幾個(gè)方面吧。另外呢，如何來參加國(guó)際會(huì)議呢，比如說，你們跟著優(yōu)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(fā)表之前呢，你就可以寫出一些摘要啊，投到國(guó)際會(huì)議上去，比如說地球化學(xué)通常的“Goldschmidt會(huì)議”，叫“戈?duì)柕率┟芴貒?guó)際會(huì)議”。你就有機(jī)會(huì)去參加這個(gè)會(huì)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(guān)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(jìn)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(guān)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(gè)問題，這個(gè)同學(xué)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?jī)r(jià)值，他想知道鉆石跟地幔研究有什么奇妙的關(guān)聯(lián)呢？
劉老師：
這也是非常好的問題，而且我覺得這個(gè)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(guān)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?yàn)樗枰粋€(gè)高壓環(huán)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?yàn)閹r石圈地幔提供一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的高壓，并且低溫的這樣環(huán)境，有利于金剛石成礦。那么科學(xué)家怎么通過金剛石或者鉆石來做研究呢。首先，科學(xué)家研究的絕大部分鉆石都是質(zhì)量非常非常差的，都是沒有工業(yè)價(jià)值的，要不然鉆石公司也不會(huì)把鉆石樣品給我們進(jìn)行做研究。我們知道金剛石本身是由碳組成的，也會(huì)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(gè)地幔環(huán)境與地幔動(dòng)力學(xué)過程，這是研究鉆石本身。另外呢，鉆石還有一個(gè)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?yàn)槲覀冎赖蒯５V物上來是非常難的，剛才前面講到會(huì)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(fēng)化非常嚴(yán)重。如果這些礦物被包裹在金剛石里面，那金剛石相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間膠囊一樣，當(dāng)金剛石形成的時(shí)候把這些礦物鎖在里面，到地表以后不會(huì)有任何的變質(zhì)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(zhì)組成，以及相關(guān)的地幔演化信息，所以大概是通過這兩個(gè)方面。一個(gè)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(gè)礦物包裹體礦物。從而來研究鉆石跟地幔的關(guān)系啊，一個(gè)地幔深部的過程。大概是這樣的。
孫老師：
嗯，好的，謝謝，劉老師！
