地下探梦者——记中国地质大学（武汉）教授叶宇

本刊记者　汲晓奇

地下探梦者——记中国地质大学（武汉）教授叶宇

本刊记者汲晓奇

古人云：上天容易，入地难。的确，我们早已见识过外太空的瑰丽多彩，可神秘莫测的地下世界更多的还是未知。为此，一代代科学家呕心沥血，为人类能深入地球内部、探索地下空间而做着努力和奉献。“80后”教授、青年学者叶宇正接过老一辈手中的接力棒，在地质科研的道路上砥砺前行。

“80后”新生代人才

本科就读于中国科技大学时的叶宇就是个不折不扣的好学生，4年下来，不仅对数理化样样精通，专业成绩也十分优异。毕业之际受学校留学深造传统影响，叶宇决定去看看外面的世界。没有通过留学机构，凭着学校的资源和前辈的经验，叶宇DIY了自己的留学申请，最终顺利进入美国科罗拉多大学物理系。他的研究方向就是——“高温高压下地幔和地核中物质的物理和化学性质”。

我们知道，当今世界有三大课题：外太空深空探测、深海探测和地球深部探测。前两者目前进行都很顺利，但地球深部探测却异常困难——钻探深度只在地壳范围内，更深的地方只能通过实验手段认识。而高温高压实验在地球科学领域实属新兴，是集数学、物理、化学和材料为一体的交叉研究。目前，它在我国还处于刚起步的阶段，和发达国家相比差距很大。

一直在美国从事相关研究工作的叶宇回忆起那段时光觉得收获颇多，经过长时间专业的培训和大量专业知识的积累，再加上美国先进的科学思维方式使叶宇已成为长具有独立科研能力的“80后”新生代地球科学人才。

“中国发展的机遇比美国多，平台也更适合，又得到一位院士支持，”叶宇最终选择了回国发展，落户中国地质大学（武汉）。

从“青千计划”开始

回国后的叶宇希望依托中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室提供的实验平台，继续进行高温高压下的矿物物理物理研究，而后也顺利申请到“青年千人计划”项目资助。

他计划进一步深化“水对地幔矿物的物理化学性质影响”的研究工作、研究“铁、铝等元素对硅酸盐矿物的物理性质以及热稳定性的影响”和“高温高压下，压力标尺状态方程的重建”。“这些都属于目前矿物物理领域的热点和前沿研究方向，可以提高我们对地球内部结构和元素分布规律的认识。”

水对地幔硅酸盐矿物的物理化学性质、运移迁徙以及热稳定性都有着显著的影响。研究水在地幔矿物中的赋存机制及地球深部的水循环过程，是当今世界矿物学与地球科学领域内的热点和重点之一。因此，叶宇将继续深化水对地幔矿物物理和化学性质影响的研究，计划利用已有的大压机技术合成多种含水硅酸盐，再充分利用上海和美国芝加哥阿贡国家实验室同步辐射光源进行高温高压下原位测量并结合第一性原理计算，研究这些含水矿物的热力学状态方程以及弹性模量。同时结合地震学观测数据，研究水对520公里和660公里不连续界面的影响。

而硅酸盐矿物为何物？它是构成地壳、上地幔的主要矿物，估计占整个地壳的90%以上，铁钛矿就是地幔转换带中重要的硅酸盐矿物之一。先前的研究认为铁钛矿只能在低于2000K的条件下稳定存在，而叶宇在对地幔岩成分相变规律的研究中发现含铝的钛铁矿也可以在2300K以上的高温下稳定存在，但含铝钛铁矿高温高压下热力学性质的研究在国际上寥寥无几。叶宇便想挑战这一科技空白，利用DAC技术研究铁、铝元素对铁钛矿的热稳定性、石榴石-铁钛矿相变，以及状态方程的影响。

此外，叶宇还计划以同步辐射和激光加温DAC技术为实验基础，在更宽的压力范围内比较“铂—氧化镁—金”不同压力标尺物之间热力学状态方程。并结合已有的冲击波实验数据在不同压力标尺物之间建立互相一致的热力学状态方程，为精确研究和比较地幔层中的各种相变规律提供一个可靠的压力标尺基础。

马不停蹄 开展工作

谈到叶宇现在正在进行的工作，就不得不提到进行高压研究的两大有力手段——大压机技术和钻石砧压技术，若能将两者有机联系起来，互为补充，则可以更好更完善地进行高压学科研究。目前，依托于中国地质大学（武汉）的地质过程与矿产资源国家重点实验室已有大压机和流变仪设备基础，所以，叶宇正筹备钻石砧压实验室，建成后将填补中国地质大学（武汉）在这方面的仪器和设备空白。

叶宇说，他现在的博士后导师Dan Shim教授十分愿意指导他们搭建钻石砧压系统。不光如此，他在博士后期间，还和亚利桑那州立大学的Kurt Leinenweber教授有大压机实验方面的合作基础，这可为下一步工作开辟很多便利。说起Kurt Leinenweber教授，他在大压机技术方面有着相当丰富的经验和国际知名的影响，“他很有兴趣也很乐意帮助地质大学（武汉）建设高温高压研究项目，这将非常有利于我以后将钻石砧压技术和大压机技术紧密联系起来，从事高压科学的研究。”

据了解，地质过程与矿产资源国家重点实验室也正在发展和建设5000吨大压机，能够达到超过26万个大气压的压强，压机建成后将在国际上处于相对领先地位，可以将研究范围延伸到下地幔。除了5000吨大压机，实验室还有多种实验分析测试手段，如红外/拉曼光谱、电子探针技术、同位素测定、微区X射线衍射、透射电子显微镜等，这些仪器都可广泛应用于大压机高温高压下合成矿物样品的后期物性表征。“我有信心在高温高压实验领域做出一番成绩！”叶宇成竹在胸地表示。

话不多 做实事

除了科研工作，叶宇深谙学术交流对于思维创新的重要作用，为了保持与世界矿物物理实验研究的学术前沿同步，他不仅定期与国际合作者进行交流，如科罗拉多大学Boulder分校的Joseph R. Smyth、美国西北大学Steven D. Jacobsen等，还十分注重加强与国内兄弟院校及科学院院所高压研究组的合作，致力于推动我们国家高温高压实验科学和矿物物理研究的发展。

现在的叶宇已有两个研究生，用他的话说是“刚刚起步”。他重视给予学生自由空间的同时引导他们独立自学和钻研，在他看来，调动学生的主观能动性，挖掘潜力才是老师最需要做的事情。他迫切地希望他的学生们能尽快参与到国内外领先的矿物物理研究工作中去，如果可能的话，叶宇也将尽力支持他们到国际同行那里进行学习交流、开拓视野，成为具有国际先进思维的年轻学子和科研后继力量。“做科研像做人，要诚实、务实、扎实”，他的“三实”精神也将继续延续下去，影响他的学生。另外，善于思考、总结，注重灵感也是叶宇认为做科研所需的必要素质。

在被问到如何看待如今的成绩时，叶宇流露出了真情，“感谢父母的支持，感谢老师引导”。未来，他会将工作重点放在建设实验室和实验研究上，他还希望不久能培养出1到2名博士。

刚刚回国的叶宇也许还在适应国内的环境，在电话那端的话并不多，但句句精炼而质朴。通过他的话语，我们能感受到他对科学的热爱和对一切的感恩，未来的路，相信他会走得越来越好……