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为了地球科学精确化

时间:2022-01-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:求索:为了地球科学精确化——走近中国科学院院士於崇文有人说,於崇文是位有些特殊的院士:86岁高龄的他,没有许多院士前呼后拥的气势,却每天一个人夹着书穿行于地质大学时而喧闹时而清幽的校园中,准时到教二楼自己那间办公室“上班”,风雨无阻;他至今仍然亲带博士生,用言传身教为自己用一辈子开辟出来的学术领域寻找着接班人。
为了地球科学精确化_地大人2010

求索:为了地球科学精确化

——走近中国科学院院士於崇文

有人说,於崇文是位有些特殊的院士:86岁高龄的他,没有许多院士前呼后拥的气势,却每天一个人夹着书穿行于地质大学时而喧闹时而清幽的校园中,准时到教二楼自己那间办公室“上班”,风雨无阻;他至今仍然亲带博士生,用言传身教为自己用一辈子开辟出来的学术领域寻找着接班人。不久前,记者见到了这位一直行走在地质科学基础研究前沿的地质学家,重温了他追寻理想、充满勤勉和学术灵感的人生之路。

一、在社会熔炉中寻求光明

对于许多人而言,年少时的经历是享用终身的珍贵财富。今天的於崇文已是中国科学院院士、国内著名的地球化学动力学家、矿床地球化学家和地质教育家,但每每回忆起那悠然自在的童年,德智体美全面发展的少年时期,尤其是独立坚韧的青年时代,於崇文都会感谢命运,感谢命运赐予他的这份厚重而富含营养的礼物。

1937年8月13日,上海沦陷于日军铁蹄的践踏之下,长达8年。

年少的於崇文真正体味到“亡国奴”的滋味是在1940年到1943年在沦陷区读高中的时候。至今他仍清楚地记得当时与同学们在自己领土上被日本兵随意盘查时刻骨铭心的愤怒。1943年,高中毕业的他断然决定,离开上海这座“孤岛”,到“后方”重庆去参加大学的入学考试,从科学中寻求民主和光明。

从上海到重庆,距离不过2 000km,然而,於崇文竟走了整整1年。

这一年,於崇文的足迹涉及江苏、浙江、福建、江西、湖南、贵州。此时的他,第一次离开了家庭的庇护,第一次真正品尝到动荡时政下生存的艰难。在湘南零陵,惊闻大学考期已过,只能等待来年,无奈投身二哥工作的湖南中国零陵耐火砖厂打工维持生活,后又因日军的逼近狼狈逃离;在“火炉”重庆,他与众多考生一起露宿廊沿,汗流浃背地研习、备考……

於崇文的志向是学工。受父亲和环境的影响,於崇文希望能投身工业报效国家,于是,投考了两所设有机械专业的大学——国立西南联合大学和中央大学(现在的南京大学)。由于成绩突出,於崇文两考两中。反复斟酌后,他选择了西南联大,转赴昆明

西南联大为抗战时期北京大学、清华大学、南开大学三大名校南下联合所办,名家荟萃,虽身处战乱,条件极为艰苦,但仍保持了严谨的治学态度和优良的学风。

在西南联大这座“民主堡垒”中,於崇文如饥似渴地吸吮着来自名师的丰厚知识和广袤思想。在紧张的学业之外,他还积极聆听闻一多、费孝通等教授的政治讲演,与同学们畅谈国家大事,参加抗议示威游行和街头演出等活动。尽管他住在40人一间的土坯茅屋中,常年粗茶淡饭,有时还要靠基督教青年会组织发放的衣物和豆浆度日,却丝毫没有觉得苦,当时的他只有一个念头:一定要好好学习,追求光明和自由。

然而,艰难的生活让於崇文染上了斑疹伤寒,被迫休学1年。复学后,他转入地质地理气象系学习。1945年抗战胜利,1946年上半年西南联大北上复原为北京大学、清华大学和南开大学三校,他随校北上,选择进入北京大学地质系继续学习。

选择地质,起因应追溯至湖南零陵耐火砖厂打工时的经历。当时,从事耐火粘土化学分析的他,在好奇心的驱使下,跟着湖南地质调查所的靳凤桐先生,为该厂勘查耐火粘土资源。於崇文是生长于大城市的孩子,从未接触过地质,第一次带上电石灯钻矿硐、看地层、找矿产,他觉得特别新鲜有趣,而靳凤桐恰是北京大学地质系的早期毕业生。

那段偶然的经历在於崇文心中埋下了学习地质学的种子,北大地质系的系统教学则为於崇文打开了通向地质科学广阔天地的大门。1950年,他毕业留校,成为北大地质系的一名助教。

二、地质大学里的“超人老师”

1952年,北京地质学院成立了。於崇文从北大来到这里,成为北京地质学院的“元老”之一。

此时,新中国的建设工作正在全面展开,举国上下热情高涨。28岁的於崇文也不例外,与同事们共同全身心地投入了建设北京地质学院的洪流。

1953年,於崇文晋升为讲师,开设“结晶学”与“矿物学”课程。然而,没有大纲,没有教材,没有范例。面对“三无”,於崇文干脆来了个“自导、自编、自印、自演”:自行选定教学内容,自己编写教材,自己刻写钢板、油印,自己讲课。整整1年,通宵不眠基本上就是他的常态:印完讲义已是凌晨,必须马上动身从地质学院所在的端王府夹道登车赶往沙滩地质馆讲课。

当时全国都在学习前苏联,教育领域也照搬了前苏联的教学体制、内容和方法等。从地质科学和教学水平看,前苏联与西方各有所长,的确有许多值得学习借鉴的地方。为了吸收前苏联地质科研和教学之所长,从小便熟习英文的於崇文决定尽快掌握俄语,在担负着繁重工作的同时,还主动参加了学校在晚上开设的俄语短训班。3个月后,於崇文就已经可以阅读俄语的地质专业书籍了。回想当年日日彻夜未眠还能神采奕奕地讲课,於崇文自己都感到惊讶:原来,热情竟能给人如此大的能动性,而一个人竟能有如此之大的潜力。

中国地质大学,於崇文的勤奋众所周知。

20世纪70年代初,“文化大革命”尚未结束,中国的地质科研和教学基本处于停顿状态。但让於崇文深感幸运的是,他从干校被抽调至福建教改小分队,在闽南地区为地质队的工人举办矿床学知识短训班,之后又为冶金部化探工程师举办的地球化学高级短训班授课,这也意味着他提前回到了正常的工作轨道上。

此时的於崇文,已开始了将应用数学中多元统计分析研究用于地质研究的实践,而当时计算机技术在国际国内科学界的初兴,更让他觉察到了“数学地质”光明的前景。

为了搜集国外的最新资料,他跑遍了北京具有此类文献的各家图书馆。从位于北海的北京图书馆到位于甘家口的地质图书馆,从中关村的中科院图书馆和数学所图书馆到和平里的中科院科技情报研究所,他骑着自行车巡回往返。当时图书馆中尚无复印设备,为了将珍贵的资料“据为己有”,他就骑着自行车连续往返数十次,用手书将外文参考书与文献抄写下来。几年时间里,他风雨无阻,行程六七百千米,而抄写下来的“书籍”和笔记,更是厚厚的一摞。

地质工作的实践性非常强。在广泛研究国内外最新发展的同时,於崇文还以陕西煎茶岭镍矿床为研究对象,带领同事们进行了一系列矿床地球化学和数学相结合的研究。从野外采集标本样品,到碎样、光谱摄像、显影、读谱,再到把这些第一性定量数据进行计算机处理,全部过程他都要亲自动手。那时有计算机的单位非常少,如要应用必须预约。许多时候,於崇文他们只能约在晚上使用,工作结束已是深夜。就这样,他们奔走于北京各单位和河北正定之间,在艰难和快乐中完成了对陕西镍矿样品分析结果的计算机处理。之后,於崇文又将这些成果和经验在理论上加以拓宽和深化,用4年时间完成了145万字的《数学地质的方法与应用》,为中国地质科学较早地留下了一本系统而全面的地质数学专著。值得一提的是,即使是在被恐怖和慌乱气氛笼罩的唐山大地震时期,他也在余震间隙夜以继日地写作,全身心地投入对数学地质理论及应用方法的总结工作中。

如今,於崇文的学术著作已有9部,字数达千万。而所有的文稿,都是他一点一滴手书的。他曾笑言,自己下笔如飞,其惊人的“高速”绝不亚于学生们用计算机打字。

在中国地质大学、在中国地质科学界,勤奋是所有成功者必备的特质,但像於崇文老先生这样,86岁还天天上班、亲自带研究生的,似乎并不多见。“只要早上8点我没到办公室,於先生的电话就会响起:‘怎么还没来?’当於先生的学生,我们不敢、也不可能偷懒。”现下正师从於崇文的博士生刘宁强说。的确,勤奋了一辈子的於崇文也是这样要求学生的:“要从事科学工作就必须脚踏实地,投机取巧成不了才!”

三、为地质学不断寻找新的诠释

“思想自由,兼容并包”是蔡元培治学北大著名的“八字方针”,也是指引於崇文一生治学的明灯。

於崇文记得非常清楚,在西南联大上学期间有位地质学前辈曾说:“地质学是不科学的科学。”“作为一位年轻学子,我当时对这样的说法难以接受,随着对地质学认识的深入,我逐渐萌生了地质学与自然基础科学结合起来的想法。沿着这样‘兼容并包’的思想,我一直坚持到现在。”

其实,於崇文是个思想极为活跃的人,经常会让思绪天马行空、自由翱翔,但同时,他又是个极为执著坚韧的人,只要认准了目标,无论多难都要坚定地往前走。或许正是如此,才有了於崇文脉络清晰、一步一个脚印的创新学术之旅。

1954年,继涂光炽之后,於崇文在国内高校中第二个开设了“地球化学”课程。在我国,解放前地球化学学科是个空白,为了开好这门新课,於崇文边学边教,一边向前苏联学习,一边向西方学习,在教学内容上尽力将两者结合。他知道,科学是没有国界的,只有抛却来自种族、政治、意识形态等方面的种种隔阂,更多地了解、对比、吸收、融合、发展,才能真正踏上通往地质科学圣殿的道路。

於崇文对于地球化学的兴趣在教与学中越来越浓厚,也越来越感到各个学科之间也是相通的,发展地球科学必须走地球科学与基础学科相结合、多学科交叉与融合之路。

他豁然开朗,仿佛看到了一片广袤的天地正在前方向他招手,他感到,一股强烈的激情在胸中澎湃。

1972年,於崇文从干校返回北京后,受气象学中用多元统计分析研究气候变化的启发,开始组织人力将多变量统计学融入地质科学。在近10年的时间内,他潜心于此,将所有的精力都投入用多元分析研究多组分、多因素地质-地球化学系统的数值和几何学特征,并且用随机过程和随机场研究地质-成矿过程与地质-地球化学场的地质数学研究中,并培养出一批用数学地质方法处理化探数据的技术骨干,为我国地质科学从定性到定量、从确定性到概率性、从一元分析到多元分析、从观测描述到计算机模拟实验,起到了重要的推动作用。

20世纪80年代初,於崇文以阐明金属成矿学、历史地球化学和区域地球化学之间的内在联系为核心,在地球化学的基础上开拓了一个新的领域——区域地球化学。他不仅运用非平衡、不可逆过程热力学研究成岩、成矿过程,以耗散结构理论为基础,提出了区域地球化学理论,而且带领100多人的团队在南岭地区进行了详细的区域地区化学研究,并出版了《南岭地区区域地球化学》专著,获1987年度地质矿产部科技成果一等奖。

目光的高远往往与知识的积累成正比。仅仅数年后的80年代中期,他就开始意识到当时矿床成因机制研究中的局限——大多是从静止和定性的情态入手,而忽略了矿床形成的动态特性。于是,又一个来自於崇文的创新性学术观点出现于地质理论研究的大舞台上:“广义地球化学动力学”的新定义,并发展出“成矿作用动力学”的理论体系和方法论,在我国率先将动力学引入矿床学,使矿床成因和成矿规律研究从定性走向定量,从静态上升到动态。

在其后的10余年间,於崇文以云南个旧锡矿床和江西德兴铜多金属矿床为主要研究对象,进行了成矿作用的动力学专题研究,出版了《云南个旧锡多金属成矿区内生成矿作用的动力学体系》、《热液成矿作用动力学》、《成矿作用动力学》3本专著,分获1990、1997和2003年度地质矿产部和国土资源部科技成果二等奖,为“成矿作用动力学”的新学术方向奠定了基础。

20世纪90年代后期,他关注到国际上对非平衡动力学和不均一系统的研究使复杂系统的观念日渐普及,而固体地球系统总体上就是一个开放、远离平衡、时-空延展的演化复杂巨系统。于是,他将非线性科学及复杂性理论与地质科学相结合,在“地质作用与时-空结构是一切地质现象的本质与核心”自然哲学理念的指导下,探索地质现象的本质和地质科学的基本问题,提出了一种地质科学的复杂性理论:“地质作用的自组织临界过程动力学——地质系统在混沌边缘分形生长”和相应的方法论,对于从重大基础地质问题中凝炼出的众多基础理论问题进行了系统和深入的剖析。

世纪之交,年逾古稀的於崇文将全部精力投入了被誉为“21世纪的科学”的复杂性研究,特别是运用复杂性科学研究矿产资源的形成与发展,即以“成矿系统复杂性”为视角,运用非线性科学和复杂性理论认识矿床的内禀本质属性,系统深入地研究成矿的发生、驱动力、动力学机制和时-空结构与定位

研究的成果让於崇文格外兴奋。在2006年出版的专著《矿床在混沌边缘分形生长》中,人们可以看到这项有关矿床成因和成矿规律的重要创新性发现:矿产资源自发地通过自组织而归宿于自组织临界性与混沌边缘,并且分形生长。更让於崇文兴奋的是,这本在许多人眼中十分深奥的专著,为他带来了一项值得骄傲的荣誉——获得2007年第一届中国出版政府奖图书奖提名奖。

从数学地质到区域地球化学,从成矿作用动力学到地质系统的复杂性,再到成矿系统的复杂性,5个层层深入的独创性学术领域汇聚成於崇文“学习思考,锲而不舍;探索创新,攀登不息”的一生。而他一生最宝贵的财富,则是浓缩了他60多年地质生涯滴滴汗水、记录了他科研道路上多次转折和飞跃的9部专著。看着它们,於崇文像看着自己的孩子,充满感情,也充满着自豪。

四、对地学前沿的探索没有终点

复杂性科学,就是以整体论为主导,研究系统不同大小、相互作用的单元,与其环境之间发生物质、能量或者信息交换,并涌现出不同于其组成单元的新的宏观性质的动态过程。研究复杂性,能够深刻揭示存在于复杂系统中的内在本质规律。

於崇文认为,地球就是一个最为典型的复杂巨系统,地质作用与时-空结构是一切地质现象的本质与核心,对于地质系统进行复杂性研究可以对古老而常新的地质科学进行再认识,将基础地质及其应用的研究提高到非线性科学和复杂性理论的层次,这是实现地质科学从唯象科学向精确科学跨越的重要一步。

更让於崇文感到这一研究方向具有深刻意义的是,复杂性研究要求重组科学的现有固定分野,实现跨越不同学科的大整合,从而促进多学科的交叉、融合,以及认知过程和方法论的深刻变革。他认为,这样深层次“兼容并包”的思路,展示出了未来科学发展的大方向。地质系统的复杂性应该是当代地球系统科学的重要组成部分和重要基础研究领域,是传统地质科学的创新和发展。

在新世纪的头10年中,复杂性研究作为具有前瞻性和探索创新性的基础研究,越来越获得了国际科学界的认同。

然而,於崇文的复杂性研究之路却走得十分艰难。

现在,国际上对于复杂性的科学研究大多集中于数学理论及其在物理、化学、生物、生命、人脑和社会系统等方面的应用,较少研究地质系统,虽有部分涉及地震现象、地壳断裂构造、地幔对流和大气环流动力学等少数领域,但工作比较零散。在中国地学界,相关的研究更是薄弱,除於崇文外,致力于复杂性研究的科研人员屈指可数。

为什么对于这样一个前沿科学,中国如此多的地学工作者中却鲜有热衷者?

对此,於崇文的答案充满了无奈:“在中国,从事地学基础研究本来就十分艰难。相较而言,人们更关注找矿、矿产资源开发利用、环境变化等实用性较强的研究领域,而对于基础研究,特别是像复杂性研究这样‘深奥’的科研,许多人认为是脱离实际。现在进行科学研究必须争取各种项目,在这方面,我们这样的基础性前沿科学立项的竞争力可想而知。”这些年,於崇文曾多次申请科研立项,但专家评审时,“一些专家不了解这个前沿领域,提不出问题来”,所以经费也就落空了。由于缺乏必要的支持,於崇文目睹了许多学生和同事的无奈撤离。

2005年,於崇文获得了中国地质调查局“南岭湘赣粤桂地区钨锡多金属矿产资源的区域成矿作用动力学及其时-空分布规律”专题研究项目。以此为平台,年逾80的於崇文亲自带领学生跑野外、下矿井,用了近1个月的时间走遍了南岭地区4个省区的主要矿山,又进行了系统的室内研究。项目成功验收后,又用两年半的时间对研究成果作进一步的加工整理,著书立说。许多人劝他不要再这样拼命了,可他总是笑着摇摇头,继续埋头苦干。

去年年底,一本名为《南岭地区区域成矿分带性——复杂成矿系统中的时-空同步化》的专著面世。在这本书中,於崇文发布了他对南岭地区成矿规律的最新研究成果:南岭地区在燕山运动的早期和晚期分别以湘南骑田岭—千里山和九嶷山地区为成矿中心,形成了两个巨大的“目标斑图”式区域成矿分带;这两个区域成矿分带均具有比较清晰的同心圆状结构,其中不同元素的圆环具有不同的半径……

让於崇文兴奋的是,虽然这一首次提出的科研观点有待于时间和找矿实践的最终检验,但近年来的找矿成果已对其有了初步的证实:2008年湖南省地勘局在郴州境内发现丰富的锡、铅锌等多金属矿藏,其中锡资源量达80万吨;永州境内的九嶷山—姑婆山也发现锡多金属矿藏,其中锡资源量超过45万吨;益阳境内诸广山—万羊山锡铅锌有望成为大型甚至超大型锡铅多金属矿。

现实给了於崇文更多的信心,他希望自己有关南岭地区找矿的研究成果能引起地勘单位和有关部门的关注,为我国的找矿工作提供有益的参考,他希望更多的地学工作者能关注“复杂性研究”,并真正认识到这一前沿科学的生命力。他甚至在《南岭地区区域成矿分带性》一书的前言中充满希望地指出:“考虑到尚未接触过‘复杂性’论著的读者阅读本书第二至第四章时也许会遇到一些困难……可留待任何时候读者感觉需要时再继续阅读。”

2010年的夏天突如其来。由于脑供血不足,於崇文再次听到了来自身体的警报,这让他有些忧虑,不是为了自己的健康,而是为了有待继续深入“地质系统的复杂性研究”。在他心中,还有许多关于地质科学的思考没有获得印证,还有许多有关复杂性的设想没有实现,他多么希望能有更多的人加入他的研究团队,希望能有项目和经费支持他进行有关地球深部的复杂性研究,为国家和地质科学留下更多成果。

初夏的阳光明亮而温暖,於崇文走在地大花香弥漫的校园中,看着匆匆而过的学子们,不觉溢出一丝笑容。

(2010-06-29 《地质勘查导报》 作者:周飞飞)

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