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中国青年科学家奖、国家自然科学奖二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、长江学者成就奖……荣誉的背后是骄人的科研成果。多年的勤奋积累和严格要求,使郑永飞院士换来了累累硕果。走近他,你会发现他的思想之睿智、事业之挚爱、工作之勤奋、处世之低调与他的科研成果之丰硕有着难了的渊源……
梦里常忆知青岁月
郑永飞出生在安徽省合肥市长丰县土山乡松棵村的一个农民家里。从小爱好文学。那时精神文化生活十分枯燥,物质匮乏。所能读到的文学作品少得可怜。在郑永飞的印象中尽管只读过如《三国演义》、《水浒传》、《林海雪原》等为数不多的几本古典和现代文学书籍,但是他总是认真地读,还作了不少的读书笔记,有些作品还能烂熟于心。当时能借到一本文学名著不容易,到了要还书的时候,心里是多不情愿,郑永飞总是千方百计地一拖再拖。空闲时,郑永飞还试着自己写些古典诗歌。
成为科学家后的郑永飞同样一直深深地眷恋着文学,说得上是一位“资深”或“铁杆”的业余文学爱好者。改革开放30多年来,祖国的文学事业进入繁荣的时期,郑永飞说自己有幸见证了文学的空前繁荣:“文学丰富了我的人生,文学愉悦了我的生活,文学给我带来了太多太多……” “农村是一个广阔的天地,在那里是可以大有作为的。”这句著名的口号成了当年指导年轻人选择生活方式的人生警句。作为“文革”中数百万知识青年的一员,郑永飞也曾在安徽长丰县土山乡农村度过了两年半的青春时光。郑永飞当过村里的广播员、做过民办教师。
农村的教育相当落后,说是一所学校,实际上就是几间破旧的房子作为教室,也根本没有什么教学设备,更难以谈教学质量。有人曾全盘否定知识青年“上山下乡”运动,但是郑永飞认为至少有一点不能否定:知识青年到农村去,带去了城市的文明,改变了当地农村人口的文化结构,尤其是一大批知青到农村后,成为了当地学校的民办教师,提高了农村的教育质量。
由于文学功底深厚、博学多才,郑永飞深得当地学生的敬重,他的课堂总是深深地吸引着孩子们。“那时候,我就明白了,好老师的标准其实很简单:一是要想办法让学生能听懂你的课并且乐意听下去;二是让学生在下课后一小时内就能把你布置的作业做掉。这就是对老师教学效果的检验。”郑永飞深有体会地说。
在一代青年献出了自己的青春年华的特定年代,那一段魂萦梦绕的蹉跎岁月,已成了许多知青刻骨铭心的记忆。当民办教师的知青生活是短暂的,但这一段担任民办教师的经历却给郑永飞留下了永生难忘的印象。
1978年,郑永飞考入南京大学地质学系。大学期间,得益于民办教师的经历,他掌握了一套很好的学习方法,成绩一直名列前茅。“上课时,我好好记笔记。下课后,我及时整理笔记,并找来参考书,把笔记补充更完善。每次考试之前有两周进行系统复习,把所有笔记从头再看看,该记的记,该背的背,然后把教科书从头到尾再来看一遍,找出重点和难点。”一直复习到考前的头天下午,郑永飞还钻进图书馆看小说、读诗歌,兴致盎然的时候还自己写上一首诗,晚上去看一场电影,第二天则以轻松、自信的心态进考场。
1985年,郑永飞从南京大学地质系硕士研究生毕业,后来赴德国哥廷根大学地球化学研究所学习,获得博士学位。这阶段的系统学习和训练,为郑永飞今后科研上的腾飞打下了坚实的理论基础。
破解谜团
2004年12月,一个振奋人心的消息自北京传递到安徽:郑永飞主持完成的“矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定”科研成果获2004年度国家自然科学二等奖。很快,喜讯在中国科学技术大学不胫而走。
此次获奖成果是由26篇系列学术论文组成的,这些论文都发表在国际权威地球化学刊物上,是他12年研究论文的集合。这项旨在制作测量地球温度的“温度计”,认识地球内部化学结构和组成的基础性科研成果,对寻找矿产资源和进行环境监测也大有用途。
地质测温、源区示踪是地球科学研究的最重要目标之一,其中稳定同位素测温和地球化学示踪则是其中发展最为成熟的领域。自然界数百种矿物之间的分馏系数在热力学平衡条件下是温度的函数,稳定同位素地球化学的理论基础是同位素分馏系数的准确确定。
矿物稳定同位素分馏系数的确定是公认的世界性难题,郑永飞早在南京大学攻读硕士学位期间就潜心于此,直到在德国哥廷根大学留学期间取得突破。他独辟蹊径,从理论和实践两个方面同时推进自己的研究,将矿物结晶化学理论与量子化学原理相结合,科学地修正了前人的增量方法,在理论上完善了矿物晶体结构和化学成分与氧同位素配分之间的函数关系,对地质上若干重要固体矿物的氧同位素分馏系数进行了理论计算,先后在国际权威学术期刊发表了3篇论文,后来成为地球化学领域的经典论文。在德国图宾根大学做博士后研究期间,他选择同位素分馏系数的实验测定作为主攻方向,继续深化这个研究领域。
“没有20世纪90年代初科教兴国战略,我不会赶上国家出台的一系列人才计划……我的目标是在国内做国际一流的工作。”1993年秋,在德国图宾根大学矿物岩石地球化学研究所完成博士后研究项目的郑永飞回到了祖国回到了家乡——接收郑永飞工作的中国科学技术大学距离长丰县仅1小时的车程。然而,郑永飞只在家与父母弟妹团聚了几天,就回校投入了紧张的工作。科大校园林木茂盛,鸟语花香,幽雅宁静,清新而又浓厚的学术氛围和文化气息沁人心脾,让郑永飞忘情地耕耘着,他再也没有离开过这块学术净土。
安家、建实验室、组建团队、买设备、申请经费……凭借科学家的直觉和对学术研究前沿的敏锐把握,在中国科学院、国家自然科学基金委和学校等多方资助和支持下,郑永飞拓展了自己在国外的高水平工作,自己动手和指导研究生,继续修正增量方法对地质上有用的其他矿物进行了氧同位素分馏系数的理论计算,对矿物和岩石的化学成分和晶体结构效应进行了定量评价,取得了与实验测定和自然观察相一致的结果。与此同时,他指导研究生进行低温化学合成,从实验角度测定一些难于在高温条件下测定的矿物分馏系数。
十年磨一剑,厚积薄发。郑永飞研究团队所有计算的分馏系数不仅与当时的实验测定和自然观察相吻合,而且不断地被后续的实验测定和自然观察所证实,因此显著增进了人们对固体矿物之间氧同位素配分行为的定量科学认识。
郑永飞所主持的“矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定”项目脱颖而出,顺利入选国家自然科学二等奖。
20世纪末,对大陆板块深俯冲及其有关地质学问题的研究,已成为国际上地球科学研究的前沿和热点。郑永飞敏锐地洞察到未来学科的发展方向,及时追踪国际前沿,将稳定同位素示踪方法成功拓展到化学地球动力学研究领域。他通过中国大别——苏鲁造山带超高压变质榴辉岩的研究发现,不仅存在区域上的氧同位素不均一性,而且局部具有氧同位素负异常。这表明,载有榴辉岩的板块俯冲到100多公里深的地幔内部时,超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短,像“油炸冰淇淋”一样。
大洋板块密度比地幔大,能够俯冲;而大陆板块密度比地幔小,就像木板浮在水面一样,要想使木板浸到水里,就必须得用力按下去。是什么力量使大陆板块克服浮力而俯冲进入地幔深度?如果大陆板块的确深俯冲了的话,为什么榴辉岩没有与地幔达到氧同位素平衡?还是大陆板块压根儿就没有深俯冲进入地幔深度?“当时,这些问题在国际上没有很好解决。但是我的深入调研发现,大陆板块深俯冲是个事实,而榴辉岩氧同位素负异常的保存要求特殊的物理化学条件,这就是热力学与动力学之间的竞争。”郑永飞用通俗易懂的语言解释了自己当时在理论研究上的新发现和如何破解氧同位素异常之谜的。 “这个‘油炸冰淇淋’模型只是理论推断,当时属于科学假说。要使科学假说上升成为科学理论,必须经过科学验证和时间检验。”郑永飞说,自己不去做实验,做研究肯定深化不了,只能是从假说到假说,既成不了科学模型,更上升不了科学理论,别人也不会信服。
从此,郑永飞开始了长达10年的艰苦理论探索与技术攻坚。他把每天的大部分时间都倾注在自己的科研工作上。每天早晨7点多上班,晚上差不多7点才下班,一周工作7天,为此郑永飞被地球和空间科学学院的老师们戏称为“三七”教授。除了出差在外,他几乎每天都“泡”在实验室里,设计实验、分析数据、阅读文献,成天像陀螺一样高速旋转。有时为了灵光一闪的想法,常连续十几个小时泡在实验室里寻求佐证。 “重要的实验必须自己去参加,重要数据的处理必须自己参与分析,而且全过程都应该是一丝不苟,这样得来的数据才直观,才有感性认识,对解决的科学问题才有把握。”郑永飞如是说。
功夫不负有心人。经过10年潜心研究和实验,郑永飞根据同位素年代学和地球化学证据,定量验证了具有氧同位素负异常榴辉岩在地幔深部居留短暂的假说,成功地证明了大陆板块的俯冲/折返过程为“快进/快出”过程,就像“油炸冰淇淋”一样,冷的大陆地壳在热的地幔深度只能“短暂居留”,否则就会“融掉”。郑永飞领导的研究团队就这个命题先后在国际刊物上发表58篇学术论文,SCI检索他引计1269次,有关成果得到了国内外同行的一致认可和高度评价。
把舞台交给学生 把心放在国际前沿
1993年秋从德国来到中国科大工作起,郑永飞一直坚持在教书育人第一线,先后为本科生和研究生讲授《同位素地球化学》、《地球化学进展》、《化学地球动力学》和《矿床地球化学》等多门课程。由他主编、科学出版社出版的两本书《稳定同位素地球化学》和《化学地球动力学》,均被教育部地球科学教学指导委员会推荐为全国研究生教学参考教材。
“学为人师,行为世范。”郑永飞深谙,教育活动永远是互动的,对学生影响最大的莫过于教师的言传身教。“教师知识量的多少和备课的好坏,是能否上好每一堂课的关键。”每次上课前,郑永飞都像准备学术报告或工作汇报一样认真,列好讲授提纲,理清本堂课程教学的重点和难点。在讲解经典定律或方法时,他千方百计埋设许多“接口”,将自己或他人的最新研究成果作为实例穿插其中,让学生及时了解学科的前沿动态。讲课时,他深入浅出、循循善诱,常常以日常生活中的现象作为“比方”来解释特殊科学规律,深得同学们的喜爱。除了承担着高年级本科生和研究生的专业课外,郑永飞还指导着十几名博士、硕士研究生。“导师是研究生从事科研活动的第一榜样,这是我指导研究生做人、做学问的基本出发点。”从指导研究阅读专业文献,到带领研究生进行野外地质考察,设计室内地球化学分析项目,直至研究生对自己获得第一手资料的总结和解释,郑永飞都是全过程参与,有意识引导和鼓励他们建立起自己判断问题、发现问题、解决问题的能力,训练他们具有从事科学研究的“基本功”。
他指导学生很投入,从选题到阅读文献、实验设计、结果分析、论文写作,每个环节都与学生一起讨论,论文认真修改。对每个学生的投稿论文,郑永生总是反复推敲,不放过任何一个不妥之处,哪怕文章的字体、行距、图标中的各种标识或一个小小的标点符号等细节,他都不会轻易放过,为此,一篇论文往往经他前后做几十遍的修改。学生发表的文章,如果他没有发挥很重要的作用,决不署名。一篇论文引用的文献往往有几十篇,他几乎每篇都要仔细看。郑永生的严谨治学态度深深地影响着他的弟子。
2009年12月4日下午,中国科学院院士增选结果正式对外公布,50岁的郑永飞顺利当选,这是对他科研成果的肯定。对此,郑永飞表现得谦虚而淡然,他如往常一样在实验室里继续他手头的科研工作,他说:“我只是一位普通的科学工作者,一位普通的大学教师,我只有加倍努力才能无悔祖国给我的那么多荣誉。”
梦里常忆知青岁月
郑永飞出生在安徽省合肥市长丰县土山乡松棵村的一个农民家里。从小爱好文学。那时精神文化生活十分枯燥,物质匮乏。所能读到的文学作品少得可怜。在郑永飞的印象中尽管只读过如《三国演义》、《水浒传》、《林海雪原》等为数不多的几本古典和现代文学书籍,但是他总是认真地读,还作了不少的读书笔记,有些作品还能烂熟于心。当时能借到一本文学名著不容易,到了要还书的时候,心里是多不情愿,郑永飞总是千方百计地一拖再拖。空闲时,郑永飞还试着自己写些古典诗歌。
成为科学家后的郑永飞同样一直深深地眷恋着文学,说得上是一位“资深”或“铁杆”的业余文学爱好者。改革开放30多年来,祖国的文学事业进入繁荣的时期,郑永飞说自己有幸见证了文学的空前繁荣:“文学丰富了我的人生,文学愉悦了我的生活,文学给我带来了太多太多……” “农村是一个广阔的天地,在那里是可以大有作为的。”这句著名的口号成了当年指导年轻人选择生活方式的人生警句。作为“文革”中数百万知识青年的一员,郑永飞也曾在安徽长丰县土山乡农村度过了两年半的青春时光。郑永飞当过村里的广播员、做过民办教师。
农村的教育相当落后,说是一所学校,实际上就是几间破旧的房子作为教室,也根本没有什么教学设备,更难以谈教学质量。有人曾全盘否定知识青年“上山下乡”运动,但是郑永飞认为至少有一点不能否定:知识青年到农村去,带去了城市的文明,改变了当地农村人口的文化结构,尤其是一大批知青到农村后,成为了当地学校的民办教师,提高了农村的教育质量。
由于文学功底深厚、博学多才,郑永飞深得当地学生的敬重,他的课堂总是深深地吸引着孩子们。“那时候,我就明白了,好老师的标准其实很简单:一是要想办法让学生能听懂你的课并且乐意听下去;二是让学生在下课后一小时内就能把你布置的作业做掉。这就是对老师教学效果的检验。”郑永飞深有体会地说。
在一代青年献出了自己的青春年华的特定年代,那一段魂萦梦绕的蹉跎岁月,已成了许多知青刻骨铭心的记忆。当民办教师的知青生活是短暂的,但这一段担任民办教师的经历却给郑永飞留下了永生难忘的印象。
1978年,郑永飞考入南京大学地质学系。大学期间,得益于民办教师的经历,他掌握了一套很好的学习方法,成绩一直名列前茅。“上课时,我好好记笔记。下课后,我及时整理笔记,并找来参考书,把笔记补充更完善。每次考试之前有两周进行系统复习,把所有笔记从头再看看,该记的记,该背的背,然后把教科书从头到尾再来看一遍,找出重点和难点。”一直复习到考前的头天下午,郑永飞还钻进图书馆看小说、读诗歌,兴致盎然的时候还自己写上一首诗,晚上去看一场电影,第二天则以轻松、自信的心态进考场。
1985年,郑永飞从南京大学地质系硕士研究生毕业,后来赴德国哥廷根大学地球化学研究所学习,获得博士学位。这阶段的系统学习和训练,为郑永飞今后科研上的腾飞打下了坚实的理论基础。
破解谜团
2004年12月,一个振奋人心的消息自北京传递到安徽:郑永飞主持完成的“矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定”科研成果获2004年度国家自然科学二等奖。很快,喜讯在中国科学技术大学不胫而走。
此次获奖成果是由26篇系列学术论文组成的,这些论文都发表在国际权威地球化学刊物上,是他12年研究论文的集合。这项旨在制作测量地球温度的“温度计”,认识地球内部化学结构和组成的基础性科研成果,对寻找矿产资源和进行环境监测也大有用途。
地质测温、源区示踪是地球科学研究的最重要目标之一,其中稳定同位素测温和地球化学示踪则是其中发展最为成熟的领域。自然界数百种矿物之间的分馏系数在热力学平衡条件下是温度的函数,稳定同位素地球化学的理论基础是同位素分馏系数的准确确定。
矿物稳定同位素分馏系数的确定是公认的世界性难题,郑永飞早在南京大学攻读硕士学位期间就潜心于此,直到在德国哥廷根大学留学期间取得突破。他独辟蹊径,从理论和实践两个方面同时推进自己的研究,将矿物结晶化学理论与量子化学原理相结合,科学地修正了前人的增量方法,在理论上完善了矿物晶体结构和化学成分与氧同位素配分之间的函数关系,对地质上若干重要固体矿物的氧同位素分馏系数进行了理论计算,先后在国际权威学术期刊发表了3篇论文,后来成为地球化学领域的经典论文。在德国图宾根大学做博士后研究期间,他选择同位素分馏系数的实验测定作为主攻方向,继续深化这个研究领域。
“没有20世纪90年代初科教兴国战略,我不会赶上国家出台的一系列人才计划……我的目标是在国内做国际一流的工作。”1993年秋,在德国图宾根大学矿物岩石地球化学研究所完成博士后研究项目的郑永飞回到了祖国回到了家乡——接收郑永飞工作的中国科学技术大学距离长丰县仅1小时的车程。然而,郑永飞只在家与父母弟妹团聚了几天,就回校投入了紧张的工作。科大校园林木茂盛,鸟语花香,幽雅宁静,清新而又浓厚的学术氛围和文化气息沁人心脾,让郑永飞忘情地耕耘着,他再也没有离开过这块学术净土。
安家、建实验室、组建团队、买设备、申请经费……凭借科学家的直觉和对学术研究前沿的敏锐把握,在中国科学院、国家自然科学基金委和学校等多方资助和支持下,郑永飞拓展了自己在国外的高水平工作,自己动手和指导研究生,继续修正增量方法对地质上有用的其他矿物进行了氧同位素分馏系数的理论计算,对矿物和岩石的化学成分和晶体结构效应进行了定量评价,取得了与实验测定和自然观察相一致的结果。与此同时,他指导研究生进行低温化学合成,从实验角度测定一些难于在高温条件下测定的矿物分馏系数。
十年磨一剑,厚积薄发。郑永飞研究团队所有计算的分馏系数不仅与当时的实验测定和自然观察相吻合,而且不断地被后续的实验测定和自然观察所证实,因此显著增进了人们对固体矿物之间氧同位素配分行为的定量科学认识。
郑永飞所主持的“矿物氧同位素分馏系数的理论计算和实验测定”项目脱颖而出,顺利入选国家自然科学二等奖。
20世纪末,对大陆板块深俯冲及其有关地质学问题的研究,已成为国际上地球科学研究的前沿和热点。郑永飞敏锐地洞察到未来学科的发展方向,及时追踪国际前沿,将稳定同位素示踪方法成功拓展到化学地球动力学研究领域。他通过中国大别——苏鲁造山带超高压变质榴辉岩的研究发现,不仅存在区域上的氧同位素不均一性,而且局部具有氧同位素负异常。这表明,载有榴辉岩的板块俯冲到100多公里深的地幔内部时,超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短,像“油炸冰淇淋”一样。
大洋板块密度比地幔大,能够俯冲;而大陆板块密度比地幔小,就像木板浮在水面一样,要想使木板浸到水里,就必须得用力按下去。是什么力量使大陆板块克服浮力而俯冲进入地幔深度?如果大陆板块的确深俯冲了的话,为什么榴辉岩没有与地幔达到氧同位素平衡?还是大陆板块压根儿就没有深俯冲进入地幔深度?“当时,这些问题在国际上没有很好解决。但是我的深入调研发现,大陆板块深俯冲是个事实,而榴辉岩氧同位素负异常的保存要求特殊的物理化学条件,这就是热力学与动力学之间的竞争。”郑永飞用通俗易懂的语言解释了自己当时在理论研究上的新发现和如何破解氧同位素异常之谜的。 “这个‘油炸冰淇淋’模型只是理论推断,当时属于科学假说。要使科学假说上升成为科学理论,必须经过科学验证和时间检验。”郑永飞说,自己不去做实验,做研究肯定深化不了,只能是从假说到假说,既成不了科学模型,更上升不了科学理论,别人也不会信服。
从此,郑永飞开始了长达10年的艰苦理论探索与技术攻坚。他把每天的大部分时间都倾注在自己的科研工作上。每天早晨7点多上班,晚上差不多7点才下班,一周工作7天,为此郑永飞被地球和空间科学学院的老师们戏称为“三七”教授。除了出差在外,他几乎每天都“泡”在实验室里,设计实验、分析数据、阅读文献,成天像陀螺一样高速旋转。有时为了灵光一闪的想法,常连续十几个小时泡在实验室里寻求佐证。 “重要的实验必须自己去参加,重要数据的处理必须自己参与分析,而且全过程都应该是一丝不苟,这样得来的数据才直观,才有感性认识,对解决的科学问题才有把握。”郑永飞如是说。
功夫不负有心人。经过10年潜心研究和实验,郑永飞根据同位素年代学和地球化学证据,定量验证了具有氧同位素负异常榴辉岩在地幔深部居留短暂的假说,成功地证明了大陆板块的俯冲/折返过程为“快进/快出”过程,就像“油炸冰淇淋”一样,冷的大陆地壳在热的地幔深度只能“短暂居留”,否则就会“融掉”。郑永飞领导的研究团队就这个命题先后在国际刊物上发表58篇学术论文,SCI检索他引计1269次,有关成果得到了国内外同行的一致认可和高度评价。
把舞台交给学生 把心放在国际前沿
1993年秋从德国来到中国科大工作起,郑永飞一直坚持在教书育人第一线,先后为本科生和研究生讲授《同位素地球化学》、《地球化学进展》、《化学地球动力学》和《矿床地球化学》等多门课程。由他主编、科学出版社出版的两本书《稳定同位素地球化学》和《化学地球动力学》,均被教育部地球科学教学指导委员会推荐为全国研究生教学参考教材。
“学为人师,行为世范。”郑永飞深谙,教育活动永远是互动的,对学生影响最大的莫过于教师的言传身教。“教师知识量的多少和备课的好坏,是能否上好每一堂课的关键。”每次上课前,郑永飞都像准备学术报告或工作汇报一样认真,列好讲授提纲,理清本堂课程教学的重点和难点。在讲解经典定律或方法时,他千方百计埋设许多“接口”,将自己或他人的最新研究成果作为实例穿插其中,让学生及时了解学科的前沿动态。讲课时,他深入浅出、循循善诱,常常以日常生活中的现象作为“比方”来解释特殊科学规律,深得同学们的喜爱。除了承担着高年级本科生和研究生的专业课外,郑永飞还指导着十几名博士、硕士研究生。“导师是研究生从事科研活动的第一榜样,这是我指导研究生做人、做学问的基本出发点。”从指导研究阅读专业文献,到带领研究生进行野外地质考察,设计室内地球化学分析项目,直至研究生对自己获得第一手资料的总结和解释,郑永飞都是全过程参与,有意识引导和鼓励他们建立起自己判断问题、发现问题、解决问题的能力,训练他们具有从事科学研究的“基本功”。
他指导学生很投入,从选题到阅读文献、实验设计、结果分析、论文写作,每个环节都与学生一起讨论,论文认真修改。对每个学生的投稿论文,郑永生总是反复推敲,不放过任何一个不妥之处,哪怕文章的字体、行距、图标中的各种标识或一个小小的标点符号等细节,他都不会轻易放过,为此,一篇论文往往经他前后做几十遍的修改。学生发表的文章,如果他没有发挥很重要的作用,决不署名。一篇论文引用的文献往往有几十篇,他几乎每篇都要仔细看。郑永生的严谨治学态度深深地影响着他的弟子。
2009年12月4日下午,中国科学院院士增选结果正式对外公布,50岁的郑永飞顺利当选,这是对他科研成果的肯定。对此,郑永飞表现得谦虚而淡然,他如往常一样在实验室里继续他手头的科研工作,他说:“我只是一位普通的科学工作者,一位普通的大学教师,我只有加倍努力才能无悔祖国给我的那么多荣誉。”