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代世峰:用最简单的心探索最复杂的煤世界

2020-6-23 6:59:36 来源:中国矿业报 作者:刘澍涛

2019年,代世峰在山西某煤矿勘查的时候,一块小小的煤块吸引了他的注意力。他弯腰捡起,放在手心,只见煤块中包裹着一颗金黄色的心形黄铁矿。代世峰把它带回了中国矿业大学(北京)的办公室。从此在这位著名煤地质专家的办公桌上,这块煤占据了C位。在煤炭黝黑色泽的映衬下,金黄色的心有着动人的光芒,这是一种简单的美,未加雕琢,纯朴自然。

代世峰(中)等中俄研究人员在俄罗斯远东地区考察煤中关键金属矿床

慢中求精

为一篇论文“八年抗战”

代世峰原本的志向是做一名外科医生,但是命运却安排他去解构比人体更加宏伟的岩层。

1997年,代世峰在中国矿业大学(北京)研究生部获得硕士学位并留校任教;2003年被破格晋升为副教授;2004年获全国百篇优秀博士论文;2005年被破格批准指导博士生;2007年获得国家杰出青年基金的资助,之后被破格晋升为教授;2008年成为长江学者特聘教授。此后,他的两篇论文入选“2012年中国百篇最具影响国际学术论文”,2014年~2019年连续入选中国高被引学者,2019年入选全球高被引学者,同年担任中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院院长。

从硕士研究生毕业到成为长江学者,代世峰用了11年的时间,他的速度令人惊叹、羡慕。

在他快速成长的同时,他的“慢”也是让人叹为观止。

2000年,代世峰从云南砚山采回了一批煤炭样品,当时他并不知道,此后的8年间,他将数十次往返这里。

经过实验室检测,代世峰发现样品中的硫、铀含量都很高,而这两种元素对环境有很大影响,这引起了他极大的兴趣,想要一探究竟,从而预测哪些地区煤炭也可能存在高硫、高铀。

代世峰开始大量查阅文献,尝试提出假设并进行验证,但是实验总是失败。一年、两年、三年……代世峰博士毕业了,他的导师著名煤地质学家任德贻先生退休了,但是这项研究依然没有结束。煤炭矿区的自然世界,光学和电子显微镜下的精妙世界,代世峰在这两个完全不同的世界里来回切换着,他乐在其中。

距第一次采样整整8年后,代世峰提出了“煤中微量元素富集新的成因类型———海底喷流型”,海底火山喷发的热液进入泥炭沼泽中,让形成的煤炭含有超高的某种元素。运用该理论,他合理解释了云南砚山超高有机硫煤中硫、钒、钴、铬、镍等来源。该研究成果发表在国际著名期刊《Chemical Geology》上,并得到了论文评审者的肯定,“毫无疑问这种由作者揭示的关于煤中金属元素和矿物富集成因机制的新观念是对煤地球化和煤矿物的一个重要贡献。”更令代世峰高兴的是,其他科学家的后续研究也不断证明着“海底喷流”理论的正确性。

代世峰做研究下的慢功夫远不止这一处。在贵州西部,氟中毒这一地方病盛行几十年,学界普遍认为高氟煤是元凶,代世峰团队跑遍了贵州兴仁、六盘水、大方、织金等地的煤矿区,前前后后去了十几次,采集了大量的煤样品。最后,代世峰现场观测到农民用黏土做煤的黏合剂,最终在黏土中检测到了大量的氟,这才为煤洗刷了冤屈。

今年,他组织来自五个国家的14位科学家,共同完成了一篇论文。这篇以他为第一作者和通讯作者的论文,参考文献多达1045篇,而在评审过程中,逐条回答评审者意见的文档就有45页。

无论时代多么追求速度,与一篇论文“抗战八年”的那股劲儿,一直在他的身上。

奇思妙想

为地质历史“名场面”佐证

“煤可能是自然界中最复杂的物质,还没有人能提出哪种物质比煤更加复杂。”代世峰这么说。

煤中的众多矿物和元素就像一个个小精灵,无论是善良的,还是捣蛋的,代世峰都想抓住它们,放到光学和电子显微镜底下好好研究。2000年,他在研究煤中有害元素时意外发现了煤中的镓铝矿床,而镓是珍贵的战略性关键金属,这项成果也被国际著名煤地质专家称为“煤中有益金属元素开发的第三个里程碑”。

如果说他与镓元素属于不期而遇,那与锶元素则是有意安排了。

锶,银白色,有光泽,常温下与水反应,加压条件下与氧气反应,非常活泼。

代世峰带领他的团队,与这种活泼元素进行了一次有关沧海桑田的“异想天开”。

煤炭中含有石膏,石膏里含有锶元素,而来源于海水的锶能够指示年龄,可以充当地质历史的“年轮”。云南弥勒盆地的煤一直被认为是陆相成因,但该煤中锶的同位素与新近纪海水里的锶非常吻合。这引起了代世峰的思考:难道这里曾经是海洋?

代世峰大胆判定,在泥炭堆积阶段,研究区受印度-欧亚板块碰撞,导致了长距离转换断层的形成和发育,致使南中国海的海水沿此断层侵入到弥勒盆地的泥炭中,在弥勒中新世巨厚褐煤中形成了海水入侵的历史记录。

在此基础上,代世峰巧妙利用了锶的同位素所对应的形成年龄,推断出了泥炭的堆积经历了4.6百万年。团队查阅了一百多年来的相关文献资料,他们激动地发现,锶的同位素从未用于煤炭年龄推断,他们的研究获得了迄今为止煤的首个锶同位素年龄。

而根据该年龄,团队推断出每厘米煤层大约经历了1700年形成时间;按照泥炭转变为褐煤的压缩比,泥炭每年的堆积厚度为0.012毫米。又经过大量的文献查阅,他们提出:这是自然界中迄今发现的沉积速率最慢的煤层。

这项极富技巧性的研究,一下子拥有了两个开创性的意义。

2019年,能源领域国际著名期刊《国际煤地质学杂志》发表了代世峰教授团队这项最新研究成果。

“为煤地质学重新开了一个窗口。”评审者这样评价这项研究。

立足前沿

用国际视野纵深开拓

2007年,一封来自大洋彼岸的电子邮件悄然改变了代世峰的科研生涯。煤地质学界著名专家、美国肯塔基大学James Hower教授推荐他担任《国际煤地质学杂志》(《International Journal of Coal Geology》)的主编。这本全球能源领域著名期刊以审稿苛刻、内容前沿、权威而闻名业内。

很快,国际著名出版商爱思唯尔的相关负责人来到北京,与代世峰进行了面谈。当时没有任何海外经历的代世峰,成了爱思唯尔众多权威期刊中最年轻的主编之一,也是少见的华人主编。

这是一份跟科研教学完全不一样的工作。代世峰觉得自己一个猛子扎进了学术论文的海洋,沉得很深,每天都要进行大量的阅读工作,每年大约处理500篇稿件。他又觉得自己被迅速推到了煤地质学科前沿,站得很高,视野广阔。

代世峰敏锐地感觉到了开展国际合作交流的重要性。从前一心“闷头做学问”的他,开始“广交天下豪杰”。

在进行国际合作交流的早期,还有一个小小的插曲。有一位俄罗斯的煤地质专家请代世峰帮忙检测一批样品,代世峰很快将检测结果发了过去。谁知对方回复了一封带着歉意和赞扬的电子邮件,原来这是一批标准样品,是他有意而为的“小考验”,而代世峰的检测结果比他本人的检测结果更为精确。

凭借着自身的科研能力,代世峰开始在煤地质的国际舞台上大显身手。他先后担任了国际有机岩石学会Ralph Gray Award委员会委员、国际有机岩石学会理事,连续成功申请到了2006年和2018年国际有机岩石学学会大会承办权,以及2012年国际煤岩学委员会和国际有机岩石学学会联合会议在中国矿业大学(北京)的承办权。2013年,代世峰当选为国际有机岩石学学会副主席,2015年任该学会的主席,并在2013~2015年任国际有机岩石学会最高奖John Castano Honorary Membership Award委员会主席。

丰富的国际合作交流活动给了代世峰更强烈的学术灵感,由他担任首席科学家的国家973项目“煤中有害元素分布富集机理及环境污染防治”、国家自然科学基金国际合作重大项目“煤型稀有金属矿床中有害微量元素富集机理”先后完成。还有一系列国家自然科学基金重大研究计划项目、国家自然科学基金重点项目正在迅速推进中。

除了《国际煤地质学杂志》,代世峰还担任了《Minerals》等国际期刊的编委或专题编辑。他也借助这些平台,将自己的学术态度和对学术道德的坚守推广开去。他笑称,担任主编着实得罪了不少人,但是被骂也要坚持原则,学术的“红灯”绝不能闯。

代世峰的学生都知道,老师是一位运动达人。清晨六点,在学校的运动场是偶遇老师的最佳时间地点。

代世峰坦言跑步让他快乐、精力充沛,如果10公里不够,那就跑15公里。地质学的研究同样让他沉浸其中,23年的科研生涯,还远远不够。□

网站编辑:宫莉

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