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侯德封——抬头,您的微笑就在那里
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  【简介】侯德封(1900.4.8-1980.2.24)字洛村。生于河北高阳,中国著名地质学、地球化学家。

  1923年毕业于北京大学地质系。1952年,加入九三学社。1955年被选聘为中国科学院学部委员(院士)。1968至1980年,兼任中国科学院地球化学研究所所长。

  侯德封是我国地球化学、铀矿地质和第四纪地质的开拓者和奠基人。主要从事矿产地质研究工作,在煤田地质、矿铁床及有色金属矿产研究方面做出贡献。在锰矿找矿方面基本上解决20世纪50年代中国所需的锰矿资源。领导并参加了西北石油地质调查,支持陆相生油理论。1966年他领导组建搬迁到贵阳的中国科学院地球化学研究所,并兼任所长,涂光炽任副所长。郭承基、司幼东、刘东生等精锐力量也一同迁至贵阳。此后,许多与地球化学有关的新学科,如有机地球化学、矿床及层控床地球化学、天体化学、稀有与稀土元素地球化学和同位素地球化学等,都取得了迅猛的发展。

  走进中国科学院地球化学研究所,可以看到,院士风采墙上,赫然悬挂着12位先后在研究所学习和工作过的科学家的照片,为首的,就是侯德封院士。

  那是一张面带微笑的黑白证件照,一束亮光打在侯德封先生饱满的额头上,先生目光炯炯,笑容恬静,透着一股热切与睿智。

  侯德封先生是中国第一代院士,他于1980年去世至今,已经37年了。在循着他的足迹采访的过程中,从南到北,从贵阳到首都,能够找到的他的照片,从证件照到野外勘查照,却不足10张。这屈指可数的照片,每一张上,都闪现着侯德封先生的微笑,那种宽厚,智慧,学识,都蕴涵在这微笑之中。

献给地质事业的一生

  侯德封出生在一个殷实的家庭里,父亲侯耿灿是前清秀才,同当时的维新派进士齐令宸是至交好友,主张兴洋学,办工厂,实业救国。父亲的爱国思想影响着少年侯德封,在他心里播下了科学救国科学强国的种子。当八国联军侵占北京“庚子赔款”等事件发生后,侯德封耳闻目睹了外敌入侵、政府腐败的种种情景,更坚定了读书报国的志向。幼年时期的侯德封少言寡语,喜欢独处、不善交际,但天资聪慧、兴趣广泛,喜思考、善用心,熟读四书五经,还特别喜欢诗画。侯德封11岁进入河北保定高师附小,13岁进入保定育德中学,4年后以优异成绩毕业,考入北京大学预科,1919年进入北京大学地质系学习。他希望通过发展矿业使国家富强起来,以雪鸦片战争以来中国之耻。在北大读书期间,军阀混战,他常著文评论时事。五四运动爆发后,侯德封一边读书,一边以高昂的爱国热情投入到反帝反封建的革命洪流之中.1923年从北京大学毕业后,因当时就业困难,他只得放下所学专业到山东莱阳中学教了两年书。

  1926年,侯德封踌躇满志,怀着开发矿业、工业救国的热望,先后在河南中原煤业公司、北平农矿部(实业部)地质调查所、太原晋绥矿产测探局等单位从事地质调查与研究工作。他辗转于矿业和地质调查部门,奔波于高山大江和矿井钻台,为祖国的工矿事业和地质矿产调查研究进行了广泛实践,取得了多方面的成果,成了一位学识广博,全面发展的地质学家。

  1937年全面抗日战争爆发后,在艰苦卓绝的抗战期间,作为一个在中国土生土长的地质学家,他深切感到国民党政府的腐败无能和自己报国无望的悲愤与无奈。他曾发表文章反对卖国求荣,反对放弃华北大好河山的行为。从1919年到1949年的30年中,侯德封亲身经历了在艰苦条件下中国地质事业从无到有和中国地质工作者报国无门的阶段。为此,他曾以黑暗中站着一只绵羊作画,表达出对时局的不满和内心的苦闷。中华人民共和国成立前夕,他决心留在大陆,参与护所活动,迎接解放。中华人民共和国成立后,地质事业从弱到强,侯德封的渊博知识和科研积累有了用武之地。他挥笔画了一幅蓝天白云下金色麦浪前的母羊奶羔图,抒发对新生活的由衷热爱和献身科学的满腔热情。

  早年,我国地质事业几乎一片空白,侯德封在区域矿产地质,特别是煤田地质,石油地质,铁矿及有色金属矿产地质的调查和研究上取得重大成就,是中国早期矿产地质调查与研究的开拓者之一。1938年侯德封到四川省地质调查所工作后,先是担任技正,后于1942年担任所长。在此期间,他开展了四川地质矿产的系统调查,对四川地质构造与矿产关系作了理论综合总结,为当时和后来的矿业建设提供了科学依据和指导方向。1946年侯德封到南京中央地质调查所工作,任技正、陈列馆主任。他率队调查了长江三峡的水库坝址问题。在此期间,作为陈列馆的主任,他精心地布置地质与矿产的陈列和展示,其中生物发展史特别是人类发展史的展示资料完整、设计新颖,因而广受欢迎,为我国地质博物学的创立和发展发挥了重要作用。

  中国第一位地质学博士翁文灏很欣赏侯德封,将他调到南京地质研究所任代所长。南京地质研究所于1950年成立,成立之初,隶属于全国地质工作计划指导委员会和1952年成立的地质部.1954年由南京迁至北京后正式归属中国科学院。20世纪50年代初期,地质所的主要任务是配合国民经济建设直接从事国家急需矿产资源的找矿勘探工作和重大工程建设的勘察工作。当时,国家亟须发展钢铁工业,而要发展钢铁工业绝少不了锰矿。当时国内最大的锰矿——湘潭锰矿已濒临闭矿。找矿的任务下达到地质所,侯德封、叶连俊等老一辈科学家带领一批年轻人奔赴全国各地,应用地球化学原理在全国许多地方找到了锰矿,并阐明了中国锰矿成矿规律和找矿远景。

  中国地球化学学科发展真正起步是在20世纪50年代,也就是世界上地球化学学科步入成型期稳定发展之际。20世纪50年代初期,侯德封在国内首次提出并阐明了地层地球化学,化学地理和化学地史等地球化学基本概念,在中国大地上撒下了地球化学的“种子”。

  1955年,侯德封当选为中国科学院生物地学部(1957年改称为地学部)委员(院士)。侯德封积极参加组建地质工作机构和主持地质科学研究,为满足我国各项建设事业对地质矿产的需求,为创新和发展我国地质科学,做出了多方面的杰出贡献。他参加了国家十二年(1956-1967)科技发展规划和十年(1963-1972)科技发展规划的制定,为中国科学院地质研究所的建立,搬迁和发展制定许多长期和年度的规划计划,为发展我国地质科学发挥了很大作用。1957年,侯德封和杨钟健一起协助李四光成立了中国第四纪研究委员会,侯德封出任委员会副主任。1958年地质所与中国科学技术大学合作,创办了全国大学的第一个地球化学系。地质所派出了得力干部和优秀科研人员到该系任职,侯德封所长兼任系教授、系主任,与一批老科学家亲自讲授基础课和专业课,为地球化学系的发展做出了重要贡献。

  1959年,侯德封任全国地层委员会常务委员。还先后任中国地质学会理事兼会计、常务理事、书记、副理事长、《地质论评》编辑主任等职。1978年又任中国矿物岩石地球化学学会名誉理事。

  侯德封全力为国家经济建设服务,在第一个五年计划期间,为解决钢铁工业所需铁、锰矿资源问题做出了突出贡献。他领导并参加了中国科学院的西北石油地质调查、祁连山综合考察、黑龙江流域地质考察、三门峡水土保持考察,以及60年代初的海南岛红土沉积考察、第四纪地质研究等工作,为陆相生油理论的发展做出了重大贡献。1957年以后,他领导并参与了稀有元素与稀土元素研究及找铀矿的工作,不仅解决了经济建设和国防建设对这些矿产的重大需求,还带动和催生了一系列新兴学科的诞生与发展。他在对新人才、新机构的培养扶植和对新理论、新技术的倡导支持方面做出了重大贡献,在地学界享有很高的威望。1978年,他提出的核子地质学说获全国科学大会奖。

  在大庆油田发现过程中,侯德封团队的地球科学研究发挥了重要作用,侯德封去世后的1982年,国家自然科学奖向“大庆油田发现过程中的地球科学工作”项目颁发了一等奖,曾为之做出突出贡献的侯德封被列入获得此奖项的主要成员名单。

  侯德封的不凡业绩受到国家和人民的充分肯定,他先后当选为第二届、第三届全国人民代表大会代表,第五届中国人民政治协商会议全国委员会常务委员。

中国早期矿产地质调查与研究的开拓者

  自20世纪20年代开始,侯德封的足迹遍及全国各地,为开展区域地质,矿产地质、工程地质、第四纪地质、石油地质等研究工作,进行了不懈的努力,发表和出版了大量学术论文、专著和工作报告,先后在山西发现菱铁矿、铝矿,在中条山发现金矿,在四川发现重晶石及萤石矿等。他是我国早期矿产地质调查与研究的开拓者.

  1929年,中国地质事业还在起步探索阶段,侯德封已经编写出版了《中国矿业纪要(第三次)》,收录了全国208个矿区、43个矿种,包括煤、铁、石油、金属、非金属等矿产的情况。1932年和1935年出版了《中国矿业纪要(第四次)》和《中国矿业纪要(第五次)》,记录了调查和收集到的矿产资源资料,基本勾画出当时全国矿产资源的分布,是中国早期地质矿产事业系统的重要总结。直至中华人民共和国成立后,《中国矿业纪要》对于找矿勘探仍然具有重要参考价值。

  1937年侯德封出版了《黄河志(第二篇)·地质志略》,这是侯德封早年又一项重要的工作。这本志略叙述了秦岭以北、阴山以南,包括甘、陕、晋、冀全省和青海、宁夏、内蒙古、河南、安徽、江苏等省(区)部分地区的黄河流域的地貌、地层、构造和矿产等情况,是治理黄河、开发黄河流域的一份珍贵资料。在此期间,侯德封从北到南亲自进行了广泛的地质矿产调查,研究内容包括黑龙江的沥青和褐煤、河北开滦的煤矿、太行山东麓的煤田、河北的石棉、河南修武的煤田、山西的菱铁矿、福建的漳龙地质、甘肃的兰州地质剖面等,还对中国黄金进行了研究,先后写有20多篇报告和论文。1937年,侯德封担任四川省地质调查所技正,1942年任该所所长。在此期间,他开展了四川地质矿产的系统调查,对四川地质构造与矿产关系作了理论综合总结。

  解决中国锰矿资源危机,创建沉积锰矿成矿理论

  20世纪50年代初,湖南湘潭锰矿资源告罄,侯德封组队前往调查,发现濒临枯竭的只是地表的氧化锰矿,根据海洋沉积的地球化学理论推测,深部还会有原生的碳酸锰矿。钻探结果证实了他的预见。大量锰矿体的发现,及时解决了国家钢铁工业的断锰危机。

  侯德封相继发表了《从地层观点对中国锰铁等矿产的寻找提供几点意见》《目前中国的锰矿问题》等论文,阐述了我国锰矿的成矿规律和找矿远景,在我国首次应用地球化学原理解释了锰矿的成因;他分析了锰元素的地球化学行为,各种地质过程和地质体中锰矿物的形成、溶解、沉淀和富集的条件——温度、压力、酸碱度、氧化还原环境、生物作用等因素的影响,海水进退、气候变迁、地形变化、海水的波动、地下水面变动所引起的沉积环境的变化及对工业锰矿床的形成意义;他剖析河北震旦纪地层的沉积岩相和二叠纪含煤地层底部的含锰地层,提出了中国沉积锰矿在地质时代上的分布和找矿方向;他根据地层中沉积相的分析,提出了华北、华中、华南和西南各大区的锰矿存在规律,为开发我国当时急需的锰矿资源起到了显著作用;同时他创建的沉积锰矿成矿理论,在实践上也有重大的指导意义。

开拓了石油勘探新局面

  丰富和发展了陆相生油理论

  长期以来,中国被认为是一个贫油的国家。建国初期,国家急需发展石油工业,中外绝大多数石油地质学家认为中国的陆相地层不利于生油。1955-1957年,为了保证国家建设的需要,侯德封积极组织并领导了中国科学院西北石油地质调查工作。他在《目前我国石油地质工作中的基本问题》一文中指出,石油地质最基本的工作是与矿层有关的沉积岩剖面的研究,应从化学观念和物理观念认识沉积岩剖面的基本类型,堆积时的物理化学环境、沉积岩的发展关系、从而了解成矿时期的构造环境和古地理条件。又在《关于陆相沉积盆地石油地质的一些问题》中,强调历史地分析古地理和古气候是研究油区地层的关键。侯德封严密论证了“潮湿凹陷带是陆相油田形成的基本条件”,并认为“地层厚,有潮湿气候期,使生油和储油层都能有较好的发育,因而油源充足又可以储存,中国大陆上还有一些中、新生代的内陆凹陷带,它们有广阔的研究意义”。他还强调,在我国西部每一个巨厚的陆相沉积盆地中都可能有油田,油田分布在盆地的中,新生代沉积范围内。这说明来自陆相沉积本身的油源占有重要地位,而且远景很大,继而提出古生代以来的地质时期的滨海可以生油,陆相亦有生油的可能。有无石油的关键不在于是陆相还是海相地层,而首先要确定古气候带和构造区。他的一系列见解尽管当时遭到各种非议,但他尊重事实,力排众议,坚持认为“不管各国学者对成油问题有什么不同的理论,这一研究课题都是有学术意义和实际意义的”。他当时的见解,成功地解释了我国西部的油田成因,推动了青海的石油勘探工作。他也成为把我国石油勘擦基地由西往东进行战略转移的决策人之一,为大庆油田和东部其他油田的发现做出了贡献。事实证明,陆相生油理论在我国石油资源的勘探和开发中,起了很重要的作用。

  经过长期的调查研究,他积极支持中国科学院兰州地质研究所的一批年轻的科学工作者提出的“陆相生油”理论,在侯德封指导下于20世纪60年代初内部出版了我国第一部《陆相生油》专著。陆相生油理论是我国石油地质科学的一个创造,为今后的石油普查勘探起着长期的指导作用。

  开展国家急需矿产资源的研究

  创建了一批新兴学科

  20世纪50年代末,随着国家经济建设,国防建设和科学技术的蓬勃发展,国家急需稀有元素,分散元素稀土元素铀,铬镍钴,铂,金刚石等矿产资源。

  为了满足国家建设的需求,为了提高我国地质科学研究水平并开辟新的研究领域,1957年以来,侯德封组织中国科学院多学科、多兵种的科学技术队伍,开展了对我国稀有元素、分散元素和稀土元素资源的开创性的地质调查和攻关研究。在侯德封、郭承基和司幼东等专家的指导下,这项研究获得迅猛发展。他们多次到白云鄂博指导工作,把一个大型铁矿改造成为一个特大型的稀土矿床,之后又在其他地区和一些盐湖中陆续发现许多稀有元素和稀土元素矿床,使我国很快成为一个稀有元素和稀土元素的资源生产大国。在全国普查和重点深入研究的基础上,国家十大稀有元素、分散元素和稀土元素矿产资源基地逐步确立。

  侯德封与涂光炽等专家深入矿区,系统勘查和研究我国各地的许多铀矿床,开展成矿理论研究,解决了许多实际问题,推动了铀矿业的蓬勃发展,为我国原子能工业的发展打下了扎实的基础。1964年,侯德封、叶连俊和欧阳自远等学者承担和领导了我国地下核试验场的选址、地下核爆炸的图像模拟、地质工程条件综合研究、预防地下水污染和地下核爆炸综合效应研究。

  侯德封与李璞等专家组织了全国的科研队伍,开展铬、镍、钴、铂、金刚白等矿产资源的调查与研究,他们亲自到矿区指导工作,发现了一批新的矿床和成矿区,提出了它们的成矿规律和找矿预测区。

  侯德封带领的团队通过对这些矿产资源的系统勘查与研究,整体上提高了中国对矿产资源的分析测试的技术水平,并培养了一支年轻的科技队伍,创建了一批交叉学科,如矿床地球化学、稀有元素地球化学、稀土元素地球化学、元素地球化学、同位素地球化学、化学地史学、实验地球化学等。

  侯德封为国家资源开发利用的长远计划做出了重大贡献。

创立核子地质学

  论证核转变能是地球演化的主要能源

  侯德封善于把近代核物理、核化学理论运用到地质科学上,从而不断创新,在地质学理论探索中取得重大成就,为广大地质工作者树立了榜样。侯德封在实践中认识到,应该把物质结构和元素活动的研究再深入到核子的层次上去,用原子核的转变及其能量的积累与释放的微观认识来解释宏观的地质问题,从物质由基本粒子组成这一基本概念出发来认识地球物质的性质和运动规律。1961年,年逾花甲的侯德封,连续在《科学通报》上发表3篇论文,正式提出了他的核子地质学理论体系。这个理论认为:组成地球的一切元素或同位素,在地球发展的自然条件下是可以转化的;同位素组成的研究可以进一步认识成矿元素的共生系统和量与质的变化规律。“核子地质学”的创立,标志着地学向着原子核甚至基本粒子方向发展的必然趋势,它的诞生,揭开了中国地学新的一页,使人们对物质结构的认识向更深的层次迈进了一大步。虽然核子地质学一问世就受到我国核物理学界和地学界的质疑,但是他力排众议,虚心学习,修正错误,坚持真理。

  1974年,侯德封等著的《核转变能与地球物质的演化》一书出版,详细阐述了核子地质的研究对象、研究内容和研究方法,进一步完善和发展了核子地质学。书中认为,组成地球的元素或同位素在地球演化过程中是可以转化的。把握这些转化规律,将对元素或同位素的生、运、聚获得更本质的见解;核转变过程必然伴有能量的转换,能量的转换作用于地球物质又将导致一些地质过程的产生,也许这种核转变能正是地球物质演化的主要能源。他在前言中写道:“本文曾于1963年打印发送有关部门,征求意见、恳请指正。近10年来,这方面的研究进展极其迅速,特别是关于核转变能是地球演化的主要能源;地球物质中普遍发育着自发裂变、诱发烈变以及18亿年前自然界存在有链式反应的可能;核转变能与地壳运动;核转变对地球成分的更新等。在已发表的文献中得到不少验证,并对本文提供了有益的资料与数据。”

  侯德封在《核转变能与地球物质的演化》专著中提出,根据铀同位素丰度的计算,在地球的演化历史中,距今20亿年前,天然铀中的235U丰度特别高,如果岩石中存在慢化剂(如水、碳等),按反应堆中铀产生链锁反应的理论计算,岩石或矿石中有可能产生规模较大的链锁反应。1972年,法国科学家证实,非洲加蓬共和国的奥克洛(Aaoklo)铀矿区在20亿年前有9至10个天然核反应堆区,每个区有若干个反应堆,链锁反应时间持续了60万至140万年。这是对侯德封理论推断的极好印证。侯德封在书中列出了各种自然界的低能核反应过程及其产物,认为自然界中的重元素,通过各种低能核反应可以形成超铀元素、超钚元素甚至超重元素。这一预言后来得到证实。1974年,美国一个实验室在独居石中发现了124号和126号元素,我国也于1982年在一些铀矿物和稀土矿物中找到了超铀元素钚。

  规划中国科学院一些地质研究机构的布局

  井成为培养其领军人物的总设计师之一

  侯德封是中国科学院地质研究机构布局和培养领军人物的总设计师之一。他根据国家经济发展和科学技术进步的需要,从全局考虑,发挥地区优势,布局研究机构。他大胆启用了一批德才兼备的中青年科学家担当重任,开创新局面。

  1954年,他组织北京地质学院、中国科学院地质研究所、古生物研究所和古脊椎动物与古人类研究室的科研人员进行三门峡水库淹没区的第四纪地质研究。1957年他和杨钟健一起协助李四光组建了中国第四纪研究委员会并一直担任这个委员会的副主任之一。在中国科学院地质研究所成立了第四纪研究室,任命中青年古生物学家刘东生为研究室主任,开展第四纪黄土研究,这使刘东生取得了举世瞩目的重大成就,于2006年获国家最高科学技术奖。

  侯德封是我国工程地质学的先驱者之一,1946年就曾领队调查长江三峡的水库坝址。20世纪50年代初他敏锐地看到工程地质将在国家经济建设中的重大作用,于是倡导在中国科学院地质研究所成立工程地质研究室,任命中青年地质学家谷德振为研究室主任。工程地质研究室为我国的水库大坝、公路与铁路交通、桥梁、机场、重大工程和地下核试验场的选址等工程建设,做出了持续的贡献。

  以侯德封为所长的中国科学院地质研究所通过对锰矿、石油、稀有元素、分散元素、稀土元素、铀、铬、镍、钴、铂、金刚石等矿产资源的系统勘查与研究,创建了一批边缘交叉的新生学科和专业研究室,如沉积研究室、同位素地质研究室、岩矿研究室、稀有元素与稀土元素地球化学研究室、实验地球化学研究室等,任命叶连俊为沉积研究室主任,涂光炽为岩矿研究室主任,李璞为同位素地质研究室主任,司幼东、郭承基为稀有元素与稀土元素地球化学研究室主任,这批人后来都成为各领域的领军人物,为我国地质科学的发展做出了重大贡献。

  1958年,侯德封参与了中国科学技术大学特别是该校地球化学系的创建工作,并担任该系的主任。在教学计划中,他强调该系学生一定要打好数、理、化的基础,一定要练好新兴实验技术的基本功。在他的指导下,从中国科学技术大学地球化学系毕业的一批批学生,以知识面宽、思路活跃和技术熟练而活跃于地质学界,为发展我国地球化学的理论和技术,起到了推动作用。

  侯德封倡导和开拓了我国地球化学的研究事业,成为我国地球化学的奠基人之一。1966年他领导组建搬迁到贵阳的中国科学院地球化学研究所,并兼任所长,涂光炽任副所长,郭承基、司幼东、刘东生等精锐力量也一同迁至贵阳。此后,许多与地球化学有关的新学科,如有机地球化学,矿床及层控矿床地球化学、天体化学、稀有与稀土元素地球化学和同位素地球化学等,都取得了迅猛的发展。根据国家经济建设的需要,地化所组织科研人员在全国广泛开展锰、磷、铬、镍、钴、铂、钨、锡、铀、稀土元素和金刚石等金属与非金属,以及锂、铍、铌、钽等稀有元素的找矿与成矿作用的研究,推动了全国的铬、镍、钴、铂和稀有元素的找矿与成矿理论研究,为国家建设做出了许多新贡献。

  在侯德封的战略布局及老一辈科学家的关心、倡议和推动下,兰州地质研究所、青岛海洋研究所沉积研究室、中国科学院南海海洋研究所、青海盐湖所地球化学研究室相继建立,现已发展成为我国地质和海洋湖泊科研战线上的几支活跃的生力军。侯德封核子地质研究的助手欧阳自远,现在是著名的天体化学与地球化学家,中国月球探测工程首席科学家。

开辟了地球科学一个崭新的领域——核地球化学

  侯德封在40多年从事地质矿产调查和研究的基础上,运用现代核物理学的基本原理,创立并系统提出了“核地球化学”的基本原理、研究对象,内容和方法,并于1961年发表了著名的《核子地球化学》。随后,在不断补充、修正和完善核地球化学理论的基础上,侯德封又经历了漫长的思考和探索的艰苦过程,撰写并出版了有关地球物质演化的能源、地球演化的阶段性、核转变的产物对地球的化学成分及同位素组成变异的影响等内容和为地球科学向更深的物质层次发展具有巨大推动作用的科学专著《核转变能与地球物质的演化》,从而开辟了地球科学的一个崭新的领域——核地球化学。这部专著像一声春雷震撼着禁锢的学术思想,并推动着地球科学向探索更深的物质层次进军。

  侯德封为振兴中国的工矿实业,几乎走遍全国,调查了各类矿产资源,系统编写了第三、四、五次《中国矿业纪要》。他还对第四纪地质、水文和工程地质、古生物学和同位素地质学等领域的发展做出了历史性的杰出贡献。他把宏观的构造、地层、岩石、矿床和矿物的研究深入到物质结构更深层次的元素上来,提出用化学地理和化学地史方法研究地球历史和成矿规律,推动了地球化学在我国的发展。

  科学的发展雄辩地证明,人类对物质结构的认识是无穷尽的,每深入一个层次的探索,都更深刻、更本质地揭示物质运动的规律。侯德封在实践中认识到,应该把物质结构和元素活动的研究再深入到原子核甚至核子的层次,用原子核的核转变及其能量的积累和释放来解释宏观的地质过程;从物质由基本粒子组成这一基本概念出发来认识地球物质的性质和运动规律。当时,他已年逾花甲,却刻苦学习完全陌生的原子核物理学和相关的学科,探求各类元素的原子核的结构和特征及其转变的产物和能量。在当时对原子核性质和运动认识的基础上,探求核转变的产物与内生矿床元素共生的成因联系和核转变能量与地球物质运动和演化的关系。在著名的《核子地球化学》一书中,还探讨了内生铀矿床、分散元素及其共生的金属矿床及锂、铍、硼内生矿床的共生元素系列及与重核裂生的成因联系。这一组文章发表后,引起了学术界广泛的关注和讨论,推动了核地球化学的深入发展。

  侯德封认为,“地球物质的形成是以正向演变为主,反向为辅”,“正向和阶段性的反向的反复过程是地球的发展史”,“在地球演化的某一发展阶段中则必然有少量的反向作用”,“在反向作用中导致了内生矿床的元素共生和矿物共生”,进而提出了元素演化和内生矿床元素共生的检查方法,提出元素裂生的级度和烈度,裂生成矿系统与原子分裂的计算等。“金属成矿论”的发表,系统地提出了例证。他提出要从基本粒子运动来认识物质的性质,从原子内部物质结构的研究来认识地球物质的演变和发展过程;研究地球物质运动的能量转化和它所造成的物质转变,是更深入、更本质和更系统地认识地球物质演化的关键。但任何新理论的创立和新学科的建立,都需要不断接受实践、认识、再实践的反复检验,要不断经历去伪存真、精益求精的过程。侯德封过高估计了自然界重核裂变对地球物质组成变异和内生成矿过程的作用,将成矿的地球化学过程和元素起源的过程混同起来,因而,关于“内生矿床元素共生关系,主要是依据反向演变中的裂生变化,成矿作用是以裂生为主,演生为辅”的论述难以成立。地球物质中重核的自发和诱发裂变是普遍存在的,也是裂变径迹研究、氙同位素组成示踪研究、地球内部能源研究、奥克洛现象研究、地球物质同位素组成变异研究的基础。重核的自发和诱发裂变不可能成为内生矿床元素共生的主因。后来侯德封也及时修正了这个观点,表现了一位胸襟坦诚、实事求是、坚持真理、学风严谨、精益求精的伟大学者的崇高品德,是后辈学习的典范。

  侯德封将核地球化学的研究重心转移到探讨地球演化的能源和地球物质的演化以及自然界的核过程对地球物质组成变异的领域,开拓了核地球化学发展的新阶段。1963年侯德封等完成了《核转变能与地球物质的演化》专著,因“文化大革命”延至1974年由科学出版社出版。

  《核转变能与地球物质的演化》是从自然界核转变能的角度来分析和认识地球物质的演化过程,侧重论述了:1.地球物质演化的能源。地球历史中能量的来源和分配,特别是核转变的类型和规模及其对地质作用的影响,地球历史中核转变能的演变。2.地球演化的阶段性。从太阳系元素的合成至地球形成,各种核素的初始值,各种核转变能的演化与地球物质演化的特征和规律。3.核转变的产物对地球的化学成分及同位素组成变异的影响等。

  侯德封等专家论述的核转变能和地球物质的演化,取得了一系列突破性进展成为研究地球能源的经典,具有极高的学术价值,至今仍被广泛引用。

  关于地球演化的能源,侯德封等专家分析和计算了地球的能源具有两个近于独立而又统一的系统,即外来能(宇宙能)和内生能。外来能主要包括太阳能、潮汐能、天体陨落能和各种宇宙辐射与地球物质相互作用产生的能量。内生能主要包括地球物质中各种放射性核素的衰变、重核的自发裂变、诱发裂变及各种核反应产生的核转变能,各种重力能和化学能。外来能对地表物质的地球化学演化起主导作用,而地球物质的演化主要依赖于内生能。核转变能是地球内能的主要来源,18亿年前地球的演化主要依赖重核裂变能和衰变能,后期的演化主要依赖长寿期核素的衰变能。

  侯德封等专家规范了地球历史中天然核转变的类型,用各种方法计算了元素合成的年龄及各种对地球内能有贡献的核素(40K、107Pd、232Th、235U、238U、244Pu、247Cm等)的原始丰度,为计算地球历史中的各种核转变能奠定了基础。

  侯德封等专家还发现在19±1亿年前,地球物质中产生天然链式反应的可能性。现今地球物质中235U/238U=0.0072,元素合成至地球形成时235U/238U=1.64甚至达到1.97。根据235U和238U的半衰期,证明在地球历史中绝大多数235U为非衰变消耗。在地球历史早期,当地壳中轴和轻元素(如H2O、C、F、Si、A1、Mg、Na、B、Li、Be等)在同一部位富集时,天然中子流的通量足以使235U产生诱发裂变,若这种作用能够继续维持下去,就有可能产生链式反应。专家们系统计算了天然中子来源的方式和与通量及235U产生链式反应的条件,证明在19±1亿年前,地球物质中完全有可能产生235U诱发裂变的链式反应,在自然界有可能找到天然核反应堆。奥克拉天然核反应堆的发现也证实了上述的理论推测。

  根据不同的地球模型,侯德封等专家计算了地球历史中的中短寿期和长寿期核素的衰变能、重核的中子诱发裂变能、超铀元素的自发裂变能以及在地球演化各阶段的作用和特点。

  根据地球历史中各种核转变能的变化特征,侯德封等专家提出,可区分为以35亿年、26±1亿年、19+1亿年及10+1亿年为界线的演化阶段,与大气圈、水圈沉积圈和地壳的演化历史及阶段相适应。

关于各种核转变能主导地球演化史的理论

  丰富了世界科学思想宝库

  地球历史中的各种核转变能主导着地球的演化历史,地球历史中的各种核转变过程致使地球物质的组成产生长期而缓慢的变异。地球现今的各种核转变的产物大约每年更新105~106吨地球物质的化学成分,若考虑到地球历史中核转变的规模比现今要大1~2个量级,地球内部化学成分的更新每年可达107~108吨。

  天然核衰变对地球同位素组成变异的影响。对96种半衰期(104~1010年)的核素的分析表明:自地球形成以来,物理半衰期(T1/2)为108~1010年的核素都有不同程度的减少,235U减少至原始丰度的1/30,40K减少至1/8,232Th减少了10%,而238U大约减少了50%,其中由235U、238U及252Th衰变所形成的铅可占地球铅总量的1/3。稀土放射性核素138La、147Sm、176Lu减少达3%~13%,而138Ba、138Ce、143Nd、176Hf等增长0.22%~1.7%。地球物质中的4He、40Ar、145Pm、150Pm、210Po、227Ac、233Fr、Rn及Ra几乎全由衰变所形成。大量在地球历史早期存在的奇奇核,目前已难以探测。有些T1/2小于108a的奇奇核,如22Na、26Al、32P、38Cl、46Sc、48V、54Mn、56Co、58Co、60Co、10Be、146Ce、36Cl等,在现今地表中均已发现,它们是由核反应形成的新生核素。元素周期表中Te、I、Ar、K及Co,Ni违反原子量随原子序数增加而增长的规律,这也是与地球历史中的核衰变有关。

  地球物质中的核衰变,不仅更新着地球的化学成分,甚至还可以成为衰变成因的矿产资源,有些是有用的同位素资源,如3He、226Ra、187Os等。

  重核的自发和诱发裂变对化学元素及其同位素丰度的影响。重核自发裂变主要产生A=80~100及A=130~150的两组核素。这两组核素在自然界的丰度值较高。

  若元素形成时超铀元素的丰度达到铀丰度的数量级,其主要裂变产物的丰度可达到10-5。超铀元素产生的“碎片产物”可以解释地球同位素丰度曲线中丰度异常高的原因。超铀元素的裂变可使128Te、130Te、129Xe、131Xe等核素的丰度增加82%,对141Ce、141Pr、143Nd、144Nd、145Nd、146Nd、148Nd、150Nd,147Sm、149Sm、151En的丰度增长明显,甚至使138Ce、158Dy、178Lu的丰度增长达20%~23%。超铀元素的裂变成因氙约占地球物质中136Xe和134Xe的10%。铀矿物中发现有裂变成因的99M0、131I、140Ba、140La、144Ce、99Tc、147Pm、Sr、Rb等核素。

  地球物质中重核的裂变不仅改变着一部分核素的丰度,也是探索某些地质过程的示踪剂。

  地壳矿物中广泛存在着各种类型的核反应,比较常见的是(n,γ)(α,n)等低能核反应。已探明铀矿物中常见的核反应形成一系列核素,如3He、4He、7Li、20Ne、21Ne、36Cl、36Ar、38Ar、129Xe、131Xe、229Th、233U、233Pa、237Np、237U、239Np、239Pu、240Pu、241Pu、241Am、242Am、242Cm、99Tc及98Tc等。地壳的各种矿物中核反应产物的研究,开辟了寻找自然界已“缺失”(或灭绝)的元素和超铀元素的新领域。如辉钼矿中的Tc,铀矿物中的Pm以及超铀元素239Pu、240Pu、244Pu、243Am、242Cm、244Cm、247Cm、252Cf以及Es、Fm的探索,取得了丰硕的成果。

  各种天然核转变不仅使地球的物质组成产生变异,使某些核素的丰度增多或减少,甚至形成一些新生的和地球上“灭绝”的核素。

  侯德封创立的核地球化学,是当代核物理学与地球科学相结合的新兴学科,是侯德封留下的极其珍贵的科学思想宝库,为地球科学的发展开辟了一个崭新的领域,展示出广阔的发展前景。

  追寻侯德封先生的足迹

  侯德封为中国地质科学事业终生奋斗的成果和精神,深为后人景仰。中国矿物岩石地球化学学会设立了侯德封奖,鼓励与表彰中国在矿物学、岩石学、地球化学(包括沉积学)研究中做出卓越、创造性贡献的青年科技工作者。侯德封奖设立于1986年,每两年评选一次,目前已成为中国地学界最有影响的奖项之一,30多年来100多位获奖者中绝大多数已是当今中国矿物岩石地球化学界的骨干、学术带头人或领军人物。这个奖项已成为奖掖和鼓励年轻一代矿物学家、岩石学家和地球化学家成长的强大精神力量。

  侯德封奖对青年人的吸引力是“无比巨大”的,因为它是“对青年研究人员学术水平的一种衡量”(获奖者高山语),“不但提高了他们的知名度,更是对青年的一种鼓励与鞭策,激励青年人奋发向上,发挥创造性”(获奖者张文正语),“一直以获奖而骄傲”,“它曾给我以促进,今天则仍然在提醒我,科学的价值和祖国的地球化学事业”(获奖者丁抗语)。

  在《艰苦创业铸就辉煌——中国科学院地球化学研究所建所40周年》一书上,我们读到了这些辉煌的姓名:

  “1966-2005年在地球化学所工作或者曾经工作过的院士与老一辈科学家:侯德封、涂光炽、李璞、郭承基、刘东生、司幼东、王铸青、欧阳自远、傅家谟、谢先德、孙大中、安芷生。”

  侯德封先生已经去世37年。在追寻侯德封先生的足迹中,贵州省老科协的丁亚老师一直想尽方法帮我联系老先生曾经的同事和家人。但在那个久远的年代,记录侯德封先生的个人资料、照片等都非常少,除了工作上的相关信息,目前无法获得侯德封先生的生活点滴信息。终于,丁亚老师与远在北京的易善峰老师取得联系,我匆匆赶往北京采访易善峰老师。回到贵阳后,我得到了一次集体拜见欧阳自远院士的机会,通过欧阳自远院士增进了对侯德封先生的了解。在采访中,我才能从一些时间碎片甲,找到些许痕迹,侯德封先生在贵州科学史册上的形象也渐渐清晰起来:

  1900年4月8日,生于河北省高阳县河西村。

  1917年,入北京大学预科。

  1923年,毕业于北京大学地质系。

  1924-1925年,山东莱阳县中学任教。

  1926-1927年,任河南中原煤矿公司钻探师。

  1928-1935年,任农矿部(实业部)地质调查所技士。

  1936-1937年,任山西太原晋绥矿产测探局矿产课技正、课长。

  1938-1945年,任四川省地质调查所技正。

  1943-1945年,任四川省地质调查所所长,兼任重庆大学地质系教授。

  1946-1949年,任南京中央地质调查所技正,兼陈列馆主任。

  1950年,任南京市人民政府委员。

  1951-1980年,任中国科学院地质研究所所长。

  1951年,任中国地质工作计划指导委员会委员兼南京办事处主任。

  1952年,加入九三学社。

  1954-1962年,任中国地质学会书记、秘书长。

  1955年,当选中国科学院学部委员(院士)。

  1956年,加入中国共产党。

  1957-1980年,任中国第四纪研究委员会副主任。

  1958年,任中国科学技术大学地球化学系系主任。

  1958-1964年,被选为第二届、第三届全国人民代表大会代表。

  1968-1980年,兼任中国科学院贵阳地球化学研究所所长。

  1978年,为中国人民政治协商会议第五届全国委员会常务委员。

  1978年,任中国矿物岩石地球化学学会名誉理事。

  1979年,任中国地质学会副理事长。

  1980年2月24日,在北京逝世。

  侯德封先生是一位博学的科学家,更是一位了不起的科学战略家。他对地质构造、古生物、矿产均有研究,学贯地质领域的各个方面。他眼光独到,具有很强的前瞻性,对未来的发展,他都进行了科学部署。他以一颗赤诚之心,为国家做出了巨大贡献。侯德封先生在地球化学领域上的丰硕成果与在学术上严谨的学风无不闪耀着科学的智慧和创新的光辉。

  在中国科学院地质与地球物理硏究所办公楼大厅,站在侯德封铜像前,我的热泪盈满眼眶。静默良久,心里缓缓升起一股力量。尊敬的侯德封先生,在您逝世后三十七年的时间里,中国正开始以一个科技强国的雄姿站立起来。您的双脚丈量过的神州大地还留着袅袅足音,无论曾经多么艰难险阻,无论曾经多少披荆斩棘。此刻,抬头,我愿意仰视,迎向您笑容中的光辉。

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