作者:陈彬 来源:中国科学报 发布时间:2021/6/22 19:42:02
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在地壳中发现“最珍视”的东西

 

“你是怎么知道哪里有新矿物的?”这是工作多年以来,李国武经常被人问起的一个问题。

这也难怪,作为中国地质大学(北京)科学研究院晶体结构实验室教授,李国武最主要的一项工作就是通过测定矿物的晶体结构和化学成分,寻找那些还未被人发现的矿物。而在这方面,李国武的工作可以用“出色”来形容。

“目前,在全球范围内每年新发现的矿物大约有100多种,我国平均每年能发现1~2种。近年来,我国发现的新矿物大概有70%是我们团队参与发现的。”在接受《中国科学报》采访时,李国武用这样一个简单的数字,概括了近20年来他的“工作成绩”。

近日,国际矿物学协会新矿物、矿物命名及分类命名委员会高票通过李国武团队申报的新矿物——李氏钨矿,就是对李国武在新矿物发现及矿物晶体结构与晶体化学领域作出卓越贡献的肯定。

两次野外工作,三种新矿物

李氏钨矿的发现源自李国武一次在家乡的意外之举。

2019年春节,李国武回老家过年。他的家乡——云南省华坪县境内矿产资源丰富。家乡的同学知道他是搞地质研究的,便邀请他到附近的金矿点考察。恰巧当时李国武正在从事一项国家自然科学基金项目关于烧绿石超族新矿物的研究,也想去附近的花岗岩岩体采集一些样品,便欣然前往。

金矿点的考察中,他采集了一些样品。在从山上返回的途中,停车的小路边断层带附近露出的花岗岩引起了李国武的注意。出于职业习惯,他采集了一些半风化的花岗岩岩石样品,并用餐盘进行了简单淘洗,把矿物样品带回了北京。而就在这些样品中,他意外地发现了一种新的矿物——碲钨矿。

“碲钨矿是一种以半金属碲和钨、钾构成的全新成分和新结构的新矿物,这是科学家首次在世界上发现该成分及结构的矿物,此前甚至没有发现过类似的人工合成物。”李国武说,正是凭借这样独特的成分和结构,该矿物被国际矿物学协会评选为“2019年度矿物”,这也是全球矿物学界赋予新矿物发现者的最高荣誉。

碲钨矿的发现让李国武非常兴奋,于是在当年8月,李国武带领团队再次到碲钨矿发现地进行系统野外工作。与上次“无心插柳”不同,这次他带着充分的准备而来,最终的结果也令他的准备和付出没有白费——在此次带回的样品中,李国武团队再次发现了两种新的矿物,并将这两种新矿物命名为乌木石和李氏钨矿。

乌木石是在碲钨矿之后,李国武团队发现的又一种含钾、钨的新矿物,也是世界上首次发现的钨青铜结构的天然矿物。至于李氏钨矿,则是自然界很罕见的化学成分为纯三氧化钨,且为非化学计量的钙钛矿型结构的天然矿物。这三种新矿物有成因联系,物质来源与附近的金矿化有关。

两次野外工作,在同一地点发现三种独特含钨新矿物,这样的“效率”在新矿物发现工作中是很罕见的。在外人眼中,李国武的发现或许有些“运气”的成分,但了解他的人却更愿意将其看作是命运对他近20年苦心科研的一种“褒奖”。

“谁知道将来会有什么用”

1982年,18岁的李国武作为全县仅有的12名考入大学的学生,迈入了中国地质大学(武汉)的校门。与自己喜欢的地球物理专业擦身而过的他,被分配到了岩石矿物学专业,由此开始了他与矿物打交道的生涯。

10年后的1993年,在云南地矿局第二地质大队从事岩矿鉴定工作多年的李国武,考取中国地质大学(北京)材料学院X射线晶体结构实验室攻读硕士研究生。这也是他从事新矿物发现与矿物晶体结构与晶体化学研究工作的开始。

“新矿物的发现是地球科学的基础创新之一。”受访时,中国地质大学(北京)地球科学与资源学院矿物教研室教授申俊峰告诉《中国科学报》,人类在地球上已发现了5000多种不同的矿物种,但仍有很多未知的矿物未被发现。新矿物的发现及其研究是一个国家或研究单位矿物学研究水平的重要标志之一。然而,目前我国所发现的新矿物仅有140余种,相对于我国国土的幅员辽阔、资源丰富,这一发现量显然是非常低的。

“李老师带领我们所做的工作,就是要在更多的新矿物上打下中国人的印记。”李国武的博士生孙宁岳说。

采访中记者得知,决定一种矿物是否是新矿物的关键,是看其是否具有新的晶体结构和化学成分,但要得出一个准确的判断,除了掌握一定的方法外,更重要的是耐得住寂寞和潜心研究。

“单矿物鉴别的一个最基本操作流程,就是将岩矿石样品破碎成直径0.1毫米的微粒,然后在显微镜下,一个微粒一个微粒地观察比较。通过观察矿物特征,找到可能存在的新矿物颗粒,再进行更深一层的成分结构测定。”李国武说,有时为了找到可能的新矿物微粒,常常要在一两个月的时间里观察上万个颗粒,其枯燥程度可想而知。

然而,这样的工作,李国武已经做了近20年。

有人也曾产生过疑惑:“发现新矿物能有什么用?”面对这样的疑问,李国武只能回答他们,“对于刚刚发现的东西,我暂时还不知道它们能做什么,但很多科学上的发现就是这样子,谁知道将来它们会有什么用。”

当然,有些价值的体现是不需要等那么长时间的。

2010年,李国武到匈牙利首都布达佩斯参加国际矿物学大会。其间,他与一位加拿大矿物学者交流。当得知对面的这个中国人已经发现了几十种新矿物的时候,这位国外学者顿时肃然起敬。“我在自己的一生中能够发现一种新矿物就已经心满意足了,您竟然发现了那么多!”

李国武知道,那一刻他代表的并不是他自己。

“这才是我们珍视的东西”

回到本文开头的那个问题——为什么李国武知道那些新矿物在什么地方?

对此,他笑说,除了要有一定方法以及耐得住寂寞外,还有一个很好的传承。

据了解,李国武所在的晶体结构实验室成立于1958年。其创始人为我国的矿物晶体结构、晶体化学研究学科领域的创始人,原北京地质学院教授彭志忠。而李国武的硕士生导师马哲生教授则是彭志忠的学生。“这样算起来,我是这个实验室的第三代。”他说。

从成立至今,该实验室半个多世纪一直致力于新矿物的发现与矿物晶体结构与晶体化学研究方向,因此也积累了大量的实际经验。在他们的实际工作中,这些经验发挥了重要作用。如今,李国武也正在通过言传身教,将这些经验传递给自己的学生。

遗憾的是,目前国内能够分享这些经验的机构和研究者并不多。

李国武告诉《中国科学报》,虽然国内有些机构也会从事新矿物的发现与研究工作,但目前真正以这项工作为“主业”的却只有他们这一家实验室,这总让他有种“势单力孤”之感。

“其实我挺想呼吁一下,欢迎新鲜血液加入我们的队伍中,毕竟我们的工作能对国家发展有所贡献。”李国武说,但他同时也清楚,自己的这份工作的确太枯燥。“让现在的年轻人盯着矿物看上一整天,很少有人能真正潜下心来。”

好在,依然还有一群学生和年轻人在这个领域进行研究。对于他们,李国武的话语中多了一份赞许。

“新矿物的发现并非轻而易举,其中充满了各种困难与艰辛,只有孜孜不倦的努力、潜心研究才能赢得硕果。”交谈中,李国武说,相比一些动辄发上几篇论文的专业,他们在现行的评价体系下不占优势。“我们的工作真的要耐得住寂寞,这种寂寞不仅仅在于工作的枯燥,也在于厚积薄发的耐心。要知道,一旦我们发现某种新的矿物,往往就能产生一定的国际影响。”

“更重要的是,这些成果将为我国未来的资源利用增加一种新的可能性。这才是我们最珍视的东西。”李国武说。

 
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