【中国科学报】一个冷门学科，如何走出“顶天立地”之路

在地球45亿年的漫长演化史中，矿物是最忠实的记录者。它们如同镌刻在地球深处的“时光档案”，封存着板块碰撞、岩浆活动、生命诞生与环境变迁的密码。

　　然而，要真正破译这些密码，仅靠传统的矿物结构描述与成分分析远远不够。2019年起，在国家自然科学基金委员会创新研究群体项目（以下简称创新研究群体项目）的持续支持下，中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所研究员何宏平带领研究团队，以矿物研究为纽带，打破学科壁垒，深化交叉融合，在国际矿物学领域闯出一条中国道路。

　　2025年，该项目完成结题验收。团队不仅成长为具有国际影响力的创新研究群体队伍，更在矿物生长机制、早期地球演化、关键金属成矿等领域取得一系列原创成果。

　　当前，地球系统科学正处在重大理论突破的前夜，各国竞相布局。何宏平坚信：“我们应当积极争取率先突破，提出中国人主导的理论，发出中国人最强的声音，引领国际地球科学的发展。”

何宏平（左）在广东梅州稀土矿山进行野外考察。受访者供图

“聊”出来的交叉融合

　　20世纪90年代，传统矿物学研究遭遇了前所未有的困境。何宏平所在实验室的人员从80多人锐减至不足20人，仪器老化、经费短缺、研究方向分散，不少人纷纷转行。这个地球科学中最基础的学科之一，眼看就要断档。

　　“那时候我借了几万块钱，一个人开始干。”何宏平回忆。他拜访即将退休的老师，请教经验，争取支持。他坚信，矿物是地球的基本单元，就像细胞之于生命，没有矿物学的突破，很多重大地质问题永远找不到答案。

　　早期地球的矿物种类只有60多种，经过40多亿年的演化，如今已增至6200多种。在这一漫长过程中，如何控制元素的循环与富集？这是认识重大地质事件、成岩成矿过程的核心问题。何宏平意识到，要回答这些问题，矿物学绝不能受困于传统研究方法，必须打破学科壁垒，走向交叉融合。

　　他一点点梳理方向，一步步搭建团队，等待着一个合适的时机。2017年，何宏平开始酝酿申请创新研究群体项目。这个项目不支持单一方向的深入研究，而要求多学科交叉融合，何宏平看中的正是这一点。

　　他找到几位分别从事深部物质、矿床学、实验地球化学研究的同事，大家虽同在一个研究所，过去却鲜有交集。何宏平一个一个聊，讲他的想法。

　　“我很多想法不是看文献看出来的，是聊天聊出来的。100句话中99句没用，那一句有用的，抓住了就行。”何宏平说。

　　2019年，何宏平牵头申报的创新研究群体项目“矿物演化”正式获批。这不仅是一笔科研经费的支持，更是对团队多年坚守的认可，为学科发展注入了强心剂。项目围绕“矿物演化与元素循环”，老中青三代研究者同心协力，向着国际科学前沿发起冲击。

“石头真的会生氧气”

　　何宏平团队的第一个重大突破直指地球科学的基础问题之一：早期地球氧气从何而来？

　　长期以来，科学界普遍认为，地球早期氧气主要来自大气光化学反应。但在2015年左右，有学者通过模型计算提出，大气光化学反应产生的氧气量太少，不足以解释地球的氧化过程。

　　看到这个研究后，何宏平从矿物演化的角度切入，冒出了一个想法：早期地球表面只有石头和水，氧气如果出现，很可能来自石头与水的相互作用。

　　他们首先尝试黄铁矿，做了两年，却测不出氧气，二价铁会把刚产生的氧气迅速消耗掉。

　　转机来自一次闲聊。团队中有人提到石英的压电性：用力挤压石英晶体，会产生电荷。何宏平脑海中闪过一个念头：会不会是机械力作用让石英与水反应产氧？

　　实验设计得很简单，把石英砂放进搅拌器，加水，在无氧环境中模拟海浪对沙石的磨蚀。他们惊喜地发现：当石英、长石等矿物受到机械外力作用时，表面会产生大量自由基，这些自由基与水发生界面反应，能够直接生成过氧化氢等活性氧物种。

　　更令人意外的是，通过氧同位素标记示踪，他们发现这些氧气中约70%的氧原子来自矿物本身，而不是水。

　　“石头真的会生氧气！”何宏平激动不已。这意味着，早期地球的初始氧可能来自最普通的矿物和水界面的反应。这一发现彻底颠覆了传统认知，为解释地球宜居环境的诞生、生命起源的化学基础提供了全新视角，被国际同行评价为“重新认识地球早期氧化过程的重要工作”。

　　在矿物形成机制这一基础领域，何宏平团队同样打破经典理论。传统矿物学认为，矿物生长遵循层生长或螺旋生长模式，如同盖房子，一层一层有序堆砌。而何宏平团队在地球岩石和月壤样品中，发现了“晶粒堆砌”“蘑菇式生长”两种全新的非经典生长途径。这一发现为丰富矿物生长机制提供了关键依据，让中国矿物学研究站上国际舞台。

“更要心里装着国家”

　　“做科研不能只盯着论文，更要心里装着国家。”这是何宏平常对团队说的话。在创新研究群体项目支持下，何宏平团队始终坚持“基础研究顶天、应用研究立地”，将矿物演化的前沿探索与国家战略资源安全、绿色技术研发、矿产勘查突破紧密结合。

　　稀土是高端制造不可或缺的战略资源，但长期以来，传统开采技术依赖大量铵盐浸取，不仅资源利用率低，还带来生态环境压力。何宏平团队从矿物、微生物和流体相互作用入手，发现微生物在稀土矿形成中扮演关键角色，创新性地提出了电驱绿色开采新技术。

　　在战略矿产勘查领域，何宏平团队同样成果丰硕。斑岩铜矿是全球最重要的铜矿类型，也是我国紧缺的战略矿产。团队通过大量实验模拟与微区分析，揭示了钾化蚀变与铜矿化的内在耦合机制。这一理论突破，为全球斑岩铜矿勘查提供了全新的找矿模型，得到国际矿床学界高度认可。

　　从基础理论到应用技术，从实验室到矿山，何宏平团队用实实在在的成果，证明了矿物学研究不仅能解答“地球是如何改变的”这一科学问题，更能支撑“国家需要什么”的战略需求。

　　在国内，何宏平团队以创新研究群体项目为抓手，带动整个学科交叉融合发展。他们与深部地质过程、矿床勘查、环境科学等领域团队强强联合，将矿物微观演化机制与宏观地质过程相结合，形成全新的研究范式。广东省依托何宏平团队成立战略金属与绿色利用基础学科研究中心，投入4000万元资金支持，打造从基础理论、技术研发到示范推广的全链条创新平台，推动科研成果落地转化。

　　此外，在创新研究群体项目支持下，何宏平团队坚持“开放合作、互利共赢”，构建起覆盖全球的学术合作网络，与美国加州大学圣地亚哥分校、澳大利亚塔斯马尼亚大学、德国地学研究中心等国际顶尖机构建立长期稳定合作，让中国矿物学研究在全球舞台发出响亮声音。

敢于“扛事儿”的科研团队

　　“创新研究群体项目，不仅是出成果的团队，更是出人才的平台。”在何宏平看来，青年学者的成长与成才、实现学科的代际传承与可持续发展，都得益于创新研究群体项目。

　　走进何宏平的实验室，会发现一些“特别”的规矩。每天晚上11点到12点，何宏平会准时翻看聊天群，检查各实验室的检查报告：卫生情况、设备状态、有无异常。团队管理细化到67项工作，每项都有明确分工，谁负责、谁没到位，一目了然。

　　“我不是要管着他们，是要培养学生一种责任心。”何宏平说。团队构建了一套科学、精细、有温度的人才培养体系，把“立德树人”融入科研全过程。针对不同阶段学生的特点，何宏平提出清晰的培养理念：“本科生做填空题，夯实基础；硕士生做简答题，提升能力；博士生做论述题，挑战原创。”

　　何宏平团队内不搞“保姆式”指导，而是给学生足够的探索空间，允许试错，让年轻人在解决真问题、攻克真难题中练就真本领。

　　他鼓励学生关注“失败”的实验。“所谓的‘失败’往往藏着有价值的内容，因为大家都能想到的路，很难有惊喜；真正的突破，常常藏在那些你想不到的结果里。”

　　何宏平更注重给年轻人压担子、搭平台。团队立下一条不成文的规矩：负责人不超过50岁，让青年骨干牵头课题、负责项目、组织交流，在实践中提升科研能力与管理能力。

　　“没当过家，不知道柴米油盐贵。”何宏平坚信，年轻人只有真正扛起责任，才能快速成长为独当一面的学科带头人。

　　在项目执行期间，一大批青年人才脱颖而出，获得重要的学术奖项，30多人次在国际学术组织和学术期刊任职，为学科发展注入源源不断的活力。

　　从冷门小众到国际前沿，在创新研究群体项目的支持下，何宏平团队用坚守与创新、严谨与担当，解开了一个个地球演化的矿物密码，走出了一条基础研究与国家需求相结合的科研道路。

　　但何宏平想得更远，他最近在构思一个更大胆的框架：矿物演化与生命演化到底有没有关系？可能存在什么样的关系？

　　“生物从元素到细胞到组织到生物体，矿物有没有类似谱系？从基本晶胞到不同矿物到岩石组合，会不会也有演化树？”他停顿了下说，“也许我们能发现一些现在还没认识到的东西，就像暗物质一样。”

　　“基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。”何宏平团队用数十年的坚守充分证明，基础研究地基打得牢靠，在科学前沿实现突破以及为国家需求提供支撑是必然的，这充分说明基础研究在整个科学体系中的基础性、战略性、前瞻性地位。

　　未来，这支充满活力的创新研究群体团队将继续向着地球科学更深层次的未知领域探索前行，在矿物演化的浩瀚世界里，为保障国家战略资源安全、解答地球生命起源重大科学问题贡献更大力量。

记者： 高雅丽