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苏文辉研究组回应嵇少丞教授

已有 8480 次阅读 2010-3-13 15:37 |个人分类:科研|系统分类:观点评述| 嵇少丞, 《科学时报》, 苏文辉研究组回应, 柯石英形成机制, 学术争呜

博主声明:

(1)本博文是应苏文辉教授研究组要求,借用我的科学网博客作为交流平台代为发表的学术争鸣文章
(2)
本博文的内容苏文辉教授的研究组针对此前嵇少丞教授在其科学网博客上发表的两篇关于柯石英问题所提出的若干质疑的回复。本博文发表的目的是为了就相关问题展开公平、公开的纯学术讨论,希望博友们在评论时就事论事。
(3)注意到此前在嵇少丞教授的相关博文下面曾出现过一些没有学术内容、出言不逊的匿名评论,为了避免不必要的麻烦、不给科学网编辑部增加额外的负担,本文暂时仅允许博客用户(实名)评论,希望大家谅解。
(4)对此问题感兴趣的博友和读者,通过评论、网内短信和留言方式所发表的意见,我都会及时转达给苏文辉教授的研究组,并由他们处理。

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~以下为正文~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

苏文辉研究组回应嵇少丞教授在“简评《科学时报》两次关于柯石英形成条件的报道”中的问题

      嵇少丞教授在科学网的博文1,2上,两次对我们质疑地表柯石英形成机制的“地球板块折返假说”进行反质疑。同时建议在3月2日于中国地质科学院地质所大陆动力学重点实验室会议室,请超高压变质岩方面做过许多工作的许志琴院士和金振民院士主持柯石英形成条件及其地质意义进行一次面对面的的公开论战会3。我们赞赏主流派提出面对面公开论战的建议,期待会议的召开(然而,至今,3月2日早己过去,还没有得到邀请信息,但愿今后会有新的时间表出台); 我们也赞赏嵇少丞教授在科学网博文中引用数据讨论问题的方式。

我们不是地学学科的,不知地学界历史与现在的是非恩怨;我们介入争论,纯属为学术。我们是从事高温高压物理学的,当我们把研究目标转向地球这个天然高温高压系统时,与地学学者就结成了为一个共同目标而站在一个战壕里的战友,我们十分尊重和钦佩广大地学学者对国家和学科的重大贡献。然而,对重大的学术问题有不同观点是正常的。有学术争论,才会有创新,才会有科学的进步。

学术争论时,对长期在一种主流观点指导下工作而听到不同争鸣意见而说出几句不愉快的话,是可以理解的,也是可以谅解的。但是,争论,不能骂人,骂谁都不好; 争论,不要盛气凌人,不要冷嘲热讽。学术争论,切忌感情用事。学术争论,首先需要有双方互相学习互相切磋的过程,先要理清对方理清自己的问题,然后针锋相对,凭数据,亮观点;摆事实,讲道理;比科学,找真理。傲气和嘲讽,有损学者风度,与真理无缘。轻率讥讽他人为笑料,谨防最终被人笑。提出这些,愿争论双方共勉。

    嵇少丞教授在科学网的博文1,2上,引用数据绘制了一张图(见下),提出了许多问题,现回复如下。

1.   首先必须指出,嵇少丞教授没有把我们的2.0GPa,320℃的柯石英形成压力条件4(石英原料经球磨预处理后再用此静压条件合成)绘入图中。所以,从图中比较,S05-09都在前人结果(直线) 之上,得出了否定“高能机械球磨(预处理)能使α-石英转变成柯石英的压力和温度大大降低”的结论。现用红色※号把2.0GPa,320℃标在图中下部,才是全图最低的数值! 由此可见,嵇教授是在未考虑该数据情况下得出的不正确结论;由此导出的其它结论也是不正确的。删除关键数据,不管有意或无意,都是不应该的。

2.   嵇教授图1中给出的是“试样中柯石英形成的最小压力(GPa)和温度(ºC) 的关系”。实际上,合成柯石英的石英原材料的状态配比环境合成模式与条件的不同,合成柯石英的条件都不尽相同4 ; 不经具体分析和区分,也不管是平衡非平衡、热力学还是动力学,把仪器观测到的“表观形成压力”4统统看作柯石英的“最小”形成压力,混淆了一些基本概念,简单、表面地作比较,冒然得出的结论,是靠不住的。

 

1. 试样中柯石英形成的最小压力(GPa)和温度(ºC) 的关系。静压条件下,苏文辉研究组的实验结果(S05-09)与前人实验结果的比较。A79 Akella (1979)BB82Bohlen and Boettcher (1982) BG95Bose and Ganguly (1995)Coes53Coes (1953)G03 Gasparik (2003)G72: Green (1972); H98Hemingway (1998)HT94: Hirth and Tullis (1994); KK64Kitahara and Kennedy (1964) MM80Mirwald and Masone (1980)

3.高能机械球磨预处理的影响比较,应在完全相同的状态和条件下进行有、无高能机械球磨预处理的比较。嵇教授把它与不全同甚至完全不同的状态和条件下进行比较,标准不一致,显然欠妥。

4.嵇教授说,“如果说苏文辉等的球磨过程有什么作用的话,那么就是造成SiO2材料的Fe污染,这可能会迟缓在静高压时柯石英的形成。”2既然嵇教授读过我们的文章,一定看到论文的数据5未经高能机械球磨预处理(tmil = 0 h)的a-石英,在4.0 GPa,923 K, 30 min条件下不形成柯石英;但经高能机械球磨预处理tmil = 15 h,对应于晶态和非晶态之间的中间亚稳态(相)的a-石英样品,很容易转变成柯石英,条件为3.0 GPa,923 K,< 1 min,比通常的柯石英合成条件(3.5-6.0 GPa,1273-1473 K,2-48 h)的压力和合成时间低和短很多5

嵇教授由于删除关键数据,未区分一些易混淆的基本概念,比较标准不一致,三者导致了不正确的认识; 据此现在又进一步推论,是由于“球磨过程造成SiO2材料的Fe污染可能迟缓在静高压时柯石英的形成”,对“球磨作用”的看法,既缺乏根据,也与上面实验事实不符。错上加错。

5.嵇教授对球磨作用具体形式的理解,“这些岩石中矿物晶粒之间并不存在像在球磨罐里石英颗粒与钢球之间那种松散的空间关系、巨大的活动空间以及长时不断地彼此高速碰撞的剧动过程1, 2 ”,以及球磨作用本质的理解,都有待商榷。

    本集体曾研究过机械球磨的作用机制. 发表了20多篇论文,认识到在高能机械球磨的过程中,由钢球碰撞所产生的局域高压和局域高温可分别达到3.0-6.0 GPa和600-900 K,或者更高(1750 K),而且由于具有三维的微小振动,钢球间的高速碰撞既会产生正压应力也会产生剪切应力。 对比地球板块碰撞和机械球磨碰撞两类现象可以发现,虽然地球的板块碰撞和实验室中的机械球磨碰撞在空间尺度和碰撞速度上有很大的差异,其具体的碰撞方式也不尽相同,但是. 二者的温度和压力(包括正压和剪切应力)具有的局域性和剪切应力具有的重要作用是其共同的特点。 通过它们的相似性,可以尝试把这两种看起来似乎很不相同和没有关联的碰撞现象相互联系起来,利用机械球磨来研究地表柯石英的模拟合成,其可行性和效果可由实践来检验。我们引入机械球磨对α-石英原料进行预处理(注:相当于对石英施加碰撞挤压剪切,而不是让石英的晶粒间彼此高速碰撞!),然后再对球磨预处理后的材料再进行静高压高温合成,于是提出一个机械球磨和静高压合成相结合的实验室模拟地表柯石英的两步实验法5,突破了思想障碍,避开静动压相结合仪器制备的困难,使地表柯石英的实验室模拟合成变成可能。

研究得到了意想不到的结果5 利用我们提出的实验室模拟地表柯石英合成方法获得的柯石英的Raman谱,是迄今为止获得的谱峰最完全的柯石英Raman谱,涵盖了天然的和前人人工高压合成的柯石英的谱峰数目:比在意大利和挪威发现的天然柯石英的多一条谱线,与在中国和南非发现的天然柯石英的一般多,而比前人,Mirwald 的静高压合成的柯石英多了5条谱线。实践是检验真理的唯一标准。由于抓住了两类碰撞现象的相似本质,考虑了局域动压和切应力,所以获得了比前人不考虑这些因素而只考虑静高压的方法所得的结果更加完善更加接近实际;同时也可以证明,利用高能机械球磨方法对a-石英起始粉末进行预处理,然后进行静高压后处理,是一种在实验室模拟地表柯石英合成的简单有效的物理方法。当前,仅就这一发现的事实,不管你如何看待机械球磨的具体形式,都无法颠复“发现本身”。

    透过现象看本质。高能机械球磨的局域高压高温和剪切力的局域动态碰撞作用,使a-石英从晶态向非晶态转变(局域动态碰撞导致非晶化!),不稳定性也逐渐增强,其间出现的中间“亚稳态”或“亚稳相”,使a-石英到柯石英的转变与路径有关,是一个动力学问题;它可以降低柯石英的静高压最小合成压力,其原因是降低了柯石英的形核势垒,促进了静高压致非晶晶化作用;同时促进无需长程原子扩散的同素异构转变短程原子迁移,降低所需的非晶晶化温度。动态碰撞作用,中间亚稳态(相)的存在,不仅降低了柯石英的静高压最小合成压力,还大大缩短了合成时间,使柯石英由长时间的“静高压变质作用”向短时间的“冲击变质作用”转变4,5。进一步,可用能量状态转变示意图和Gibbs自由能变化公式,对非晶晶化产物、转化模式、以及非晶晶化温度变化作判断4,解释看似不好解决的疑难问题,具有普适性。

    嵇教授对球磨作用具体形式的理解,少见而特殊,误导了网友的讨论,也搅乱了自己的思维。

6.有关我们提出的非板块折返的地表柯石英形成机制4,5,可以简称为尺度不均匀局域高压微区模型或假说”,概括起来是: 地表中因组成物质、应力的不均匀性和小面积作用原理,可形成许多小尺度不均匀局域高压微区。对于那些局域高压微区的压力大于柯石英最小形成压力Pcoe.min的微区,“无需”经过板块折返,即可形成柯石英。对于那些局域高压微区的压力 < Pcoe.min的微区,“无需”经过板块折返,它们在造山带的断裂带剪切带中,受外界因素(如地震波和/或局域挤压剪切力,等)的影响,也容易形成柯石英: 1) 对于近震源范围的微区,地震冲击波压力可近3.0 GPa,可能使微区的石英转变成柯石英; 对于远离震源范围的微区,地震冲击波压力迅速减小,但是如果存在非稳状态的微区系统,因地震冲击波的触发而导致微区失稳,形成柯石英也是有可能的。2) 有后续发生的局域碰撞挤压剪切力的作用,使微区的P > Pcoe.min,则可形成柯石英。3) 由1)和2)混合的情况。小尺度不均匀局域高压微区形成柯石英假说可以顺利解释很多天然地表柯石英的特征,所以认为是可能性最大的地表柯石英形成机制。至于地球板块折返,它是一种能量变化很大、运动空间很大的小机率大事件,在未能找到可信的驱动力,遵守能量守恒证据,可以解释天然地表柯石英的特征,排除压力与地球深度换算,以及减压降温过程柯石英变成石英的速度大大高过折返速度的的困难以前,虽说可以解释地表柯石英的形成,但只能是一种可能性非常非常小的机制。

在地表柯石英形成机制上,嵇教授对我们提出了三点质疑: 1) 根据他所列图中数据,否定“高能机械球磨(预处理)能使α-石英转变成柯石英的压力和温度大大降低”的结论,从而否定小尺度不均匀局域高压微区机制,这点上面己经辩驳,无需重复。2)他在引用我们“新机制”系指“地表柯石英无需经过板块折返,而可以通过强地震波和/?较大的域应力作用于地表石英而形成时”, 在“ ? ”处少了一个“或”字,而在方框中把“局”字改为“区”字。这样一丢一改,把两种机制改成只有地震波一种。而“迄今没有任何证据证明地震能使地表岩石中的石英转变成柯石英”,于是什么机制也就没有了(?!)。实际上,冲击波的作用机制是引入动态碰撞预处理后导致了缩短合成时间,发现柯石英由长时间的“静高压变质作用”向短时间的“冲击变质作用”转变4,5后的一种逻辑性预言机制,虽然人们尚未注意研究,但并不一定不存在。由此通过“文字删改”进而把另一种局域高压微区的主要机制抹煞掉,像这样的争论,是没有学术意义的。事实上,局域高压微区的主要机制的可实现性是很大的,由增强因子的变化即可证明4 3)“他们的假说解释不了柯石英的寄生岩石—榴辉岩相超高压变质岩的成因,这些岩石中矿物晶粒之间并不存在像在球磨罐里石英颗粒与钢球之间那种松散的空间关系、巨大的活动空间以及长时不断地彼此高速碰撞的剧动过程”。嵇教授对球磨作用具体形式的特殊理解,如上面讨论过的,确实难于理解新的机制。这里只想提醒一点,我们的新假说不仅适于包裹体,也适于非裹体; 不仅可以解释人工合成的情况,也可以解释天然矿物的情况。文献6报导了新近意大利和法国联合研究小组R.帕尓墨利等科学家7,利用阴极发光、喇曼谱、显微镜和同步辐射原位显微x-射线衍射方法,研究了天然的不同榴辉岩中石英单晶包裹体的样品(产自南极洲兰特曼地区),“首次报导了在深层产生的地表岩石(榴辉岩)中石英的压致非晶化现象”。他们说,“在我们的解释中得益于你们发表的论文,Su et al.,PRB, 2006 8,有关石英非晶化和柯石英形成的实验研究。我们的发现实际上会变成你们的假设的第一个天然矿物的实证。”证实了我们提出的柯石英形成新机制的正确性。嵇教授不应该迴避R. Palmeri这篇论文7

过去,人们用很多国内的地质资料去论证源于国外而存在不少问题的地球板块深折返假说; 现在,国外把许多资料用来证明源于国内的非主流的新假说。我们希望主流非主流观点学者能够互相学习,找到我国有自已原创性的新学说。

7.   嵇教授还提出了一些其它问题,涉及引用他人的工作,这里不作讨论。但有一点,他说,“迄今为止,世界上尚没有发现“岩石塑性变形能产生矿物非晶化”的确凿证据2 ”。事实上,早在10多年前,就己有矿物塑性形变导致非晶区生长的在位观察报导,从事高温高压物理研究的人都知道。

8.   池顺良先生对我国地学界有关地球板块折返学说争论历史作了回顾,对争论的实质问题作了概括9。这些实质问题是折返观点非折返观点都需回答的共同问题。当前,地球板块深折返学说遇到了驱动力,能量守恒,地表柯石英特征,地球深度换算,以及柯石英变成石英的速度等的难题。希望能有机会与嵇教授进行面对面商讨。

9.   学术爭鸣,是一个严肃的问题。我们不仅支持面对面讨论,我们更提倡双方经过深思熟虑,写成学术论文,在正式学术刊物上交流商讨。

真理不怕爭论,真理越辩越明;真理将在爭论中显露出闪耀的光辉。

 

                      苏文辉研究组     2010-03-12于哈尓滨

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参考文献

1.      嵇少丞的博客,《科学时报》帮人抬轿闹出大笑话——简评《科学时报》两次关于柯石英形成条件的报道,科学网 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=293792, 2010-2-9 8:38:23。

2.      嵇少丞的博客,岩石糜棱化等同于非晶化?科学网http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=2959852010-2-19 7:50:45。

3.      嵇少丞的博客,呼吁就柯石英形成条件及其地质意义进行一次面对面的论战,科学网http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=2957902010-2-18 10:01:46。

4.苏文辉,刘晓梅,许大鹏,孙敬姝,张广强,刘志国,禹日成,姚立德,黄喜强,千正男,隋郁,,王巍然,薛燕峰,邢淑芝,柯石英最小静态形成压力与地表柯石英形成新机制及其地学意义. 自然科学进展,2009,159(7): 730-745。

5. 苏文辉,刘曙娥,许大鹏,王巍然,姚斌,郭星原,刘志国,钟正,一种由α-石英到柯石英转变的新途径. 自然科学进展,2005, 15(10): 1217-1222。

6.刘忠奎,好诚,地表柯石英形成新机制获实证. 科学时报,      http://www.nsfc.gov.cn/Portal0/infoModule_375/29051.htm,2009-12-22 22:18:54

7. R. Palmeri, M. L. Frezzotti, G. Godard and R. J . Davies,

Pressure-induced incipient amorphization of a-quartz and

transition to coesite in an eclogite from Antarctica: a first record

and some consequences, J. Metamorphic Geol., 2009, 27: 685-705。

8.Wen-Hui Su, Shu-E Liu, Da-Peng Xu, Wei-Ran Wang, Bin Yao, Xiao-Mei Liu, Zhi-Guo Liu, Zheng Zhong,Effects of local mechanical collision with shear stress on the phase transformation from a-quartz to coesite induced by high static pressure, Physical Review B73(2006):144110,1-7

9. 池顺良,苏文辉挑战“大陆深俯冲”: 科学研究已进入大综合时代。科学时报, http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2010/1/226791.shtm2010-1-4 9:39:16

 



 



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