科学巨匠李四光院士

2009-11-03 03:41:00

    李四光(1889.10.261971.4.29),地质学家,蒙古族,湖北黄冈人。1919年和1927年分别获英国伯明翰大学硕士和博士学位,曾任国家地质部部长、中国科学院副院长、中国科学技术协会主席,中国地质学会创始人之一。

    第一次提出“虫筳”的概念,是第一个撰写出完全符合正规古生物科学描述论文的中国人,从而建立了虫筳科化石分类标准;首次发现中国第四纪冰川遗迹,开创了我国第四纪冰川的研究;创建了地质力学,破解了“中国贫油论”等。

    1948年选聘为中央研究院院士。1955年选聘为中国科学院院士。

    

    名字的来历

    

    李四光1889年出生于湖北省黄冈县一个贫寒私塾教师家庭,因排行第二,便取名为仲揆。他自幼就读于其父执教的私塾,14岁那年,他以黄榜第一名考进了武昌西路高等小学堂。他告别父母,独自一人来到省城武昌求学。在填写报名单时,他由于第一次出门到大城市,心情紧张,在填姓名栏时,误将年龄填了上去,结果写成了“十四”。当他发现后,赶紧将 “十”增加几笔改成了“李”字,“四”字是没法改了,无论如何也改不成“仲”字,他想索性就叫“李四”算了,但马上又觉得“李四”这名字不好听,急得不知如何是好。他忽然抬头,看到中堂上挂着一块匾,上面写着:“光被四表”。他心头一亮,就叫李四光好了,于是提笔在“李四”后面加了一个“光”字。从此,李仲揆就叫李四光了。

    

    科技报国志

    

    19047月,在西路高等小学堂刚刚学习了两年的李四光,因成绩优秀,被选派到日本留学。在日本弘文学院毕业后,又以优异的成绩考上了大阪高等工业学校,他选择了舶用机关学科。因为中国造船业太落后,与外国人交战时总是吃亏。他梦想学好造船技术,造出世界上最先进的轮船,让中国的海军无敌于天下。上课时才发现自己是班上唯一的外国留学生。尽管课程非常难学,但经过刻苦学习,终于以优异的成绩于19107月学成归国。

    李四光早于1907年在东京加入了孙中山先生创建的中国同盟会。回国以后,23岁便担任了中华民国实业部部长等要职,出色地完成了工作。后来因不满袁世凯、黎元洪篡夺革命果实的行径,辞去政府高官,于1913年被派往英国留学。

    在英国伯明翰大学,他填写了学习采矿的志愿。大英帝国的崛起和瓦特对工业文明的巨大贡献都激励着李四光学好采矿业回国开采祖国丰富的宝藏。采矿系学习了一年,李四光感到学采矿还是离不开地质,地质是采矿的基础,于是他从工科转到了理科,师从包尔顿教授学习地质学,从而与地球科学结缘。

    19186月,李四光英文撰写的《中国之地质》硕士论文顺利通过答辩,他婉言谢绝了外方的挽留,接受了北大任教的邀请。回国之前,他应邀在巴黎为勤工俭学的学生作了题为《现代繁华与炭》的演讲,指出:“现代都市的繁华与煤炭是分不开的。我国是一个煤炭资源十分丰富的国家,为什么不能繁华起来呢?这就是一个资源开发的问题。作为一种矿藏,无论含量多么丰富,终有用尽之时,那时还有什么可以代替煤炭?人类将依靠什么来维持现有的繁华?”远见卓识跃然纸上。

    

    初露锋芒

    

    1920年回国后,他受聘于北京大学地质系教授。在带领学生进行系统的煤矿地质调查时,发现存在对含煤地层划分不清的问题,影响到对煤矿生成规律的推测。李四光决定用生物地层划分法对含煤层系进行研究。研究特定地质年代的古生物,就要研究这个时代的标准化石。他找到了石炭二叠纪的标准化石-虫筳进行系统研究。

    继《虫筳蜗鉴定法》论文发表后,一系列有分量的论文专著纷纷问世。在这些论文中,李四光第一次提出“虫筳”的概念,诞生了中国人所写的第一篇完全符合正规古生物科学描述的论文,从而建立了虫筳科化石分类标准。该标准被广泛接受和采用。

    1927年,中国地质调查所出版的“古生物学专著”中,收入了李四光的《中国北部之虫筳科》。李四光把书寄给英国伯明翰大学包尔顿教授。包尔顿教授为高徒短短几年做出的不凡业绩惊讶不已,立即将此书向学校进行了推荐,伯明翰大学根据李四光对古生物学所做的贡献,授予他自然科学博士学位。中国地质学会授予他葛利普金质奖章。

    

    惊涛骇世的中国第四纪冰川遗迹

    

    “中国在第四纪没有冰川”,这是西方的地质权威们早有的定论。西方专家自从19世纪初来华考察地质,没有一人在中国发现过第四纪冰川的遗迹。冰川问题涉及到人类的诞生问题。地质史上每一次冰期和间冰期的发生,都使得古植物群和古生物群发生大迁徙,使古地形地貌发生重大的改变。古人类正是在一次次大迁徙中,逐渐演变,向着今天的人类迈步前进。那时西方人总有一种文化优越感,认为人类的文明发源于西方,西方存有冰川遗迹标志着西方是人类文明的源头。

    1921年李四光带领学生野外实习时,在太行山东麓首次发现中国第四纪冰川。又经过在华北的仔细考察,他在英国期刊发表了研究论文,但在19225月中国地质调查所全体大会上作的题为《中国第四纪冰川作用的证据》的演讲却受到西方地质专家安特生的否定和冷落,李四光愤然离开会场,整整10年没有去研究冰川。

    1931年夏,李四光带领学生到庐山地质实习,再度发现冰川遗迹,他又一次燃起了科学研究的热情。1934年春,中外学者联合对庐山冰川遗迹进行考察。李四光带领学者们进行了全面的考察,并进行了细致解说。在事实面前,西方专家仍不肯相信,因为一旦承认庐山的冰川遗迹,他们在中国地质界树立的权威将一落千丈。

    在庐山论战后,随着中国东部和新南部第四纪冰川的发现,李四光愈战愈勇,收集到更多冰川流行的证据,发表了一系列关于中国第四纪冰川的文章,其中《冰期之庐山》是其代表作之一。中国第四纪冰川的确立,是我国第四纪地层学和气候学研究上的一个重要里程碑。中国存在第四纪冰川已成为不争的事实。

    

    创立地质力学

    

    192611月,李四光在北京向国内外国学者专家宣读了《地球表面形象变迁之主因》的论文,标着这地质力学开始诞生。

    “亘古以来,大规模海水的进退、剧烈的造山运动从未停止过。那么,是什么作用引起这一长期变化呢?我们可以把大陆块当作是铺在地球之上、相当薄的固体物质层来看待,由大陆以下固体的、在某种意义上又是高粘度的岩浆固定着它们的位置。当地球转速一增加,反应最敏感的首推海洋体。大洋体很容易屈服,并马上冲向赤道。这将在低纬度产生一个海面上升运动,而在高纬度产生一个海面下降运动,也就是洋面开始变扁,事物的这种状态继续着。更多的水移向赤道,更大的应力在大陆上孕育,直到最后,或者大陆块在破坏应力下开始屈服或者大陆与下层之间的粘结开始解体,大陆的预期运动将在应力聚集的冲动下发生。当那些在高纬度上以较低的速度由西向东运行的大陆部分向着赤道移动时,他们势将抵抗其下运动较快的重圈。重圈由西向东运动,它的速度远远大于浮在上面的大陆壳,所以它竭力要带着大陆壳向前走,而后者又要加以抵抗,一场激烈的冲突必在大陆的西缘发生。结果不可避免地使大陆的那一部分变形,或生成地向斜或形成广阔的山脉。与此同时,大而滑动慢的大陆,以其广阔和不规则的底面粘在重圈上,通过现有地向斜和对应山脉体固紧,在缓慢运动过程中,将部分地获得必要的角速度,并部分地充当使重圈活动慢下来的刹车作用。当地球转速增加超过一定极限时,所有大陆块都作为巨大的刹车而自动出来制动。所以无论大陆发生什么样的变化,其最后效果都是暂时地减慢地球的转速。”这就是李四光创造的大陆车阀原理。

    “地质力学”为李四光新创之名词,是根据地表岩体所经受的各种变形或破坏方式,运用力学原理,探求地壳内发生运动的原因。相对于现在来说,岩体变形是过去某一时期发生的构造活动。几千万年乃至几亿年以前的地质时代发生构造运动时,现在的人类不可能看到,只能从构造运动过后留下来的变形的岩石推断当时的情况,它承受的外力的方式、方向和大小。

     影响岩体变形的因素首先要有外力,即施加于岩体的力。其次是受力岩体的性质,在同样的受力条件下,由于各个岩体的性质不同,所发生的变形作用也不同;在同一岩体内,由于各部分的性质不同,其变形也不同。就变形的时间来说,可以是一次,也可以是发在不同时期的数次,因此要鉴定岩体变形的时期。但在实践中,由于各种地质原因往往不好鉴定,这时应参考那些能确定时代变形的邻近区域,以此相对照做出鉴定。

     变形的方式有舒缓和剧烈之别。舒缓的经常涉及到广大领域且历时持久,有的甚至历时好几个地质时代而不停息,造成高原、平原、盆地等地形,其中广泛而缓慢的隆起,常称为“造陆运动”;剧烈的变形常常限于若干地带,持续时间较短,变形激烈,褶皱断裂严重,甚至使岩石变质,岩浆喷发,其中最剧烈的变形往往涉及全球。在这种变形运动中,产生剧烈的褶皱,称为“造山运动”;产生大的断裂,称为“分裂运动”。

     经过上述变形方式所产生的结果,都是地壳变形运动。根据外力的大小与方式,所产生的结果大者如高原、盆地、平原、陆穹带和陆沉带,次者如向斜、背斜、各种断层,小者如节理、褶皱、流纹,细微者如岩石中某种矿物晶面晶轴之排列等。这些现象可依次称为巨型构造、中型构造、小型构造和细微构造。

    李四光提出了构造系统的新概念。他认为,同一地域、同一时期发生的各项构造单元,如果发生密切联系,就是一个构造系统。所谓发生密切联系,有两种情况,一是相伴发生,其相对之方位,常有一定规则;二是根据其相伴关系,可以用应力分配情形,确定其产生的原因,如处处适合,就属于有密切关系。构造型式与构造系统是从属关系,一个构造系统中可以包括若干个构造型式。

    地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面。李四光是我国地应力测量的创始人。他早在四十年代就提出地壳中水平运动为主,水平应力起主导作用。他提出,地壳内的应力活动是以往和现今使地壳克服阻力,不断运动发展的原因;地壳各部分所发生的一切变形,包括破裂,都是地应力作用的反映;剧烈的地应力活动会引起地震。1966年河北邢台发生强烈地震后,李四光布置在尧山一带建立地应力观测站来实现地震预报,他将近八十高龄还亲自参加野外地应力解除试验工作,亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地应力变化曲线。

    1968年冬天的一个深夜两点,周总理紧急找他,说有紧急情况要向国务院报告。当天清晨7时某地将发生7级地震,请国务院批准立即通知北京居民搬到室外去住。周总理问:李老,你的看法怎样,真是这么急吗?在这千钧一发之际,李四光把随身带来的尧山地应力变化曲线图进行了介绍说,由于已经由大量断裂的存在,即使再有地应力积累情况的重演,那些积累起来的应力大都可能通过小断裂活动来释放能量,强震的可能性不大。后来的事实证明了李四光的判断的正确,避免了数百万北京市民连夜大搬迁。

    

    破解“中国贫油论”

    

    解放初期,大规模的经济建设开始后就遇到石油短缺的困难,当时全国所需石油80%~90%都依靠进口。1953年底,毛泽东、周恩来等中央领导人把李四光请到了中南海。毛泽东十分担心地问李四光:有人说中国贫油,你对这个问题怎么看呢?如果中国真的贫油,要不要走人工合成石油的道路?

    早在19142月,北洋政府与美孚石油公司合办了“中美采矿事务所”。数年间,他们先后在今天的黄陵、延安、延长、铜川等地钻了71000米以下的井,花了三百多万美元,但是没有采到多少石油。美国斯坦福大学的地质学教授艾布莱威尔德来中国做地质调查,回国后于1922年了一篇文章,题目叫做《中国和西伯利亚的石油资源》。在这篇文章中,布克威尔德第一次抛出了“中国贫油论”。

    布莱威尔德说,中国缺乏石油可归因于三个地质条件:第一,中国中、新生界缺乏海洋沉积;第二,古生代大部分地层是不能生存石油的;第三,除西部和西北部某些地区外,几乎所有地质时代的岩石都遭受了强烈的褶皱、断裂及火成岩不同程度的侵入。布克威尔德作了这些推论后断言:中国不会储藏有大量工业价值的石油。美孚在中国陕北找油的失败,成为布氏理论的佐证。从此,“中国贫油”的论调甚嚣尘上。

    李四光通过多年的潜心研究认为,找油的关键不在于“海相”或“陆相”,而在于有没有生油和储油条件,在于对构造规律的正确认识。有利的生油条件是:①要有比较广阔的低洼地区,曾长期以浅海或面积较大的湖水所淹没;②这些低洼地区的周围,曾经有大量的生物繁殖,同时,在水中也要有极大量的微生物繁殖;③要有适当的气候,为大量生物滋生创造条件;④要有陆地上经常输入大量的泥、沙到浅海或大湖里去,迅速把陆上输送来的大量有机物质和水中繁殖速度极大、死亡极快的微生物埋藏起来,不让他们腐烂成为气体向空中扩散而消失。只要具备了这些条件,不管是古生代、中生代、新生代,不管是海相、陆相,都可以形成石油。生油是一个方面,储油又是一个方面。有生油条件的地方,未必都能找到可供开采的油田。因为石油生成之初,是点点滴滴混杂在泥沙中的。只有经过各种地质变动,才能把原来分散的点滴石油集中起来,汇集成可供开采的油田。

    李四光的找油思想非常明确,就是先找油区,即找储油构造,然后再找油田,也就是找最有开采价值的地方。根据这一思想,李四光为中国描绘了一幅美好的石油勘探和开采的蓝图。李四光曾在1954年的《从大地构造看我国石油勘探的远景》一文中,论证了新华夏体系沉降带有良好的生油、储油的条件,指出我国找寻天然气、石油的广阔的前景,提出了在松辽平原、华北平原等地开展石油普查的意见。他指出,在中国的东部,包括附近海域,由东向西平行排列着两个构造带:日本海黄海东海南海;松辽平原华东平原江汉平原北部湾。这两个构造带在地质史上都是沉降带。它们在长期的发展过程中,不断沉降,周围隆起的地区则不断提供泥沙在这里沉积下来,原来生活在这里的大量低等生物被泥沙埋藏起来,使这里具备了很好的生油条件。与此同时,由于地壳运动,使含有石油的地层发生扭动,这样石油就聚集在某些地方,成为有开采价值的油田。

    李四光根据数十年来对地质力学的研究,从他建立的构造体系、特别是新华夏构造体系的特点,分析了我国的地质条件,说明中国绝不是一个贫油的国家,从东海到塔里木盆地,从南海到松辽平原,在我国辽阔的疆域之内,有蕴藏石油的良好地质条件,中国的陆地一定有石油。毛泽东、周恩来在认真听取了汇报后,支持了他的观点,并根据他的建议,在松辽平原、华北平原开始了大规模的石油普查。1955年,成立了全国石油普查委员会,李四光兼任主任,黄汲清、谢家荣为技术负责人。

    李四光在60年代初期总结了勘探石油的程序,即指出油区、选定油区、开展地球物理勘探工作、进行地质勘探、预测油田、圈定油田和评价油田等7个步骤。同时指出,“找油区是找油的战略问题,找油田是找油的战术问题”。

    50年代后期至60年代,勘探部门相继找到了大庆油田、大港油田、胜利油田、华北油田等大油田,在国家建设急需能源的时候,滚滚石油冒了出来。这不仅摘掉了中国贫油的帽子,也使李四光独创的地质力学理论得到了最有力的证明。

    

    深远影响

    

     李四光的治学态度是:凡遇着新学说,切不可为它所支配,为它所奴隶。我们还要分析它,看它究竟是怎么一回事。外国的东西生搬硬套,用来解决中国地质上的问题,这样就会带来严重的错误和巨大的损失。既努力学习西方科学思想,又不局限于西方科学。敢于超越西方科学体系,不怕被孤立和多数人反对,勇于走前人未走过的路。

    在中国近代地质学的发展中,李四光率先从静态、孤立的描述地质学中走出来,促进现代地质学的诞生,发起了学术思想上真正意义的一次革新或革命。地质力学的创立,使李四光可与槽台学说和大陆漂移学说的创始人相提并论。遥感和计算机技术的进步有利于从整体、宏观上对地球表层的研究和把握,这为李四光的理论的进一步发展提供了新的工具。

    李四光的学术理论不仅指导了我国陆相找油,而且指导了我国的海相找油。早在1969年,李四光院士提出:“我们现在找出来的油田都是中、新生代的,难道我们的古生代就没有油吗?美国有一半的大油田在古生代,苏联的第二巴库也是泥盆系,非洲的阿尔及利亚、利比亚也是古生代的。它们的特点都是褶皱构造比较平缓,我们要在古生代盖层平缓、褶皱缓和的地区集中力量试验一下。譬如,黔南、四川,特别是塔里木……从战略上讲,我们要选一个地方,早一点去打开一个缺口。”按照李四光的思路,利用他的地质力学理论,后人在塔里木、四川等地找到了丰富的海相油气田,开始了中国石油工业的二次创业。

    李四光认为要脚踏实地、勤学苦练。在实际工作一丝不苟地检查自己的所作所为,逐步总结自己的经验,这样就能够稳步地前进,获得日新月异的成就。我们要有雄心壮志,但必须避免好高鹜远。那种为理论而搞理论的作法,是空洞的,无所归宿的,即使你竭尽思考去搞,终究也是行不通的,而要是结合实际去搞,那就大有可为了。

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