物理风化

84个问题,颠覆地矿众生三观

作者:地信联盟 / 关注公众号:DXLM001  发布:2019-01-13

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作者简介:杜乐天(1932-2017),1932年9月出生,1955年北京地质学院毕业后赴苏联留学,1960年于莫斯科大学地质系地球化学专业研究生毕业。1961年回国进入二机部(核工业部前身)第三研究院(即现在的核工业地质研究院)工作,曾担任院副总、院科技委主任,在铀矿地质方面是公认的权威专家。1987年获国家科学技术进步二等奖,1990年获国家科学技术进步一等奖,1988年获全国首届李四光地质科学奖,2000年获中国地球物理学会首届顾功叙科学奖,1987年当选为中共十三大代表。
杜乐天:对当代地球科学理论的怀疑与新见(84个问题)
(原文刊在《地质哲学通讯》2006年第1期)
一、岩浆作用中的错误结论(24个问题)
1.花岗岩浆分异热液。热液主体不可能来自岩浆分异而是来自幔汁。
2.酸性小岩体不是岩浆后期补充侵入,它们是高温幔汁交代体。
3.岩浆分异鲍温序列和自然现象有矛盾。
4.结晶分异是老概念,早已过时。
5.岩浆是受热而熔融的理论不符合事实,熔融不是单纯的加热,必须有流体参与。
6.岩浆—交代之争是不必要的,这不是非此即彼的二元简单对立。
7.花岗岩体晚期Na转折是表面看问题。
8.花岗岩的磁铁矿型、钛铁矿型分类的荒唐。
9.花岗岩成因分类的繁琐。长期陷于无谓的成因激烈之争。另外把富Si岩称之为酸性岩不妥,酸不等于硅。
10.岩浆岩岩石学分类的截然划分,有非此即彼之嫌,忽视中间过渡。
11.玄武岩浆的低比例熔融的认识欠妥。双峰岩不是岩浆岩,是玄武岩的硅碱交代岩。
12.橄榄石—斜方辉石—单斜辉石的难融程度递减顺序的实验结果与自然实际不完全相符。
13.碱性岩定名的神秘化,其中一系列的矿物奇怪命名的复杂、晦涩,没抓住要领。
14.实验岩石学中不考虑地幔流体是严重理论缺陷。岩浆是气成的。
15.把超基性岩当做始祖性岩浆值得怀疑。
16.金伯利岩被归为岩浆岩类是个问题。它不是岩浆岩,是气砾岩,气砂岩。
17.油气盆地中的所谓流纹岩、粗面岩实际上是砂页岩或玄武岩的硅碱交代岩,不是岩浆岩。
18.爆破角砾岩定为岩浆岩不妥,它是热液岩。
19. 斑岩也不是岩浆岩而是高温热液交代岩;
20.绿岩系成因认识的混乱,研究表明它是MAS过程产物。
21.蛇绿岩套中硅岩成因说是有虫孔沉积,不妥。
22.云英闪长岩、煌斑岩等成因解释的混乱。
23.岩浆矿床并不是岩浆造矿,只不过是热液在岩浆中交代作用的金属富集。这种热液实际上是幔汁。
24.曾热闹了一阵子的花岗岩体地层层序填图现在早已经凉了。
二、热液作用中的错误认识(23个问题)
1.热液不是从酸性阶段开始,它是从强碱性阶段开始的。
2.热液中U,O的来源分析不妥,H2O主要是深部H2、CH4氧化地层水的作用被夸大。
3.H、O同位素那个模式图害人不浅,应当彻底抛弃。
4.热液成矿早期岩浆水,晚期大气降水参与的结论公式化,也应当放弃。
5.自然界不存在独立的内生低温热液作用,在其前肯定还有高温、中温阶段。
6.超大型矿床的提出是一个理论误导,是主观想象,研究后的结论和研究前差不多,并无新意。
7.低温热液矿床实乃高温幔汁的最远一端而已。成矿作用怎么能归结为简单的温度问题?
8.热液蚀变矿物定名的异常混乱。这化、那化之间到底是什么关系?
9.热液矿床成因分析是当今矿床学中弄得最混乱的一个领地,典型的一头雾水,胡乱解释,极不严格
10.热液成矿的矿身相精细解剖不可能得出完整的成矿规律认识。成矿时的温度、压力、包裹体成分、pH值、含盐度、O、C、S、D同位素分析,稀土分量模式等数据成了公式和八股。他们只是一些成矿条件,有的仅仅是些标志,不能看作成因,成因主要回答矿源、迁移、富集过程和机理。
11.把热液成矿按元素划分是找矿事业的需要,但在理论研究上对了解热液成矿总体规律很有害。西方思维方式是热衷于分类,而且分类太细、太死。我们还需要归类、合并。不可能一个元素矿床一个热液成因。
12.热液成矿中的矿源问题的无端神秘化和胡乱推测。矿源基本上是来自碱交代作用对岩石中分散矿质的交代、带出。热液成矿忽略矿根相的碱交代研究,是一个理论疏漏。
13.热液中的石英、长石被人关注。实际上它是热液成矿、找矿非常值得剖析的信息库。我们称之为“硅谜”。
14.热液研究奇怪的是只注意水(H2O),这是一大偏见。普遍忽视碱(Na、K)。我们称之为“碱盲”(很多深妙的成矿机密恰好蕴于此中)。
15.奇怪的是石油、天然气居然从热液矿床这一大类完全划了出去。说生物成矿,至今疑点重重。现代新进展证明石油、天然气也是热液作用成矿,是幔汁的减压降温相变产物。
16.生物成矿是少数个例。一有有机质就说是生物遗体,这是一种非理性的臆断。新进展表明黑色岩系地层中碳主体是深源无机碳喷流。
17.当前把热液作用成矿只归结于“热水沉积”、“海底地烟囱Sedex”。结论太肤浅。至于水岩(玄武岩)反应和海水下降受热又上升,均是臆想,和实际不符。
18.铀必须呈U6+迁移,只有还原才能成矿的认识是片面的。U4+也可以迁移,不发生还原只要酸化也成矿。
19.砂岩型U矿的氧化还原理论有很大缺陷。沉淀U的不是什么植物残屑、黄铁矿、粘土矿,主要是天然气(H2、CO、CH4)的还原和酸化。石油对地层U起预富集作用。砂岩型U是表生条件下的常温碱交代作用机制。
20.国外没有“碳硅泥岩型铀矿”一说。这是中国人的发现。元古界碳硅泥岩系是巨大的铀库,是澳、加不整合脉型铀矿的理想基底。
21.许多金属矿床由于缺少测龄条件不知何为“矿岩时差”,根据矿床紧靠小岩体就认为是岩浆分异成矿的认识不妥。
22.许多研究者不知道碱交代作用以及成矿的重大价值。
23.国际上也不是不注意流体的重要性,但概念狭窄,只提及地下水、变质水、热液、油气、岩浆。其实这只不过是地壳流体,很浅。更重要的是应特别研究地幔流体,尤其是其中的H2、碱金属Na、K和烃类。
三、变质作用中的理论缺陷(10个问题)
1.变质作用只注意PTt(P压力,T温度,t时间)是有缺陷的,流体参与不能忽视。
2.变质岩的岩性恢复还原法很不完善,只注意单岩性恢复是不够的。没有认识出来古老的变质了的碳硅泥岩系。研究证明碳硅泥岩系乃是晚太古、整个的元古界最重要的沉积岩系,而且是一系列大型Fe、Zn、Cu、U、Au等层控矿床的赋矿围岩。孔达(兹)岩系没有新意,实际上就是变质了的碳硅泥岩系。埃达克岩也只是一个新名词,没有多深含义。
3.层控矿床是个陈旧的老概念,早已过时。
4.“退变质”的概念是一个误判。它就是一般的热液作用叠加,和早期变质作用无关。
5.“灰色片麻岩”的神秘化。实际上就是变质了的碎屑沉积岩系。
6.变质岩只注意变质忽视变形和构造;同样,构造学又只注意形变忽略质变,都是西方割裂型思维。二者同时俱在,不可分开研究。
7.变质岩研究受岩浆万能轮影响至深,把本来是交代岩的全部还原为岩浆岩。变质岩的原岩恢复也很少有热液蚀变岩、构造岩的恢复,很不妥。
8.“正变质”、“副变质”的划分太粗。有西方非此即彼的思维缺陷。(“正”是指原岩为岩浆岩;“副”则指沉积岩系)。这种二分法必然把蚀变岩、构造岩开除在外。
9.变质作用绝非封闭体系,也非等化学相变。把变质岩的变质级别分为麻粒岩相—绿片岩相,是只考虑温压忽略流体作用,不完全符合自然实际。混合岩系又该放在何处?
10.把伟晶岩归于岩浆岩不合适,归于岩浆后气成也有问题。伟晶岩实乃碳硅泥岩系地层在高温热液参与下的变质分相(浅色体)产物。
四,大地构造学中的理论缺陷(17个问题)
1. 板块理论。据本人观点,存在五个缺证、四个矛盾、五个无力、八个疏漏:
(1)五个缺证:
①证明不了俯冲带的存在; ②证明不了地幔对流; ③证明不了存在plume。Hot spots; ④证明不了存在只是物理性质意义上产生岩浆作用的纯热流(实际上是载热、生热的物质流体); ⑤证明不了存在壳幔循环。
(2)四个矛盾:
①大洋底不全是玄武岩,存在大量中酸性岩浆岩; ②洋底中发现大片残留沉没的古陆; ③晚第三纪以后的青藏急速隆升不再是印度扳块的俯冲挤压; ④洋壳俯冲挤压不可能导致弧后拉张。中国大陆东部不是弧后拉张。
(3)五个无力:
①无力回答板块运动驱动因素究竟何在,它只阐明了形态学,运动学问题,没有回答机理学、动因学问题; ②无力回答中生代以前的海洋、大陆演化历史; ③无力解释大陆地质; ④无力回答岩浆作用、热液作用、变质作用及成矿作用的化学; ⑤无力把水圈、气圈、岩石圈相互作用以及无力把气象、海洋地震、火山、厄尔尼诺、森林区域性大火等自然灾害联系为一个整体地球科学。
(4)八个疏漏:
①忽视地幔流体的重大地球动因学功能;②忽视对Mantle Plume的化学组成破解;③忽视上地幔软流层、底辟体及地壳低速带的成因; ④忽视裂谷作用; ⑤忽视垂直运动; ⑥忽视地壳、地幔运动的多幕性、久远性,历史观点薄弱; ⑦忽视陆沉区。环太平洋两岸的构造、岩浆、成矿的对比是一种误导,两边差异很大; ⑧地球动力学只在力、热两个范畴中求解并未能走出理论困境,仅仅考虑这两个因素(当然,它们都很重要,是不可少的重要条件)是不够的。深部流体这一参数的引入,将会使地球动力学方程演算重新起灶。
2. 颤动构造(Meyerhoff)父子理论,是对板块学说一个彻底的批判,有重要历史价值。但它忽视地幔流体的重要性。
3.拆离(伸展)构造,是大陆构造的重要新进展,理论跃进。但缺乏和地球物理密切联系。尤其是忽视地幔流体的参与,忽视拆离和伸展的起源于幔壳的溃变上隆,尚未脱离固体地球观的窠臼。
4. 在大陆构造研究上许多海沟、俯冲的恢复都很牵强,硬套板块思路。尤其是把地球内部流体看作俯冲带下去的海底沉积物水的循环是很成问题的。
5. 在大地构造研究上只考虑力、热是不够的。普遍是忽视幔壳的溃变(由幔汁渗入引起)。最初的板块动力来自何方?一直是谜。至于构造摩擦热也经不起推敲,摩擦热很有限。很多强摩擦的剪切带上并不见岩浆。
现在的大地构造只考虑地壳是太浅了。一定要和上地幔软流体的活动相联系。凡是只注意地壳中的力热影响都难以有重大的理论突破。至于把热归之于地球内部放射性热,也和事实不符。地幔中U、Th、K含量极低,不可能造成熔融。地幔从来没有全部熔融过,这是常识。大地构造研究不可缺少对岩浆活动规律研究这一重要内容,而岩浆活动本身就表明不光是力热的因素,-更重要的是地慢流体参与。
6.大地构造只注意研究岩片、岩块的形变、位移、碰撞、分裂而忽略物质成分研究,不利于深刻规律的发现。运动学不等于动因学。
现在的大地构造研究还远远上升不到地球动力学的认识高度。不是实际资料不够,实际上世界各地地质研究和各种探测结果已经相当丰富。不必等待国外同行,中国人为什么不能提?
7.地幔柱理论是空洞的,只靠用有机树脂做的人工加热实验和自然界相差甚远。地球是硅酸盐固体,有巨大的粘滞性及内摩擦。另外地球内部不存在类似筒状、羽状热柱。半个多世纪了,连是什么化学成分都没有解答。研究证明,这是幔汁喷流。
8.热点说也有类似重要缺陷。事实证明不存在脱离物质的单纯热性。热流的载体究竟是什么?至今未给解释。试问光是热流怎么有时出现岩浆,有时出现热液,有的生成油、气?为什么还有低温岩浆(NaCO3熔浆才550℃)?金伯利岩为什么没有岩浆?金刚石为什么没有被热流烧掉?……全球划分出来60多个热点区完全可以用幔汁喷流区来代替。须知,当初提出Plume、Hotspot的学者缺少地球化学知识,居然把地球只看成是单一物理体。然而,地球是物质的。物性不可能脱离物质。
9. 地幔对流说又是一个理论误区。他们(尤其是西方学者分科太细太偏) 提出这一假说时不知道地球的地质研究成果。例如无论地幔还是地壳都已经分出了3—4层,表明不存在整个的地幔对流,双层对流也缺乏依据。再说,对流的推动因素是什么?如果是热,岂不又限于幔柱、热点的上述理论陷阱之中?地幔对流热物质上升,为什么冷的一半又能下降到深部? 理论的虚构性之强,稍有头脑者不可能信以为真。洋壳重可以俯冲,大陆壳轻,不可能产生俯冲。
10. 大地构造的板块理论把板块越分越小。原来地球只划分了六片,后来划出了几百片。实际和昔日称为“陆块”含义重复。当然,板块一词今后可以沿用,但板块构造理论在大陆上是失效的,登不了陆。2002年美国构造学家发表白皮书正式承认了这一缺点。他们现在提出“流变”是更重要的构造理论。
11.一旦把大地构造基本概念转向“幔壳流变”,就等于宣告统治地球科学几百年的固体地球观的寿命终结。我们十年前即提出了应该代之以“流体地球观”(强调地质运动主要动因源自类似病毒的幔汁溃变效应,而固体则是被动的)。后来我们又提出“气体地球动力学”和“幔汁辐射”为地球动力学的基本内因。
12. 人们往往重视大量因子。其实它们并不重要。真正触发动荡的是小量超临界因子。大量因子是保持平衡的条件。但当环境变化到稳定将要被破坏的临界点时,此时只需要叠加上一个小量因子,即可触发事件的发生。近期我们对地幔流体的研究证明,地球内部最具决定性的促变因子是由地核向外辐射的H、H2流(氢流)。是它造成了地幔流体(幔汁)。幔汁由氢型幔汁向上穿透下中地幔到上地幔后变成富Na、K的碱性幔汁;然后再向上进入地壳后转为氧型幔汁。这类幔汁只要有0.n%(体积)即可使原来为稳定固体的幔壳发生几千万、几亿Km3大规模溃变、肿胀。最近全球的GPS定位测量证明,南半球在膨胀,北半球在收缩。这是用地幔柱、热点、地幔对流三大旧有理论无力解释的。现在发现不仅幔汁是地球膨胀之因,而且还发现上地幔的8个溃变具体标志。前述的“流变”就是其中之一。早在1990年我们即发现地幔的应变速率及有效粘滞度会随幔汁的渗入、断键、弱化、致熔而大大加快和变小。现已被众多新进展所证实。
13. 今后的大地构造研究应向深入研究幔壳溃变软流运动过渡。着重研究遍及全国及全球种种地球物理精密测量的各地区深部存在的种种状态的低速体、软流体。这里才是重要的地球内动因信息库。过去几十年的大地构造只注意地壳运动打下良好基础,下一步最好把注意力集中到上地幔运动。
14.现在人们已经注意到地幔隆起,往往把成岩、成矿和构造活动和此地幔隆起挂钩。
但是要小心,因为:
1)地幔隆起已经不是活着的低速体、软流体,恰恰是已经“死”了的过去任何地质时代的低速体、软流体;
2)地幔隆起已经不再具备地球内动因效应。它早巳冷却、固结,其中的地幔流体早已向上消散。而且时间也难以确定,很可能是海西期、加里东期或更老的。越老联系起来越渺茫。
3)当代地球物理所测得的结果只能适用于分析近期地质活动,顶多上推到晚第三纪。再往早推就会更加多解。因为盆地沉降中心老在游移就是一证。
15.盆地之下的低速软流体总是不断迁移。盆地是许多油、气、煤、铀、多金属等的聚宝盆。至今盆地研究满足于层析地层学。热了一阵子,现在又凉了。当时就认为那种精细工作太繁琐,只能小区域精雕细刻,不可能也没有必要整个盆地实施。另外,盆地的分类只注意大地构造分类,只是把盆地当成破盆,忽略许多物质成分成矿的地球化学。实际上存在“盆地矿套”的新认识。盆地至少有以下属性:①破盆②水盆③气盆④煤盆⑤油盆⑥盐盆⑦碱盆⑧酸盆⑨热盆⑩铀盆⑧沙漠盆。
16.拉张盆地里的所谓岩浆岩,除玄武—安山岩之外所谓的流纹斑岩、粗面岩等侵入岩实际上是地层或玄武岩的切层硅碱交代岩。
17.大地构造的动力只考虑到一个板块冲撞另一个板块,这只是第一步。除运动学、形态学基础研究外,尚需考虑地球的三大动力来源:①重力②自转速度变化③天体引潮力(地球固体潮和幔汁潮)。其中的重力在决定水平运动上的重大作用长期被人忽视,好像重力只影响垂直运动。其实不然,应该看到溃变体上隆必然会产生顶界面的斜坡(只要有1/1000斜度即可)。由于溃变体已经不产生摩擦阻力,斜坡面之上的岩石圈必然产生重力滑动的水平位移,造成裂谷开裂及大陆漂移。如有另一板块挡路,于是发生碰撞。
五、重大自然灾害的成因(10个问题)
1.现在在国际上还没有形成“自然灾害学”的独立学科分支。而在中国已经把自然灾预测及成因合在一起,架起一个自然灾害学的框架。
2.很明显,至今为止国际上是把自然灾害人为割裂成不同学科、不同管理职能部门,例如:
1)地震单独分出,有地震专业、地震研究机构、地震预测预报机构以及专门刊物,好像它是一个独立的地质作用,和其它分支学科无关。
2)海啸、厄尔尼诺、涛动、冷洋、冰封等则归于海洋学科,由海洋部门的海洋专业培养,好像和其它分支学科无关。然而这种孤立考察问题造成许多认识困惑。
3)区域干旱、热灾、森林草原大火、沙漠化、沙尘暴、霾雾、台风拐向,特大暴雨、冷灾、暴雪、气候变暖、温室效应等,统归气象部门,并认为这些灾害只是大气环流异常,只局限于大气圈的研究,和其它分支学科无关。而且不恰当地特别强调和地质作用无关,强调气象学研究的是百年尺度以内的事件,而地质作用动辄以百万年(Ma)为单位,故在上述灾害成因上可以忽略不计。更何况地球是由岩石组成的固体地球,对大气灾害不产生影响。我们的研究证明以上结论都是不恰当的。地球排气对气象灾害有决定性的影响,强大的地球排气可以产生13种灾害效应,不考虑将会遇到很大的理论困惑;另外,前已述及地球排气天天时时在不均匀进行,怎么说是Ma尺度?我们已经有了多年卫星热红外、水气、CO2排放等监测资料及图像作证。
4)近代新进展证明灾害链的存在,一种灾害(例如巨震)往往会引发气象上的大旱、大洪灾害。地质灾害管的是:①滑坡②泥石流③地陷等。地质灾害实际上不只是这几种。整个的大地构造本身就是规模最大的自然灾害。近北极的许多国家天天是冻害、严寒、雪灾、冰灾;非洲大陆年年处于极旱状态。如果漂移到欧洲,也同样是绿草茵茵。我国的西北几十万年之久的旱灾、缺水、荒凉等,这都决定于海陆分布不合理。
3. 上述重大自然灾害的分类和归属是不合理的。我们的研究表明它们是共同的成因只是表现不同而已。这个共同的成因是——地球排气作用。上述各种重大自然灾害具有一个共同的成因而且是地球排气作用这一结论,应当实事求是地讲,是西方地球科学中从来没有过的见解。这是一个既有重大理论意义又有重大预测预防实践意义的结论。下面把我们的新见解简要分别阐述如下。
4. 地震的成因除了传统主流理论所说,外加应力超过岩块强度导致断裂而发生地震以外也有气裂致震成因。我们认为地震是在地应力作用下地球排气中的氢原子(H)氦原子(He)及氢分子这自然界三大破裂能手在地下岩块的闭锁部位通过气裂气胀使岩块断裂造成的。这已经被卫星热红外多年数万张监测图像所证明。
5. 森林草原大火,绝不只是林业部门的事。据我们的研究,乃是地球排气中的可燃气体(H2、CO、CH4系等)沿深断裂上渗入林区腐植层积聚到临燃浓度,(大体5%一6%体积),稍有火星(包括静电火花)即可同时多处起火。森林大火只用天气太热、太旱、雷击、人为火种蔓延等解释是不妥的,都未能接触到问题的实质。
6. 沙漠成因也不应只归诿于远离海洋的大陆气候。这不是主要原因。西伯利亚更深入大陆但森林千里;很多沙漠就在海边,也是矛盾。我们的研究表明,沙漠区均为强烈地球排气区。深部气流温度很高(500~1000℃)载热上来使地下温度升高不保墒,到了大气中又使大气增温使过路云流不能冷凝降雨长期干旱。再加盆地发育第四系黄土,第三系白垩系风化出大量砂岩、页岩,风化出沙子供应无穷。另外旱灾成因也是地球排气强化使大气长期升温不易降雨所致。
7. 区域性大水、洪灾一片汪洋,极为可怕。起因在于特大暴雨,降水量远远大干泄水量成灾。多年来特大暴雨被认为是纯粹气象学问题。但我们的研究发现不是如此。众所周知,至今为止特大暴雨的预测及成因均属世界性难题。其实之所以难,是难在把特大暴雨看成单纯的气象学问题。我们认为主要决定于灾区地球突然排气强度加大,气温升高,大气改为垂直运动,云层立起厚度加大,降水量几倍地增大,故成特大暴雨。后来我们专门去人到长江四个地段现场气体测量,证实长江裂谷是排气谷,沿江H2、CO的确强烈喷气。
8. 台风突拐是造成1975年河南大水的主要原因。突拐的原因,是南洋盆地强烈喷气,气流使大气升温,造成减压区,吸引台风,在驻马店地区与南下冷空气相遇,集中强降大雨,堤坝被冲垮发生大水。三国演义的火烧新野及水淹七军同样是发生在南阳盆地南北。南阳盆地有油气田也证明向上排气。
9. 特别值得指出,凡是油气田都有长年油气泄露。奇特的是油气田开发之后地震就减少,级别降低。世界各大油气田(包括我国)都有此规律。这从另外一方面证实了许多地震是地球排气造成的。
10. 许多海难、空难也是地球突然排气加强造成的恶果,例如百慕大,英国北海巫婆洞,我国的渤海湾。1998年我们即撰文呼吁要注意渤海,没人理解。结果是2002、2003、2004、2005年接二连三在渤海轮船失火沉船事故。如不注意,今后还会发生。
延伸阅读:创世纪——论杜乐天先生的科学贡献
来源:休闲读品杂志公众号
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认识杜乐天先生是因为前年(2013年)编辑石油无机成因论专辑,当时阅读文献时,发现几乎所有持石油无机成因论观点的学者,都引用杜乐天先生的学说作为根据,于是便贸然地联系到了杜先生,对他进行采访。事先,做的准备不够充分,来不及系统地读杜先生的专著和论文,只是读了一些从网上搜到的与石油有关的文章。本想只请他从石油成因方面谈些看法即可,但实际采访中,我们意识到,石油成因问题只是他学说中的一个应用而已,其学说的广度与深度,已经远远超出石油之外,囊括了现代科学最基础、最本质的问题。

◎杜乐天先生在家中接受本刊记者采访,摄于2015年1月23日。
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采访回来后开始系统地阅读杜先生的著作。第一遍阅读后的感受可用两个字形容:惊骇。我吃惊地发现,中国居然有这种学究天人的大科学家!
说到“惊骇”二字,主要是指杜先生提出的《对当代地球科学理论的怀疑与新见(84个问题)》带来的震撼,这些问题中的任何一个问题如果成立,都意味着相关的专业知识基础的变革。84个问题啊!遍及大地构造学、岩石学、矿床学、气象学、灾害学各领域。他凭什么发起如此巨大的挑战?其根据是否成立?挑战后的结果又是什么?
为了搞清楚这些问题,我们只能从头做起,从现存的地质学、岩石学、矿床学的大学教材读起。为了能读懂这些专业书籍,我们招聘了物理、化学、地球物理、地球化学、地质学等五个专业的八名专业人员,均是硕士研究生毕业,有的已具有二十余年的工作经历,共同组成一个学习团队。我们先将现有相关专业知识系统重学了一遍,然后再读杜乐天先生的论文与专著。之后,对杜先生又进行了十多次专访,深入请教疑难问题。回来第二次重读现有的地质学、岩石学、矿床学书籍,并第二次读杜乐天先生的作品,历时整整一年多,方才形成此篇阅读札记。
之所以不避啰嗦地介绍上述过程,是想说明,本文虽由李寻执笔,但并非其个人的一己之见,而是一个专业团队经过一年多的专门研究,共同得出的结论,有基本的专业水准,由李寻这位文科生来执笔,只是想使文风更通俗些。
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我们先简要介绍一下杜乐天先生的学说大意。
介绍杜先生的学说有两种方法,一是正说,一是反说。所谓正说就是正面阐述杜先生本人的学术主张,所谓反说,就是从杜先生所质疑、挑战的现代地球科学知识入手,看一看这些学说都说了什么,杜先生的挑战又是什么,有什么道理。这两种说法都是必要的,只有两种说法都说到了,才能明白杜先生学说之真意。
先正说。
从正说的角度来看,杜先生的学说是非常简单的。他的学说可以用四个字来指称:幔汁辐射。所谓“幔汁”是从地核中产生、以超临界状态一直辐射到大气圈的混合物流体,其主要成份是H(有三个含义:氢元素、卤族元素、热)、A(碱族元素,钠Na、钾K、锂Li、铷Rb、铯Cs)、C(碳)、O(氧)、N(氮)、S(硫)、加到一块为HACONS(可发音为哈肯斯)。幔汁从地核出发时,主要成份是H和C,故称之为氢型幔汁。进入地幔后萃取了地幔的元素(主要是碱族元素),称为碱型幔汁。进入地壳后,与O结合,称为氧型幔汁。幔汁是形成岩浆的原因,是形成矿床的原因。幔汁自地球一形成就有,是各次大地构造运动的主要原因,简言之,就是幔汁造陆、造海、造山、造盆、造岩、造矿。幔汁萃取、携带的固形物逐渐交代,留在各层岩石之中(包括地幔岩和地壳岩),一部分气态物进入大气圈,是地球大气圈保持平衡的重要原因。在地球内部,分别有四个幔汁聚集带,称之为“气圈”,加上大气圈,地球共有五个气圈。地核出来的H和C可能以化合物(即烃类)的方式存在,也可能以单质H的形式存在。在地壳岩石中,H流带来的氢、热与有机质反应,是重要的生油条件,这就是在幔汁作用下的有机生油;幔汁与岩石释放出的CO或CO2发生费托反应,也可形成烃类,即无机生油。这一学说的每一个环节都有大量的实验室证据和地球化学证据,已经不是一个假说,而是有着充分证据的科学理论了。
如果反说,那就复杂了。
幔汁辐射理论看似简单,但却完整地说明了地壳运动的原因及后果(即大地构造的成因)、岩石矿床的成因、重大气候现象的原因等等,而这些内容每项都是一个专门的学科,都有浩如烟海的文献,要想理解幔汁辐射学说对现有地球科学各专业领域的冲击,必经从每个专业的基础知识开始,那耗费了我们一年多的时间才摸出点儿头绪,故本文不能尽述。这里只是举两个简单的例子,从岩石学和矿床学的角度,描述一下幔汁辐射理论的意义。
现有的岩石学知识,将岩石分为岩浆岩(也叫火成岩)、变质岩和沉积岩三大类型。大意是所有的岩石都由岩浆冷凝而来,岩浆冷凝即为岩浆岩(如玄武岩、花岗岩),岩浆岩经空气、水和生物的风化作用破碎,又被风、水搬远,沉积在地势低的地方,经反复沉降压实,即为沉积岩。后来又有炽热的岩浆上涌,与这种岩浆接触的围岩(不论其是岩浆岩还是沉积岩)都会发生热蚀变,即成为变质岩。岩浆是哪里来的呢?现有理论一般解释说是从地幔软流圈直接涌上来的,或者是构造运动如板块俯冲摩擦生热熔化的。这种学说作为一种岩石静态性状的描述是可以成立的,人们现在能直接观察到的地壳岩石确实可以如此划分,但是,如果考虑到成岩之前的岩浆活动,这种类型学划分就大有问题了。首先,现在的地球物理研究发现,岩浆并不与地幔软流圈直接相连,很多火山的岩浆房(即岩浆的最深来源)只在上地壳之内,也就是说与地幔软流圈还隔着厚厚的刚性岩石圈;其次,这种学说不能解释为何会有各种成份的岩浆(如花岗岩浆、玄武岩浆、安山岩浆等),如果它们来自地幔软流圈,成份应该一样才是;第三,它也解释不了岩石变质的问题,单纯的热接触解释不了围岩与侵入岩间那么大规模的物质交换问题。
如果用幔汁辐射理论来解释岩浆的成因,上述问题就可迎刃而解。幔汁是从地核上来的超临界流体,其穿透能力很强,可以携带一定热量穿透地幔岩石圈(而不需要熔融这个岩石圈,只是穿过岩石圈时会损失、消耗些热量,留下某种成份)进入地壳,进入地壳后,随着辐射力道的减弱,便聚集在某一区域。最重要的是它所携带的碱族元素也随之聚集,碱族元素达到一定程度,会降低岩石的熔融点,于是就形成岩浆,岩浆在地下的运动方式是扩展、蠕动而不是一般的流动,因为其粘度很大,在地下高压之下,只能以此种方式在地下扩展,实际上是幔汁聚集,向四面辐射的结果。幔汁劲道足够大时,就冲破地面,形成火山爆发,从火山口里流出的岩浆才是真正的流动,火山伴随着大量的气体喷发,这些气体有一部分是岩浆冷凝释放出来的,更大一部分是幔汁本身带来的。岩浆在地下活动(即侵入)时,幔汁也透过岩浆,辐射入围岩,虽然没有熔融,但也引起围岩的性质变化,这就是变质岩的真正成因。岩浆的成份不同,是因为幔汁在不同的地方萃取上来的物质不同。而且,幔汁辐射作用是持续但不均匀地发生的,有些沉积岩经过幔汁作用后,会以岩浆岩的形式呈现。有些沉积岩是在幔汁辐射造成的热液环境下沉积的,杜先生将这类岩石称为热液沉积岩。
杜先生本人已经意识到了幔汁辐射理论对现有岩石学可能带来的影响,所以,他提出了现有的岩石学分类应该有所调整,比如应增加一个新的类型:热液沉积岩(此前,他还提出过增加“构造岩”即破碎岩这个概念,后来觉得不太妥当,又放弃了这个提法)。我们经过反复的思考,觉得如果将幔汁辐射理论贯彻到底的话,恐怕不是添加上一两种岩石类型所能解决的事情,而是要重新拿出一套全新的、完整的岩石学分类方法才行。沉积岩经过幔汁辐射后成了交代岩,也可以说这是一种变质岩,冷变质。热液环境下形成的沉积岩自然在沉积过程中就有变质作用同时发生,而无论沉积岩还是变质岩都可能再次重熔,成为岩浆岩。这些复杂的情况已经不能用现在这种只从现有岩石直接成因的角度给予分类的方法了。因为幔汁辐射的作用存在于一切成岩过程中,且都是主要的原因。而且,考虑到幔汁辐射是一个从古到今没中断的连续过程,只不过强弱不同,那么,岩石就始终是“浸泡”在幔汁中的,其成份、形态的变化也应是连续的动态过程。现在我们还整理不出一个更恰当的岩石学分类方法,但有一点可以肯定的是,现有的岩石分类学基础彻底动摇了,早晚会产生新的分类方法。这种基础性的动摇,影响十分巨大,它几乎影响到每一种岩石的定性与分类。简言之,现有的岩石学教材要重写。
现有的矿床学知识体系较为杂乱,从分类学角度看,是按不同分类标准构造学科知识体系的,大体上有四类,第一类,矿床形态分类。第二类,成因分类:原生矿床与次生矿床。第三类,考虑到成岩作用的成因分类,岩浆矿床、沉积矿床、变质矿床。第四类,考虑到物质来源、成矿位置、温度、压力、大地构造、矿石建造的成因分类,内生矿床、外生矿床、变质矿床、叠生矿床。常见的一种成矿学说是“热液成矿”,其定义是“含矿热水溶液在一定的物理化学条件下,在各种有利的构造和岩石中,由充填、交代及沉积等成矿方式形成的有用矿物堆积体。含矿热液的来源是多方面的,有来自深部的岩浆热液,有来自地下的地下水热液,有与深层变质作用有关的变质热液,以及不同来源的含矿热液在长距离运移循环过程中经混合而成的混合热液等。”①实际上,传统的热液成矿理论认为成矿热液主要来自火山岩浆分异出的水和地下水。幔汁辐射理论则认为,成矿热液主要是来自地核的幔汁降温相变的产物,其成矿物质来自幔汁辐射时从沿途各层岩石、岩浆中的萃取,在近地表时,温度、动能均下降,矿物析出堆积。这一学说认为大多数矿物(包括金属矿和非金属的石油、天然气矿物)都是由幔汁这种热液形成的,与其处于何种围岩关系不大。按此种学说,各种矿的成因机理都可以沿幔汁作用这条线索,重新作分类学思考,分类学的变化即意味着在成矿原因理解上的变化,勘查学也就顺理成章地随之变化,也就是说,矿床学和矿产勘察学也得重写。
正说简单,反说复杂。反说之复杂是由于现存的地球科学知识本身的杂乱无章造成。现存的地球科学各学科基本上是建立在对存在的表象观察之上的,根据能直接观察的证据进行解释,所谓理论只是现象描述,不是因果分析。现象的复杂性造就了知识的复杂性,观察的现象越多,出现的专业学科也就越多,道理却越讲越混乱,理不出个头绪。基于直接的现象观察,基本上认为地球(主要是能观察到的地壳表面及浅层)是固体性质的,简言之,现有的地球科学是建立在固体地球观上的分散的、毫无内在联系的知识杂拌儿。
幔汁辐射理论认为,超临界流体HACONS(可以近似地理解为气相为主的流体)构成了地球内部的四个圈层,数量巨大,极具活动力,也是岩石性质形态变化的主要动因。由于幔汁的这种作用,使其可以成为构建具有统一的、完整的逻辑解释基础的新地球科学,这就是杜先生所说的流体(气体)地球科学观。这种观念的主要内容就是我们前面说过的“正说杜先生的学说”。正说简单,因为它已经透过现象看本质,不被杂乱的现象所迷惑,紧紧抓住造成现象的内在原因(幔汁)这个本质,故而说理清晰简明。
爱因斯坦说过:“逻辑上简单的东西,当然不一定是物理上真实的东西,但是,物理上真实的东西,一定是逻辑上简单的东西”。幔汁辐射理论庶几近之。
4
幔汁辐射理论正说起来虽然简单,但进入应用领域,也是极其复杂的事情。前面我们已经提及其对岩石学和矿床学的复杂影响,下面再举几例。
一是可用此学说指导寻找金属矿,比如铀矿、铜矿等。杜先生本身是铀矿地质专家,其所在单位核工业地质研究院(前身为核工业部三院)为国家找到了很多铀矿,杜先生的学说最早就起源于对铀矿成因的思考,他的诸多思考在漫长的找矿实践中得到了验证,说明幔汁辐射理论可以指导铀矿勘查。
二是可以用此学说指导寻找石油、天然气,这可是一个大的“越界”应用了。因为,长期以来,人们将油气与金属矿视为成因完全不同的矿床,遵循不同的找矿理论。杜先生认为,石油、天然气和金属矿一样,也是热液成矿,因此,完全可以用幔汁辐射理论来指导勘查。
三是地震、霾、突发性异常暴雨、台风异常转向、莫明原因的森林大火等,也是幔汁辐射的产物,可以考虑用打深钻等工程手段逐一消除。幔汁辐射与霾的成因机制是杜先生近两年研究的重点问题,这方面有较充分的证明,可参考其相关文章,本文就不赘述了。
这里所要强调的是,看似复杂的、互不相干的领域,可以完全统一在幔汁辐射这一理论基础之上;而看似简单的幔汁辐射理论,却有无数种复杂的应用,生动地体现出了自然界“一而多、多而一”的辩证性质。
5
幔汁辐射与地球排气学说有密切的渊源,以至于有时两个概念可以通用。地球排气学说100年多前就出现了,俄罗斯的研究最为深入,西方国家也日趋重视。地球表面的排气如火山排气、温泉排气等是十分明显的现象,但对这些气体的成分与来源各有不同的说法,有些认为是来自浅层的岩浆分异或者水中气体外溢,有些认为是来自地幔及地核深部的深部流体。在成分上,直接观察到的主要是CO2和少量的CH4,深入些研究的学者提出了有C、H、O等。
杜乐天先生的幔汁辐射理论是在地球排气学说上发展出来的,但又不同于地球排气学说,具体说来,他有如下完全原创的独到贡献。
1、在地球深部流体成分上,提出了碱族元素(A)是其重要的组成部分,正是碱族元素的存在,才使得深部流体具有如此强大的造岩、造矿能力。碱族元素的存在是有充分的实验室证据和地球化学证据的,1992~1995年,杜先生主持的国家自然科学基金资助项目“地幔流体与软流层(体)地球化学”做出了大量的地幔岩捕虏体(也叫包体)的电子探针分析,取得了碱交代的充分证据。
2、创造性地提出地球的五个气圈理论,这是进一步解释幔汁作用的基础。
3、以幔汁辐射为统纲(即以流体地球科学观为指导),初步构建了全新的地球科学整体框架,岩石学、矿床学、大地构造学、矿产勘查学、气象学、灾害学等诸学科将在此理论指导下重写。
4、详细阐明幔汁辐射能产生那么复杂、那么众多、那么巨大的作用的原因,即价歧化法则、碱交代地球化学原理、氢地球化学原理、氧不用动原理等(本刊摘发了杜先生部分有代表性的文章,供读者深入阅读,其中氢地球化学原理、氧不用动原理等,是杜先生近一两年新发表的文章,代表着他最新的思索成果),对于幔汁作用原因的深入分析,在世界科学界中是独创的。
5、将科学研究上升到哲学层次,提出了富有中国特色的科学哲学理论—智慧论。
凭上述五点贡献,杜乐天先生已完全可以跻身为当代世界上最伟大的科学家之列。用大庆油田勘探开发研究院原副总地质师郭占谦先生的话来说就是,杜乐天先生是站在世界地球科学最前列的科学家,在这方面,不是中国与世界接轨,而是世界该与中国接轨了。
6
我们这代学者,从读书时起,所读的经典名著全是西方学者的,最著名的是商务印书馆推出的“汉译世界学术名著丛书”,卷轶浩繁,几乎囊括了所有西方哲学、政治学、历史学名著,也有一部分科学名著,如牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》、爱因斯坦的《爱因斯坦文集》等。上世界八十年代中后期,上海译文出版社推出套“二十世纪西方哲学译丛”,推出了大量西方科学哲学的经典著作,如波普尔的《猜想与反驳》、拉卡托斯的《科学研究纲领方法论》、费耶阿本德的《反对方法》等。进入本世纪后,北京大学出版社推出“科学元典丛书”,将哥白尼、伽利略、笛卡尔、牛顿、道尔顿、赖尔等西方科学大师的代表著作汇聚一堂,分集出版。这些书是现代科学知识的基础,但遗憾的是,其中没有一本是中国人的著作,可以说,在现代科学经典著作的殿堂上,中国人的贡献是零。
杜乐天先生的出现,打破了这个空白,他的两本著作,是完全可以进入世界科学名著的行列的。一本书是1996年由科学出版社出版的《烃碱流体地球化学原理—重论热液作用和岩浆作用》,首次系统地阐明其幔汁辐射学说的原理与证据,视野开阔,论证充分,语言风格恣肆汪洋,有“推倒一时之智勇,开拓万古之心胸”的气魄。此书当时只印刷了600册,笔者现在只能从国家图书馆购买复印本阅读。依笔者之见,此书提出了一种全新的地球科学纲领,其水平与地位当与哥白尼之《天体运行论》相当。
另一本书是中国大地出版社2006年出版的《智慧—悟、清、善》,可以视作是科学哲学的专著,而其内容又突破了西方科学哲学的范畴,以更宽泛的“智慧”概念来解释人类的精神文明创造活动。这本书的水平很高,笔者认为不低于波普尔的《猜想与反驳》,与笛卡尔的《谈谈方法》、《探求真理的指导原则》相伯仲。其最大的特点,是以中国人传统的语言和智慧方式,表达了对西方经典科学问题的理解,既有本体论的意义,也有认识论的意义。比如,其中专门以一章介绍“智符”,“智符”其实是杜先生在科学研究中独创的一套“记思表意”的符号系统,研究对象是地球,研究思路是标准的现代科学方法,但符号是其独创。众所周知,西方近代科学革命的一个重要特征是创造出了现代的以字母和数学公式为“记思表意”的符号系统,牛顿在这方面的贡献最大。这种符号系统的影响力和制约力都很大,以致于在某种程度上,学习科学就是学习这些符号系统了。杜先生能另创一套符号系统,显示出他的思考已经直接深入到对象本体(接近康德所说的“物自体”),有自己独创的见解,需要有专门的符号系统加以表达。当然这种符号系统目前可能还只是杜先生自用,如何推广成为通用符号系统尚待时日,但其显示出的科学上“另创新制”趋向是非常明显的,也是极有意义的。这本书的印量也不大,只有2000册。
这两本印量不大的书足以成为经典。印量不大,不是因为其不好,而是太好,太好的东西最初总是曲高和寡,只有经过天长日久的磨砺,其光芒才能显现出来。这两本书的妙处只有亲自阅读才能体会得到,任何介绍、转述都难以传递出其本身具有的神奇和力量。笔者读过多次,每次都被感动,我们的后代终于可以读到中国人写就的经典科学著作了!
7
杜乐天先生不仅是书斋里的学者,而且是具有强烈使命感的实践家。自从提出幔汁辐射理论之后,他就四处游说、宣传,说服有关部门按照这一理论寻找油气和根治霾、地震等重大自然灾害。他和一批科学家判断,渤海湾的庙岛群岛之下,是一个储量高达300亿吨的大油气田,因而提出在那里进行勘探的计划。那一带是中国大陆地壳最薄的地方,浅的地方只有七、八公里,即可抵达莫霍面,在这里开钻,就意味着揭开了人类利用中地壳能源的崭新篇章。经过反复游说,国家发改委接受了杜先生的观点,并于2007年组织中石油、中石化、中海油的地质专家和决策者论证方案,准备实施。但后来因种种并非科学上的原因,此项目至今尚未实施。
在传播新学说的过程中,杜先生历尽艰辛,经历过无数的冷嘲热讽,有些具有一定决策权的学者甚至明着说:不想听。杜先生不以为意,他在一次学术会议发言时讲到:“我们要放下学者的架子,走出书斋,要不惜求爷爷、告奶奶,为宣传真理四方游说”。
写到这里,我们需简单地补充一下杜先生的个人资料,他1932年9月出生,1955年北京地质学院毕业后赴苏联留学,1960年于莫斯科大学地质系地球化学专业研究生毕业。1961年回国进入二机部(核工业部前身)第三研究院(即现在的核工业地质研究院)工作,曾担任院副总、院科技委主任,在铀矿地质方面是公认的权威专家。1987年获国家科学技术进步二等奖,1990年获国家科学技术进步一等奖,1988年获全国首届李四光地质科学奖,2000年获中国地球物理学会首届顾功叙科学奖,1987年当选为中共十三大代表。这是一位功成名就的杰出学者,可是,却甘冒冷嘲热讽,不惜“低三下四”去宣传自己的新学说,显然是置个人之毁誉于度外,只对真理与祖国负责。他多次说过,世界各国第一流的科学研究都是保密的,国际学术期刊发表的东西都是二、三流的成果,我们不能以是否在某国际大牌杂志上发表视作科学研究的水平,而应以其是否探索到了更深刻的真理,是否对祖国的发展做出实际贡献为评价标准。依笔者的观察,杜乐天先生对祖国的热爱与责任感是发自肺腑且深入骨髓的。有个细节颇能说明问题,笔者最近见他(2015年1月23日),谈对他文章的编改问题,他用三天的时间就看完了100多页的文稿,还重编了十多页,详细地选择图片,重加图注,当面又给我们讲解了两个半小时,这些工作量,连我们这些比他年轻的人都觉得吃力(有一次他在邮件中告诉我:“我还在满负荷运转”,从这次的工作我们真是领略到他满负荷的状态了)。临别时我们并排坐在沙发上,我说:“您别太累了,得保重身体,不是为了您个人。”他说:“我知道,为国家。”说这话时,他十分自然,目视着前方,没有丝毫的做作。那一刻,我深切地体味到,献身于祖国已经是他的一种生命本能,在这种强大的本能力量支配下,他已经没有任何个人的名利考虑了。
当然,他绝不是那种不食人间烟火的“尊神”,他对人情世故不仅有深切的理解,而且有足够的包容。我们杂志2013年第四期刊发了他的多篇文章和采访录,依例我们将4000元稿费寄给了他,可他只取了十元钱,其余的又通过邮局退给了我们。“钱有用,”他对我说,“那得看什么条件,对急需它的人来说,是久旱逢甘霖;对于不需要它的人来说,就屋漏偏逢连阴雨了。我已是‘八零后’的人,工资花不完,要再多的钱也没用,而你们办杂志正需要钱,这稿费算我捐给你们的。”我们接受了这沉甸甸的“捐赠”。
据别的知情人士告诉我们,杜先生本来是可以当上院士的,但在上世纪八十年代前期,有一次为了他们研究院争科研项目,他得罪了当时地学界的一位权威学者,此后虽然他们院里两次报他入选科学院院士,都被这位权威阻挡住了。“不当就不当吧,无非就是少开些会,正好多些时间做研究”,谈到此问题时杜先生说。
我不知道年青时的杜先生是怎样的,反正在我们见到他时,他已经做到了:不为名牵、不为利累;举世非之而不加沮、举世誉之而不加劝;摩顶放踵,以利天下。

◎在简朴的书房中,对着阳光读书,这是杜乐天先生工作的常态,看着他的身影,记者不禁想起明代大儒王阳明的一句话:吾心光明!摄于2015年1月23日。
8
我们对杜乐天先生的科学成就给予高度的评价,并隆重地推荐给广大读者,主要是基于以下三点考虑:
1、他对于客观物质世界具有完全独创性的科学思考能力,提出了全新的地球科学理论构架,这在中国科学史上是破天荒的事情,说明中国人已具有和西方那些最伟大的科学家一样的思维能力,他的成就,意味着中国本土科学革命的开始。
2、他的科学理论,有重大的发展空间,不仅对地球科学,对更为基础的物理学、化学(比如结构化学、化学动力学等),都提出了很多有价值的研究新方向。
3、他的科学理论具有重大的社会经济意义,在能源、地质勘探、设备制造、自然灾害预防各领域,即将产生重大的突破。
当然,这种评价并不意味着他的学说全是正确的。和一切伟大的原创学说一样,杜先生的学说也是真理与假说的混合体,他提出了一部分真理,解决了一些问题;但也提出了尚待进一步证实或证伪的假说,制造了更多有待解决的问题。对待他的学说的正确的态度不是顶礼膜拜,而是质疑与挑战,只有这样,才能促使他开启的科学革命走向波澜壮阔。
最后要强调的是,杜乐天先生的科学贡献不只是他个人的贡献,现代科学发展到今天,远不是任何个人手工劳动可以创造奇迹的时代了,必经依靠团队的努力配合。在杜先生的书中,他动情地表达了对全体核工业地质战线工作人员的感谢,公正地指出了一切对他有所启发的国内外先驱学者,并如实地将他每位科研同僚的贡献记录下来。因此,我们可以恰如其分地说,杜乐天先生的贡献就是中国科学界的贡献!地信联盟微信号: DXLM001
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