礦物穩(wěn)定同位素分餾系數(shù)的確定是公認的世界性難題，鄭永飛早在南京大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間就潛心于此，直到在德國哥廷根大學(xué)留學(xué)期間取得突破。早期，人們用統(tǒng)計力學(xué)方法計算氣體分子的同位素分餾系數(shù)，但它對于固體礦物不適用。以后人們通過實驗測定或自然觀察進行校準(zhǔn)，而由于受條件限制只能得到零散的結(jié)果。上世紀(jì)80年代初，有人提出了一種增量方法，即用礦物結(jié)晶化學(xué)原理計算硅酸礦物之間氧同位素分餾系數(shù)，但其結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)和自然觀察相比，仍然存在較大的偏差，更不能應(yīng)用于同位素地質(zhì)測溫。
鄭永飛迎難而上，獨辟蹊徑，他從理論和實踐兩個方面同時推進自己的研究，將礦物結(jié)晶化學(xué)理論與量子化學(xué)原理相結(jié)合，科學(xué)地修正了前人的增量方法，在理論上完善了礦物晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分與氧同位素配分之間的函數(shù)關(guān)系，對地質(zhì)上若干重要固體礦物的氧同位素分餾系數(shù)進行了理論計算，先后在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了3篇論文，后來成為地球化學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典論文。在德國圖賓根大學(xué)做博士后研究期間，他選擇同位素分餾系數(shù)的實驗測定作為主攻方向，繼續(xù)深化這個研究領(lǐng)域。
1993年秋，鄭永飛回到中國科大工作。安家、建實驗室、組建團隊、買設(shè)備、申請經(jīng)費……一切白手起家。盡管條件比較簡陋，但憑借科學(xué)家的直覺和對學(xué)術(shù)研究前沿的敏銳把握，在中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委和學(xué)校等多方資助和支持下，鄭永飛拓展了自己在國外的高水平工作，自己動手和指導(dǎo)研究生繼續(xù)修正增量方法，對地質(zhì)上有用的其他礦物進行了氧同位素分餾系數(shù)的理論計算，對礦物和巖石的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)效應(yīng)進行了定量評價，取得了與實驗測定和自然觀察相一致的結(jié)果。與此同時，他指導(dǎo)研究生進行低溫化學(xué)合成，從實驗角度測定一些難于在高溫條件下測定的礦物分餾系數(shù)。
十年磨一劍，厚積薄發(fā)。基于該項研究，鄭永飛研究團隊共發(fā)表了28篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文，已經(jīng)被國際同行廣泛引用（SCI檢索他引計837次）。1997年，美國出版的《地球化學(xué)原理》教科書中，就有7頁篇幅專門用來詳細介紹增量方法的基本原理、計算公式和方程以及主要結(jié)果圖表。世界上幾個著名出版社出版的《礦床地球化學(xué)》和《穩(wěn)定同位素地球化學(xué)》等教科書或系列專著也對該方法進行了簡介。
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