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一汪深海藉平生Scott-世界著名经济地质学家(四十四) 精选

已有 6372 次阅读 2018-1-28 09:37 |系统分类:科普集锦

海洋,一片光怪陆离的世界,时而宁静时而疯狂,它孕育生命,滋生文明,调节气候,改变环境。有关它的传说与故事千百年来如诞生于海洋泡沫中的雅典娜,激荡着人类灵魂,吸引着人类目光。当海洋由屏障变为通道,船只绕过好望角,驶向印度洋,穿过合恩角,行进太平洋,南美洲、澳大利亚被发现了,大西洋海底也铺上了电缆。第二次世界大战使人们认识到海底并非如足球场那般平坦,而是凹凸不平,景观各异,地质学家齐聚于此,终于联手缔造了地球科学史上迄今最伟大的发现-板块构造理论。上世纪70年代含有金属硫化物的“黑烟囱”的发现揭开了人类探索海洋矿产资源的序幕,并认识到这种“黑烟囱”与陆地上赋存于火山岩中的硫化物似乎有着共同的“家谱”。当陆地上高品位的矿床越来越难以发现,向地球深部进军还停留在口号上时,向海洋进军,开发海洋也并非误国空谈,中国目前也把发展海洋地质,开发海洋资源提上了日程。早在2005年,人类在西南太平洋巴布亚新几内亚附近第一次进行了商业性“黑烟囱”-海底块状硫化物(Seafloor Massive Sulfide,简称SMS)调查,希望能在2020年以前实现开采的夙愿。Steven Scott是这一矿床的发现者与开发的推进者,开采成功与否都会在采矿史上书写靓丽的篇章。

黑烟囱示意图及实例(来自文献5)

热液烟囱会排放出黑、灰、白、黄等不同色调的烟,这些烟实际上是悬浮于海水中的细粒硫化物、硫酸盐、氧化物或硫的混合物。形成黑烟的流体温度最高,大于330℃,主要是硫化物颗粒。形成白烟的流体温度在300-150之间,由硫酸盐矿物组成。灰烟则由硫化物和硫酸盐混合组成,流体温度也介于上述两者之间。黄烟形成温度最低,颗粒主要是硫。颜色变化也反映了流体中氧含量的变化,从硫化物-硫-硫酸盐氧含量依次递增。

Scott,出生于美加边境安大略省的弗朗西斯堡(Fort Francens)小镇,在位于休伦湖(Huron)与伊利湖(Erre)之间的西安大略大学完成了他的地质本科与硕士学位。早在高中期间,受老师的启发与鼓舞,他就明了人世间值得追求的并不只有女孩与运动,充满思想与智慧精血的科学有更持久与迷人之处。在本科阶段,他有幸接触到实验矿物学,参观了安大略北部的Nemegos磁铁矿-磷灰石矿床,见证了震撼人心,完美无瑕的矿物晶体,Scott坚信这些矿物是岩浆成因。在本科论文中,除对这一矿床进行描述外,他尽力熔融两种矿物的混合物,由于当时设备只能达到600℃,最终实验失败了,但他从中收获了未来取得成功的力量与信心。Scott的硕士指导老师是Gordon Suffel,巧合地是,Suffel也是Dick Hutchinson的指导老师,研究安大略省的Siscoe-银矿脉。在这期间,他与他高中时代的小甜心Joan喜结连理,并且有了一个可爱的女儿Susan。看着如花似玉,梨花带雨般的娇妻与摇篮中襁褓里包裹的呀呀呓语的女儿,Scott不忍心远离数周看不到她们莞尔的笑容,听不到她们银铃般的笑声,于是他放弃了成为一名野外地质学家的想法,转而谋求在矿山工作的机会,以便夜夜可以回到如煮沸的咖啡般温暖的家。1963年(也许1964年)那个夏天,他独自一人在野外填图,并把样品从矿山深处背到地面,滚落的碎石几乎吞噬了他年轻的生命,即便如此,他从没有悲观失望,热情也从未被浇灭,相反,研究已经如巫术灌输于他的血液中,进行实验研究的渴望更加强烈。

1964年硕士毕业后,他没有去到矿山,反而立志在科学的道路上奋勇前进,为了能够进行实验研究,他申请了好几所大学,最后这几所大学都同意接收,但只有宾州州立大学愿意提供更丰硕的资金和宽敞舒适的住所。年轻有为,造诣非凡的Hu Barnes成了他的博士指导老师,Barnes教导Scott如何在装备精良的实验室做有意义的实验工作,还为他徐徐灌输如何处置重大问题的哲学思想—“把面包屑留给别人吧!”他的博士论文主要是有关化学计算和锌硫化物的相变问题。在Barnes身上,Scott学到了如何成为一名成功的大学教授,那就是吸引一流的学生,在他们有了自己想法的时候,放马南山,听任自流。在这期间,他们的儿子Donald出生了,受Scott对海洋热爱的影响,Donald长大后成了一名软件工程师,为自主水下和水面机器人运行设计软件。博士毕业后,Scott又接着和Barnes做博士后,过程中,来自日本的Asahiko Sugagi教授参观了Barnes的实验室,Scott负责给他演示实验方法步骤,多年以后,Sugagi邀请Scott去日本学术度假,从而和他的家人在仙台度过了一段异国情调,令人难以忘怀的日子。在人生的道路上,要重视交往你碰到的每一个人,因为你不知道前途何在,人生何处?谁才是你真正的贵人?

全球已证实与未证实热液喷口分布图(来自文献5)

当还在宾州州立大学做博士后时,多伦多大学地质系主任邀请Scott去访问,离开前,系主任给他提供了一份教职,他欣然接受,从此他再也没有离开过多伦多大学。他的成就主要体现在两方面:一是将硫化物、氧化物、硅酸盐的实验成果应用于矿床学,为估计矿床形成和变质时的温度、压力、氧化-还原条件提供了良好的工具。例如闪锌矿地质压力计,用于估计矿床发生变质时的压力和铁陨石的形成压力,甚至被称为“宇宙压力计”。毒砂地质温度计,用于估计矿床形成时的温度。闪锌矿速度计,测量铁在闪锌矿中的扩散速度。使用硫化物、氧化物、硅酸盐组分测量矿床形成环境或随后变质过程中的硫和氧逸度。二是SMS的矿床成因及勘探方法。1982年,Scott成为第一个乘坐人造潜水艇在加利福尼亚湾瓜马斯盆地(Guaymas basin)水下近距离观察“黑烟囱”的经济地质学家。这份经历使他全副身心,满怀兴趣探索了北美洲西海岸附近的太平洋洋隆和西南天平洋复杂的弧/弧后构造环境。Scott共参与了30次海洋科学考察,其中一半以上都是作为首席科学家。对巴布亚新几内亚近东海岸马努斯盆地(Manus basin)的探索是他一生中的高光时刻,他与来自澳大利亚的地质学家Ray Binns共同发现了Solwara 1海底硫化物矿床。Solwara 1赋存于弧后扩张裂谷中的长英质火山岩中,海水深度1450米,矿石量247万吨,铜平均品位7.2%,银31/吨,金6.2/吨,加拿大Nautilus Minerals勘探公司预计2019年用机器人进行水下开采。一旦成功,Scott必欣喜若狂,会更加坚信法国科幻作家儒勒凡尔纳(Jules Verne)在《海底两万里》(Twenty Thousand Leagues Under the Sea)中的预言:“在海底深处有大量的锌、铁、银、金矿床,它们开采起来相当容易。”Scott研究SMS矿床的方方面面,甚至包括碳水化合物的形成以及活动性“黑烟囱”上的动植物生态系统,目的只是想将这些现代“矿床”与如今位于大陆上难以精确定位识别的VMS矿床相比较。为了达到目的,借助加拿大丰业银行的资助,他在多伦多大学建立了海洋地质研究实验室,自任实验室主任,并与法国西布列塔尼大学(Université de Bretagne Occidentale)和法国海洋开发研究院(French Research Institute for Exploitation of the Sea)的研究者愉快合作。法国的浪漫与美景深深吸引着Scott,他和他的家人在法国布列塔尼(Brittany)建立了第二个家,面朝大海,心花怒放,品尝咖啡,思考地质岂非一件很有情趣的事?

SMS开采系统及对环境潜在影响(来自文献5)

SMS勘探方法手段(来自文献5)

ScottJoan都非常喜欢旅行探索世界的奥妙,他们喜欢轻装上阵,精神升腾,寻找自由的感觉。Scott还特别喜欢红酒,尽管他对红酒中的组织胺过敏,但依然乐此不彼。有一次在育空的怀特霍斯镇(Whitehorse),他突然在一家卖酒的小店停下了脚步,在衣兜来掏出长长的纸条,上面琳琅满目写着各种红酒的名字,当他发现有一种酒在这里有出售时,他像老顽童一样乐开了花,马上买了一箱,在野外走在哪里带到哪里,最终带回了多伦多的家,放在了酒窖里。

2006年,在多伦多大学当了37年教书先生后,Scott荣誉退休了。在这段漫长又短暂的日子里,他一共培养了21名硕士研究生,24名博士研究生,14名博士后和8名访问学者。他一共发表了134篇期刊论文,54篇会议论文,7本书的章节以及数不胜数的短期课程、研讨会发言等等。他在Economic Geology编辑了一期海底热液矿化专刊,地球化学论文集(Treatise of Geochemistry)第二版中的矿床地球化学卷(Geochemistry of Mineral Deposits)也有他的辛苦付出。在国际矿床地质学会(Society of Geology Applied to Mineral Deposits,简称SGA)的大力支持下,自2005年起,在中国几乎每年都要举行一届为期5天的“矿床模型与找矿勘探国际研讨会”(Ore deposits models and exploration),2017111317日,在湖南长沙中南大学我导师的母校举行了第十二届,自举办十余年以来,共吸引了3000余名参会者。Scott是讲座专家之一,也是通过这种讲座,Scott为众多中国学者及学生熟悉,他的太太Joan负责后勤及每天2小时的实验室工作,样品的中英文解释也有她的功劳。Scott还是中国地质大学(北京)的荣誉教授,201791720日在中国地质大学(北京)SEG举行了“亚洲矿床:中国以及周边”(Ore Deposits of Asia:China and Beyond)。会议期间,ScottSEG主席Laurence Robb手上接过了沉甸甸的R.A.F.Penrose金奖,从而实现了“大满贯”(1977年获得Lindgren奖,1995年获得银奖),是SEG到目前为止仅有的三个“大满贯选手”之一。

Scott2015年在法国举行的SGA会议上(张辉提供)

水下开采是一项复杂性、系统性的工作,矿床特征、开采方法、环境影响决定了水下开采的成功与否,另外还受离岸距离、海水深度、管辖主权等各种因素的制约。在海底硫化物“黑烟囱”环境中生存着大量奇异的生物,它们能忍受极端恶劣的环境,化能自养菌通过分解有毒的硫化物获得能量实现自养,其他生物形成生物链从而建立起脆弱的生态系统。水下开采必然破坏这一生态系统,引起环境的恶化,进而危及海洋的健康安全。诚然水下开采是一项有前途,光明前景的工作,若如开采成功,必然形成一股潮流,带动世界经济的发展及科技的进步,但在获得利益,饮用美酒的同时,也应该更多关注一下自然环境,生态系统,因为我们自工业革命以来的开发史已使人类吞下了环境破坏的恶果,以史为鉴,方能不断进步,祝愿矿床地质的明天更加辉煌。

参考文献

1.The Society of Economic Geologists Awards for 2016Economic Geology, v. 112,pp. 2075–2083

2.SGA-Newmont Gold Medal2015-Steve D. Scott

3.The past president’s medal for 1988 to Steven D. Scott Canadian Mineralogist   vol.26,  pp. 1063-1064

4.International Marine Minerals Society Moore Medal 2011- Steven D. Scott

5.Elaine Baker and Yannick Beaudoin,Sea-Floor Massive Sulphides:A physical,  biological,environmental, and technical review,Secretariat of the Pacific Community, Vol. 1A,pp.1-52

2018.1.27-28 完稿于深圳七娘山下




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