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雪隐鹭鸶飞始见Helgeson-世界著名经济地质学家(四十一) 精选

已有 7805 次阅读 2017-10-16 09:48 |系统分类:科普集锦

生命是一种过程体验,每个人都期待有别样人生,单一色笔绘不出七色彩虹,曲笔勾勒才有繁复景象。人都是有故事的人,失败者的故事有时比成功者的故事更动听,只是成功者的故事更让人着迷,每个人秉性不同,所以故事也就不同。吃饭的目的是填饱肚皮,有的人瞬间片刻,有的人却能将午饭吃到傍晚,晚饭吃到深夜,有酒的古龙就是这样的人。电影导演一生只拍摄一种影片是否有些单调,地质队员一生只从事一个工种是否有些乏味,所以人这一生,你可以娶一个老婆,嫁一个男人,工作最好多从事几种。和地质同行聊天时,不约而同都谈到野外的艰辛与艰险,我个人也曾差点在天山断去一腿,如果真是那样,哪有我今天在这里激扬文字。Harold C.Helgeson的名字你是否得知?他找过矿,当过兵,成为大学教授,研究生命起源,把这看似风牛马不相及的经历全部纳入自己的生命历程。他不是如前所述纯粹的经济地质学家,他走的路比大多数经济地质学家所走的路都要远深。他的生命恢弘有张力,多姿有活力,来吧,听我一叙。

Harold C.Helgeson(1931-2007,来自文献2)

Helgeson19311113日出生于美国明尼苏达州明尼阿波里斯市(Minneapolis),但在圣保罗市圣安东尼公园(St. Anthony Park)郊区长大并上学。高中毕业后进入了密歇根州立大学(Michigan State University),学习化学工程专业,但对机械制图和有机化学实在提不起兴趣。一个朋友说:“你为什么不学地质专业呢?那样就可以经常到户外,从事某些冒险活动,而不必天天待在办公室里无聊发呆。”这听起来很有道理啊!于是Helgeson回到学校就改了专业。1953Helgeson毕业了,他心中有着绚丽幻想:去到野外,当一名探宝奇兵,寻找黄金与钻石,顺便周游全世界!

Helgeson去了多伦多海湾街(Bay Street,著名金融街),一家名为Technical Mine Consultants的铀矿勘探公司招收了他,这个公司前不久发现了著名的布兰德河(Blind River)铀矿。招聘他的人说;“你被我们录用了,我们决定把你派到布兰德河铀矿。”“不,我不想去那儿,太近了,我想去更遥远的地方。”“铀城(Uranium City)怎么样?”Helgeson看了下地图,“就是它了!”铀城位于加拿大西北地区(Northwest Territories)萨斯喀彻温省(Saskatchewan)阿萨巴斯卡湖(Lake Athabasca)北岸。主要任务是照看钻机、地质填图。条件异常艰苦,加拿大黑蚋遍布沼泽,咬上就是一个大疙瘩。冬天气温更是降到了骇人听闻的零下80℃,你只能穿着厚厚的棉衣像树懒一样缓慢移动,否则冷空气极速通过食道会冻伤你的肺。1953年圣诞前夕,Helgeson与工人在森林里砍树,一个工人不小心砍掉了自己的大拇指,当时周围漆黑一片,没有一丝阳光透入,幸亏随身携带有手电筒,很快发现了断掉的大拇指,Helgeson把大拇指插进一个小树桩,并用胶带缠好固定,通过无线电呼叫了一架雪上飞机,急急送往铀城医院,谢天谢地,手指最终得以保全。Helgeson又被派往另一工作区,负责钻探编录,天异常寒冷,收音机也坏了,食物也不多了,就像鲁滨逊在孤岛上天天盼望船只,他时刻盼望有一架飞机把他带走。春天万物复苏,冰雪融化,他像北极熊一样在那里已经熬了四个月,一架飞机缓缓降落湖面,机上人员带来了一封信,是美国总统签发的一封入伍信件,很快,他动身前往圣安东尼奥(San Antonio),成了美国空军的一名中尉。这是怎么回事?原来当时朝鲜战争爆发,在读大学时,Hegleson就成了预备役的一员,签了六年合同,随时准备部队召唤,但没有想到直到此时方有结果。

Helgeson在去铀城的路上(来自文献1

当兵的去处有很多,首选佛罗里达成为一名空中管制员,二选丹佛成为一名情报人员,南达科特拉皮特城那样的地方很少有人愿意去。Hegleson去了丹佛洛瑞空军基地,在那里接受了八个月的军训,爬山穿越旧矿区,学习情报技术。毕业后Helgeson被派往德国,成为莱茵河畔威斯巴登(Wiesbaden)郊区第497侦察技术中队(the 497th Recon TechSquadron)的一员,任务是监控东欧绝密机场。傍晚或周末来临时,无所事事,趁机逛遍了欧洲,瞎球传的过程中,认识了来自加利福尼亚当老师的姑娘Velda。退出现役后去做什么呢?这是他俩经常讨论的问题,Hegleson本想去当战斗机飞行员,偏巧那时一个战友因为飞机操作失误机毁人亡,这使得Helgeson不得不重新规划人生,军队生活并非他真正喜欢的生活,还是去当一名地质勘探队员吧,这是他一直以来的梦想!他给素未谋面的美国地质学会的秘书写了封信,表达了他即将退伍愿意到南非谋一份寻找钻石工作的想法。事也凑巧,这位秘书认识哥伦比亚大学的Paul KerrPaul Kerr的朋友Arnold Waters正是南非英美集团(Anglo American Corporation)的总工程师,Helgeson被雇用了。在西南非洲奥兰治河(Orange River)附近的钻石矿里当一名采矿和勘探地质学家,薪水是每月225美元,每年有55天假期。HelgesonVelda在瑞士巴塞尔举行了婚礼,几天后从英国南安普顿乘船驶往南非好望角。这是他们的蜜月,这是生命的新里程,舟车劳顿,费尽周折,最终安全顺利到达了De Beers(属于英美集团)所在地奥兰治蒙德(Oranjemund)小镇,城里住着来自欧洲的白种人与当地的班图族人。在刚到达的三个月里,公司主要让Helgeson学习Land Rovers汽车的拆装以及在河沟里寻找钻石。

还有一项重要任务是学习当地的Afrikaans语,因为要和当地矿工打交道,就必须学会这门语言。几个月后,Helgeson负责某河沟的钻石勘探任务,每一块钻石都要亲自称重,因此每一块钻石都从他指尖划过,那种感觉既迷人又兴奋。随后,Helgeson参加了由地质学家Brian Thornley所领导的去鱼河峡谷(Fish River Canyon)寻找钻石的远征队,远征队里还有20个奥万博人(Ovambo,非洲黑人一种)以及两辆汽车和若干毛驴。穿过时断时续的河流,忍受漫天飞舞的黄沙,热浪侵袭,步履蹒跚,几个回合下来,驮东西的毛驴再也不走了,驱赶,鞭打都无济于事。Helgeson想出了一个办法,在毛驴屁股后放了一枪,毛驴乖乖地听话上路了,有枪就是好使,毛驴都听话。这次远征耗时两三个月,搞得人灰头土脸,筋疲力尽,Helgeson已经好久没有看到老婆了。2001年在天山巩乃斯时,我们也是一两个月没有下山,下山后一位同事给他结婚不久的妻子打了100块钱的电话费。还好,在Helgeson的儿子降临到这个世界前,他回到了老婆身边,见证了女人痛苦的分娩,深刻感觉愧对家人。于是他做出了改变,去了离家较近的兰德金矿,成了一名地下采矿工程师。围岩断续坠落,瓦斯不定爆炸,潮湿高温难耐,火灾涌水时现,痢疾疟疾蔓延,种族冲突不断。生活充满荆棘,几乎令人绝望,去读研究生吧,这是Helgeson当时想到的钻出矿井,开始新生活的唯一办法。

Helgeson向哈佛、斯坦福、伯克利大学递交了申请,并获得了前两者的同意,他最终决定到斯坦福一试身手。1958年夏天,他与老婆孩子从南非德班港出发,途径香港、新加坡、日本等地,1953年3月穿越金门大桥,到达了斯坦福大学。Helgeson很快认识到,由于这几年一直从事采矿和勘探,许多地质知识忘光了,毕业后他就没有在显微镜下看过一次光薄片。一个残酷的现实摆在了面前,老婆没有工作,孩子只有两岁,积攒的那点钱很快花光了,生活的困顿,思想的冲击让他心神恍惚,举步维艰。他给曾经工作过的Technical Mine Consultants公司的老板Frank Joubin写信,Joubin慷慨解囊,捐助了1500美元,他不想在斯坦福读书了,他要去哈佛。一年后,再次面临无米下锅的窘境,再加上老婆流产,使他萌生了去意。他把这个想法告诉了Hugh Mckinstry教授,Mckinstry从口袋里掏出了支票簿,“你需要多少钱?”“我需要500美元。”Mckinstry立即给他开了一张1000美元的发票,“到时还我。”在哈佛大学的学习是富于挑战,激励人心并快乐欢愉的。

Mckinstry后来被诊断为癌症并在不久后离开了人世,Helgeson转而求助Bob Garrels

“你想做点儿什么?”

“我想做一些与地球化学有关的工作。”

“你以前做过分析测试吗?”

“没有,我根本就不喜欢分析测试,那不解决什么问题,我想知道矿床到底是怎样形成的,热液系统是怎样运行的。”

“那你学习物理化学吧。”

“我不想学习物理化学,那些人总是谈论电冰箱和卡诺循环(Carnot cycles)等问题,我对热力泵不感兴趣。”

“你不学习物理化学,那你就不能上我的课。”

“我不上你的课,我可以旁听你的课吗?”

Garrels最后同意了他的请求。

在课堂上,Garrels讲课的内容涉及到了物理化学,Helgeson举手提问。

“那究竟是什么意思?”

“你看,如果你学物理化学,你就会明白。……哎,你是如此顽固不化,这样吧,每周六早晨我来教你物理化学。”

“太棒了!”

Garrels就这样教了Helgeson一年的物理化学,每有困惑,Garrels总是耐心讲解,很快他们成为了好朋友。

困扰Helgeson的经济问题又来了,几年学习下来已是债台高筑,研究生一毕业,他就迫不及待想要离开哈佛。开始美国地质调查局给他提供了一份工作,但薪水太低。休斯顿壳牌石油公司(Shell Oil Company)则给了他一份丰厚的薪水,他接受了,成了该公司的一名化学家,一半的时间在南加利福尼亚萨尔顿海地热井工作,一呆就是3年。一天,Helgeson接到Garrels打来的电话,说他已经离开了哈佛大学,想去西北大学(Northwestern University)工作,问他愿否同行,可以给他提供一个助理教授职位。能够再次和Garrels合作对Helgeson而言是无法抵挡的诱惑,欣然同意。在西北大学,Garrels开创性地研究了质量运移(mass transfer),他注意到活性图表(activity diagrams)上相边界处(phase boundary)的化学反应很不稳定,他使用传统的滑尺进行测量计算,其实那时计算机已经开始应用。Helgeson的毕业论文某种程度上是哈佛大学地质系第一篇用到计算机的论文(当时哈佛大学并没有计算机,用的是麻省理工学院的),现在正好可以派上用场。他继续使用计算机,期望能定量化理解热液成矿系统,为此设计状态方程,计算含水溶液和矿物的热力学参数,目的是使吉布斯函数(Gibbs function,热力学中描述等温等压过程的一个重要参量,常用G表示)最小化。当时的化学还在使用直线图等过时的概念方法,没有多少可以采用的实验资料以及状态方程,一切几乎从零开始。1970年应Chuck Meyer邀请,Helgeson去了伯克利分校,Garrels在此之前也离开西北大学去了掀起板块构造研究热潮的斯科利普斯(Scripps)研究所。

Helgeson(正中)1974年在法国南锡(来自文献1

Helgeson把注意力也逐渐转移到了质量运移方面,开始一点也不明白,一步步摸索,慢慢有所顿悟,逐渐清楚了用矩阵叠加(matrix overlays)可以表达质量守恒局部状态平衡活度系数固溶体等不同状态方程,从而将这一复杂问题简化为一个程序问题,最终目的是理解并使用高温溶液化学有效解释交代作用矿床沉淀等地球化学过程的因果关系。

Helgeson在课堂上(来自网络)

当考虑生命产生时地球当时所处的环境,地质与生命起源算是扯上了关系。风化侵蚀作用下,岩石分解为不同物质,流体与气体携带运移这些物质,黏土矿物卷入生命的起源已成共识,生物化学分子的热力学行为涉身其中则刚是开端,这种革命性的思想来自Helgeson与他的学生。深部油田卤水和洋中脊热液喷口周围存在活体微生物的事实表明微生物学家在现在标准条件下进行的试验并不完全具有代表性,毕竟35-40亿年前的地表环境与现在大相径庭。Helgeson与他的学生进行高温状态下生物分子的热力学研究,他去意大利西西里的乌尔卡诺岛(island of Vulcano)收集高温微生物样品并观察它们的生存环境,确定稳定细胞的生物分子性质及酶的形成条件及在其中扮演的角色。Helgeson开始对蛋白质化学感兴趣,并着手研究DNARNA的热力学行为,这种新方法的本质是探究有机生物分子的物理化学性质。在地质框架内应用微生物学与物理化学不是衍生了一个现有科学分支,而是开创了一个科学崭新领域。许多研究者看到Helgeson的文章望而却步,那些真正花力气读懂的人觉得它清晰明了,Helgeson也总是笑着说,他所做的工作是为后代人准备的蛋糕。

纵观Helgeson的一生,他是理论地球化学的奠基者与开拓者,一丝不苟的研究者,严格要求的教师和狂热的水手与滑雪者。他从一个在非洲勘探黄金与钻石的野外地质学家转变为模拟矿床与石油生成的理论地球化学研究者,他发展起来的描述水岩反应的地球化学理论直到今天还被人们广泛应用,他是时代的巨人,即使未来一百年也不会泯然众生。他是一个美食专家,喜欢听Jimmy Buffett的乡村音乐,喜欢看巨人队的棒球比赛。在午饭上,他兴高采烈地为别人讲述科学及社会上的趣闻轶事,一个下午过去了,他的午饭还没有结束。“生活的目的就是吃午饭”,他第二个妻子France Damon如是说。

2007528日在像我的父亲一样和肝癌简短斗争后Helgeson告别尘世,就在去世前不久,他还在病榻上修改着一篇有关石油生成新理论的论文。根据Helgeson的生物分子地球化学理论认识,未来我们在地壳深部,甚至地幔中会发现越来越多的微生物群体,它们在生命演化物质转换中发挥着超乎想象的重要作用。天上人间我们已经深有感触,冥王地府我们还不曾真实体验,探索未知的东西永远是科学家永恒的追求,希冀越来越多的年轻学子踏上这条不归路。

参考文献

1.Mitch Schulte, AConversation with Harold Helgeson, The Geochemical News,No 102,January2000,10-16

2.Dimitri ASverjensky, Obituary: Harold C.Helgeson, Elements, August 2007,275

3.AlexanderE.Gates, A to Z of Earth Scientists,113-114




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