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独自凭栏-岩石学家科尔任斯基的故事 精选

已有 6391 次阅读 2018-4-14 09:16 |系统分类:人物纪事

        在我眼里化学热力学是一门高深、孤傲与冷酷的学问,它好像无相神功,只有用意念才可模糊理解,我猜想当年最初研究它的人也一定是个不善言行,默默孤行,喜欢在大桥上、枫叶下独自思考的人,吉布斯(Josiah Willard Gibb)无疑就是这样一种人,后来许多研究者抱怨吉布斯是极度沉默的羔羊,以致使得化学热力学如此晦涩难懂。吉布斯相律(Gibbs phrase rule)是化学热力学理论的精髓之一,它讨论了平衡体系内相数(P)、独立组分数(C)和自由度(F)三者之间的关系,即在平衡条件下,组分将最大限度地形成尽可能少的相,一般表达为:F=C+2-P,当F=0时,即为平衡状态。吉布斯相律对研究矿物组合大有裨益。挪威地质学家戈尔德施密特利用吉布斯相律,研究了封闭体系下的变质矿物组合,并由此提出了戈尔德施密特矿物相律。吉布斯相律在封闭体系下应用很长一段时间内已经达成一种共识,但总有不守规矩的人想把它用于开放体系,这个人就是前苏联地质学家科尔任斯基(Dimitriy Sergeyevich Korzhinskiy ),并由此提出了著名的科尔任斯基矿物相律。今天就让我们来领略这位伟大岩石学家的个人风采及人格魅力。

Dimitriy Sergeyevich Korzhinskiy1899-1985

科尔任斯基1899913日出生于具有300多年历史的圣彼得堡,他的父亲是当地植物园著名的植物学家与学者,但不幸于1900年一次科考途中意外殒命,是母亲含辛茹苦把他抚养长大,他的少年光阴是在炮火纷飞的第一次世界大战、十月革命等战火中度过的,伴随着饥饿与混乱。科尔任斯基天资聪颖,敏而好学,19岁他从技校毕业踏入社会那一年,俄国内战爆发了。第二年,科尔任斯基在科拉半岛执行地质调查任务时,不幸被英国军队“俘虏”,被迫加入“白军”,成了一名电话接线员。1920年,他所在的部队反抗成功,他又加入了俄国“红军”,继续在部队从事电话接线员工作。1921年,他以优异的成绩通过了列宁格勒(即圣彼得堡,1924年为纪念列宁而更名为列宁格勒,1991年恢复原名)矿业学院入学考试,自此弃戎从学。在这里,他全神贯注、心无旁骛聆听扎瓦里茨基(A.N.Zavaritskiy)等地质大师们的教诲,第一次接触到了物理化学并痴迷于它在岩石学中的应用,他深深地为地质的内在美所倾倒,终身不愿离去。

1926年,科尔任斯基从列宁格勒矿业学院毕业后,去了中央地质调查局,全副身心投入在哈萨克斯坦和西伯利亚东部地质填图工作,一呆就是10年。他研究了阿尔丹河地块(Aldan Massif)太古代大理岩、含有石英的结晶片岩以及位于贝加尔湖畔(Lake Baikal)的金云母-天蓝石矿床,这段日子是他人生最开心快乐的时光之一,各种新鲜思维,如铁马冰河,踏梦而来。他发现普通矿物和矿石矿物组合都有规律可循,很大程度上服从热力学平衡原理。他像草原上的孤狼如饥似渴寻找潜伏在草丛中的小动物,在纷繁混乱、相互矛盾的文献里“动手动脚找东西”,他渐渐明了组分的活动差异性在矿物共生组合中扮演了重要角色,这就是开放体系的存在。在荒野、荒凉的野外,生活是枯燥、艰辛的,很容易意志消沉,找不准人生方向,但科尔任斯基千锤万凿、百炼成钢,练就了游刃有余处理复杂问题的能力,这些无疑都为他后期从事岩石物理化学理论研究奠定了扎实基础。名人轶事总是为人津津乐道,人们常常谈论的一个故事是,有一次,他们乘船渡过一条河流,结果在湍急的水流中船翻了,科尔任斯基不会游泳,身躯沉入水面,一时不见踪迹,这可急煞了他的同伴。过了一会,大家发现,靠近岸边,一个头露了出来,那正是科尔任斯基,他像一只硕大的澳洲袋鼠在水面上上下下,还好,最后他胜利上岸,否则就悲剧了。

Lake Baikal.jpg

美丽的贝加尔湖风光(来自网络)

1935-1936年,科尔任斯基发表了4篇有份量的与变质作用有关的论文,首次提到吉布斯相律可以应用于开放体系,他的见解大大领先于那个时代。 1937年,他去苏联科学院下属的地质与矿物研究所(现为矿床地质研究所)工作,从此再也没有离开过莫斯科,1938年他获得了博士文凭。在卫国战争(1941-1945)期间,他在乌拉尔地区工作,目的之一是勘探战争不可或缺的矽卡岩型铜矿,由此提出了闻名遐迩的双交代作用,即在矽卡岩形成过程中,中酸性侵入岩和碳酸盐岩之间,通过沿接触带运移的热液,侵入岩中的FeSiAl组分向碳酸盐岩扩散,而碳酸盐岩中的CaMg组分则向侵入岩扩散。透岩浆流体(transmagmatic fluids)也是这一研究过程开放的艳丽花朵,中国地质大学(北京)罗照华教授及其团队对之进行了广泛而深入的研究,有兴趣的读者可以尝试去了解。在莫斯科,这里有着全苏联最优秀的学者,最先进的设备,最前沿的资料,科尔任斯基有机会慢慢梳理他的开放体系有关理论,他常常把自己关在简陋的办公室里,沉浸在自我的岩石世界中,不与人为笑,唯与地相交,他是高傲的孤峰天王,沙漠里的刀客,漫天黄沙中,默默独行。

变质作用涉及通过重结晶作用一套矿物作用交代另一套矿物组合,吉布斯相律被许多专家学者当做研究变质作用的“金规玉律”,不过它的前提条件是封闭体系下。科尔任斯基却认为吉布斯相律可以同时适用于封闭体系与开放体系,开放体系下的平衡取决于外部温度、压力、化学势以及流体组分的活动性(主要是H2OCO2),依靠组分的初始量变化,他将之区分为惰性组分与活动性组分。他在显微镜下观察发现,这些变化了的组分沿颗粒边界形成了连续的脉络,这些脉络就是这些组分通过扩散或渗透作用迁移的路径,由此改变了岩石的化学以及矿物成分。他还注意到完全活动组分存在于变质岩、岩浆岩以及矿床中,在这些岩石中,最大矿物数量(相)不可能多于惰性组分的数量,这就是科尔任斯基矿物相律的实质。他的颇有见地的思想在苏联境内激起了壮阔的波澜,那些地质学家,甚至包括一些物理化学家,群起而攻之。这些批评声音坚称根据定义,吉布斯相律只适用于封闭体系,不能在开放体系中应用,热力学计算只在平衡的最后阶段才有效,而不是科尔任斯基所谓的中间阶段就起效。科尔任斯基就他的“异端学说”一一回答了那些反对者提出的尖锐问题,这些反对者不甘失败,绞尽脑汁,在故纸堆里探寻科尔任斯基理论的破绽,但最终都失败了,即便如此他们依然告诫地质学家们,是否接受这种理论由自己裁决。当我们的内心世界接受一套程序并变成“游戏规则”时,任何不依惯例的思想或做法都是对我们堆起“沙堡”的一种亵渎,进而引发敌对情绪,激烈冲突,那些开明的、绅士般的辩论更多时只是一种幻想。

科尔任斯基是一个独立工作者,孤独的学者,他一生中的近200篇文献都是自我研究的结晶,没有一个合作者,他的见解独到而深刻,他的灵魂超然而淡定,他的人生信条:努力持续工作,创新日日分分秒秒。社会在创造共同价值观的同时,也要包容那些天赋异禀的“怪才”,每个人都有每个人的步伐与步调、节奏与节拍,走在自我共振的道路上,就会有种青山云雾、碧海波涛,滚滚而来的气势。科尔任斯基最难以忍受的就是别人对科学的随意与践踏,那些把科学挂在嘴边的人可能是个伪君子,对待科学要注重良知、心怀善意,科学无终岸,全在行进时。

1985年,科尔任斯基在莫斯科与世长辞。他的理论已经遍及地学各个领域,其强大的生命力依然如春天的花朵傲然开放,但有些见解至今还没有被完全参透、广泛接受。他的谦恭、他的幽默、他的快乐长眠于天地,但他的科学精神如

在黑夜里点一盏希望的灯,

像天边的北斗指引找路的人。

在心里面开一扇接纳的窗,

像母亲的怀抱温暖找路的人。

深圳大鹏半岛大燕顶的灯光(宋建潮摄)


参考文献

1.韩基新、王智民,1992,吉布斯相律是怎样被埋没和发掘的?化学通报第7期,61-62

2. https://www.encyclopedia.com, Korzhinskii, Dimitri Sergeyevich

3.Editted by L.L.Perchuk,1991, Progress in metamorphic and magmatic petrology: a memorial volume in honor of D.S.Korzhinskiy, Cambridge University Press,Ⅺ- ⅩⅤ

4.James B.Thompson,1981, Presentation of the Roebling Medal of the Mineralogical Society of America for 1980 to Dimitrii Sergeevich Korzhinskii, Americam Mineralogist, Volume66, pages 640-641

5. Dmitrii Sergeevich Korzhinskii,1981, Acceptance of the Roebling Medal of the Mineralogical Society of America for 1980, Americam Mineralogist, Volume66, pages 642

6.Nikaolai N.Pertsev, 1999,Memorial of Dimitriy Sergeyevich Korzhinskiy on the centenary of his birth,1899-1985, Americam Mineralogist, Volume 84, page 1212



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