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显微镜下的视野-显微岩石学之父Sorby的故事 精选

已有 2355 次阅读 2018-12-7 14:29 |系统分类:人物纪事

Sorby 1826510日出生于谢菲尔德郊区一个中产阶级家庭,自小生活富裕、衣食无忧,作为家庭唯一的孩子,父母希望他长大后能够继承家业,当一名刀具商人。Sorby的母亲成长于科学氛围浓厚的伦敦,经常向Sorby灌输科学知识,这在Sorby小小的心灵里埋下了科学的种子。他被送入私人学校,接受优等教育,有一次因为表现优异,赢得一本科学读物,里面简要介绍了光学与显微镜知识,无疑再一次点燃了Sorby通向科学的导火索。那时,大学里并不提供科学学位,上大学被认为是浪费时间,所以,15岁那一年,Sorby离开了学校,跟随父母聘请的私人教师在家中继续完成他的学业。这位私人教师既是当地教堂的一名牧师,又是一位化学家、生物学家与结晶学家,他万花筒般的知识让Sorby心神摇曳,灵魂向往,遂决定终身以科学为业。

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Henry Clifton Sorby (来自维基百科)

1847年,他的父亲不幸因病离世,21岁的Sorby继承了大笔财产,这使得他有充足的时间、大量的金钱从事花费颇多,又几无产出的科学。他在家中建起了实验室,深居简出,自娱自乐,儿女情短,科学路长。家业、教堂、绅士在他的心目中都成了懒婆娘的裹脚布,早已被抛到了九霄云外。

19世纪中叶,正是地质流行的时代,地质褪去圣经神圣的外衣,云鬟半亸展现出某种迷人的风采,地质研究中心也由德国的弗莱堡矿业学院转移到了苏格兰的爱丁堡,“水成论”的洪水渐渐退去,“火成论”的烈火熊熊燃起。Sorby深受鼓舞,决定在地质的领域里一展身手,当时大多数业余地质学家都是奔向田野山川,寻找搜集标本化石,这不是Sorby感兴趣的事。有一次,Sorby在回家的路上一霎风雨,只好躲在采石场旁的小房子里等天晴,百无聊赖之际,他注意到流水产生的构造似乎在某些岩石内见到过。他去到小河里,用仪器测量流水的速度与泥沙沉积的速率,并将某些弯曲河流形成的构造勾勒于图上,他成为实践赫顿理论“现代是了解过去的一把钥匙”的第一位地质学家。

Sorby生活的年代,英国人在显微镜制造技术方面已经登峰造极,最大程度接近理论极值,薄片磨制技术也已经出现,但基本用于在显微镜透射光下观察木头、骨头、牙齿等。一个偶然的机会,Sorby乘坐火车从斯卡堡去约克郡,与William Wilkinson在同一车厢不期而遇,交谈中Sorby得知Wilkinson是一名物理学家,对制作薄片很在行,相谈甚欢。当时Sorby正在研究约克郡海岸某一悬崖处的钙质岩石,突发奇想,觉得可以磨制岩石薄片,有助于对岩石成因的理解。后来,Sorby专门去拜访了Wilkinson,学会并掌握了这门技术,将之应用于地质研究中,并取得了奇效。Sorby成为第一个磨制岩石薄片并应用于地质研究的地质学家,因此后人将他称为“显微岩石学之父”。Sorby是一个喜欢开拓而不喜欢深究的人,他的兴趣点很快转向其他方面,因此一时之间,这门新的学科并没有如雨后春笋。1861年,Sorby碰到了一个德国年轻人Ferdinand Zirkel,向他讲述了这门技术的要旨,Zirkel非常感兴趣,潜心研究,于1866年出版了《显微岩石学》,此后经年成为一种经典。

1853年,Sorby对地质界一个悬而未决的问题产生了兴趣,“板劈理”的劈理面与其最初沉积的层理面不一致,一时之间,众说纷纭,机械的、电性的、化学的理由纷至沓来。通过镜下观察,Sorby得出结论:在垂直于最大应力方向上,云母颗粒重定向、再生长,导致了“板劈理”面的形成。某位地学机构领导听说Sorby研究这个问题后认为他纯粹是浪费时间,因为这个问题早已经解决了,Sorby置若罔闻,一笑而过。

1855年,Sorby认识了一个钟表匠,这个钟表匠收集了许多岩石样品,有些样品里发现有小孔洞,孔洞中充填有液体与气体,Sorby将之称为“流体包裹体”。流体包裹体的研究此前已经有些年数,但都不是从地质的角度,Sorby饶有兴趣对花岗岩石英晶体中的流体包裹体进行了分析,推断了它们形成的温度与深度。当加热这些流体包裹体时,气泡会消失,液体会全部充满空洞,这就是流体包裹体最初形成时的温度,也就是今天我们所熟知的均一温度。

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Sorby当年描绘的流体包裹体示意图(来自文献1

1860s,光谱分析开始广泛应用于科学各领域,Sorby认为光谱与显微镜结合,可以在薄片里鉴定色彩鲜艳的矿物,然而,他的兴趣点很快就转移到鉴定血迹上,这显然对警察破案大有裨益。后来他使用这种方法技术分析了树叶、鸟蛋、昆虫、宝石等的色彩色素,他将这些研究成果展现给他的朋友,并炫耀他的显微镜技术,伟大的艺术家“美的使者”John Ruskin就曾写诗赞美了显微镜下色彩斑斓的世界。

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当年Sorby使用的光学显微镜(来自文献1

1861年,他的研究兴趣来到了陨石,由于铁陨石中的矿物基本都是不透明矿物,透射光不起作用,所以必须用到反射光。为了更好地理解陨石结构,他制作了人造钢铁薄片,这对“钢铁之城”谢菲尔德是一个合适的研究课题。他很快就发现这项研究对钢铁冶炼具有重要现实意义,为此前前后后、断断续续花了20多年时间研究钢铁显微结构,因此他也被称为“显微冶金学之父”。他后来自嘲说:“在我生活的那个年代早些时候,如果发生了铁路交通事故,我建议拿一段钢轨磨制一个薄片进行显微镜下观察,别人肯定认为我应该到精神病院接受治疗,然而,现在却成了一种常规模式。”

1872127-1876526日,英国挑战者号考察船进行了环球海洋考察,这是世界上首次环球海洋考察,也是近代海洋科学的开端。Sorby有幸研究了考察船带回来的矿物标本,受此鼓舞,1878年,他买了一艘帆船,雇佣了5名船员,配备了一个实验室,在此后25年的每个夏天,他开始了一段漫长的针对海洋生物学研究的奇幻漂流。他还把在海洋里发现的动植物通过幻灯片的形式活灵活现展现在大家面前,如今这些幻灯片还完好无损地保留于谢尔菲德博物馆里。

Sorby在他的“The Glimpse”号科考船上(来自文献2

男人一旦结婚就永远地迷失了自己,Sorby终身未婚,也很少离开谢菲尔德,偶尔去到伦敦,呼吸一下新鲜科学空气。在谢菲尔德,他也并非离群索居,从20岁起,就是谢尔菲德文学与哲学协会的成员,与别人交流科学、历史、音乐……,以获求不同的思想与知识。他热衷于发展高等教育,以使谢菲尔德从刀具、钢铁中解放出来,而进入简爱(《简爱》在此写成)、科学的生境。1905年,谢菲尔德大学在他的奔波努力下正式建立,他自掏腰包设立了奖学金,以奖励那些在地质方面做出突出贡献的科学家。他做科学从来不为追求荣誉,只为在原创研究中获得最大的快乐,很少有科学家能像他一样在如此广阔范围内获得各种琳琅满目的奖项,但在他的眼里,可能还不如一盘下酒菜。

1902年,因为一次意外事故,他成了“跛豪”,从此只能拘囿室内,专心写作,鸿篇巨著《On the application of quantitative methods to the structure and history of rocks》就是在如此艰难的环境下写就。190839日,Sorby离开了人世,在天堂里看到了妈妈的微笑,听到了牧师的叮咛……

Sorby一生财政自由,灵魂遨游,天资聪颖,乐此不倦,在科学领域中总是充当先锋的角色,一旦解决了某一问题获得了极大的心理满足,就会马不停蹄奔向另一个领域,身后留下一片开阔地等待别人深耕。我们经常嘲笑那只掰棒子的小猴子,其实他先后拥有玉米、桃子与西瓜,看到了活蹦乱跳的小兔子,他开阔了视野,获得了天性快乐,又怎能说一无所获?你我俗人,不懂猴子真性情。那些牵在手里,穿上马甲的小狗,养在鱼缸,红得发紫的金鱼,看似一种尊贵,实则一种麻木。天地苍茫,人生苦短,驾一叶扁舟,行走泥沙河,去自然界获得知识,知识带动思考,思考给人以力量。要深入地球,最清晰的路径是穿过荒野莽林。

参考文献

1.Henry Clifton Sorby:His scientific journey and the making of a great experimentalist,The Silurian,January 2018,Issue4,p.3-8

2.Valerie Clinging, Henry Clifton Sorby:Sheffield’s Greatest Scientist

3.安德烈娅·武尔夫著,边和译,创造自然:亚历山大·冯·洪堡的科学发现之旅,浙江人民出版社,2018.5




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