化学邂逅地质，恰如水滴浸润纸背，从此有了地球化学。地球化学发轫于十九世纪前半叶，兴盛于二十世纪后半叶，经过一百余年，无数地球化学学家的努力，如今她已广泛渗透于地学各个领域。生命的起源与演化，大气的对流与循环，矿产的形成与保存，年代的测量与确定，环境的污染与治理……无不用到地球化学。地球化学离不开科技进步，X射线衍射、核磁共振、拉曼与红外光谱、质谱计、离子探针、大型计算机等现代高新技术的应用将地球化学推向更快的速度，更高的灵敏度、准确度与精确度，从而使人类可以更好地了解地球家园，甚至宇宙空间。曾几何时，火成岩与变质岩因为矿物多样、晶体粗大便于研究，理所当然被看做地球化学系统，而沉积岩空产出大量矿产与石油却连个地球化学“候补委员”都谈不上，直到Robert M.Garrels的横空出世。Garrels对沉积岩地球化学之功绩可与Norman L.Bowen对火成岩地球化学之功绩相媲美。Garrels也如他的学生Helgeson一样将触角伸向了更宽广的天空，曲高弥寡、阳春白雪，才竹杖芒鞋、一蓑烟雨看别样风光，有他样人生。

Robert M.Garrels（1916-1988，来自文献3）

Garrels，1916年8月24日出生于密歇根州最大城市底特律（Detroit），是家中第二个孩子。他的父亲Margaret A. Garrels年轻时是一名优秀的运动员，曾经参加过1908年伦敦第四届夏季奥林匹克运动会，获得了110米栏亚军和铅球比赛第三名，同时还是美国国家足球队一员，退役后则成为一名颇有成就的化学家。Garrels继承了他父亲热爱运动的天赋，有一段时间，他是57岁以上成年组跳高与三级跳远世界纪录保持者。6-12岁时，Garrels来到了弗吉尼亚西南部山区，在爬山、游泳、游戏中度过了他快乐的童年。他喜欢玩耍妈妈洗衣服的肥皂水，由于肥皂的碱性作用，他的手指甲不幸脱落，算是科学给了他个小教训。后来Garrels在未出版的自传中概括了激励他走上科学道路的三个要素：第一是他父亲的专业及兴趣，常会接触到各种矿物岩石；第二是弗吉尼亚丰饶的物产。这里有大量盐矿，常会吸引动物的目光，更新世形成的化石在挖掘中也常被发现，环绕城镇的小山上则有许多古生代化石；第三则是一个叫James Moore的中年单身汉，他是一个一流的业余天文学家，使Garrels对宇宙产生了强烈的求知欲。12岁时，Garrels回到密歇根州Grosse Ile镇上中学，他数学、化学成绩突出，喜欢阅读与运动，在钢琴方面也有天赋。他第一次表现出对科学的兴趣来自自制了一台频闪观测器，以测量一家百货公司购物车车轮的转数，从而获得了丰厚的奖品。其实他也注意到车轮的旋转速度并不恒定，小小年纪心中就有了科学的怀疑精神。

1933年，Garrels考入密歇根大学人文科学学院，最初的想法是成为一名像他父亲一样的化学家或小说家。大学二年级由于不喜欢给他上课的化学老师开始厌恶起化学来，同时认识到即兴写作也非他的专长，他转向了地质，尽管当时他对地质了解甚少，但喜爱户外，热爱科学的不忘初心让他做出了影响一生的抉择。

1937年，Garrels毕业后去了西北大学研究生院，因为当时这所学校招聘助理教员，每月薪水50美金，而他所能找到最好的工作薪水也不过75美金。西北大学地质系虽然规模狭小，但是教学科研都出类拔萃，再加上许多优秀、热情的研究生同学，Garrels过得比较舒心惬意。他很快学完了地质课程，并重拾对化学的兴趣。John T.Stark教授知识面宽广，常故意持相反意见与学生就某一问题展开争论，学生都非常喜欢听他的课，Garrels也慢慢学会了这种方法并在实践中加以应用。Arthur L.Howland教授是他的硕士指导老师，当时在加拿大纽芬兰省有一个有关BIF（Banded Iron Formation）沉积型铁矿的项目，1938年Garrels作为助手陪伴开展了野外工作，从此拉开了Garrels与BIF浪漫共舞的序幕。1939年Garrels硕士毕业了。

BIF铁矿，产于澳大利亚西部（来自维基百科）

Charles.H.Behre是他的博士指导老师，给他安排了一个有关密西西比河谷型铅锌矿硫化物成因课题，同时安排了化学系的F.T.Gucker教授指导他实验室工作。Gucker要求非常严格，每周都制定学习内容，并教会了许多他不曾掌握的化学知识，培养了他解决困难问题的自信心。这项研究主要在实验室进行，使用电化学技术分析水溶液中Pb-Cl体系的络合物形成问题。1941年Garrels博士毕业了，获得了西北大学年度最佳论文Sigma Xi奖。在后来GSA的一次会议上，Garrels向与会人员陈述了地下水中金属络离子的运移问题，遗恨地是没有几个人积极响应，因为那时这个问题太前沿了，无人赏识。

博士毕业后，Garrels留在了西北大学当老师。1944年，由于二战，Garrels成为华盛顿美国地质调查局军事地质部门的一员，被派到夏威夷美国陆军工兵部队海岸工程局，为美国军队从日本手中夺取太平洋岛屿控制权做军事地质调查工作。他后来向别人透露，如果不是美国向日本广岛投放了两颗原子弹，他就要秘密被派往日本最大岛屿-本岛开展海岸填图和调查工作，以为美国军队攻占日本本土做先期准备。

1945年二战结束后，Garrels返回了西北大学，先后身为助理教授和副教授，研究矿床，教授普通地质学，1951年出版了《A Textbook of Geology》,由于其内有大量物理、化学内容，销量并不大，但却明示了他看待地球科学的新思维，这种非同一般的思想认识，大大提前他那个时代要求。在这期间，他研究了水饱和岩石中的扩散，流体包裹体以推断Pb-Cl水溶液的温度条件和活度系数，克林顿铁矿（Clinton iron）以及晶体生长。1952年发表了使用pH和Eh对化学沉积岩分类的经典文献，几乎每一个当时研究沉积岩的学者都要阅读这篇文献，一时之间Eh-pH图成为Garrels的代名词。

1952年Garrels离开西北大学去了美国地质调查局地球化学和岩石学分支机构，成为固体小组的一把手，注意力转向二战后兴起的U和V元素的实验和理论地球化学研究，发表了大量与之相关的Eh-pH图。Garrels越来越不喜欢行政领导这个角色，乱事缠身，难以静心，还是搞研究比较惬意。1955年他接受了哈佛大学给他提供的副教授职位，1957年晋升为教授。实践证明这是一个正确的抉择，他的研究及教学蓬勃发展，放眼全美，只有在这里，学生能学到地球化学的实验与理论课程。Garrels的实验室成为“大学生活动中心”，测量Eh-pH，理论计算，让水通过土包，把硫化物放入有电极的溶液……。1960年出版了《Mineral Equilibria at LowTemperature and Pressure》，书中详述了如何通过热力学资料建立的相图解决具体的地质问题，随后又出版了《Solutions, Minerals, and Equilibria》，这两本书被奉为经典，影响深远，SCI的高引用率说明了这点。除此之外，他还研究黄铁矿的氧化，碳酸盐的稳定以及海水中离子的活动性问题。

不知不觉，Garrels成了哈佛大学地质系主任，但实在不喜欢领导管理职务，1965年他二进西北大学。在这里通过和同事交流，他有了海水化学组分受海水与硅酸盐、碳酸盐反应影响的想法，逆风化作用的概念应运而生。即带入海洋的细粒不含阳离子的黏土物质通过吸收阳离子和SiO₂，重新生成硅酸盐，从而导致CO₂又从碳酸根释放出来，此类反应可以解释海水中组分平衡问题。他还研究了地下水的成因，泉水和湖水的化学组分，不可逆化学反应的理论计算。1971年出版了《Evolution of Sedimentary Rock》，书中详细论述了沉积物的风化、溶解、侵蚀、运移、沉积、成岩作用，统统纳入沉积岩化学循环的范畴，这个概念源于赫顿（Hutton），但一个半世纪后才真正开花结果。

1969年，Garrels去了斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography），在这里呆了2年，又去了夏威夷大学，又呆了2年。在这期间，他通过理论计算研究了硅酸盐的热力学性质，出版了经典的随地质时间推进C、S、O的循环文献，1980s大气中O的演化成为热点研究问题。今日，C、S、O的循环与沉积型硫化物（特别是黄铁矿）结合，科学家可以深入洞察自然变化与生命起源。1974年，Garrels三进西北大学，通过P、C、S用计算机模拟地球化学循环问题，预测显生宙岩石中S、C同位素含量密切相关，这在后来得到了证实。

沉积硫化物同全球S、C、O循环的关系（来自文献7）

1979年，他来到了圣彼得堡（St. Petersburg，）南佛罗里达大学，成为一名研究型教授。虽然已是六十花甲之年，但老夫聊发少年狂，思想活跃没有一点儿褪色，研究兴趣依然集中于CO₂、O₂等气体的循环与演化问题。1987年5月，Garrels被诊断出癌症，这种情况下他与人合作出版了有关矿物热力学方面的一本书。他最后一篇文章又回到了他的起点，讨论了前寒武纪BIF铁矿的成矿模式。尽管化疗和放射性疗法使他本来就虚弱的身躯雪上加霜，他依然提笔回复了一些有关BIF铁矿成矿模式的评论，并在GSA会议上发言。1988年3月8日，Garrels闭上了双眼，与世长辞。他再也没有机会研究地球表面的起源与环境变迁了，再也没有机会到百慕大划船游泳，喝上几杯金汤力鸡尾酒（gin and tonic）了。

大西洋百慕大群岛（来自网络）

Garrels一生共经历两次婚姻，在二进西北大学期间，他与结婚29年的第一任妻子Jane离婚，随后在1970年娶了Cynthia A. Hunt，Hunt不仅是他的第二任妻子，还是他灵感的启点，实际上他们一起合作还出版了两本书，婚后他们一直生活幸福，直到去世。Garrels去世时，Hunt正在参加一个学术会议，当消息传来时，许多人眼含泪光，Hunt强忍心痛，告诉大家要保持镇定，认真准备会议发言稿，不要去圣彼得堡，多么伟大的女人！

Garrels是个独树一帜的革命者，他不仅将物理化学带人地球科学，而且使地质学家理解并广泛应用。他使人类思考岩石循环与再循环，并使人们定量化明白地球化学循环的重要性。他告诉我们如何看待海水、湖水、泉水的成分，并用少量资料合理推断重要的结论。他发展推进了前寒武纪BIF铁矿的新思想。他从来不攻击或批评对手，他只是不同意他们的意见。无论对待天资聪颖还是资质愚钝的学生，他都一视同仁，耐心讲解。他幽默、谦逊、乐观、豁达，成为人们学习的榜样。他是地球化学领域的巨人,名望直逼V.M.Goldschmidt，他的陨落使地球科学的天空失去了一颗耀眼的星。

参考文献

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2.AlexanderE.Gates, A to Z of Earth Scientists,91-92

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7.David Rickard,etal.,SedimentarySulfides,Elements ,2017,Vol.13,117-122