隨想 物理

保羅.約瑟夫.克魯岑Paul Josef Crutzen

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撰文者:Russell R. Dickerson 宋育徴譯
發文日期:2021-08-16
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  • 保羅.約瑟夫.克魯岑(Paul Josef Crutzen),為數十年來極具創造力的全球大氣化學領域領導者。在經歷與帕金森氏症(Parkinson’s disease)的長期纏鬥之後,於2021年1月28日在德國美因茲(Mainz, Germany)去世。從地球表面到中氣層(mesosphere)、自熱帶地區到極地環境,保羅所做出驚人的發現深深地影響了全球和國家的環境政策。但他從未失去對自然世界的純真好奇,並樂於指導年輕的科學家和學生。


    保羅於1933年12月3日在阿姆斯特丹(Amsterdam)出生,父親是荷蘭人,母親是德國人。在第二次世界大戰,荷蘭經歷著冬季大飢荒(Hongerwinter)(註1)時,保羅正在上小學,他回想起那個咕嚕叫的肚子和鄰居們被迫靠著鬱金香的球莖果腹的日子。戰後,他學習工程學,並在橋梁建設方面花了一點時間。1954年,保羅在瑞士度假的期間遇到了在赫爾辛基大學(University of Helsinki),就讀芬蘭歷史與文學的學生Terttu Soininen,她成為了保羅終生的伴侶以及靈感來源。


     
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    1958年,保羅在斯德哥爾摩大學(Stockholm University)擔任電腦程式設計師,在那裡,他綻放了對大氣科學的迷戀。他就讀了氣象學系(department of meteorology),並於1968年在伯特.博林(Bert Bolin)教授的指導下取得博士學位;於1973年,在約翰.霍頓(John Houghton)(註2)教授以及理查.韋恩(Richard Wayne)教授的指導下取科學博士學位(DSc)(註3)。他在兩個學位期間所進行的研究震驚了整個科學界。


    因為有了大氣中的臭氧層阻擋有害的紫外(UV)輻射,以去氧核糖核酸(DNA)為基礎的生命才有可能存在於地球表面。至少在1912年,在由夏爾.法布里(Charles Fabry)和亨利.比松(Henri Buisson)的首次量測時,我們就知道了大氣中臭氧的大致數量和位置,但讓臭氧維持在穩定狀態的化學和物理機制卻一直是個謎。直到1970年,保羅在論文中說明了氮的氧化物—NOx—是破壞臭氧的主要元兇,而人為的汙染物會對生命的巧妙平衡構成嚴重威脅。保羅與弗.舍伍德.羅蘭(F. Sherwood Rowland),以及瑪利歐.莫利納(Mario Molina) 共同獲得1995年諾貝爾化學獎—他們發現了氯化合物(chlorine compounds)在臭氧層破壞中所扮演的角色。諾貝爾獎的獲獎原因中寫道:「這三位科學家拯救了我們,讓大家免於一場由於全球環境問題導致的毀滅性結果。」


    結束了他在斯德哥爾摩大學的生活,保羅在牛津大學(University of Oxford)擔任博士後研究員,然後再到科羅拉多州(Colorado)的國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)工作。1977年,當我在那裡遇見他時,他是那裡的大氣化學部主任。他總是抽空幫助身為研究生的我們,將我們的研究引領到正確的方向並提供深刻的見解。他告訴我們,即使是在極其複雜的系統中,通常也會有關鍵的控制程序—而我們的工作就是要去找到它們。


    保羅熱愛運動。我們在國家大氣研究中心,參加了名為NOxSOx的壘球隊。在一次比賽結束後的晚上,保羅正被載著回去工作—他是個太認真的理論學者,以至於他不能專心開車—他突然喊道:「就是這樣!就是這樣!」農夫為了要清除冬小麥的殘梗而點燃了一場田間大火。保羅意識到這便是在他的全球模型中所缺少的一氧化碳來源。熱帶雨林中的生物質燃燒確實是一氧化碳及其他汙染物的主要來源—正如他在數值模擬中所預期的一樣—而現在被認為是對全球的生態系統和氣候的嚴重威脅。


    臭氧被稱為大氣化學之教父。在1960年代,在大城市之外的對流層(troposphere)中,臭氧被視為是從平流層(stratosphere)降下的基本惰性氣體,並四處飄蕩,直到接觸到地球表面而被破壞。保羅和他的同事證明,光化學(photochemistry)不僅是臭氧的消失機制,也是在對流層中,臭氧的主要來源—且會隨著人為汙染物所佔的全球比例而有不利的變化。


    1980年,保羅搬到在德國美茵茲的馬克斯.普朗克化學研究所(Max Planck Institute for Chemistry),並在那裡擔任大氣化學部的主任,直到他於2000年退休。他提出一項早期預警—關於核戰對全球氣候所造成的影響—激發了「核冬天(nuclear winter)(註4)」的研究工作,並推廣了人類世(Anthropocene)一詞來描述當前被人類主宰的地質時代。他建議學習地質工程來避免一場氣候災難,但假如人們無法擺脫對化石燃料的依賴,那麼這就只能作為一項絕望的最後預防手段。他曾在芝加哥大學(University of Chicago)及斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)擔任兼任教授。在國家科學基金會科學與技術中心(NSF Science and Technology Center)的幫助下,保羅共同領導了印度海洋實驗(the Indian Ocean Experiment, INDOEX),展示了雲、化學和氣候之間的交互作用,並引起了國際上對亞洲褐雲(Asian brown cloud)(註5)的關注。


    平易近人、善於交際、謙虛的保羅曾經說過:「人們很容易便能在你們美國人的心中留下深刻的印象。有人會說五種語言,你們就會覺得他是個天才。」除了他的母語—荷蘭語—外,保羅還能自在地以英語、法語、德語,以及瑞典語溝通。但他卻被芬蘭語打敗了。保羅在一場與Terttu打賭他能熟練掌握芬蘭語的賭局中輸了,因此不得不放棄了他心愛的辛辣食物。儘管他取得了無數的成就,但保羅卻從不把自己看得太重要。他表現出善良、謙遜和幽默的態度,因為他知道,即使一個人已經為研究添加了許多的拼圖,也永遠完成不了整幅作品。


    譯者註釋
    冬季大飢荒(Hongerwinter):自1944到1945年冬天的德國佔領荷蘭區飢荒。在二次大戰期間,德國占領軍控制並切斷了荷蘭與外界的糧食與燃料運輸,以懲罰荷蘭鐵路工人與盟軍的合作,迫使荷蘭全民在饑寒交迫中艱難地挨過了這個冬天。
    約翰.霍頓(John Houghton),請參見物理雙月刊的介紹,大氣物理學家—約翰∙狄奧多∙霍頓 。
    科學博士(Doctor of Science, DSc):為一種高等博士學位,以表彰其學術領域傑出貢獻。保羅.約瑟夫.克魯岑於1969至1971年間為牛津大學聖十字學院(St. Cross College)訪問學者,並且於1973年獲得牛津大學科學博士學位。
    Reference: https://www.ox.ac.uk/students/academic/higher-doctorates
    核冬天假說(nuclear winter):一個關於全球氣候變遷的理論,預測了大規模核戰可能導致的氣候災變。
    亞洲褐雲(Asian brown cloud):由空氣中的汙染微粒所形成的空氣污染層,因經常看到這些褐色汙染雲覆蓋在南亞和東南亞上空而稱之。

    作者:Russell R. Dickerson,馬里蘭大學帕克分校(University of Maryland College Park)
    譯者:宋育徵


    本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, November 2021 雜誌內 (Physics Today 74, 6, 63 (2021); https://doi.org/10.1063/PT.3.4777)。原文作者:Russell R. Dickerson。中文編譯:宋育徴,國立中央大學物理系助理。


    Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Russell R. Dickerson, and is published on (Physics Today 74, 6, 63 (2021); https://doi.org/10.1063/PT.3.4777). The article in Mandarin is translated and edited by Y.C.Sung , working at the Department of Physics, National Central University.

     
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