一起读汤鸿霄自传 (3)：枝繁叶茂的Werner Stumm学派

导语

    汤鸿霄院士的自传第六章第二节讲述了Werner Stumm生平和水体化学（Aquatic Chemistry）学派的故事。这一章写得相当精彩，甚至可以当成学科的群英谱来读，也是中文资料中对水化学这一学科的历史和传承关系讲的最严谨，最生动的材料之一。2013年，笔者还在念博士的时候，曾在chemistrytree网站和网上的资料中去“研究”过Werner Stumm学派的家谱。这一期“微言大义”专栏全文转载这一章节，并分享自己拜读汤先生自传所做的功课。

快来找找自己的导师（的n次方）~ （截止2020年上图至少已经有15位院士）

四位吉姆，出了三位院士

    Werner Stumm有两个叫Jim的学生，一个Jim Morgan，一个Jim Leckie。他们分别在加州理工和斯坦福大学传承师父的学派，先后当选院士。Jim Morgan在34岁时创办了ES&T（Environmental Science & Technology，美国化学会旗下刊物），Jim Leckie是环境领域较早重视和推动美国大学和与中国全面合作关系的有识之士之一。Jim Morgan有位学生Jim Pankow也是美国工程院院士，在大气化学领域贡献卓著。Jim Leckie有位学生叫Jim Davis，尽管因为学科和单位性质原因未获院士头衔，但也为环境地球化学领域做出过重要贡献。

山顶相见! 学生比老师先当院士？

    学派的第二代弟子中有一位承前启后的传奇学者，Francois Morel。他大学在法国修数学，在加州理工的博士学位是机械工程，博士后时跟随Jim Morgan进入环境工程领域，为化学平衡模型软件的开发做了奠基性的工作。1973年博后出站找教职，当时被普林斯顿拒绝，去了麻省理工环工系，很快就成为一代大师，期间培养的三位顶尖学生，Dave Dzombak, Janet Hering, David Waite，后来都先后当选了美国工程院院士。1994年，曾经拒绝过Morel的普林斯顿将他聘回地学系，功成名就的Morel决定向新的高峰进军，全面投入到地质微生物方向，一度让大家忘记了他环境工程师的出身。他的得意门生Dave Dzombak先于2008年当选美国工程院院士，他自己后一年当选美国科学院院士，师徒攀登了不同的方向最终山顶相见。更厉害的是，他在新的地质微生物学科也开宗立派，学生Dianne Newmann也于2018年当选科学院院士。Morel与中国学者（如施一公院士、朱永官院士）也有很多交往与合作，并培养了杰出的中国学生（如厦门大学史大林教授）。

发表高被引论文 vs 写入教科书成为领域常识

    汤鸿霄先生的自传中提到Stumm一生的论文被引用了3000多次，放在如今的评价体系，可能都算不上“高被引学者”了，但他的论文均为传世经典。同时汤先生也提到“Stumm学派利用在美国定期召开戈登研究会议（Gordon Research Conference），聚集主要学者讨论水环境研究方向趋势，其结果对环境学界具有规划与导向作用。会议发表的论文常编辑为专题文集出版，由于集中了各学者的专长研究写出的综述专论，其作用更高于一般期刊发表的研究论文。”Stumm和Morgan的教材《Aquatic Chemistry》更是影响了几代人，学派的理论很快通过教学实践成为了“常识”，自然早期的论文便不再被后人的论文“引用”。尽管Stumm的影响力主要在环境学界，但也获得过地球化学最高荣誉Goldschmidt奖章。欧洲地球化学协会（EAG）也设立了Werner Stumm奖章表彰低温和表生地球化学家。顺便一提, Werner Stumm在AG上也留下过两篇论文。

留意合影里站最后一排的年轻人

   汤先生写到“1984我在EAWAG时，恰好赶上Stumm教授的60岁生日纪念会。从美国和欧洲其他国家来了许多学者和他的学生，庆祝仪式很盛大。会上，Morgan报告了他的生平成就，报告最后还播放了许多历年的会议群体照片。从最早张Stumm年轻时站在最后一排到后来他的位置逐年前移，直到坐在前排，达到中间位置时已是白发苍苍。最搞笑的是，后来播放了一张爱因斯坦骑自行车的照片，而再下一张竟是同一照片，不过骑车人的头已经换作Stumm的头。这一“换头术”的照片引得全场哄笑不止，好似Stumm在环境学界的地位可与爱因斯坦相媲美。”

中国的传承和贡献

    汤鸿霄先生的自传里对Werner Stumm的生平和水化学学派如数家珍，娓娓道来，提到“国外的学派潜在学术界的凝聚力量确实存在且起到很大的作用”。汤先生等一批中国学者发展了环境水质学，建成了环境水化学（水质学）国家重点实验室，培养了众多学生，一方面传播了Werner Stumm的学术理念，另一方面也为学科贡献了中国智慧，成为国际上“水化学”乃至整个环境科学与工程学科和社群的重要组成部分。

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以下内容为《汤鸿霄自传·环境水质学求索60年》第六章第二节的照片用软件翻录的文字版，经简单校对。仅为方便读者阅读，版权归原作者所有。

Werner Stumm(1924- 1999) 教授是瑞士人，1952年在瑞士苏黎世大学获得化学博士学位，1954-1955年在美国哈佛大学做博士后，研究碳酸钙平衡与沉积化学。1956年进入哈佛大学工程与应用物理研究室工作，研究了铁和锰化学、水处理凝聚和过滤过程、痕量金属的化学形态，并以研究水中铁腐蚀化学而出名。1960-1970年他开始结合地球化学、湖泊学、海洋学等学科，拓展天然水体系的化学形态平衡和动力学，并且扩展到天然水体中环境污染物、营养物，以及各种元素在地球表层的循环、氧化还原、酸碱平衡等反应，同时涉及水污染和控制处理过程等领域。他应用这些化学反应的基本模式来发展对复杂地球化学过程的更深入理解。

Stumm教授跨越科学和工程的学术交界区域，研究涉及基础和应用两方面的相关领域，探求认识和阐明社会活动如何改变地球化学循环。他研究化学反应的分子层次过程，从矿物溶解和成长的速率来考虑自然界中风化的进展，溶质传输和生物矿化，并预告工业应用中的腐蚀种类和程度。他从化学学的还原及氧化溶解机理出发，来探求限定天然水中污染物电子循环和营养质的生物可用性，以及工程中腐蚀现象的控制。他在哈佛大学15年，担任Gordon McKay应用化学讲座教授，指导了众多研究生的博士论文。1970年， 出版专著Aquatic Chemistry，提出区别于Water Chemistry的“水体化学或水质化学”的学科体系，得到广泛认可。

1981、1996年继续扩充、修订出版该书第二版和第三版，代表了他给予水科学前沿观念的总和。该书作为基本教材及参考书风行于环境科学与技术界，被认为是最权威的著作，后来他被称为“Aquatic Chemistry之父”。

1970年后，他回到瑞士，任EAWAG所长，直到1992年退休。在20年的时间，他领导和集合了众多科学家和研究生，使该研究所发展成为世界著名的多学科水环境研究中心之一。其间，他在学术上的突出成就是创建了固体矿物-水溶液界面的表面络合模型及定量计算模式。1975 年，在伯尔尼大学的胶体与界面会议上，Stumm和Schindler的论文提出表面络合模式可以解释金属离子在氧化物表面吸附的作用，此原创性处理方法经受住了时间考验，并铺平了此后吸附研究的道路。这一观念框架以直接方式考虑碳酸盐矿物溶解的加速和抑制，阐明表面形态在氧化还原动力学、氧化催化及表面电荷中的作用，说明质子和阴离子配体对氧化物矿物表面的吸附在矿物溶解速率中起到关键作用。

这一理论和方法把地球化学、水体化学中的界面反应过程和处理方式推进到新的定量描述阶段，并广泛应用于水中痕量元素的调节、矿物溶解速率、氧化还原反应、电子迁移反应的表面催化等各方面研究。他在矿-水界面化学方面前后21年的系统实验工作表明，矿物表面的化学形态对水中痕量元素的调节、矿物溶解速率、氧化还原反应、电子迁移反应的表面催化等都具有巨大作用。

Stumm教授对表面形态研究的核心结论是基于宏观平衡及动力学观测，他所设想的化学化合态现在已经由光度法在一些体系的观测中所证实。虽然他喜欢描述自己是一个“滴定管和玻璃电极” 的化学人，但实际上他总是得到用现代仪器做实验的科学家的承认，他们以傅里叶红外光谱、电子—核双共振、荧光、隧道显微镜等对表面形态的鉴定来证实他的理论。

他努力使其观念在天然水的应用中得到认可。在水体保护方面，这些研究都表明矿物表面的化学形态对各种过程也起着巨大作用。他提出生态系统集成观点，对所有水体类型提出生态系统观点。通盘考虑各门传统化学，以及地球化学、生物和物理过程等的综合集成作用。研究陆地排放、大气沉降（如酸雨和雾霾）等污染物对水体的影响，保护水质体系，防止人类活动对其产生伤害。

他署名发表300多篇重要文章，被引用3000多次，著作和编辑16本书，先后指导43名博士研究生。1991年获选美国工程院院士。共获得5个荣誉博士学位。1986年获授号称环境诺贝尔奖的泰勒环境成就奖，1998年获国际地球化学界公认的最高奖哥德斯密特奖，1999年获斯德哥尔摩水奖等。

1986年Stumm被授予泰勒环境成就奖的评语可以作为对他的最高评价：

Stumm得到此荣誉是作为水体化学多学科领域之父。他的研究深入天然水中化合物的分布和循环。他导向了从给水和废水中去除污染物的基础研究，致力于应用化学和生态概念在水污染控制和生态系统保护领域。

他对于人类认识到湖泊、河流和水库因农业和城市排入过量磷浓度造成富营养化做出显著贡献。Stumm在20年来领先多学科研究化学、物理、生物和社会诸因素对环境的影响。他定期组织会议交换天然水化学过程和平衡的观念，检视人类对全球化学循环的干扰，成功地强化了科学界对长期环境研究的参与，提高了社会广泛对水质问题的认识水平。

Stumm提出单独的环境保护措施，如空气净化和污水处理不能显著抑制环境的破坏。人口密度，生活方式现代化的经济需求越高，人类对地球环境伤害的污染和成胁就越大。下两代的人口增长必须遏止，产品消费必须更好控制，否则，增高的能源消费将逐渐干扰地求的水文地球循环，他呼吁保护生命保障系统。

Stumm教授的系列研究成果和著作在环境化学、地球化学、水处理工程等学科中都发挥着重要作用，而且他的许多学生分布在美国和欧洲各主要大学及研究所，建立起众多的科学研究团队，因而在环境科学技术和水质科学领域形成一个覆盖面很广的学派。下面一些例子可以显示这个学派的活动和影响。

他指导的第一代及第二代博士研究生都成为著名学者、院士、各大名校水环境研究团队的带头人。例如，摩根（Morgan）在加州理工学院，O'Melia在约翰·霍普金斯大学，黄金宝（C. P. Huang）在特拉华大学，Leckie在斯坦福大学，Morel在马萨诸塞理工学院和普林斯顿大学，Hahn在德国卡尔斯鲁厄理工学院等。再加上他所在的瑞士苏黎世高等工业大学和EAWAG，构成广泛的国际学术研究网络，众多学者成为该学派的主体成员。

美国化学会的《环境科学与技术》是环境界首要权威刊物。由Morgan创刊并任主编，O'Melia继任代主编，以后数十年的历任主编、直至现任的Schnoor，莫不来自该学派。该期刊发表的大量文章，在国际环境界具有重要影响。该学派在美国定期召开戈登研究会议，聚集主要学者讨论水环境研究方向趋势，其结果对环境学界具有规划与导向作用。会议发表的论文常编辑为专题文集出版，由于集中了各学者的专长研究写出的综述专论，其作用更高于一般期刊发表的研究论文。由于Stumm教授是该学派的实际掌门人，所以各国大量学者到EAWAG访问、进修，形成共同的观点和研究特色。甚至Morgan、O'Melia等已是著名学者后，每年仍到EAWAG度假，与他讨论有关学术难题和研究方向。

1984我在EAWAG时，恰好赶上Stumm教授的60岁生日纪念会。从美国和欧洲其他国家来了许多学者和他的学生，庆祝仪式很盛大。会上，Morgan报告了他的生平成就，报告最后还播放了许多历年的会议群体照片。从最早张Stumm年轻时站在最后一排到后来他的位置逐年前移，直到坐在前排，达到中间位置时已是白发苍苍。最搞笑的是，后来播放了一张爱因斯坦骑自行车的照片，而再下一张竟是同一照片，不过骑车人的头已经换作Stumm的头。这一“换头术”的照片引得全场哄笑不止，好似Stumm在环境学界的地位可与爱因斯坦相媲美。

一次，我到瑞士伯尔尼大学访问，与Stumm合作研究表面络合化学理论的Scindler教授对我说，Stumm的水体表面化学理念就是在他们实验室工作时最早提出的，似是还感到很荣幸的样子，由此可见Stumm在同行学者心目中的地位。在国外活动中只要遇到同Aquatic Chemistry或EAWAG有渊源的学者，就感到是同行而有共同语言。2006年，我和钱易院士一起访问美国斯坦福大学，见到Stumm的学生、环境系主任Lekie 教授和他的团队，一谈起在EAWAG的往事就都很亲切，似是默契的一家人。由此看来，国外的学派潜在学术界的凝聚力量确实存在且起到很大的作用。

Stumm似是对他的学派影响传播很有兴趣。除了积极要我翻译他的Aquatic Chemistry外，某次谈起说他的学生遍及欧美及日本，在中国也有他一个学生姓王，让我回国后不妨联系一下。他的意思好像要组个分支小组。我自然感觉没有这个水平不能胜任，当时同王子健谈过这件事。回国后曾经打听过这位王先生，但据说他已经不在学术界工作而从事公司商业活动了，只好作罢。清华大学的王志石、北京师范大学的姚重华都是O'Melia的博士研究生，算是Stumm的第二代弟子，应该也属于这个学派。不过，王志石后来转去澳门大学任教。姚重华同我交往较多，我们还共同组成了一个全国性水处理化学会，多年来定期延续活动。但是，我一直没有斗胆贸然向他们提过那件事。不过后来，我同王子健合力建成了环境水化学（水质学）国家重点实验室，对传播他的理念起了一定作用，也算是做了一点贡献。

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