Гарри Филдинг Рейд: Американский геофизик и его вклад в сейсмологию

Введение

Американский геофизик Гарри Филддинг Рид (18 мая 1859 – 18 июня 1944) – американский геофизик, известный своими вкладами в сейсмологию, в частности, теорией упругого отскока, объясняющей связь между разломами и землетрясениями.

Ранние годы

Гарри Филддинг Рид был четвертым из семи детей Эндрю Рида и Фанни Брук Гватми Рид. Мать Г.Ф. Рида была потомком Бетти Вашингтон Льюис, сестры первого президента США, а его отец – успешным торговцем сахаром. Раннее образование младшего Рида включало как минимум год обучения в Швейцарии; также известно, что он посещал и окончил Пенсильванскую военную академию. В 1877 году Рид поступил в недавно основанный Университет Джона Хопкинса, где в 1880 году получил степень бакалавра в составе второго выпуска. В течение следующего года он поступил в докторскую программу (Ph.D.) при Университете Джона Хопкинса, которая в то время совершала революцию в американской научной и интеллектуальной жизни. Рид учился у физика Генри Роуленда и математика Дж. Дж. Сильвестра, двух из первых профессоров Университета Джона Хопкинса. В феврале 1885 года Рид получил докторскую степень, защитив диссертацию о спектрах платины – задание, типичное для тех, что Роуленд, пионер в области современных спектральных исследований, давал своим студентам. Во время обучения в аспирантуре Рид женился на Эдит Гиттингс (1861–1954). Ее отец, Джеймс Гиттингс, происходил из старинной семьи округа Балтимор, тесно связанной с юридическими и медицинскими кругами Мэриленда. Ее матерью была Мэри Элизабет Макгилл, чей отец был врачом в Хагерстауне, штат Мэриленд. У Рида и его жены было двое детей: Фрэнсис Филддинг Рид, родившийся в 1892 году, и Дорис Филддинг Рид, родившаяся в 1895 году. По линии Гиттингсов дети Рида были дальними кузенами Уоллис Уорфилд (родилась в 1895 году), впоследствии герцогини Виндзорской. По материнской линии Гарри Филддинг Рид был прапраправнуком Джорджа Вашингтона. Помимо этого родственного соединения, Риды были тесно вовлечены в академическую жизнь Балтимора, особенно с представителями «героической» эпохи медицинской школы Университета Джона Хопкинса, такими как сэр Уильям Ослер, и друзьями по аспирантуре, такими как Вудро Вильсон.

Начало карьеры

С осени 1884 года и до начала лета 1886 года Рид посвятил время изучению и путешествиям по Европе. Осенью 1884 года и зимой 1885 года он, возможно, работал в лаборатории Германа фон Гельмгольца в Берлине. Его жена сопровождала его на протяжении всего пребывания, и в большинстве их путешествий к ним присоединялась её мать, Мэри Элизабет Макгилл Гиттингс. Миссис Гиттингс оставила дневник, написанный на четырех небольших бухгалтерских книжках, который сейчас хранится в отделе специальных коллекций библиотеки Университета Джона Хопкинса и содержит ценную информацию об их ранних годах как семьи. Среди её наблюдений было то, что дочь считала немецкий язык языком «чихания и хрипов». Гиттингс находила зимний климат Берлина «туманным и унылым», отмечала, что местные жители всё ещё обедали в середине дня, и видела, что некоторые студенты (даже американские гости) продолжали участвовать в дуэлях. Осенью 1885 года Рид, его жена и тёща поселились в арендованном доме в Кембридже, Великобритания, и оставались там большую часть года. Вскоре Рид познакомился с Дж. Дж. Томсоном, молодым физиком, недавно назначенным профессором Тринити-колледжа и директором Лаборатории Кавендиша. Эта дружба, как профессиональная, так и личная, сохранялась в семьях Рида и Томсона вплоть до настоящего времени (2007 г. н.э.). Дж. Дж. Томсону было 29 лет, а Гарри Филдингу Риду – 26 лет, когда они впервые встретились. И Дж. Дж. Томсон, и его сын Джордж Пейджет (1892–1975) впоследствии получили Нобелевские премии за свои новаторские работы в области субатомной физики. Дж. Дж. по-прежнему занимает уникальное место в истории физики благодаря своим усилиям по созданию Лаборатории Кавендиша, возможно, лучшей школы для подготовки научных физиков. Осенью 1886 года Рид принял предложение о работе в Школе прикладных наук Кейса в Кливленде, штат Огайо. Он преподавал там физику и математику в течение восьми лет, прежде чем был назначен сотрудником (Associate) в Университете Джона Хопкинса, должность, эквивалентная современной должности доцента. По причинам, которые пока не ясны, Рид не приступил к работе сразу, а проработал год в недавно основанном Чикагском университете. Однако к весне 1896 года он и его семья окончательно вернулись в Балтимор и переехали в большой таунхаус на Кафедральной улице, недалеко от площади Маунт-Вернон – тогда центра светской жизни Балтимора и дома его родителей.

From the autumn of 1884 through the early summer of 1886, Reid spent time studying and traveling across Europe. During the fall of ‘84 and winter of ‘85, he may have worked at the laboratory of Hermann von Helmholtz in Berlin. His wife was with him throughout his stay, and they were joined for most of their travels by her mother, Mary Elizabeth MacGill Gittings. Mrs. Gittings left a diary, written on four small account books and now in the special collections department of the Johns Hopkins University library, that gives valuable information about their early years as a family. Among her observations was that her daughter regarded the German language as one of “sneezes and splutters.” Gittings found the wintertime climate of Berlin to be “foggy and dismal,” noted that the locals still ate dinner in mid afternoon, and saw that some students (even visiting Americans) continued to fight duels. During the autumn of 1885, Reid, his wife and mother in law settled into a rented house in Cambridge, UK, and remained there for the better part of a year. Reid was soon introduced to J. J. Thomson, a young physicist who had recently been appointed to a professorship at Trinity College and made director of the Cavendish Laboratory. This friendship, both professional and personal, was to continue within the Reid and Thomson families up to the present time (2007 CE). J. J. Thomson was 29 at the time they first met; Harry Fielding Reid was 26. Letters exchanged among the various family members reflect an intimacy that was born of their very early years together. Both J. J. Thomson and his son George Paget (1892–1975) went on to win Nobel Prizes for their pioneering work in subatomic physics. J. J. still holds a unique place in the history of physics for his work in making the Cavendish Laboratory perhaps the finest ever school for training research physicists. In the fall of 1886 Reid accepted an appointment at the Case School of Applied Science in Cleveland, Ohio. He taught physics and mathematics there for eight years before being appointed an Associate at Johns Hopkins, a rank that was the equivalent of today's Assistant Professor. For reasons not yet clear, Reid did not take the job immediately but worked for one year at the newly founded University of Chicago. By the spring of 1896, however, he and his immediate family were back living in Baltimore for good, and they moved into a large townhouse on Cathedral Street, just a short distance from Mt. Vernon Place then the heart of “Society” Baltimore and the home of his parents.

Глациология

В Кливленде Рид начал изучать гляциологию. Его интерес к ледникам, возможно, возник в детстве во время поездок в Швейцарию, хотя продолжительность и характер этих ранних путешествий в настоящее время неизвестны. Ясно одно: Рид в конечном итоге решил серьезно изучить динамику ледников и в 1890 году организовал летнюю экспедицию в залив Глейшер на юго-востоке Аляски. Его сопровождали несколько молодых людей из Кливленда, большинство из которых были студентами, одним из них был Х. П. Кушинг. Кушинг впоследствии сделал долгую карьеру геолога и был старшим братом известного нейрохирурга Харви Кушинга. Харви Кушинг отправился в Балтимор в 1896 году для обучения в недавно основанной больнице имени Джона Хопкинса, прежде чем возглавить хирургическое отделение в Бригаме в Бостоне. Экспедиция Рида на Аляску привела к его первой профессиональной публикации – развернутой статье в IV томе журнала National Geographic Magazine, который в те годы все еще считался научным изданием. В 1892 году он совершил вторую экспедицию (как и первая, очевидно, финансировавшуюся самостоятельно) с небольшой группой наемных рабочих. Почему никто из студентов и других участников его первой экспедиции не поехал во второй раз, остается неизвестным. Условия на Аляске в ту эпоху можно было назвать суровыми, и полевым ученым не оставалось ничего другого, как жить в хижинах на льду или разбивать лагерь на голых скалах. Военно-морской флот США отправлял судно в этот район раз в неделю в теплые месяцы, но регион залива Глейшер, как и большая часть территории Аляски, оставался дикой местностью, которая до 1890 года была исследована лишь поверхностно. Тем не менее, Рид провел ряд измерений, показавших, как движутся и изменяются ледники, и предложил теорию, объясняющую, каким образом фронт ледника сохраняет свою форму. Позднее Геологическая служба США (USGS) назвала один из этих ледников в его честь.

Сейсмология

После возвращения в Балтимор Рид посвятил следующие 35 лет исследовательской и преподавательской деятельности в Университете Джонса Хопкинса. Геологический факультет был основан несколько лет ранее и в то время возглавлялся Чарльзом Буллоком Кларком. Отношения Рида с другими членами факультета остаются неясными, как и его профессиональная идентичность, которая была достаточно подвижной. Геофизика в то время была новой областью, и Рид впоследствии мог с полным основанием утверждать, что он был первым американским ученым, который занимался ею как специализацией. К 1911 году, после ряда повышений, ему было присвоено звание профессора динамической геологии и географии. В 1902 году Рид начал собирать сейсмологические данные для Геологической службы США (USGS). В то время наука сейсмология была крайне новой, и во всем мире существовало лишь несколько рабочих сейсмографов. Один из них был установлен в геологической лаборатории Джонса Хопкинса, и в 1911 году Рид опубликовал первое всестороннее исследование по этой теме на английском языке. Его интерес к подобным измерительным приборам, возможно, возник еще в начале 1880-х годов, когда он учился у Генри Роуленда, который был пионером в использовании прецизионных инструментов для измерения и оценки природы на атомном уровне. Британский друг и коллега Рида, Дж. Дж. Томсон, использовал схожий интерес к измерениям, чтобы доказать существование электрона как частицы, обладающей массой и зарядом. Землетрясение в Сан-Франциско в 1906 году предоставило Риду возможность вывести свои исследования в области сейсмологии на новый уровень. В то время Эндрю Лоусон возглавлял геологический факультет Калифорнийского университета в Беркли, а Лоусон был одним из первых (1888) докторов философии в области геологии, получивших степень в Джонсе Хопкинсе. Вероятно, благодаря его влиянию Рид был выбран единственным некалифорнийцем для изучения этого мощного землетрясения в составе государственной комиссии. Тщательно изучив, как различные участки суши вдоль побережья Калифорнии и во внутренних районах смещались за предыдущие полвека – здесь его доступ к данным USGS был решающим – Рид смог установить, что землетрясение было вызвано силами, которые он определил как «упругая деформация». Эта деформация медленно, но неравномерно накапливалась в точках вдоль разлома Сан-Андреас, и потребовалось мощное землетрясение, чтобы высвободить напряжение в той точке разлома, где энергия накопилась в наибольшей степени. В предыдущем поколении европейские ученые начали задумываться о связи между разломами и землетрясениями, и наоборот, но именно Гарри Филдинг Рид установил, что существует четкая и динамичная взаимосвязь. Он назвал свою новую теорию «упругим отскоком», и она остается основой современных тектонических исследований даже в XXI веке.

After returning to Baltimore, Reid devoted his next 35 years to a career in research and teaching at Johns Hopkins. The Geology Department had been founded several years before and was then under the chairmanship of Charles Bullock Clark. Reid's relationship with other members of his department is uncertain, and his professional identity was fluid as well. Geophysics was a new field at that time, and Reid could later fairly claim to be the first American scientist to practice it as a specialty. By 1911, and after a series of promotions, he was granted the title Professor of Dynamic Geology and Geography. In 1902, Reid began to collect seismological data for the USGS. At that time the science of seismology was extremely new, and there were only a handful of working seismographs anywhere in the world. One was installed at the Johns Hopkins geology lab, and in 1911 Reid published the first comprehensive treatment on the subject in English. His interest in such measuring devices may have begun in the early 1880s with his study under Henry Rowland, who was a path breaking figure in the use of fine instruments to measure and assess nature at the atomic level. Reid's British friend and colleague, J. J. Thomson, made use of a similar interest in measurement to prove the existence of the electron as a particle with both mass and charge. The 1906 San Francisco earthquake offered Reid the chance to take his interest in seismology to a new level. Andrew Lawson was then chair of the geology department at the University of California at Berkeley, and Lawson had been one of the first (1888) Hopkins Ph. D. s in geology. Perhaps through his influence Reid was chosen the only non Californian to study the great earthquake as part of a state funded commission. Through a close examination of how different points of land along the California coast and nearby inland had moved over the course of the previous half century here his access to USGS data was crucial Reid was able to determine that the earthquake was a result of forces he identified as “elastic strain.” This strain had built up slowly but unequally at points along the San Andreas Fault, and it took a massive temblor to release the strain at that point along the fault where the greatest energy had accumulated. During the previous generation European scientists had begun to wonder if faults were related to earthquakes, and vice versa, but it was Harry Fielding Reid who established that there was a clear and dynamic relationship. He called his new theory "Elastic Rebound," and it remains even into the 21st century at the foundation of modern tectonic studies.

Признание

Репутация Рида окончательно закрепилась за ним как за отцом-основателем геофизики в Западном полушарии. Подобно своему старому другу из Кембриджа Дж. Дж. Томсону, он был признан ученым высочайшего класса. Нобелевской премии по геологии не существовало, но в 1910 году Рид был избран в Американское философское общество, в 1912 году – в Национальную академию наук, а с 1924 по 1926 год занимал пост президента Американского геофизического союза. Он поддерживал переписку с различными европейскими научными обществами, занимавшимися гляциологией и сейсмологией, и в декабре 1926 года он и его жена посетили Японию в качестве приглашенных участников международной конференции по изучению землетрясений.

Личность и стиль исследования

Жизнь Гарри Филдинга Рида охватила период перехода от ранних лет развития современной науки, когда такие успешные люди, как сэр Джозеф Бэнкс и Бенджамин Франклин, работали самостоятельно или финансировали исследования своих друзей, к более поздней эпохе, начиная с последних десятилетий XIX века, когда государственное и институциональное финансирование привело к большей организованности науки, одновременно превратив её в более бюрократизированное предприятие. По-видимому, длительная поездка Рида в Европу с 1884 по 1886 год была профинансирована его отцом, по крайней мере, об этом свидетельствует письмо, которое его жена позже написала (осенью 1886 года) Дж. Дж. Томсону. Среди сохранившихся бумаг Рида в Джонс Хопкинс также есть учетная книга, относящаяся к начальному периоду сбора данных для Геологической службы США (USGS) в 1902–1914 годах. Эта книга, в которой в основном регистрируются небольшие суммы на оплату секретарских услуг и прочие расходы, указывает на то, что Рид рассчитывал на возмещение от USGS. Однако он не получал заработной платы. Это, по-видимому, наглядная иллюстрация изменений, происходивших в научных исследованиях к 1902 году: регулярного дохода не было, но от Рида не требовалось полностью покрывать расходы самостоятельно. Государственная поддержка – которая также имела место в Джонс Хопкинс, поскольку геологический факультет выполнял работы для Департамента автомобильных дорог штата Мэриленд после 1898 года – также подразумевала большую ответственность: отсюда и тщательная запись расходов Ридом. Начиная как минимум с 1896 года, после смерти отца, Рид обладал значительным частным доходом, часть которого он посвятил научным исследованиям. Позже его коллега Эндрю Лоусон вспоминал его как человека «с очаровательным характером», с которым «всегда было приятно встречаться». Лоусон также отметил, что Рид мог казаться «суровым» тем, кто не знал его близко, но это было типично для представителей южной элиты того времени. Он был невысокого роста, но физически сильным, в молодости занимался гимнастикой и на протяжении большей части своей долгой жизни активно занимался альпинизмом. Он не подготовил ни одного доктора наук в области геофизики на геологическом факультете Джонс Хопкинс, но выступал в качестве научного руководителя для студентов других специальностей.

Harry Fielding Reid's life bridged the gap that divided the early years of modern science, when successful men like Sir Joseph Banks and Benjamin Franklin worked on their own or financed the work of their friends, and a later era, from the final decades of the 19th century, when government and institutional financing caused science to become better organized even as it was made into a more bureaucratic enterprise. Reid's long trip to Europe from 1884 to 1886 appears to have been financed by his father, or so it appears from a letter his wife later wrote (in the fall of 1886) to J. J. Thomson. There is also the evidence, among his surviving papers at Johns Hopkins, of an account book from Reid's early years of collecting data for the USGS (1902–14). That account book, which mostly records small amounts for secretarial expenses and the like, implies that Reid was expecting reimbursement from the USGS. He was not, however, earning a salary. Here seems a clear illustration of the turn that scientific inquiry was taking by 1902: there was evidently no regular income involved, yet Reid was not expected to foot the bill entirely on his own. Government subsidy – also taking place at Johns Hopkins as the geology faculty did work for the Maryland State Highway Department after 1898 – also meant greater accountability: hence Reid's careful recording of expenses. Beginning in at least 1896 with the death of his father, Reid had a significant private income, at least some of which he dedicated to scientific research. He was later memorialized by colleague Andrew Lawson as having been “blessed with a charming character,” that it was “always a joy to meet him.” Lawson also remarked that Reid might seem “austere” to those unknown to him, yet that was typical for the Southern elite of his day. He was a small but physically strong man, a gymnast when young and an active mountain climber through much of his long life. He is not known to have produced any Ph. D. geophysicists through the geology department at Johns Hopkins, but he did serve as an advisor to students in other fields.

Наследие

Сын Рида, Фрэнсис Филдлинг, получил степень доктора медицины в Университете Мэриленда в 1930 году, но, по-видимому, не практиковал медицину, за исключением периода службы в армии США. Его дочь Дорис Филдлинг в конечном итоге оставила занятия музыкой и искусством, чтобы работать трейдером облигаций на Уолл-стрит и на рынке государственных облигаций США в Вашингтоне, округ Колумбия. Она была гражданской супругой известного специалиста по классической литературе Эдит Гамильтон, и вместе они воспитали первого внука старшего Рида, Фрэнсиса Дориана Филдлинга. Сестра Гарри Филдинга Рида, Эллен, вышла замуж за знаменитого поэта и проповедника Генри ван Дайка, автора десятков книг, преподавателя английского языка в Принстоне и министра США в Нидерландах во время Первой мировой войны. Его младший брат, Эндрю Мелвилл, некоторое время оставался в семейном товарном бизнесе, а затем основал второй дом и семью на юге Франции. Рид умер 18 июня 1944 года. Он, его брат Эндрю, Эдит Гитингс Рид и её мать похоронены на кладбище Гринмаунт в Балтиморе. Их надгробия окружены могилами различных губернаторов, мэров, генералов Гражданской войны и других представителей исторической балтиморской элиты. Рид по-прежнему признается геологами как один из основоположников их науки. Каждый год Сейсмологическое общество Америки награждает одного ученого за выдающуюся работу в сейсмологии за текущий год: эта награда носит имя медали Гарри Филдинга Рида.