克莱尔·彼得森查看源代码讨论查看历史
克莱尔·彼得森(Clair Patterson),地球化学家。1953年利用同位素法最早测定了地球的年龄约为45.5亿年。并由于他对来自海洋、大气中铅污染的研究,从而使美国政府建立对汽车工业污染控制的标准。克莱尔·彼得森也为此荣获环境科学世界最高奖泰勒奖(Tyler Prize)。
基本内容
克莱尔.彼得森(Clair Patterson),地球化学家。1953年利用同位素法最早测定了地球的年龄约为45.5亿年。并由于他对来自海洋、大气中铅污染的研究,从而使美国政府建立对汽车工业污染控制的标准。克莱尔.彼得森也为此荣获环境科学世界最高奖泰勒奖(Tyler Prize)。 说起这段历史,本身也极具传奇色彩。
在克莱尔.彼得森所处的那个时代,地质学并不是什么热门学科了。对于测定岩石年代的问题,世界上几乎所有人都不报希望,这项探索甚至处于停滞状态。而在此首先做出突破性贡献的是英国教授阿瑟.霍姆斯。
阿瑟.霍姆斯在研究工作中使用的方法,其实在理论上并不复杂,就是利用了我们熟知的元素的半衰期来对岩石的年代进行测定。他去测定了铀衰变为铅的比率以此测定岩石的年代,从而他希望能测定地球的年龄。但是,当时霍姆斯有许多困难需要面对,不仅仅是技术方面的难题需要克服,甚至是生活上的困难也经常困扰着他——资金严重短缺,有时候甚至为了养家糊口不得不完全停止学术工作。但是就是在这种艰苦的条件下,他还是在1946年就较有把握的宣布了地球至少已经存在30亿年,而且很可能还要长。这是一项相当了不起的成就。不幸的是,他又一次遇到了巨大的障碍:他的科学界同行们非常保守,对他的成就拒不承认。尽管许多人尽管乐意赞赏他的方法,却认为他得出的不是地球的年龄,而只是组成地球的材料的年龄。
而就在这个时候,芝加哥大学的哈里森.布朗发明了一种统计火成岩(即通过加热形成的岩石,而不是通过沉积形成的岩石)里铅同位素测定的新方法。他把它交给了年轻的克莱尔.彼得森,作为他的毕业论文项目。他向彼得森保证,以他的新方法来测定地球的年龄会"易如反掌"。实际上,这项工作花了几年时间。
有此后的7年时间,先是在芝加哥大学,后在加州理工学院(1952年迁往那里),他在无菌实验室里埋头苦干,仔细选择古老岩石的样品,精密测定里面铅/铀的比例。
测定地球年龄的问题在于,你需要有极其古老的岩石,内有含铅和铀的晶体,其古老程度几乎与这颗行星一样,而真正古老的岩石在地球上是很难找得着的——由于板块构造。因此彼得森只能在材料非常有限的情况下把这一切搞清楚。最后,他突然聪明地想到,他可以利用地球之外的岩石,从而绕开缺少岩石的问题。他把注意力转向陨石。
他提出了一个很有远见的假设,结果证明是非常正确的,即许多陨石实际上是太阳系早期留下来的建筑材料,因此多少保留着原始的内部化学结构。测定了这些陨石的年代,你也就(接近于)测定了地球的年龄。
然而,通常来说,总是说来容易做来难。陨石的数量不多,陨石样品也不是很容易能采集到手。而且,布朗的测量方法过分注重细节,需要做很多改进。最大的问题是,彼得森的样品只要接触空气,就莫名其妙地不断地受到大气里铅的严重污染。正是由于这个原因,他最后建立了一个消过毒的实验室——世界上第一个无菌实验室。
彼得森就这样干了7年,才收集到可用于最后测试的样品。1953年春,他把样品送到伊利诺伊州的阿冈尼国家实验室。他及时获得了一台新型的质谱仪,可以用来发现和测定秘藏在古晶体里的微量铀和铅。彼得森终于得出了结果。他激动万分,据说他直接驱车去艾奥瓦州他度过少年时代的家中,让他的母亲把他送进医院,因为他认为自己在发心脏病。
此后不久,在威斯康星州的一次会议上,彼得森宣布地球的确切年龄为45.5亿年(误差在7000万年之内)。经过几百年的努力,地球终于有了个年龄。
虽然地球年龄终于有了定论,但是彼得森的贡献并没有就此结束。由于在研究过程中,样品受污染的事件,彼得森把注意力转向大气里铅含量的问题。他吃惊地发现,有关铅对人体的影响,人们仅有的一点儿认识几乎无一例外是错误的,或者是令人产生误解的——这也不足为怪,因为40年来对铅影响的每项研究,全是由铅添加剂的制造商们提供资金的。
彼得森很快确认,大气里有过大量的铅(实际上现在仍有大量的铅,因为铅从来没有消失)其中大约90%来自汽车的废气管。 而汽油中添加铅得由一个叫米奇利的工程师说起。
1921年,他在通用汽车研究公司工作期间,对一种名叫四乙铅的化合物作了研究,发现它能大大降低发动机爆震。所以,在1923年,美国三家最大的公司——通用汽车公司、杜邦公司和新泽西美孚石油公司——成立了一家合资企业,名叫四乙铅汽油公司(后来又简称为四乙公司),世界愿买多少四乙铅,它就生产多少四乙铅。结果证明,世界的需要量很大。他们之所以把公司称做"四乙公司",是因为“四乙”听上去比较悦耳,不像“铅”那样含有毒物的意味。
其实开工不久,第一线的工人几乎马上出现走路不稳、官能混乱等症状,这是中毒不久后的症状。四乙公司也几乎马上执行一条行若无事、坚决否认的方针,而且在几十年里行之有效。他们的发言人甚至会厚颜无耻地告诉记者:“这些人之所以精神失常,很可能是因为工作太辛苦。”在生产含铅汽油的初期,至少有15名工人死亡,数不清的人得病,常常是大病。确切的数字无法得知,因为公司几乎总是能掩盖过去,从不透露令人难堪的泄漏、溢出和中毒等消息。然而,有的时候,压制消息已经不可能,尤其值得注意的是在1924年,在几天时间里,光在一个通风不良的场所就有5名生产工人死亡,35名工人终身残疾。
随着有关新产品很危险的谣言四起,为了打消人们的担心,四乙铅汽油的发明者托马斯.米奇利居然决定当着记者的面作一次现场表演。他一面大谈公司如何确保安全,一面往自己的手上泼含铅汽油,还把一烧杯这类汽油放在鼻子跟前达60秒之久,还不停地声称他每天可以这么干而不受任何伤害。其实,米奇利心里对铅中毒的危险很清楚:他几个月之前还因接触太多而害了一场大病,事实上他除了在记者面前以外决不接近那玩意儿,只要可能的话。(恐怕我们还想向不到,他是另一样对地球产生巨大破坏物质——氟氯烃的发明者。)
但即便是如此,彼得森还是需要证据。他需要一种方法,把现在大气里铅的浓度,与1923年四乙铅开始商业生产之前的浓度进行比较。他想到,冰核可能会提供这个答案。
在格陵兰岛这样的地方,每年的积雪层次很分明(因为季节温差使得冬季到夏季的颜色稍有不同)。只要往前数一数这些层次,测量一下每一层里铅的含量,你就可以计算出几百甚至几千年里任何时候全球大气里铅的浓度。这个见解成为冰核研究的基础,许多现代气候学的研究工作都是建立在这个基础上的。
彼得森发现,1923年之前,大气里几乎没有铅,自那以后,铅的浓度不断地攀升。此后,把铅撵出汽油成了他一生的追求。为此,他经常批评铅工业及其利益集团,而且往往言辞很激烈。
这是一场残酷的斗争。四乙公司是全球一家势力很大的公司,上头有很多朋友。彼得森突然发现研究资金要么被收回,要么很难获得。美国石油研究所取消了与他签订的一项合同,美国公共卫生署也是,后者还算是个中立的政府机关呢。 彼得森成了一个对本单位越来越不利的人。铅工业界官员不断向加州理工学院董事会成员施加压力,要么让他闭嘴,要么让他滚蛋。杰米.林肯.基特曼在2000年的《国家》杂志中写道,据说,四乙公司愿意向加州理工大学无偿提供一名教授讲席的费用,“如果能让彼得森卷铺盖走人的话”。而更荒唐的是,一个美国研究委员小组被指派来调查大气中铅毒的危险程度,他竟然被排除在外,尽管他这时候毫无疑问已经是美国大气铅问题的主要专家。
不过幸好,彼得森从来没有动摇过。由于他的努力,美国最后提出了《1970年洁净空气法》,并于1986年停止销售一切含铅汽油。美国人血液里的铅浓度几乎马上下降了80%。但是,由于铅是一种难以消除的物质,今天每个活着的美国人血液里的铅浓度,仍要比一个世纪以前的人高出大约625倍。大气里铅的含量还在以大约每年10万吨的速度继续增加,而且完全是以合法的方式,主要来自采矿、冶炼和工业活动。美国还禁止在家用油漆中添加铅,正如麦格雷恩所说,“比大多数欧洲国家晚了44年”。考虑到铅的惊人毒性,美国直到1993年才在食品罐头上停止使用焊铅,这是不可思议的。
克莱尔.彼得森于1995年去世。令人不解的是,尽管他在半个世纪的时间里坚持不懈,大公无私,取得越来越大的成就,他也没有获得多少名气,甚至没有受到多大重视。我们有理由认为,他是20世纪最有影响的地质学家。然而,谁听说过克莱尔.彼得森来着?大多数地质学教科书没有提到他的名字。最近出版的两本有关测定地球年龄的历史的畅销书,竟然还把他的名字拼错了。2001年初,有人在《自然》杂志里就其中的一本书写了一篇书评,结果又犯了一个错误,令人吃惊地认为彼得森是个女人……
无论如何,多亏克莱尔.彼得森的工作,到1953年,地球终于有了个人人都能接受的年龄。现在惟一的问题是,它比它周围的世界还要古老。
而更重要的是,我们从中看到了不只是勤勤恳恳工作的科学工作者,还是对人类无私的作出重大供献的人。或许,他们的处境或许并不是很好,但是就是因为有他们的存在,这个世界才会显得更加美好。希望大家能记住那些对这个世界有贡献的人们,也希望大家能像他们一样对这个社会做出一些力所能及的贡献。[1]