人物介紹
克萊爾.彼得森(Clair Patterson),地球化學家。1953年利用同位素法最早測定了地球的年齡約為45.5億年。並由於他對來自海洋、大氣中鉛污染的研究,從而使美國政府建立對汽車工業污染控制的標準。克萊爾.彼得森也為此榮獲環境科學世界最高獎泰勒獎(Tyler Prize)。
說起這段歷史,本身也極具傳奇色彩。
在克萊爾.彼得森所處的那個時代,地質學並不是什麼熱門學科了。對於測定岩石年代的問題,世界上幾乎所有人都不報希望,這項探索甚至處於停滯狀態。而在此首先做出突破性貢獻的是英國教授阿瑟.霍姆斯。
阿瑟.霍姆斯在研究工作中使用的方法,其實在理論上並不複雜,就是利用了我們熟知的元素的半衰期來對岩石的年代進行測定。他去測定了鈾衰變為鉛的比率以此測定岩石的年代,從而他希望能測定地球的年齡。
但是,當時霍姆斯有許多困難需要面對,不僅僅是技術方面的難題需要克服,甚至是生活上的困難也經常困擾著他——資金嚴重短缺,有時候甚至為了養家餬口不得不完全停止學術工作。但是就是在這種艱苦的條件下,他還是在1946年就較有把握的宣布了地球至少已經存在30億年,而且很可能還要長。這是一項相當了不起的成就。不幸的是,他又一次遇到了巨大的障礙:他的科學界同行們非常保守,對他的成就拒不承認。儘管許多人儘管樂意讚賞他的方法,卻認為他得出的不是地球的年齡,而只是組成地球的材料的年齡。
而就在這個時候,芝加哥大學的哈里森.布朗發明了一種統計火成岩(即通過加熱形成的岩石,而不是通過沉積形成的岩石)里鉛同位素測定的新方法。他把它交給了年輕的克萊爾.彼得森,作為他的畢業論文項目。他向彼得森保證,以他的新方法來測定地球的年齡會"易如反掌"。實際上,這項工作花了幾年時間。
有此後的7年時間,先是在芝加哥大學,後在加州理工學院(1952年遷往那裡),他在無菌實驗室里埋頭苦幹,仔細選擇古老岩石的樣品,精密測定裡面鉛/鈾的比例。
測定地球年齡的問題在於,你需要有極其古老的岩石,內有含鉛和鈾的晶體,其古老程度幾乎與這顆行星一樣,而真正古老的岩石在地球上是很難找得著的——由於板塊構造。因此彼得森只能在材料非常有限的情況下把這一切搞清楚。最後,他突然聰明地想到,他可以利用地球之外的岩石,從而繞開缺少岩石的問題。他把注意力轉向隕石。
他提出了一個很有遠見的假設,結果證明是非常正確的,即許多隕石實際上是太陽系早期留下來的建築材料,因此多少保留著原始的內部化學結構。測定了這些隕石的年代,你也就(接近於)測定了地球的年齡。
然而,通常來說,總是說來容易做來難。隕石的數量不多,隕石樣品也不是很容易能採集到手。而且,布朗的測量方法過分注重細節,需要做很多改進。最大的問題是,彼得森的樣品只要接觸空氣,就莫名其妙地不斷地受到大氣里鉛的嚴重污染。正是由於這個原因,他最後建立了一個消過毒的實驗室——世界上第一個無菌實驗室。
彼得森就這樣幹了7年,才收集到可用於最後測試的樣品。1953年春,他把樣品送到伊利諾州的阿岡尼國家實驗室。他及時獲得了一台新型的質譜儀,可以用來發現和測定秘藏在古晶體裡的微量鈾和鉛。彼得森終於得出了結果。他激動萬分,據說他直接驅車去愛荷華州他度過少年時代的家中,讓他的母親把他送進醫院,因為他認為自己在發心臟病。
此後不久,在威斯康星州的一次會議上,彼得森宣布地球的確切年齡為45.5億年(誤差在7000萬年之內)。經過幾百年的努力,地球終於有了個年齡。
雖然地球年齡終於有了定論,但是彼得森的貢獻並沒有就此結束。由於在研究過程中,樣品受污染的事件,彼得森把注意力轉向大氣里鉛含量的問題。他吃驚地發現,有關鉛對人體的影響,人們僅有的一點兒認識幾乎無一例外是錯誤的,或者是令人產生誤解的——這也不足為怪,因為40年來對鉛影響的每項研究,全是由鉛添加劑的製造商們提供資金的。
彼得森很快確認,大氣里有過大量的鉛(實際上現在仍有大量的鉛,因為鉛從來沒有消失)其中大約90%來自汽車的廢氣管。
而汽油中添加鉛得由一個叫米奇利的工程師說起。
1921年,他在通用汽車研究公司工作期間,對一種名叫四乙鉛的化合物作了研究,發現它能大大降低發動機爆震。所以,在1923年,美國三家最大的公司——通用汽車公司、杜邦公司和新澤西美孚石油公司——成立了一家合資企業,名叫四乙鉛汽油公司(後來又簡稱為四乙公司),世界願買多少四乙鉛,它就生產多少四乙鉛。結果證明,世界的需要量很大。他們之所以把公司稱做"四乙公司",是因為“四乙”聽上去比較悅耳,不像“鉛”那樣含有毒物的意味。
其實開工不久,第一線的工人幾乎馬上出現走路不穩、官能混亂等症狀,這是中毒不久後的症狀。四乙公司也幾乎馬上執行一條行若無事、堅決否認的方針,而且在幾十年里行之有效。他們的發言人甚至會厚顏無恥地告訴記者:“這些人之所以精神失常,很可能是因為工作太辛苦。”在生產含鉛汽油的初期,至少有15名工人死亡,數不清的人得病,常常是大病。確切的數字無法得知,因為公司幾乎總是能掩蓋過去,從不透露令人難堪的泄漏、溢出和中毒等訊息。然而,有的時候,壓制訊息已經不可能,尤其值得注意的是在1924年,在幾天時間裡,光在一個通風不良的場所就有5名生產工人死亡,35名工人終身殘疾。
隨著有關新產品很危險的謠言四起,為了打消人們的擔心,四乙鉛汽油的發明者托馬斯.米奇利居然決定當著記者的面作一次現場表演。他一面大談公司如何確保全全,一面往自己的手上潑含鉛汽油,還把一燒杯這類汽油放在鼻子跟前達60秒之久,還不停地聲稱他每天可以這么乾而不受任何傷害。其實,米奇利心裡對鉛中毒的危險很清楚:他幾個月之前還因接觸太多而害了一場大病,事實上他除了在記者面前以外決不接近那玩意兒,只要可能的話。(恐怕我們還想向不到,他是另一樣對地球產生巨大破壞物質——氟氯烴的發明者。)
但即便是如此,彼得森還是需要證據。他需要一種方法,把現在大氣里鉛的濃度,與1923年四乙鉛開始商業生產之前的濃度進行比較。他想到,冰核可能會提供這個答案。
在格陵蘭島這樣的地方,每年的積雪層次很分明(因為季節溫差使得冬季到夏季的顏色稍有不同)。只要往前數一數這些層次,測量一下每一層里鉛的含量,你就可以計算出幾百甚至幾千年里任何時候全球大氣里鉛的濃度。這個見解成為冰核研究的基礎,許多現代氣候學的研究工作都是建立在這個基礎上的。
彼得森發現,1923年之前,大氣里幾乎沒有鉛,自那以後,鉛的濃度不斷地攀升。
此後,把鉛攆出汽油成了他一生的追求。為此,他經常批評鉛工業及其利益集團,而且往往言辭很激烈。
這是一場殘酷的鬥爭。四乙公司是全球一家勢力很大的公司,上頭有很多朋友。彼得森突然發現研究資金要么被收回,要么很難獲得。美國石油研究所取消了與他簽訂的一項契約,美國公共衛生署也是,後者還算是箇中立的政府機關呢。
彼得森成了一個對本單位越來越不利的人。鉛工業界官員不斷向加州理工學院董事會成員施加壓力,要么讓他閉嘴,要么讓他滾蛋。傑米.林肯.基特曼在2000年的《國家》雜誌中寫道,據說,四乙公司願意向加州理工大學無償提供一名教授講席的費用,“如果能讓彼得森捲鋪蓋走人的話”。而更荒唐的是,一個美國研究委員小組被指派來調查大氣中鉛毒的危險程度,他竟然被排除在外,儘管他這時候毫無疑問已經是美國大氣鉛問題的主要專家。
不過幸好,彼得森從來沒有動搖過。由於他的努力,美國最後提出了《1970年潔淨空氣法》,並於1986年停止銷售一切含鉛汽油。美國人血液里的鉛濃度幾乎馬上下降了80%。但是,由於鉛是一種難以消除的物質,今天每個活著的美國人血液里的鉛濃度,仍要比一個世紀以前的人高出大約625倍。大氣里鉛的含量還在以大約每年10萬噸的速度繼續增加,而且完全是以合法的方式,主要來自採礦、冶煉和工業活動。美國還禁止在家用油漆中添加鉛,正如麥格雷恩所說,“比大多數歐洲國家晚了44年”。考慮到鉛的驚人毒性,美國直到1993年才在食品罐頭上停止使用焊鉛,這是不可思議的。
克萊爾.彼得森於1995年去世。令人不解的是,儘管他在半個世紀的時間裡堅持不懈,大公無私,取得越來越大的成就,他也沒有獲得多少名氣,甚至沒有受到多大重視。我們有理由認為,他是20世紀最有影響的地質學家。然而,誰聽說過克萊爾.彼得森來著?大多數地質學教科書沒有提到他的名字。最近出版的兩本有關測定地球年齡的歷史的暢銷書,竟然還把他的名字拼錯了。2001年初,有人在《自然》雜誌里就其中的一本書寫了一篇書評,結果又犯了一個錯誤,令人吃驚地認為彼得森是個女人……
無論如何,多虧克萊爾.彼得森的工作,到1953年,地球終於有了個人人都能接受的年齡。現在惟一的問題是,它比它周圍的世界還要古老。
而更重要的是,我們從中看到了不只是勤勤懇懇工作的科學工作者,還是對人類無私的作出重大供獻的人。或許,他們的處境或許並不是很好,但是就是因為有他們的存在,這個世界才會顯得更加美好。希望大家能記住那些對這個世界有貢獻的人們,也希望大家能像他們一樣對這個社會做出一些力所能及的貢獻。