地球測齡者＆排鉛吹哨人
——記美國地質(zhì)學(xué)家克萊爾·卡梅倫·帕特森

綜合報(bào)道/本刊主筆 陳邦祺

他第一個(gè)精確測量出地球的年齡，后又發(fā)現(xiàn)了含鉛汽油對環(huán)境的污染，促成了含鉛汽油的淘汰。美國地質(zhì)學(xué)家克萊爾·卡梅倫·帕特森，是世界公認(rèn)的偉大科學(xué)家。

為地球測算年齡

從古到今，關(guān)于地球的年齡問題，人類一直為之著迷。無論是古人，還是現(xiàn)代科學(xué)家，都給出過自己的解釋。但直到近代，人類都未曾得出過一個(gè)權(quán)威的答案。

一個(gè)男人的出現(xiàn)，驅(qū)散了“長期籠罩在人們頭上的迷霧”。他就是世界上第一個(gè)成功測量地球年齡的美國地質(zhì)學(xué)家——克萊爾·卡梅倫·帕特森（Clair Cameron Patterson）。

當(dāng)時(shí)，在芝加哥大學(xué)核物理、地球化學(xué)家哈里森·布朗（Harrison Brown）的指導(dǎo)下，帕特森和他的同事蒂爾頓正在攻克一項(xiàng)全新課題——用鈾鉛法測定巖石的地質(zhì)年齡。鈾鉛法的原理非常簡單：在一塊含鈾巖石中，鈾元素會以固定的速率，緩慢地衰變成鉛元素。如果能計(jì)算出衰變后鉛同位素的比例，就可以推知礦物形成的具體時(shí)間，就能按照衰變速率計(jì)算出這塊巖石形成于多少年前。

在哈里森·布朗的構(gòu)想中，運(yùn)用這種方法，就能計(jì)算出地球年齡。為此，他叫上了自己兩個(gè)得意門生來共同完成這項(xiàng)研究。

盡管已經(jīng)是科研成果豐碩的博士，但帕特森和同事依舊為此感到激動和興奮，畢竟，誰不想攻克這個(gè)地質(zhì)、物理、天文學(xué)上的千古難題呢！

但研究剛開始，就遇到了難題。

測算的第一步，他們將鋯石作為原料，二人分別負(fù)責(zé)測量鋯石樣本中的鉛和鈾。蒂爾頓測量鈾的工作進(jìn)行得非常順利，然而帕特森卻遇到了不小的困難——他發(fā)現(xiàn)，無論自己怎么規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程，怎么避免污染實(shí)驗(yàn)樣品，自己測量出的結(jié)果總是過高。

鉛元素就像“幽靈”一般出現(xiàn)在他的實(shí)驗(yàn)中，干擾著每次實(shí)驗(yàn)，帶給質(zhì)譜儀鉛超標(biāo)的結(jié)果。

“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不太對勁，鋯石里鉛的含量多出太多了。這些鉛是從哪里來的？”為了解決這個(gè)問題，帕特森不知度過了多少個(gè)不眠之夜。經(jīng)過艱辛地研究，他終于知道了“幽靈”一般的鉛來自何處。

“我發(fā)現(xiàn)，在我們自詡‘干凈’的實(shí)驗(yàn)室里，鉛無處不在。這里也是鉛，那里也是鉛，空氣里都是鉛，我用的所有設(shè)備里也都有鉛……當(dāng)我測量某個(gè)樣品時(shí)，我就用儀器上的鉛污染了這個(gè)樣品”，帕特森回憶道。

為了解決這一狀況，帕特森立即化身“實(shí)驗(yàn)室清潔員”，想盡辦法將鉛污染“驅(qū)逐”出去。他將實(shí)驗(yàn)室設(shè)為“禁區(qū)”，對出入于此的研究員嚴(yán)格要求。同時(shí)，更換了實(shí)驗(yàn)室排氣管道，把整個(gè)房間密封起來，添加了空氣過濾裝置，并且用酸徹底清洗了所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

這樣“打掃”了6年，帕特森終于得到了理想的、幾乎無鉛污染的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這時(shí)，他又遇到了新的難題：想要測定地球的年齡，就必須找到一塊和地球年齡相同的巖樣。顯然，鋯石遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足這一要求，或者說，整個(gè)地球上都很難找到年齡如此古老的巖石。

正當(dāng)帕特森一籌莫展之際，一個(gè)天才般的靈感出現(xiàn)在腦海中：既然地球上沒有合適的樣品，那為什么不跳出地球來尋找呢？完全可以利用地球之外的隕石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

“很多隕石實(shí)際上是太陽系早期保留下來的建筑材料，因此保留著原始的化學(xué)結(jié)構(gòu)”，帕特森大膽假設(shè)，這些隕石誕生的時(shí)間和地球形成之日相近，測定了隕石的年代，也就間接測定出了地球的年齡。

這個(gè)絕妙的想法后來被科學(xué)界證明非常正確。

一年后，帕特森終于在亞利桑納州找到一塊合適的隕石，并欣喜若狂地將隕石帶回實(shí)驗(yàn)室，用質(zhì)譜儀進(jìn)行研究。

于是，我們熟悉的45.5億年的地球年齡，終于被帕特森發(fā)現(xiàn)。后續(xù)，他又用3年時(shí)間整理、更新了研究成果，發(fā)表了《隕石和地球的年齡》這一重磅研究論文，向世界宣布第一個(gè)精確的地球年齡區(qū)間：45.5±0.7億年。

跟巨頭們對著干

雖然實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成功完成，帕特森也獲得了舉世矚目的成就，但是他的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束。

在超凈實(shí)驗(yàn)室之外，含量超標(biāo)的鉛依然存在。出于對社會和人們健康的強(qiáng)烈責(zé)任感，帕特森希望找到超標(biāo)鉛排放的罪魁禍?zhǔn)撞⑵湟慌e除掉。

這些鉛是從哪里來的呢？為弄清這個(gè)問題，帕特森追溯到了1921年美國化學(xué)家小托馬斯·米奇利的發(fā)現(xiàn)：在汽油中添加四乙基鉛，可以有效防止當(dāng)時(shí)對汽車發(fā)動機(jī)造成很大困擾的“爆震”現(xiàn)象發(fā)生，讓汽車開得更快、更穩(wěn)定。這是一種成本低廉的添加劑，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，美國石油巨頭們就迅速聯(lián)合成立了一家新公司，專門來生產(chǎn)和銷售添加了四乙基鉛的汽油。

盡管現(xiàn)在我們都知道這種“含鉛汽油”會損害人體健康，但在當(dāng)時(shí)，石油巨頭們?yōu)榱擞桃獗荛_了“鉛”這個(gè)大眾已經(jīng)熟悉的詞，將這款汽油命名為“乙基”汽油。

在制作乙基汽油的過程中，就發(fā)生過許多工人中毒的事件，然而他們并沒有叫停汽油的生產(chǎn)，僅僅是在工廠安裝風(fēng)扇，加強(qiáng)通風(fēng)。這項(xiàng)措施看似粗暴地保證了工人的人身安全，但并沒有解決最大的禍根——汽車尾氣。含鉛汽油燃燒時(shí)，高劑量的鉛會隨著尾氣排放進(jìn)空氣中，再被人類吸入體內(nèi)。

為了維持巨額的利潤，石油巨頭們委托一名化學(xué)家基歐進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，來“證明”含鉛汽油和尾氣中的鉛對人體無害。

之后的幾十年間，基歐的研究團(tuán)隊(duì)幾乎壟斷了所有關(guān)于含鉛汽油安全性的研究。只不過這些研究普遍有設(shè)計(jì)和論證上的缺陷，所得出的結(jié)果和具體內(nèi)容還需要經(jīng)過資方——乙基公司的審查和修改，才能發(fā)表。

這種學(xué)術(shù)黑幕持續(xù)了30余年，直到帕特森的研究，才讓人們第一次突破黑幕，了解真相。

在一次關(guān)于海洋的研究中，帕特森發(fā)現(xiàn)，海洋表面的鉛含量是海底的幾百倍，特別是在各條河流的入海口，沉積物和水樣中的鉛含量猛然增高。這一切的鉛異常，統(tǒng)統(tǒng)將矛頭指向了當(dāng)時(shí)石油巨頭生產(chǎn)的含鉛汽油。

戲劇性的是，帕特森的發(fā)現(xiàn)直接損害的是石油公司的利益，而他用于研究鉛污染的經(jīng)費(fèi)則全部來源于石油公司給予他的基金。

后續(xù)，他將自己這篇研究發(fā)表在《自然》雜志上。在文章中，帕特森毫無避諱地指出是石油行業(yè)的含鉛汽油讓海水鉛濃度異常。在隨后另一篇文章中，他又詳細(xì)計(jì)算了所有鉛可能的自然來源，坐實(shí)了含鉛汽油是造成這一切的罪魁禍?zhǔn)祝爸挥屑由虾U汽油之后，數(shù)據(jù)才對得上。”

當(dāng)時(shí)，整個(gè)石油行業(yè)都無法接受這項(xiàng)在自己利益頭上砍一刀的研究。他們想方設(shè)法讓帕特森 “閉嘴”：從花錢收買他的研究，到買通媒體污蔑其為瘋子。美國石油學(xué)會直接決定停止資助，同時(shí)還要求美國原子能委員會也停止對帕特森地球年齡后續(xù)研究的資金支持。

帕特森面臨的不僅是行業(yè)的打壓，還有資本控制下的同行詆毀。乙基公司的化學(xué)家基歐嘲笑他“對自己的無知缺乏任何概念”，而另一位毒理學(xué)家指責(zé)帕特森“是在寫科幻小說”。不僅如此，帕特森甚至被拒絕參加美國國家科學(xué)研究委員會舉辦的關(guān)于大氣層鉛污染的座談會，盡管他本人就是這一領(lǐng)域最為杰出的研究者之一。

為了獲得更有力的證據(jù)來推翻這些為了利益滿口胡言的商人和“專家”，他作了一個(gè)偉大的決定——出征格陵蘭島和南極洲收集未經(jīng)污染的超凈雪樣品。為了取得在工業(yè)革命之前就存在的雪樣，他還在南極洲冰層中鉆了深達(dá)200英尺的通道。

功夫不負(fù)有心人，在收集到足夠多的雪樣作了分析之后，他發(fā)現(xiàn)從20世紀(jì)20年代開始，冰層中的鉛含量突然激增。這進(jìn)一步證實(shí)了帕特森的猜想。

當(dāng)批評者調(diào)轉(zhuǎn)口風(fēng)，質(zhì)疑空氣中的鉛是火山噴發(fā)造成之時(shí)，帕特森甚至冒著生命危險(xiǎn)乘坐直升機(jī)前往火山口收集空氣樣本。

為了證明人體內(nèi)的鉛并非“自然”，他還設(shè)法測量了一具2200年前古埃及木乃伊骨骼中的鉛含量。結(jié)果顯示，現(xiàn)代美國人體內(nèi)的鉛含量是2200年前人類的600倍。

隨著測量的數(shù)據(jù)越來越多，帕特森發(fā)現(xiàn)整個(gè)地球幾乎變成了一個(gè)“大鉛球”，海洋、高山、極地都充滿了鉛，而這些鉛均是來源于含鉛汽油的燃燒。

經(jīng)過帕特森的努力，學(xué)術(shù)界的黑暗天空開始被一點(diǎn)點(diǎn)捅破，他的研究成果也得以第一次公布在公眾面前。輿論重壓之下，美國國家環(huán)境保護(hù)局于1973年宣布將逐步使美國的含鉛汽油減少60%至65%，最終于1986年全面停用含鉛汽油。