地球测龄者＆排铅吹哨人——记美国地质学家克莱尔·卡梅伦·帕特森

综合报道/本刊主笔 陈邦祺

他第一个精确测量出地球的年龄，后又发现了含铅汽油对环境的污染，促成了含铅汽油的淘汰。美国地质学家克莱尔·卡梅伦·帕特森，是世界公认的伟大科学家。

为地球测算年龄

从古到今，关于地球的年龄问题，人类一直为之着迷。无论是古人，还是现代科学家，都给出过自己的解释。但直到近代，人类都未曾得出过一个权威的答案。

一个男人的出现，驱散了“长期笼罩在人们头上的迷雾”。他就是世界上第一个成功测量地球年龄的美国地质学家——克莱尔·卡梅伦·帕特森（Clair Cameron Patterson）。

当时，在芝加哥大学核物理、地球化学家哈里森·布朗（Harrison Brown）的指导下，帕特森和他的同事蒂尔顿正在攻克一项全新课题——用铀铅法测定岩石的地质年龄。铀铅法的原理非常简单：在一块含铀岩石中，铀元素会以固定的速率，缓慢地衰变成铅元素。如果能计算出衰变后铅同位素的比例，就可以推知矿物形成的具体时间，就能按照衰变速率计算出这块岩石形成于多少年前。

在哈里森·布朗的构想中，运用这种方法，就能计算出地球年龄。为此，他叫上了自己两个得意门生来共同完成这项研究。

尽管已经是科研成果丰硕的博士，但帕特森和同事依旧为此感到激动和兴奋，毕竟，谁不想攻克这个地质、物理、天文学上的千古难题呢！

但研究刚开始，就遇到了难题。

测算的第一步，他们将锆石作为原料，二人分别负责测量锆石样本中的铅和铀。蒂尔顿测量铀的工作进行得非常顺利，然而帕特森却遇到了不小的困难——他发现，无论自己怎么规范实验过程，怎么避免污染实验样品，自己测量出的结果总是过高。

铅元素就像“幽灵”一般出现在他的实验中，干扰着每次实验，带给质谱仪铅超标的结果。

“我们的实验结果不太对劲，锆石里铅的含量多出太多了。这些铅是从哪里来的？”为了解决这个问题，帕特森不知度过了多少个不眠之夜。经过艰辛地研究，他终于知道了“幽灵”一般的铅来自何处。

“我发现，在我们自诩‘干净’的实验室里，铅无处不在。这里也是铅，那里也是铅，空气里都是铅，我用的所有设备里也都有铅……当我测量某个样品时，我就用仪器上的铅污染了这个样品”，帕特森回忆道。

为了解决这一状况，帕特森立即化身“实验室清洁员”，想尽办法将铅污染“驱逐”出去。他将实验室设为“禁区”，对出入于此的研究员严格要求。同时，更换了实验室排气管道，把整个房间密封起来，添加了空气过滤装置，并且用酸彻底清洗了所有实验设备。

这样“打扫”了6年，帕特森终于得到了理想的、几乎无铅污染的实验环境。这时，他又遇到了新的难题：想要测定地球的年龄，就必须找到一块和地球年龄相同的岩样。显然，锆石远远无法满足这一要求，或者说，整个地球上都很难找到年龄如此古老的岩石。

正当帕特森一筹莫展之际，一个天才般的灵感出现在脑海中：既然地球上没有合适的样品，那为什么不跳出地球来寻找呢？完全可以利用地球之外的陨石进行实验。

“很多陨石实际上是太阳系早期保留下来的建筑材料，因此保留着原始的化学结构”，帕特森大胆假设，这些陨石诞生的时间和地球形成之日相近，测定了陨石的年代，也就间接测定出了地球的年龄。

这个绝妙的想法后来被科学界证明非常正确。

一年后，帕特森终于在亚利桑纳州找到一块合适的陨石，并欣喜若狂地将陨石带回实验室，用质谱仪进行研究。

于是，我们熟悉的45.5亿年的地球年龄，终于被帕特森发现。后续，他又用3年时间整理、更新了研究成果，发表了《陨石和地球的年龄》这一重磅研究论文，向世界宣布第一个精确的地球年龄区间：45.5±0.7亿年。

跟巨头们对着干

虽然实验已经成功完成，帕特森也获得了举世瞩目的成就，但是他的研究远远没有结束。

在超净实验室之外，含量超标的铅依然存在。出于对社会和人们健康的强烈责任感，帕特森希望找到超标铅排放的罪魁祸首并将其一举除掉。

这些铅是从哪里来的呢？为弄清这个问题，帕特森追溯到了1921年美国化学家小托马斯·米奇利的发现：在汽油中添加四乙基铅，可以有效防止当时对汽车发动机造成很大困扰的“爆震”现象发生，让汽车开得更快、更稳定。这是一种成本低廉的添加剂，一经发现，美国石油巨头们就迅速联合成立了一家新公司，专门来生产和销售添加了四乙基铅的汽油。

尽管现在我们都知道这种“含铅汽油”会损害人体健康，但在当时，石油巨头们为了盈利，刻意避开了“铅”这个大众已经熟悉的词，将这款汽油命名为“乙基”汽油。

在制作乙基汽油的过程中，就发生过许多工人中毒的事件，然而他们并没有叫停汽油的生产，仅仅是在工厂安装风扇，加强通风。这项措施看似粗暴地保证了工人的人身安全，但并没有解决最大的祸根——汽车尾气。含铅汽油燃烧时，高剂量的铅会随着尾气排放进空气中，再被人类吸入体内。

为了维持巨额的利润，石油巨头们委托一名化学家基欧进行研究和实验，来“证明”含铅汽油和尾气中的铅对人体无害。

之后的几十年间，基欧的研究团队几乎垄断了所有关于含铅汽油安全性的研究。只不过这些研究普遍有设计和论证上的缺陷，所得出的结果和具体内容还需要经过资方——乙基公司的审查和修改，才能发表。

这种学术黑幕持续了30余年，直到帕特森的研究，才让人们第一次突破黑幕，了解真相。

在一次关于海洋的研究中，帕特森发现，海洋表面的铅含量是海底的几百倍，特别是在各条河流的入海口，沉积物和水样中的铅含量猛然增高。这一切的铅异常，统统将矛头指向了当时石油巨头生产的含铅汽油。

戏剧性的是，帕特森的发现直接损害的是石油公司的利益，而他用于研究铅污染的经费则全部来源于石油公司给予他的基金。

后续，他将自己这篇研究发表在《自然》杂志上。在文章中，帕特森毫无避讳地指出是石油行业的含铅汽油让海水铅浓度异常。在随后另一篇文章中，他又详细计算了所有铅可能的自然来源，坐实了含铅汽油是造成这一切的罪魁祸首，“只有加上含铅汽油之后，数据才对得上。”

当时，整个石油行业都无法接受这项在自己利益头上砍一刀的研究。他们想方设法让帕特森 “闭嘴”：从花钱收买他的研究，到买通媒体污蔑其为疯子。美国石油学会直接决定停止资助，同时还要求美国原子能委员会也停止对帕特森地球年龄后续研究的资金支持。

帕特森面临的不仅是行业的打压，还有资本控制下的同行诋毁。乙基公司的化学家基欧嘲笑他“对自己的无知缺乏任何概念”，而另一位毒理学家指责帕特森“是在写科幻小说”。不仅如此，帕特森甚至被拒绝参加美国国家科学研究委员会举办的关于大气层铅污染的座谈会，尽管他本人就是这一领域最为杰出的研究者之一。

为了获得更有力的证据来推翻这些为了利益满口胡言的商人和“专家”，他作了一个伟大的决定——出征格陵兰岛和南极洲收集未经污染的超净雪样品。为了取得在工业革命之前就存在的雪样，他还在南极洲冰层中钻了深达200英尺的通道。

功夫不负有心人，在收集到足够多的雪样作了分析之后，他发现从20世纪20年代开始，冰层中的铅含量突然激增。这进一步证实了帕特森的猜想。

当批评者调转口风，质疑空气中的铅是火山喷发造成之时，帕特森甚至冒着生命危险乘坐直升机前往火山口收集空气样本。

为了证明人体内的铅并非“自然”，他还设法测量了一具2200年前古埃及木乃伊骨骼中的铅含量。结果显示，现代美国人体内的铅含量是2200年前人类的600倍。

随着测量的数据越来越多，帕特森发现整个地球几乎变成了一个“大铅球”，海洋、高山、极地都充满了铅，而这些铅均是来源于含铅汽油的燃烧。

经过帕特森的努力，学术界的黑暗天空开始被一点点捅破，他的研究成果也得以第一次公布在公众面前。舆论重压之下，美国国家环境保护局于1973年宣布将逐步使美国的含铅汽油减少60%至65%，最终于1986年全面停用含铅汽油。