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堅持科學求真精神,帶來無鉛時代──派特森誕辰 │ 科學史上的今天:06/02

Photo: Geoffrey Notkin, Aerolite Meteorites of Tucson

他幾乎是一個人對抗全世界,也一個人拯救全世界。這一切都從一塊微小的隕石開始……。

二次大戰結束後,派特森(Clair C. Patterson, 1922-1995)進入芝加哥大學攻讀博士,他的指導教授布朗(Harrison Brown)建議他做一個題目:測出地球的年紀。嗄?我大學念化學,碩士是念分子光譜學,對地質學根本一竅不通啊!沒關係,你不是還參加了一年曼哈頓計畫,對於分離與測定鈾的同位素已經駕輕就熟了嗎?這就夠了。

原來打從霍姆斯(Arthur Holmes)於 1927 年利用鈾衰變為鉛的放射性測定,測出地球最古老的岩石有三十億年歷史,至今已再無進展。但畢竟岩石因地殼變動,歷經各種地質作用,已非最原始的狀態,所測得的數據無法代表地球的真正年紀。布朗教授的想法是拿隕石來分析;假設太陽系內的天體大約都在同一時期形成,那麼用鈾-鉛定年法來測隕石的年紀,就等於測出地球的年紀了。

派特森一聽覺得有理,就傻傻的答應了,他不知道將會面臨極為艱鉅的挑戰。

他花了一年時間準備妥實驗器材後才發現環境中到處都有鉛,而且鉛含量遠遠高於他手上那微量的隕石樣本。當時並沒有無塵室、正壓房,於是往後六年他大部分的時間都花在排除鉛的污染上面。他不厭其煩的不斷清潔所有儀器設備、桌椅、服裝、……,甚至空氣與水中也都有鉛!最終他只能將實驗室內的鉛含量控制在百萬分之一克,仍不足以達到測定地球年紀的要求,但他還是憑著發明的鉛-鉛定年法(由鈾衰變而來的部分同位素鉛會繼續衰變成穩定的鉛),可以更精確地測定岩石的年紀,而於 1951 年拿到博士學位。

第二年,派特森隨著布朗教授來到加州理工學院,終於得以打造他理想中的無塵室,很快地,他製備出鉛-鉛定年法所需的乾淨樣本,經過質譜儀分析後,於 1953 年對外公布令人吃驚的數字:45 億年,並於三年後再將地球的年齡修正為 45.5 ± 0.7 億年。往後數十年人們試圖尋求更精確的數字,但都相差無幾(最近的數字是 45.4 ± 0.5 億年)。

而派特森早已無意繼續競逐,他放不下心的是無所不在的「鉛汙染」

當時對於鉛中毒已略有所知,但鉛已為生活帶來太多便利:罐頭、鍋子、自來水管、油漆,就連汽油也因為加了四乙基鉛而令汽車跑得更順暢平穩,人們因而普遍相信廠商與專家所宣稱的:高劑量的鉛才會對人體造成危險。但如今派特森高度懷疑我們日常接觸到鉛的數量遠超乎想像。

他先調查發現加州沿岸的海洋沉積物,發現其中的鉛含量到了現代突然激增,而且海水表面的鉛含量遠遠多於深海的鉛含量。他猜測汙染源就是含鉛汽油。派特森繼續上山下海,足跡遍及荒野,發現汽車排放出來的鉛隨著大氣飄散各處。1965 年,他發表論文公布他的調查結果,從此開啟了一場艱苦的聖戰。

在地球年齡測定結束後,派特森轉而注意到,鉛汙染早已透過石油製品深入地球的許多角落。 圖/Wolk9 @Pixabay

就在論文刊登的第二天,四個來自石化工業的人來辦公室找他。原來他的研究經費都是布朗教授幫他以探勘油脈的名義向石油基金會要來的,他們怎能忍受派特森如此倒打一耙!他們給了他兩條路,乖乖回去研究地質學,石油基金會願意全力贊助,否則馬上斷絕給他的經費。

派特森此時仍只是研究員,還沒有可以確保未來衣食無虞的終身教授職,但他仍決心力抗到底。面對石油公司、石化工業、汽車公司等大型企業排山倒海的壓力,面對議員與學者們的汙衊與譏諷,面對政府官員抱怨他危言聳聽,派特森繼續蒐集更多證據。以他過去研究地球年齡時在微量測定上建立的公信力,加上瑞秋 · 卡森於 1962 年出版《寂靜的春天》後,民眾開始有了環保意識,派特森終於贏的這場聖戰。

1970 年,美國國會通過法案要求在 1986 年以前,逐年降低含鉛汽油的比例至零(實際上直到 1996 年才全面禁用)。派特森持續調查飲食中的含鉛量,促成立法禁止罐頭、鍋子、自來水管、油漆等器具使用鉛,將鉛趕出民眾的生活。截至九○年代後期,美國人血液中的含鉛量已減少 80%;而各國也都紛紛效法強制規定,保護民眾免於鉛的毒害。

派特森不只測出地球的壽命,他也延長了下一代的壽命。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。