第十章　把鉛攆出去

20世紀40年代末，芝加哥大學一位名叫克萊爾·彼得森（盡管姓彼得森，他原先是艾奧瓦州的一個農(nóng)家孩子）的研究生在用一種新的鉛同位素測量法，對地球的確切年齡作最后的測定。不幸的是，他的巖石樣品全部給污染了——而且還污染得很厲害。大多數(shù)樣品里的鉛含量超過正常濃度的大約200倍。許多年以后，彼得森才明白，問題出在俄亥俄州一個名叫小托馬斯·米奇利的人身上。

米奇利是一名受過訓(xùn)練的工程師，要是他一直當工程師，世界本來會太平一些。但是，他對化學的工業(yè)用途發(fā)生了興趣。1921年，他在位于俄亥俄州代頓的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(fā)現(xiàn)它能大大減少震動現(xiàn)象，即所謂的發(fā)動機爆震。

到20世紀初，大家都知道鉛很危險，但它仍然以各種形式存在于消費品之中。罐頭食品以焊鉛來封口；水常常儲存在鉛皮罐里；砷酸鉛用做殺蟲劑噴灑在水果上。鉛甚至還是牙膏管子的組成材料。幾乎每一件產(chǎn)品都會給消費者的身體里增加一點兒鉛。然而，人接觸機會最多、接觸時間最長的，還是添加在汽油里的鉛。

鉛是一種神經(jīng)毒素。體內(nèi)鉛的含量過高，就會無可挽回地損害大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。與鉛過分接觸會引起很多病癥，其中有喪失視力、失眠、腎功能衰竭、失聰、癌癥、癱瘓和抽搐。急性發(fā)作的時候，人可以突然產(chǎn)生恐怖的幻覺，令患者和旁人措手不及。一般來說，這種癥狀接著會導(dǎo)致昏迷或死亡。誰也不愿意讓自己的身體攝入過量的鉛。

另一方面，鉛很容易提煉和開采，大規(guī)模生產(chǎn)極其有利可圖——四乙鉛確實可以防止發(fā)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(yè)，名叫四乙鉛汽油公司（后來又簡稱為四乙公司），世界愿買多少四乙鉛，它就生產(chǎn)多少四乙鉛。結(jié)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。

1923年2月1日，他們把這個名字（以比大多數(shù)人知道的更多方式）推向市場，讓公眾接受。

第一線的工人幾乎馬上出現(xiàn)走路不穩(wěn)、官能混亂等癥狀，這是中毒不久后的標志。四乙公司也幾乎馬上執(zhí)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。正如沙倫·伯奇·麥格雷恩在她的工業(yè)化學史《實驗室里的普羅米修斯》一書中指出的，要是哪家工廠的雇員得了不可治愈的幻覺癥，發(fā)言人便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(chǎn)含鉛汽油的初期，至少有15名工人死亡，數(shù)不清的人得病，常常是大病。確切的數(shù)字無法知道，因為公司幾乎總是能掩蓋過去，從不透露令人難堪的泄漏、溢出和中毒等消息。然而，有的時候，壓制消息已經(jīng)不可能——尤其值得注意的是在1924年，在幾天時間里，光在一個通風不良 的場所就有5名生產(chǎn)工人死亡，35名工人終身殘疾。

隨著有關(guān)新產(chǎn)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(fā)明者托馬斯·米奇利決定當著記者的面作一次現(xiàn)場表演。他一面大談公司如何確保安全，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，不停聲稱他每天可以這么干而不受任何傷害。其實，米奇利心里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，現(xiàn)在除了在記者面前以外決不接近那玩意兒，只要可能的話。

加鉛汽油獲得成功，米奇利深受鼓舞，現(xiàn)在又把注意力轉(zhuǎn)向那個時代的另一個技術(shù)問題。20世紀20年代，冰箱使用有毒而危險的氣體，時常泄漏，風險很大。1929年，俄亥俄州克利夫蘭有家醫(yī)院發(fā)生冰箱泄漏事故，造成100多人死亡。米奇利著手發(fā)明一種很穩(wěn)定、不易燃、不腐蝕、吸入很安全的氣體。憑著辦事幾乎從不后悔的本能，他發(fā)明了含氯氟烴。

很少有哪個工業(yè)產(chǎn)品如此快速而又不幸地被大家接受。20世紀30年代初，含氯氟烴投入生產(chǎn)，結(jié)果派上了一千種用場，從汽車空調(diào)器到除臭噴霧劑什么都離不開它。半個世紀以后人們才發(fā)現(xiàn)，這玩意兒正吞噬著平流層里的臭氧。你將會明白，這不是一件好事情。

臭氧是氧的一種形式，每個分子含有三個而不是通常的兩個原子。它的化學特性有點兒古怪：它在地面上是一種有害物質(zhì)，在高高的平流層卻是一種有益物質(zhì)，因為它吸收危險的紫外輻射。然而，有益的臭氧的量并不很大。即使均勻地分布在平流層里，它也只能形成大約兩毫米厚的一層。這就是它很容易受擾動的原因。

含氯氟烴的量也不大——只占整個大氣的大約十億分之一——但是，這種氣體的破壞力很強。1千克含氯氟烴能在大氣里捕捉和消滅7萬千克臭氧。含氯氟烴懸浮的時間還很長——平均一個世紀左右——不停地造成破壞。它吸收大量熱量。一個含氯氟烴分子增加溫 室效應(yīng)的本事，要比一個二氧化碳分子強1萬倍左右——當然，二氧化碳本身也是加劇溫 室效應(yīng)的能手。總之，最后可能證明，含氯氟烴差不多是20世紀最糟糕的發(fā)明。

這一點米奇利永遠不會知道。在人們意識到含氯氟烴的破壞力之前，他早已不在人世。

他的死亡本身也是極不尋常的。米奇利患脊髓灰質(zhì)炎變成跛子以后，發(fā)明了一個機械裝置，利用一系列機動滑輪自動幫他在床 上抬身或翻身。1944年，當這臺機器啟動的時候，他被纏在繩索里窒息而死。

要是你對確定事物的年齡感興趣，20世紀40年代的芝加哥大學是個該去的地方。威拉德·利比快要發(fā)明放射性碳年代測定法，使科學家們能測出骨頭和別的有機殘骸的精確年代，這在過去是辦不到的。到這個時候，可靠的年代最遠只達埃及的第一王朝——公元前3000年左右。例如，誰也沒有把握說出，最后一批冰蓋是在什么時候退縮的，法國的克羅馬農(nóng)人是在過去什么時候裝飾拉斯科山洞的。

利比的方法用途很廣，他因此獲得了1960年的諾貝爾獎。這種方法基于一種認識：生物內(nèi)部都有一種碳的同位素——名叫碳－14，生物一死，該同位素馬上以可以測定的速度開始衰變。碳－14大約有5600年的半衰期——即任何樣品消失一半所需的時間——因此，通過確定某種特定的碳樣的衰變程度，利比就可以有效地鎖定一個物體的年代——雖然是在一定限度以內(nèi)。經(jīng)過八個半衰期以后，原先的放射性碳只剩下0.39％。這個量太小，無法進行可靠的測算，因此碳－14年代測定法只適用于年代不超過4萬年左右的物體。

有意思的是，隨著這項技術(shù)的廣泛使用，有些疵點也日漸顯露出來。首先，人們發(fā)現(xiàn)，利比公式里有個名叫衰變常數(shù)的基本成分存在3％的誤差。而到了這個時候，全世界已經(jīng)進行了數(shù)千次計算?？茖W家們沒有修正每個計算結(jié)果，而是決定保留這個不準確的常數(shù)。"這樣，"提姆·弗蘭納里說，"你只要把今天見到的每一個以放射性碳年代測定法測定的年代減去大約3％。"問題沒有完全解決。人們又很快發(fā)現(xiàn)，碳－14的樣品很容易被別處的碳污染——比如，一小點兒連同樣品一起被采集來的而又沒有被注意到的植物。對于年代不大久遠的樣品來說——年代小于大約2萬年的樣品——稍有污染并不總是關(guān)系很大，而對于年代比較久遠的樣品來說，這有可能是個嚴重的問題，因為統(tǒng)計中的剩余原子數(shù)實在太少了。借用弗蘭綱納里的話來說，在第一種情況下，就像是1000美元里少數(shù)1美元；而在第二種情況下，就像是僅有的2美元里少數(shù)了1美元。

而且，利比的方法是以如下假設(shè)為基礎(chǔ)的，即大氣里碳－14的含量以及生物吸收這種物質(zhì)的速度，在整個歷史進程中是始終不變的。事實并非如此。我們現(xiàn)在知道，大氣里碳－14的數(shù)量變化不定，取決于地球的磁場能否有效地改變宇宙射線的方向；在漫長的時間里，變化的幅度可能很大。這意味著，有些以碳－14年代測定法測定的年代要比別的這類年代更無把握。在比較缺少把握的年代當中，有人類首次抵達美洲前后這一段時期的年代。這就是為什么那個問題老是爭論不休的原因之一。

最后，也許有點兒出人意料的是，計算結(jié)果可能由于表面看來毫不相干的外因——比如動物的飲食結(jié)構(gòu)——而完全失去意義。最近有個案例引起了廣泛激烈的爭論，即梅毒究竟起源于新大陸 還是舊大陸 。赫爾的考古學家們發(fā)現(xiàn)，修道院墳地里的修道士患有梅毒。最初的結(jié)論是，修道士在哥倫布航行之前就已經(jīng)患上了梅毒。但是，該結(jié)論受到了質(zhì)疑，因為科學家們發(fā)現(xiàn)，他們吃了大量的魚，這會使他們骨頭的年代看上去比實際的要古老。修道士可能患有梅毒，但究竟是怎么患上的，什么時候患上的，問題似乎容易解決，卻依然沒有解決。

由于碳－14年代測定法的缺點加起來還真不少，科學家們發(fā)明了別的辦法來測定古代物質(zhì)的年代，其中有發(fā)熱光測定法和電子自旋共振測定法。前者用來測定存留在泥土里的電子數(shù)；后者以電磁波轟擊一件樣品來測定電子的振動。但是，即使用最好的方法，你也無法測定20萬年以上的東西的年代，也根本無法測定巖石那樣的無機物質(zhì)的年代。然而，若要確定我們這顆行星的年齡，這當然是必不可少的。

測定巖石年代的問題在于，世界上幾乎人人都一度不抱希望。要不是出了一位決心很大的、名叫阿瑟·霍姆斯的英國教授，這項探索很可能會完全停頓下來。

無論在克服困難方面，還是在取得的成就方面，霍姆斯都很有英雄氣概。20世紀20年代，正當他的事業(yè)進入全盛期的時候，地質(zhì)學已經(jīng)不再吃香——物理學是那個時代的熱門科學，資金嚴重缺乏，尤其在它的精神誕生地英國。多少年來，他是達勒姆大學地質(zhì)系的惟一人員。為了進行測定巖石年代的工作，他常常不得不借用或拼湊設(shè)備。有一次，為了等校方為他提供一臺簡單的加法機，他的計算工作竟然耽擱了1年時間。有時候，他不得不完全停止學術(shù)工作，以便掙錢來養(yǎng)家糊口——一度在紐卡斯爾開了個古董店，有時候他連地質(zhì)學會每年5英鎊的會費也繳不起。

霍姆斯在研究工作中使用的方法，在理論上其實并不復(fù)雜，直接產(chǎn)生于歐內(nèi)斯特·盧瑟福于1904年最初發(fā)現(xiàn)的那個過程，即，有的原子以一種可以預(yù)測的比率從一種元素衰變成另一種元素，因此這個過程可以用來當時鐘。要是你知道鉀－40要經(jīng)過多長時間才變成氬－40，并且測定樣品里這兩種元素的量，你就可以得出那種物質(zhì)的年代?；裟匪沟呢暙I在于，以測定鈾衰變成鉛的比率來測定巖石的年代，從而——他希望——能測定地球的年齡。

但是，有許多技術(shù)上的困難需要克服。霍姆斯還需要——至少會很高興擁有——一種能對細小樣品進行精密測量的先進儀器，而我們已經(jīng)知道，他所能得到的不過是一臺簡單的加法機。因此，他竟然能在1946年較有把握地宣布，地球至少已經(jīng)存在30億年，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。許多人盡管樂意贊賞他的方法，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。

就在這個時候，芝加哥大學的哈里森·布朗發(fā)明了一種統(tǒng)計火成巖（即通過加熱形成的巖石，而不是通過沉積形成的巖石）里鉛同位素的新方法。他意識到這項工作相當乏味，便把它交 給了年輕的克萊爾·彼得森，作為他的論文項目。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。

1948年，彼得森著手從事這個項目。與托馬斯·米奇利豐富多彩、不斷推動歷史前進的貢獻相比，彼得森測定地球年齡的工作有點兒平平庸庸的味道。有7年時間，先是在芝加哥大學，后在加州理工學院（他于1952年遷往那里），他在無菌實驗室里埋頭苦干，仔細選擇古老巖石的樣品，精密測定里面鉛/鈾的比例。

測定地球年齡的問題在于，你需要有極其古老的巖石，內(nèi)有含鉛和鈾的晶體，其古老程度幾乎與這顆行星一樣——要是巖石年輕得多，測出的年代顯然會比較年輕，從而得出錯誤的結(jié)論，而真正古老的巖石在地球上是很難找得著的。到20世紀40年代末，誰也不知道這是什么原因。實際上，要等到太空時代，才可能有人貌似有理地說明地球上古老巖石的去向，這真是不可思議的。（答案在于板塊構(gòu)造，我們當然將談到這個問題。）與此同時，彼得森只能在材料非常有限的情況下把這一切搞清楚。最后，他突然聰明地想到，他可以利用地球之外的巖石，從而繞開缺少巖石的問題。他把注意力轉(zhuǎn)向隕石。

他提出了一個假設(shè)——一個很有遠見的假設(shè)，結(jié)果證明非常正確，即，許多隕石實際上是太陽系早期留下來的建筑材料，因此多少保留著原始的內(nèi)部化學結(jié)構(gòu)。測定了這些四處游蕩的巖石的年代，你也就（接近于）測定了地球的年齡。

然而，通常來說，總是說來容易做來難。隕石數(shù)量不多，隕石樣品不是很容易能采集到手。而且，布朗的測量方法過分注重細節(jié)，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。正是由于這個原因，他最后建立了一個消過毒的實驗室——世界上第一個無菌實驗室，至少有一份材料里是這么說的。

彼得森任勞任怨地干了7年，才收集到可用于最后測試的樣品。1953年春，他把樣品送到伊利諾伊州的阿岡尼國家實驗室。他及時獲得了一臺新型的質(zhì)譜儀，可以用來發(fā)現(xiàn)和測定秘藏在古晶體里的微量鈾和鉛。彼得森終于得出了結(jié)果。他激動萬分，直接驅(qū)車去艾奧瓦州他度過少年時代的家中，讓他的母親把他送進醫(yī)院，因為他認為自己在發(fā)心臟病。

此后不久，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7000萬年）——麥格雷恩贊賞地說："這數(shù)字保持了50年。"經(jīng)過200年的努力，地球終于有了個年齡。

彼得森幾乎馬上把注意力轉(zhuǎn)向大氣里那個鉛的問題。他吃驚地發(fā)現(xiàn)，有關(guān)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(chǎn)生誤解的——這也不足為怪，因為40年來對鉛的影響的每項研究，全是由鉛添加劑的制造商們提供資金的。

在一項這樣的研究中，一名沒有受過化學病理學專門訓(xùn)練的醫(yī)生承擔了一個五年計劃。

根據(jù)計劃，他讓志愿者們吸入或吞下越來越大量的鉛，然后對他們的大小便進行化驗。不幸的是，那位醫(yī)生似乎也不懂，鉛不會被作為廢物排泄出體外，只會積累在骨頭和血液里——這正是鉛很危險的原因，他既沒有檢查骨頭，也沒有化驗血液。結(jié)果，鉛被宣布對健康毫無影響。

彼得森很快確認，大氣里有過大量的鉛——實際上現(xiàn)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，但他無法加以證明。他需要一種方法，把現(xiàn)在大氣里鉛的濃度，與1923年四乙鉛開始商業(yè)生產(chǎn)之前的濃度進行比較。他突然想到，冰核可能會提供這個答案。

人們知道，在格陵蘭島這樣的地方，每年的積雪層次很分明（因為季節(jié)溫 差使得冬季到夏季的顏色稍有不同）。只要往前數(shù)一數(shù)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(chǔ)。許多現(xiàn)代氣候?qū)W的研究工作都是建立在這個基礎(chǔ)上的。

彼得森發(fā)現(xiàn)，1923年之前，大氣里幾乎沒有鉛；自那以后，鉛的濃度不斷危險地攀升。

現(xiàn)在，把鉛攆出汽油成了他一生的追求。為此，他經(jīng)常批評鉛工業(yè)及其利益集團 ，而且往往言辭很激烈。

這證明是一場殘酷的斗爭。四乙公司是全球一家勢力很大的公司，上頭有很多朋友。（它的董事當中有最高法院的法官劉易斯·鮑威爾和美國地理學會的吉爾伯特·格羅夫納。）彼得森突然發(fā)現(xiàn)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合同，美國公共衛(wèi)生署也是，后者還算是個中立的政府機關(guān)呢。

彼得森成了一個對本單位越來越不利的人。鉛工業(yè)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。杰米·林肯·基特曼在2000年的《國家》雜志中寫道，據(jù)說，四乙公司愿意向加州理工大學無償提供一名教授講席的費用，"如果能讓彼得森卷鋪蓋走人的話"?；奶频氖?，一個美國研究委員小組被指派來調(diào)查大氣中鉛毒的危險程度，他竟然被排除在外，盡管他這時候毫無疑問已經(jīng)是美國大氣鉛問題的主要專家。

幸好，彼得森從來沒有動搖過。由于他的努力，最后提出了《1970年潔凈空氣法》，并于1986年在美國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，由于鉛是一種難以消除的物質(zhì)，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(xù)增加，而且完全是以合法的方式，主要來自采礦、冶煉和工業(yè)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(shù)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。

至于四乙公司，它仍在發(fā)展，雖然通用汽車公司、美孚石油公司和杜邦公司在該公司已經(jīng)沒有股份。（1962年，它們把股份賣給了奧爾馬爾造紙公司。）據(jù)麥格雷恩說，直到2001年2月，四乙公司依然堅持認為，"研究表明，含鉛汽油無論對人的健康還是對環(huán)境都不構(gòu)成威脅"。在它的網(wǎng)站上，公司的歷史沒有提及鉛——也沒有提及喬治·米奇利——只是簡單地提到原先的產(chǎn)品里含有"某種化學混合物"。

四乙公司不再生產(chǎn)含鉛汽油，但據(jù)2001年的公司報表，2000年四乙鉛的銷售額仍達到2510萬美元（它的全部銷售額為79500萬美元），比1999年的2410萬美元略有增長，但低于1998年的11700萬美元。公司在它的報告中說，它決心"使四乙鉛產(chǎn)生的現(xiàn)金收入增加到最大程度，盡管全世界的使用量在不斷下降"。四乙公司通過與英國奧克特爾聯(lián)合公司的一項協(xié)議在全世界銷售四乙鉛。

至于喬治·米奇利留給我們的另一個禍害含氯氟烴，美國在1974年已經(jīng)禁止使用，但它是個頑固不化的小魔鬼，以前（比如從除臭劑或噴發(fā)定型劑）排放到大氣的這種東西幾乎肯定還在那里，等你我上了西天很久以后還會在吞食臭氧。更為糟糕的是，我們每年仍在向大氣里排放大量含氯氟烴。韋恩·比德爾說，每年仍有2700萬千克以上的這種東西在市場上銷售，價值15億美元。那么，是誰在生產(chǎn)含氯氟烴？是我們——那就是說，許多大公司仍在其海外的工廠里生產(chǎn)這種產(chǎn)品。第三世界國家要到2010年才加以禁止。

克萊爾·彼得森于1995年去世。他沒有因為自己的成就而獲得諾貝爾獎。地質(zhì)學家向來沒有這個資格。更令人不解的是，盡管他在半個世紀的時間里堅持不懈，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(zhì)學家。然而，誰聽說過克萊爾·彼得森來著？大多數(shù)地質(zhì)學教科書沒有提到他的名字。最近出版的兩本有關(guān)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》雜志里就其中的一本書寫了一篇書評，結(jié)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，地球終于有了個人人都能接受的年齡?，F(xiàn)在惟一的問題是，它比它周圍的世界還要古老。