一位科學家一不小心奪走了數億人的生命

一位科學家獨自發明了三項技術，卻意外導致數百萬人喪生，包括他自己在內。 不僅如此，他們還降低了全球各地人們的平均智力水平。 犯罪率上升，並引發了兩起完全獨立的環境災難，至今我們仍在應對。 1944年，當時是一名剛完成碩士學位的年輕化學家， 克萊爾·帕特森參與了曼哈頓計畫，致力於建造首批核武器。 他的工作是從更常見的鈾-238中濃縮鈾-235，這種鈾是製造核彈的裂變燃料。 這需要大型設備，質譜儀，利用鈾的 consciously 重量差異來分離兩種鈾。 戰爭結束後，帕特森返回研究生院攻讀博士學位。 他選擇了一個研究項目，利用自己在質譜儀方面的經驗，測量地球的年齡。 放射性岩石相當於計時器。 例如，鈾-238 會衰變為釷，接著變成鎦，再經過12次衰變，最終變成穩定的鉛-206。 這種衰變的速率是恆定的，並且可以測量。 鈾-238 的樣本需經過 45 億年，才會有一半衰變為鉛-206。 帕特森的博士研究項目是通過測量原始岩石中鈾與鉛的比率來確定地球的年齡。 但要校準他的儀器，他首先使用了年齡已知的鋯石晶體。 鋯石非常適合此用途，因為它形成時會含有微量的鈾，但完全不含鉛。 因此，如果你後來在锆石中發現任何鉛，那必定是鈾衰變的產物。 帕特森被指派測量鉛含量，另一位學生喬治·蒂爾頓則測量鈾含量。 蒂爾頓的鈾測量結果是正確的。它們與預測相符。 但帕特森的測量數據卻參差不齊，且遠遠高於他們預期的數倍。 我們拿走喬治的鈾和我的鉛。這不對，帕特森。 那裡有鉛，那是不該出現在那裡的。 那麼，這些額外的鉛從哪裡來的呢？ 那個謎團將主宰克萊爾·帕特森餘生的生活，並帶領他到達地球的天涯海角。 1908年，一名女子駕車經過底特律的貝爾島大橋時，她的汽車突然熄火。 一名路過的駕車人停下來幫忙。在那個年代，汽車需要手動搖 crank 才能啟動。 他跪了下來，轉動曲柄，引擎轟然啟動，略微有些突然。 那人無法躲開，曲柄手柄打中他的臉，導致下頜骨骨折。 他因傷勢過重而死亡。 他的名字是拜倫·卡特，是自己汽車公司的創辦人，因此在底特律汽車界人脈廣泛。 他親密的朋友中包括凱迪拉克的創辦人亨利·利蘭。 萊蘭因好友的死而悲痛欲絕，決心從自己的車輛中消除手搖曲柄。 利蘭聘請查爾斯·凱特林研發自動起動的汽車，到1911年時，他已製造出一部可運作的原型車。 世界上第一輛無曲軸汽車是凱迪拉克Model 30。它的動力遠超此前的汽車。 它的最高速度為每小時45英里，功率為40馬力，是福特T型車的兩倍。 凱迪拉克30型車款大獲成功，使公司的年銷售量翻了一倍。 但它有一個問題。聲音大得震耳欲聾。 在內燃機中，活塞會壓縮燃料與空氣的混合氣體，接著由火花塞產生的火花點燃。 膨脹的熱氣體將活塞推回下方。 Model 30引擎的問題在於，它對燃油空氣混合氣的壓縮程度比以往型號更高。 事實上，多到常常在火花塞產生火花之前，燃料就會自行燃燒。 因此，你不會得到有序且精確 timed 的爆炸，而是會出現多個雜亂無章的燃燒，進而在汽缸內引發紊亂的壓力波。 由此產生的聲音使得該問題被稱為引擎爆震。 敲擊不僅對耳朵造成負擔，還損害了引擎的性能。 它降低了功率輸出並降低了燃油效率。 震動也損壞了活塞和汽缸壁，縮短了引擎的壽命。 好消息是，引擎敲缸問題可以通過更換燃料來解決。 不同的燃料在爆震前能承受不同程度的壓縮。 例如，正庚烷在輕微壓縮下就會自燃。 另一方面，異辛烷在自燃前能承受更高的壓縮比。 因此，產生爆震的機率要低得多。 為了量化燃料能承受的壓縮程度，科學家們提出了辛烷值系統。 他們隨意地將異辛烷的辛烷值定為100，正庚烷的辛烷值定為0。 現在，真正的燃料並非僅由這兩種成分組成。 它們是由多種不同的烴類混合而成的。 但辛烷值告訴你的是，哪種辛烷與庚烷的混合比例能產生相當的性能。 例如，98辛烷值的燃油所能承受的壓縮程度，與由98%正辛烷和2%正庚烷組成的混合物相同。 現在，我要取一點98辛烷值的汽油，倒入這個活塞中。 當我壓縮它時，什麼事也沒發生，這正是你所預期的。 這種燃料能承受很大的壓縮。 柴油的抗爆性值為20，因此其表現如同由20%異辛烷與80%正庚烷組成的混合物。 如果我往裡面加一點柴油，讓我們看看在相同壓縮比下會發生什麼情況。 在那裡，你會看到一陣小小的爆炸。 因為這是一種低辛烷值的燃料。 我的意思是，這正是柴油的設計用途。通過壓縮，它就會自行點燃。 但你不會希望這種燃料出現在配有火花塞的引擎中。 豪華汽車需要高辛烷值燃油的原因在於防止其高壓縮比、高性能引擎發生爆震。 凱特林希望找到一種添加劑，能夠提高普通燃料的辛烷值。 並消除高壓縮比引擎的敲缸現象。 因此，他聘用了27歲的工程師托馬斯·米德戈利· junior。 米德利試驗了各種化合物，從融化的黃油和樟腦，到乙酸乙酯和氯化鋁。 後來他寫道，其中大多數人產生的效果，不過如同向五大湖吐口水一樣。 乙醇是一個有趣的例外。 它確實停止了敲擊聲，但你需要使用大量的它，約佔燃料混合比例的10%才有效。 這麼多乙醇會很昂貴，很難賺到利潤。 而米德利真正追求的是一種便宜、易於生產，且在低濃度下仍具有效果的添加劑。 所以他一直繼續嘗試。 然後他想到碲。 它作為抗爆劑效果極佳，但氣味卻非常難聞。 你就算換衣服或洗澡也無法消除它。 他的妻子被那股臭味氣得受不了，他不得不在地下室睡了七個月。 米德利寫道， 1921年12月3日，經過五年致力於該問題的研究後， 米德利發現了他認為最完美的解決方案——四乙基鉛。 那裡中心的正是鉛原子。 這種添加劑正是他所尋找的。 它停止了敲擊聲。它沒有氣味。 生產成本低廉且 readily available。 最重要的是，只需千分之一的量就足以發揮效果。 在致凱特林的電話中，米德利說道， 由於他的發現，美國化學會授予他頗具聲望的尼科爾斯獎。 他們請他做一連串的公開演講，但密德利拒絕了。 他與凱特林為製造四乙基鉛的過程申請了專利， 他們將這種新的添加劑命名為乙基。 也許會被誤認為是另一種常見添加劑——乙醇。 他們並未提及鉛。 然後他們與美國三家最大的企業合作， 通用汽車、杜邦公司以及新澤西標準石油公司，共同成立埃蒂爾公司。 他們的行銷非常出色。 在1923年印第安納波利斯500大賽中，前三名完賽選手均使用了乙基汽油。 含鉛汽油的需求急劇上升。 為了跟上步伐，伊泰爾公司不得不在新澤西州建造一座新的化學工廠。 但這項計畫開始得極為糟糕。 投入運作兩個月內，已有數十名工人患上鉛中毒。 他們中有五人死了。 為了回應公眾的強烈譴責，米德利舉行了新聞發佈會。 然後他把四乙基鉛倒在他的手上。 他吸了整整一分鐘。 他聲稱每天這樣做都不會造成傷害。 但米德利知道其中的危險。 他拒絕公開演講的原因是，他在1923年的大部分時間都在佛羅里達州。 在他自己正從鉛中毒中康復的時候。 只要有可能，他絕不會靠近自己公司的產品。 鉛即使在少量情況下也是危險的。 它模擬我們體內的鈣，因此沒有有效的方法可以將其排出。 與鈣一樣，鉛也可以在骨骼中儲存多年。 意思是它在最初接觸後仍能長時間持續對身體造成毒害。 對鉛最敏感عش 鉛會破壞軸突周圍的髓鞘，並阻止神經傳遞物質的釋放。 這就是為什麼鉛中毒的常見症狀包括頭痛、記憶力減退，以及手腳麻木。 兒童尤其容易受影響。 鉛暴露可導致永久性的學習障礙和行為問題。 鉛的危害已經為人所知數百年了。 早在1786年，本傑明·富蘭克林就曾指出，鉛的使用已經過於長久。 考慮到其已知的毒性。 你將會憂心地發現，一個有益的真理可能被認識並存在多長時間。 在它被普遍接受和實踐之前。 他若得知近150年後竟會如此，必定會驚愕不已。 科學家計劃在燃料中添加鉛。 來自麻省理工學院、哈佛大學、耶魯大學及美國衛生服務部的醫生與公共衛生官員 寫信給米德利，警告他們不要生產四乙基鉛。 他們稱鉛為一種緩慢蔓延且惡毒的毒物，對公共衛生構成嚴重威脅。 他們的擔憂被置之不理。 此模型展示了如何 predicate 嚴格適量含有四乙基鉛和染料的液體加入汽油中。 沒有人懷疑鉛對你有害。 但一點鉛能造成多大的危害呢？ 到了1950年代，全球數百萬名駕駛者在車輛中燃燒鉛，並將其釋放到空氣中。 部分鉛最終出現在克萊爾·帕特森的鋯石樣本上。 阻止他判斷她們的年齡。 1952年，他遷往加州理工學院，在那裡從零開始建立了一個新實驗室。 懷疑環境受到污染， 他把牆壁中的電線電纜全部扯出來，以去除鉛焊料。 他每天用氨水清潔地板和長椅。 並確保實驗室內的空氣始終被吹出。 要進入裡面，你必須穿上一件塑膠兔子服。 帕特森基本上發明了無塵室。 在那間房間裡，他把注意力轉向太陽系中最古老的岩石——隕石。 地球上所有的原始岩石早已被構造活動摧毀。 但隕石來自小行星，而小行星與地球是在大致相同時期形成的。 他們只是在太空中飄浮，直到進入了地球的大氣層。 因此，測量地球年齡的最佳方法是測量隕石的年齡。 帕特森測量了五顆隕石，每顆都使用了三種不同的放射性定年技術。 而且他發現它們的年齡都是45.5億歲。 這個數字與目前公認的地球年齡僅相差0.15%。 在帕特森實驗之前，人們認為地球的年齡比十億年還要年輕。 因此，帕特森做到了。他測量了地球的年齡。 但他還未結束清除鉛污染的工作。 公眾對鉛暴露的關注持續增加。 但標準石油公司總裁弗蘭克·霍華德則反駁道， 我們覺得沒有理由放棄這項宛如天賜給業界的東西 涉及危險的可能性。 由乙基公司資助的科學家聲稱，鉛是我們環境中天然存在的一部分， 因此對人類無害。 但帕特森不禁疑惑，我們環境中的鉛究竟有多自然？ 而且他正好具備找出真相的技能。 他首先測量了海洋中的鉛含量。 如果這是自然現象，他預期鉛的濃度會與深度無關，保持一致。 但如果鉛污染最近有所增加，其濃度應會更集中在地表附近。 他採集了太平洋和大西洋深達四公里的樣本。 果然，靠近地表的鉛濃度幾乎高了十倍。 鉛污染顯然是近期發生的。但具體是什麼時候發生的呢？ 為了弄清楚這一點，帕特森不得不前往格陵蘭和南極。 冰芯記錄了數千年前空氣中鉛的含量。 大氣中的鉛含量在过去4,500年中一直升高。 所有這些都是由於人類活動所致，主要是冶煉礦石以製造金屬。 你可以看到希臘與羅馬帝國的興衰。 1300年代黑死病所引發的衰退 當然，20世紀因工業化和四乙基鉛的使用導致的急劇上升。 那麼，這對人們造成了什麼影響呢？ 帕特森檢視了近期去世的美國人牙齒和骨骼中的鉛含量。 為了進行比較，他測量了秘魯和埃及木乃伊的骨骼與牙齒中的鉛含量。 由於他們生活在一千六百多年前， 他們一生中接觸的鉛會少得多。 他預期現代美國人的骨骼中含鉛量會高出約一百倍。 但結果顯示，其差距更接近一千倍。 20世紀的美國人骨骼中的鉛含量是其祖先的1000倍。 對乳牙的研究顯示，即使鉛暴露水平遠低於被認為安全的標準，也會造成影響 導致學習延遲、智商下降以及行為問題增加。 而且除了主要產業及其發言人之外，各方意見普遍一致。 鉛在極低劑量下就具有極強的毒性。 一項後續研究顯示，乳牙中鉛含量較高的人群 失學的機率高出許多倍。 由於這些研究的結果， 疾病控制與預防中心（CDC）對於兒童血液中鉛含量可接受水平的指引 從每分升60微克下降至3.5微克。 根據我們目前所知，鉛的暴露沒有安全水平。 全球範圍內，鉛被認為是導致近三分之二未明原因智力障礙的原因。 根據一項發表於2022年的研究， 美國現有人口的一半以上，也就是1.7億人。 在幼年時期接觸到高濃度的鉛。 1951年至1980年間出生的人受到的影響尤其嚴重。 作者估計，總體而言，鉛導致智商損失超過八億點。 由於含鉛汽油的使用，世界如今變得不那麼聰明了。 但還有更令人憂慮的關聯性。 美國從1970年代到1990年代期間，犯罪率持續上升。 然後，它突然急劇下滑。 這張圖看起來與學前兒童血液中鉛含量的變化趨勢極為相似。 僅僅延後了20年。 一個顯而易見的問題是， 那些暴露在較高水平鉛環境中的兒童，長大後是否會比原本更可能犯罪？ 你可能會認為這只是一種偽相關性， 但這種模式在許多國家都出現過，包括英國、加拿大和澳洲。 我們知道鉛暴露與反社會或暴力行為之間存在因果關係。 עריכה 一項針對340名青少年的研究發現，那些曾被逮捕的人 骨頭中鉛含量升高的機率高出四倍 與沒有與法律發生衝突的類似人口統計群體相比。 這並不代表鉛是導致犯罪率上升的所有原因。 但它很可能對其中一些情況負有責任。 現在，很難精確估計鉛中毒造成的死亡人數。 其中較少人知曉的影響之一是動脈硬化， 導致心血管疾病增加。 一項2018年的研究發現，鉛很可能是美國每年25萬例心血管疾病死亡的原因。 假設過去一個世紀以來速率恆定， 這僅在美国就意味著2500萬人死亡。 全球範圍內，這個數字可能接近一億。 大多數死亡案例都是由於米德利決定在汽油中添加鉛所導致的。 一種他親身經歷過具有毒性的物質， 但他仍這樣做了，以最大化利潤。 問題還沒有結束。 每年由鉛引起的死亡人數估計在50萬至90萬之間。 一份2020年聯合國兒童基金會的報告警告稱，全球每三名兒童中就有一名 超過八十億名兒童， 血鉛水平達到或超過每分升5微克。 目前，這類鉛主要來自電池和工業過程。 但其中一些仍歸功於米德利的發明。 在米德利成功研發乙基後，他被指派負責另一項工程項目。 GM 不僅製造汽車，還生產家用電器。 而且冰箱也有問題。 兩種最常見用作冷媒的氣體是甲酸甲酯和二氧化硫。 一種極其有毒，另一種易燃。 米德格利被委以重任，負責開發一種更安全的替代品。 1928年，他研發出一種無毒且不可燃的冷媒，稱為二氯二氟甲烷。 通用汽車將此新產品命名為氟利昂。 為了展示氟利昂的安全性， 在美國化學會揭幕時 米德格利吸入了一大口這種氣體，並吹熄了一支蠟燭。 在接下來的幾十年裡，像氟利昂這樣的氯氟碳化合物變得非常流行。 並被用作溶劑和氣霧劑。 問題在於CFCs質地輕盈且穩定。 當釋放到大氣中時，它們會上升至平流層。 他們可以保持50至100年。 但如果一個CFC分子被一個能量恰好的紫外光子擊中， 它會分解，釋放出一個氯原子。 而這個氯原子隨後可以與臭氧反應， 將其分解為一氧化氯和氧氣。 結果又造成了一場環境災難，臭氧層出現了空洞。 由於臭氧減少，更多的紫外線得以穿透大氣層， 皮膚癌和白內障的發病率不斷上升。 此外，氟氯碳化物是強效的溫室氣體。 每公斤的溫室效應是二氧化碳的10,000倍。 歷史學家約翰·麥克尼爾寫道，米德利對大氣的影響更大。 地球上歷史上任何其他單一生物都無法相比。 旨在逐步淘汰氟氯碳化物的《蒙特利爾公約》於1989年生效。 臭氧層現正顯示出恢復的跡象， 儘管要完全恢復還需要數十年的時間。 1940年，51歲的米德利感染了小兒麻痺症，導致身體殘疾。 因此，為了幫助他起身，他設計了一張機械床。 由一連串繩索和滑輪控制。 1944年11月2日，當使用這件裝置時， 他被繩索纏住，因窒息而死亡。 多虧了克萊爾·帕特森的工作， 我們的環境中的鉛並非天然形成，這一點變得越來越清楚。 在內燃機中燃燒鉛會將這種有毒元素散布至全球。 進入大氣、海洋、南極的雪，甚至我們的骨骼之中。 日本是1986年首個禁止在汽車中使用含鉛燃料的國家。 但其他國家很快也跟隨其後。 阿爾及利亞則是在2021年最後這麼做的。 聯合國估計，從汽油中消除鉛可帶來的效益 每年拯救超過百萬條生命，並節省2.45兆美元。 不過，含鉛汽油仍被用於活塞式飛機引擎。 這如今是美國空氣中鉛排放的最大來源。 你將會憂心地注意到，一個有益的真理可能被知晓並存在多長時間。 在它被普遍接受和實踐之前。