Бил Брайсън
Кратка история на почти всичко (12)

10. Прогонване на оловото

В края на 1940-те един студент последна година в Чикагския университет на име Клеър Патерсън (който, въпреки малкото си име, бил по произход момче от фермерско семейство от Айова) използвал нов метод с измерване на оловен изотоп, опитвайки се да определи най-накрая възрастта на Земята. За жалост, всичките му проби показвали замърсяване — обикновено в огромна степен. Повечето съдържали ниво на олово с около двеста пъти над нормалното. Много години щели да изминат преди Патерсън да осъзнае, че причината за това е злощастното откритие на изобретателя от Охайо Томас Мидглей младши.

Мидглей бил инженер по образование и светът сигурно щеше да бъде по-безопасно място, ако си беше останал такъв. Вместо това, той започнал да се интересува от индустриалното приложение на химията. През 1921 г., докато работел за Дженеръл Моторс Рисърч Корпорейшън в Дейтън, Охайо, изследвал съединението, наречено оловен тетраетил (малко объркващо, но то е известно и с името тетраетилолово), като открил, че то до голяма степен намалявало детонациите, известни като чукане в двигателя.

Въпреки че било всеизвестно, че оловото е опасно, до началото на двайсети век то можело да се намери във всички видове потребителски стоки. Хранителните продукти се поставяли в консерви с оловна спойка. Водата се държала в резервоари с оловно покритие. Пръскали с него като пестицид под формата на оловен арсенат плодовете. Дори се съдържало в тубичките за паста за зъби. Едва ли имало продукт, който да не вкарвал малко олово в живота на потребителите. Нищо обаче нямало като последица толкова голямо и дълготрайно съвместно съжителство на оловото с човека, както добавянето му към бензина.

Оловото е невроотрова. Ако сме поели повечко от него, може безвъзвратно да си увредим мозъка или централната нервна система. Сред многото симптоми, свързани с прекомерната концентрация на олово в организма, са слепота, безсъние, увреждане на бъбреците и на слуха, рак, паралич и гърчове. В по-остра форма то води до внезапни и ужасни (както за страдащите, така и за наблюдателите) халюцинации, които обикновено са последвани от изпадане в кома и смърт. Наистина никой не би искал да има твърде много олово в организма си.

От друга страна, оловото било лесно за добив и работа, и почти смущава с изгодността си при индустриално производство, а оловният тетраетил наистина безспорно спирал чукането в двигателите. Така че през 1923 г. три от най-големите американски корпорации — Дженеръл Моторс, Дюпон и Стандарт Ойл ъв Ню Джързи, създали съвместно предприятие на име Етил Газолин Корпорейшън (по-късно наричано просто Етил Корпорейшън) с цел да произвеждат толкова оловен тетраетил, колкото светът искал да купува, а това се оказало, че е доста много. Нарекли своята добавка „етил“, тъй като звучала по-дружелюбно и по-малко отровно от „олово“, и я предложили за публично потребление (по доста повече начини, отколкото хората съзнавали) на 1 февруари 1923 г.

Почти веднага работниците в производството започнали да показват признаци на зигзагообразна походка и обърканост, типични за скорошно отравяне. И почти веднага Етил Корпорейшън възприели политика на спокойно и непоколебимо отричане, която щяла да й служи добре с десетилетия. Както Шарън Бъртч МакГрейн отбелязва в увлекателната си история на индустриалната химия Прометпеевци в лабораторията, когато служителите в един завод развили трайни халюцинации, говорител любезно информирал репортерите: „Тези мъже вероятно са полудели, защото са работели твърде усилено.“ Най-малко петнайсет работници умрели през първите дни на производство на оловен бензин, а незнайно много се разболели, понякога смъртоносно; точният брой е неизвестен, тъй като компанията винаги успявала да потули новините за смущаващи изказвания, изтичане на информация и отравяния. Понякога обаче това ставало невъзможно, особено през 1924 г., когато в една фабрика с лоша вентилация в рамките на няколко дни пет работници в производството починали, а трийсет и пет други се превърнали в халюциниращи развалини.

Докато се носели слухове за вредността на новия продукт, ентусиазираният откривател на етила Томас Мидглей решил да проведе демонстрация пред репортерите, за да успокои духовете. Докато бъбрел за ангажиментите на компанията по отношение на безопасността, излял оловен тетраетил върху ръцете си, след това поставил стъкленица с него под носа си за шейсет секунди, като твърдял през цялото време, че може да повтаря процедурата всеки ден и това да е безвредно. Всъщност, Мидглей много добре знаел за опасностите, свързани с отравянето от олово: самият той пострадал сериозно от свръхконцентрация няколко месеца преди това и сега, освен за да успокои журналистите, никога не се и доближавал до веществото, ако това било възможно.

 

Окуражен от успеха на оловния бензин, Мидглей насочил вниманието си върху друг технологичен проблем на века. Хладилниците през 1920-те били често ужасяващо рискови, тъй като използвали опасни газове, които понякога изтичали. Изтичане на газ от хладилник в болницата в Кливланд, Охайо, през 1929 г. убило повече от сто души. Мидглей се заел със създаването на газ, който е стабилен, незапалим, некорозиращ и безвреден за дишане. Така Мидглей с инстинкт, който създава неща, за които съжаляваме, и който бил почти неестествен, изобретил хлорофлуровъглеводородите, станали известни с търговското си означение CFC.

Рядко се случва индустриален продукт толкова бързо и неудачно да бъде използван. CFC били произведени в началото на 1930-те и намерили приложение в хиляди неща — от климатици за коли до спрейове за дезодоранти, преди да бъде забелязано, половин век по-късно, че разрушават озона в стратосферата. Както знаем, това не било хубаво нещо.

Озонът е форма на кислорода, в който всяка молекула се състои от три атома кислород, вместо от два. Той е една химична странност, тъй като в приземния слой е замърсител, докато в горния слой на стратосферата е полезен, тъй като поглъща опасното ултравиолетово лъчение. Полезният озон обаче не съществува в голямо изобилие. Ако равномерно се разпредели в стратосферата, ще се получи пласт с дебелина само три милиметра. Ето защо този слой озон толкова лесно се уврежда и ето защо не е нужно много, за да станат такива увреждания критични.

Хлорофлуоровъглеводороди също не са в голямо изобилие — съставляват само около една част на милиард от атмосферата като цяло — но те са екстравагантно разрушителни. Един килограм CFC може да обхване и да унищожи 140 000 килограма от озона в атмосферата. CFC имат голяма дълготрайност — средно около век — като водят до опустошение през цялото време. Те са и големи топлинни гъби. Една CFC молекула е около десет хиляди пъти по-ефикасна за усилване на парниковия ефект, отколкото молекула от въглероден диоксид — а самият въглероден диоксид е важен за парниковия ефект. Накратко, хлорофлуоровъглеводородите накрая може да се окажат, че са най-лошото откритие на двайсети век.

Мидглей никога не узнава за това, тъй като умира много преди някой да осъзнае колко разрушителни са CFC. Смъртта му, сама по себе си, ще се помни с необикновеността си. След като осакатял заради боледуване от полиомиелит, Мидглей изобретил механизъм, представляващ серия от моторизирани макари, който автоматично го вдигал или обръщал в леглото. През 1944 г. се омотал във въжетата, когато машината се задействала, и той се удушил.

 

Ако човек се интересувал от това как да установи възрастта на нещата, трябвало да се намира в Чикагския университет през 1940-те. Уилард Либи бил в процес на откриване на датирането на радиоактивен въглерод, позволяващо на учените да получават точни стойности за възрастта на костите и други органични останки, нещо което преди това въобще не можели да правят. Дотогава най-старите надеждни датирания били само до Първата династия в Египет от около 3000 г. пр. Хр. Никой не можел със сигурност да каже например кога са се оттеглили последните ледникови блокове или по кое време в миналото кроманьонците са украсили пещерите на Ласко във Франция.

Идеята на Либи била толкова полезна, че го награждават с Нобелова награда през 1960 г. Основавала се на осъзнатия факт, че всички живи неща съдържат в себе си изотоп на въглерода, наречен въглерод–14, който започва да се разпада в измерима степен в момента на смъртта им. Въглерод–14 има време на полуразпад — т.е. периодът, който е нужен да изчезне половината от всяка проба^[1] — някъде около 5600 години. Така, че като определи колко въглерод от дадена проба се е разпаднал, Либи можел добре да установи възрастта на предмета — макар и само донякъде. След осем полуразпада от първоначалния въглерод остава само 1/256, което е твърде малко за надеждно измерване, така че въглеродното датиране дава резултати само при обекти с възраст до около 40 000 години.

Любопитно е, че щом методът широко се разпространил, някои неточности станали очевидни. Като начало било открито, че един от основните компоненти във формулата на Либи, известна като константата на разпад, показвала отклонение от 3%. Дотогава обаче вече били направени хиляди измервания из целия свят. Вместо да поправят всяко едно от тях, учените решили да запазят неточната константа. „Така“ — отбелязва Тим Фланери — „всяка грубо определена по-рано радиовъглеродна дата, която се измерва днес, ще бъде по-млада с около 3%.“ Проблемите не спрели дотук. Бързо било открито, че проби с въглерод–14 могат лесно да бъдат замърсени с въглерод от други източници — например малко късче от зеленчукова материя която е била взета с пробата и не е била забелязана. За по-млади проби — тези около под 20 000 години — незначително замърсяване не е от съществено значение, но за по-стари проби може да е сериозен проблем, тъй като са останали малко атоми за броене. В първия случай, да използваме казаното от Фланери, това е като да сгрешиш с един долар при броене на хиляда; във втория случай, това е да сгрешиш с един долар, когато броиш два долара.

Методът на Либи бил основан на предположението, че количеството на въглерод–14 в атмосферата и степента, с която той се абсорбира от живите неща, не са се променяли през целия период на съществуването им. Но всъщност те са се променяли. Сега знаем, че обемът на атмосферния въглерод–14 варира в зависимост от това колко добре или зле земният магнетизъм отклонява космическите лъчи, и че това може да се изменя значително през времето. Това означава, че някои датирания с въглерод–14 са по-несигурни от други. Отнася се особено за дати точно около времето, когато хората за първи път пристигнали в Америка, което е една от причините, въпросът да е спорен от дълги години.

Накрая и малко неочаквано измерванията могат да бъдат невалидни поради несвързани външни фактори — такива като диетите на тези, чиито кости се тестват. Един скорошен случай засягаше дългогодишния дебат, дали сифилисът е дошъл от Новия Свят или от Стария. Археолозите в Хъл, в Северна Англия, открили, че монасите от манастирските гробове страдали от сифилис, но първоначалното заключение, че монасите са страдали от него преди пътешествието на Колумб, било поставено под съмнение, отчитайки, че са яли много риба, което прави костите им да изглеждат по-стари, отколкото фактически са. Монасите може наистина да са имали сифилис, но как са го пипнали и кога, си остава един неразгадан въпрос.

Поради натрупалите се недостатъци на въглерод–14 учените измислили нови методи за датиране на древен материал, сред тях термолуминесценцията, която измерва електроните, захванати в глинени изделия, електронния парамагнитен резонанс, който включва бомбардирането на проба с електромагнитни вълни и измерването на вибрациите на електроните. Но дори най-добрите от тези методи не можели да датират нещо по-старо от приблизително 200 000 години и не можели въобще да датират неорганични материали като скали, което, разбира се, било нужно, ако искате да определите възрастта на планетата си.

Проблемите, свързани с датиране на скалите били такива, че по едно време всички по света се били отказали да се занимават с тях. Ако не бил целенасоченият английски професор на име Артър Холмс търсенето въобще щяло да бъде преустановено.

Холмс се оказал герой както по отношение на пречките, които трябвало да преодолее, така и за резултатите, които постигнал. Към 1920-те, когато бил в разцвета на кариерата си, геологията вече не била на мода — физиката била новото увлечение на века — и била изключително слабо обезпечена финансово, особено във Великобритания, духовното й родно място. В Дърамския университет много години Холмс съставлявал целият департамент по геология. Често му се налагало да заема пари от другаде или да скърпва как да е оборудването, за да провежда радиометричното датиране на скалите. По едно време трябвало цяла година да спре да работи върху изчисленията си, докато чакал университетът да го снабди с проста сметачна машина. От време на време се налагало въобще да не се занимава с академична работа с цел да спечели достатъчно пари, за да издържа семейството си — известно време държал антикварен магазин в Нюкасъл-на-Тайн — а понякога не можел да си позволи да плати членския си внос от 5 лири за Геоложкото дружество.

Методите, които Холмс използвал в работата си, били прости в теоретичен план и произлизали пряко от процеса, за първи път наблюдаван от Ърнест Ръдърфорд през 1904 г., в който някои атоми се разпадат от един елемент в друг, със скорост достатъчно предсказуема, че да могат да се използват като часовници. Ако знаем колко време е нужно за калий–40 да се превърне в аргон–4 и измерим количеството на всеки от тези изотопи в проба, можем да изчислим на колко години е материалът. Приносът на Холмс се състоял в измерване на скоростта на разпадане на урана в олово, за да изчисли възрастта на скалите, и по този начин — се надявал — на Земята.

Имало обаче много технически трудности за преодоляване. На Холмс му били нужни — или най-малкото щял много да оцени — съвременни прибори, които да могат много прецизно да измерват малки проби, а, както видяхме, всичко, което могъл да направи, е да получи проста сметачна машина. Така че било голямо постижение, когато през 1946 г. бил в състояние да съобщи с известна увереност, че Земята е на най-малко три милиарда години, а може и на повече. За жалост, сега срещнал друга огромна пречка: консервативността на колегите си учени. Въпреки че те със задоволство отправяли хвалебствия за методологията му, много от тях поддържали схващането, че не е установил възрастта на Земята, а само възрастта на материалите, от които Земята е формирана.

Точно по това време Харисън Браун от Чикагския университет разработил нов метод за броене на оловните изотопи във вулканични скали (което означава тези, които били създадени чрез нагряване, за разлика от наслояването на седименти.) Съзнавайки, че работата ще е изключително еднообразна, той го възложил на Клеър Патерсън като дисертационен проект. Известно е, че обещал на Патерсън, че установяването на възрастта на Земята по новия метод ще бъде „бърза работа“. Всъщност отнело години.

Патерсън започнал да работи по проекта през 1948 г. В сравнение с колоритния принос на Томас Мидглей към хода на прогреса, установяването на възрастта на Земята от Патерсън изглежда като една малка подробност. Седем години — първо в Чикагския университет, а после в Калифорнийския технологичен институт (където се преместил през 1952 г.), работил в стерилна лаборатория, правейки много прецизни изчисления на съотношението олово/уран във внимателно подбрани проби от стари скали.

Проблемът с измерване на възрастта на Земята бил в това, че са ни нужни изключително древни кристали, съдържащи олово и уран, които да бъдат толкова стари, колкото и самата планета — нещо, което е по-младо, очевидно ще ни даде объркващо скорошни дати — а наистина стари скали рядко се намират на Земята. В края на 1940-те почти никой не разбирал, защо е така. Наистина, което е доста странно, ще бъдем вече в почти космическия век, преди някой да даде достоверно обяснение, къде са отишли старите скали на Земята. (Отговорът е в тектониката на плочите, до която, разбира се, ще стигнем.) Патерсън междувременно бил оставен да разгадае нещата с много ограничени материали. Накрая много изобретателно му дошло на ум, че може да избегне недостига на скали, като използва извънземни скали. Насочил се към метеоритите.

Предположението, което направил — доста смело, но правилно, както се оказало — било, че метеоритите в своята същност са останки от градивния материал от ранните дни на Слънчевата система и по този начин са успели да съхранят една повече или по-малко първична химия в себе си. Ако се измерят тези заблудили се скали, ще се получи (горе-долу) възрастта на Земята.

Както винаги обаче, нищо не е толкова просто, както това весело описание ни кара да смятаме. Метеоритите не съществуват в изобилие и не е особено лесно да се намерят метеоритни проби. Освен това измервателната техника на Браун се оказала твърде придирчива и трябвало да се прецизира изключително много. И най-вече, съществувал проблемът, че пробите на Патерсън непрекъснато и необяснимо се замърсявали с големи дози атмосферно олово всеки път, щом влезели в съприкосновение с въздуха. Това именно накрая го накарало да създаде стерилна лаборатория — първата в света, поне според един източник.

На Патерсън му били нужни седем години, само за да събере подходящи проби за крайното тестване. През пролетта на 1953 г. заминал за Аргонската национална лаборатория в Илиной, където можел да работи с последния модел масов спектрограф — апарат за точно измерване на миниатюрни количества уран и олово в древни кристали.

Когато накрая получил резултатите, Патерсън бил толкова развълнуван, че отпратил право към родния си дом в Айова и накарал майка си да го заведе в болница, тъй като смятал, че е пред инфаркт.

Скоро след това, на среща в Уисконсин, Патерсън съобщил, че окончателната възраст на Земята е 4550 милиона години (плюс или минус 70 милиона) — „число, което е останало непроменено 50 години по-късно)“ — както МакГрайн отбелязва с възхищение. След двеста години опити Земята най-накрая си имала възраст.

 

След като приключил основната си работа, Патерсън насочил вниманието си към натрапчивия въпрос, свързан с всичкото това олово в атмосферата. С изненада открил, че малкото, което се знаело за влиянието на оловото върху човека, било погрешно или заблуждаващо — и не било изненадващо, както той установил, тъй като четирийсет години всички изследвания върху влиянието на оловото били финансирани изключително само от производители на оловни добавки.

В едно такова изследване лекар, който не бил специалист по химична патология, работил по петгодишна програма, в която доброволци били карани да вдишват или поглъщат олово в завишени количества. След това урината и изпражненията им били изследвани. За жалост, както изглежда, лекарят не е знаел, че оловото не се изхвърля като отпадъчен продукт. По точно то се натрупва в костите и кръвта — именно това го прави толкова опасно — а нито кости, нито кръв били изследвани. В резултат на това оловото било обявено за безвредно.

Патерсън бързо установил, че фактически сме имали много олово в атмосферата — и още имаме — тъй като оловото никога не изчезва, а около 90% от него се получавало от ауспусите на автомобилите, но не можел да го докаже. Това, от което се нуждаел, е да сравни съществуващото ниво на оловото в атмосферата с нивата от преди 1923 г., когато оловният тетраетил бил въведен в употреба. Хрумнало му, че вътрешността на ледените блокове в полярните области могат да дадат отговор.

Известно е, че снеговалежите в места като Гренландия се натрупват в отделни пластове всяка година (тъй като сезонните температурни разлики създават малки промени в оцветяването от зимата до лятото). Като преброял обратно тези пластове и като измерел количеството олово във всяко, можел да изчисли глобалните концентрации на олово по всяко едно време за стотици, дори хиляди години. Идеята станала основата на науката за ледените блокове, на която се основава голяма част от съвременната климатология днес.

Това, което открил Патерсън, било, че преди 1923 г. почти нямало олово в атмосферата и че оттогава нивото му се покачва непрекъснато и застрашително. Сега целта в живота му било премахването на оловото от бензина. По тази причина станал постоянен и явен критик на оловната индустрия и интересите й.

Кампанията се оказала адски трудна. Етил била мощна глобална компания, с много приятели из горните етажи на властта. (Сред директорите й били съдията от Върховния съд Луис Пауел и Гилбърт Гросвенър от Националното географско дружество.) На Патерсън изведнъж му спрели финансирането и започнал да среща трудности при намирането на средства за изследванията си. Институтът Америкън Петролеум анулирал изследователски проект с него, както и Агенцията по здравеопазване на САЩ — една предполагаемо неутрална правителствена институция.

Тъй като Патерсън все повече ставал тежест на институцията си, на настоятелството непрекъснато му било оказвано натиск от страна на служители в оловната индустрия да му затворят устата или да го уволнят. Според Джейми Линкълн Китман, пишещ за Нейшън през 2000 г., се твърди, че шефовете на Етил предложили да финансират катедра в Калифорнийски технологичен институт, „ако изгонят Патерсън.“ Абсурд е, че през 1971 г. не бил допуснат да участва в групата на Националния изследователски съвет, назначена да изследва опасностите от атмосферно оловно отравяне, въпреки че вече бил безспорно водещ експерт по оловото в атмосферата.

За негова голяма чест Патерсън никога не се поколебал или отметнал. Накрая усилията му довели до въвеждане на Закона за чист въздух от 1970 г. и най-накрая до спиране през 1986 г. на продажбата на всякакъв оловен бензин в Съединените щати. Почти веднага нивото на олово в кръвта на американците спаднало с 80%. Но тъй като оловото е вечно, тези от нас, които са живи днес, имат 625 пъти повече оловото в кръвта си, отколкото хората преди век. Количеството на олово в атмосферата също продължава да нараства съвсем законно, с около 100 000 метрични тона годишно — главно от рудодобив и обработка на метали, както и от индустриални дейности. Съединените щати също забраниха оловото в интериорните бои, „четирийсет и четири години след повечето страни в Европа“ — както отбелязва МакГрейн. Забележително е, като се има предвид изключителната му токсичност, че оловната спойка се премахва от американските съдове и контейнери за храна едва през 1993 г.

Що се отнася до Етил Корпорейшън, тя все още е силна, въпреки че Дженеръл Моторс, Стандърт Ойл и Дюпон нямат дялове в компанията. (Продават ги на компания, наречена Албермарл Пейпър през 1962 г.). Според МакГрейн чак до февруари 2001 г. Етил продължили да оспорват, „че изследванията не са успели да установят, че бензинът представлява заплаха за здравето или околната среда.“ На уебсайта на компанията в частта за историята й не се споменава за оловото — или пък за Томас Мидглей — а се посочва, че първоначалният продукт „съдържал определена комбинация от химикали.“

„Етил“ вече не произвежда оловен бензин, въпреки че според баланса на компанията за 2001 г. продажбите на оловен тетраетил (или TEL, както го наричат) през 2000 г. възлизат на 25,1 милиона долара (от продажби общо за 795 милиона долара) с 24,1 милиона долара повече в сравнение с 1999 г., но със спад от 117 милиона долара спрямо 1998 г. В доклада си компанията изразява решимостта си да „максимализира средствата, генерирани от TEL тъй като потреблението му продължава да намалява по света.“ „Етил“ продава TEL чрез споразумение с „Асошиейтид Октел ъв Инглънд“.

Що се отнася до другия бич, останал ни от Томас Мидглей — хлорофлуоровъглеводородите, тях ги забраняват в Съединените щати през 1974 г., но те са упорити малки дяволчета и всяко, което сме пуснали в атмосферата преди това (например с дезодоранта ни или с лак за коса), със сигурност ще е наоколо и ще унищожава озоновия слой много след като сме се споминали. Още по-лошо е, че все още изпускаме в атмосферата огромни количества CFC всяка година. Според Уейн Бидл годишно 30 милиона килограма от веществото, на стойност 1,5 милиарда долара, все още се продава на пазара. А кой го произвежда? Ние — тоест много от големите ни компании все още го произвеждат в чужбина. Няма да бъде забранено в Третия Свят до 2010 г.

Клеър Патерсън умира през 1995 г. Не спечелва Нобелова награда за работата си. Винаги е така с геолозите. Нито пък, което е по-озадачаващо, получава някакво внимание за последователни постижения, изпълнени с голяма самоотверженост в продължение на половин век. Може да се каже, че той е най-влиятелният геолог на двайсети век. Кой обаче е чувал за Клеър Патерсън? Повечето учебници по геология даже не го споменават. Две нови популярни книги за възрастта на Земята дори грешно изписват името му. В началото на 2001 г. рецензентът на една от тези книги прави дори още една по-фрапантна грешка в списание Нейчър, като смята Патерсън за жена.

Така или иначе благодарение на Клеър Патерсън през 1953 г. най-накрая всички постигат съгласие относно възрастта на Земята. Единственият проблем сега е, че тя е по-стара от вселената, в която се намира.