Κλέρ Κάμερον Πάτερσον και Μόλυβδος: Από την ηλικία της γης στην τοξικολογία.

Κλέρ Κάμερον Πάτερσον και Μόλυβδος: Από την ηλικία της γης στην τοξικολογία.

4.550.000.000 χρόνια! Αυτή φαίνεται να είναι η ηλικία του πλανήτη μας. Αρκετός χρόνος για να διαμορφωθεί το γαλάζιο σπίτι μας, αρκετός χρόνος για να εξελιχθούν οι οργανισμοί στην σημερινή τους ποικιλομορφία, αρκετός χρόνος για να συντελεστεί το θαύμα της ανθρώπινης διανόησης. Αλλά ταυτόχρονα και αρκετά δυσθεώρητος, ώστε να ξεφεύγει από κάθε ανθρώπινη εμπειρία και να θέτει το είδος μας αντιμέτωπο με την μηδαμινότητά του μέσα στην άβυσσο του σύμπαντος. Ωστόσο, ο ίδιος άνθρωπος, ο οποίος με την έρευνά του συνετέλεσε όσο κανείς στον προσδιορισμό της ηλικίας της γης, αντί να σταθεί στην διαπίστωση, πως τίποτα δεν ζυγίζει το στιγμιαίο ανθρώπινο πέρασμα μέσα στην αιώνια κατάσταση των πραγμάτων, επέλεξε μία εντελώς διαφορετική στάση. Ξαναγύρισε στον άνθρωπο, αγωνίστηκε για τον άνθρωπο, διώχθηκε για τον άνθρωπο και τον έκανε και πάλι το κέντρο της δημιουργίας. Clair Cameron Patterson, ένας όχι και τόσο γνωστός επιστήμονας, με μία τεράστια παρακαταθήκη.

Οι πρώτες επιστημονικές προσπάθειες υπολογισμού της ηλικίας της γης έγιναν με βάση την υπόθεση ότι η γη “γεννήθηκε” ως τηγμένα υλικά. Οι Buffon και Kelvin, ουσιαστικά προσπάθησαν να μετρήσουν τον χρόνο που θέλει συγκεκριμένη μάζα τηγμένου υλικού να φτάσει στην παρούσα θερμοκρασία της γης. Οι αριθμοί που προσδιορίστηκαν απείχαν πολύ από την πραγματικότητα καθώς δεν λάμβαναν υπόψη την θερμότητα που παράγεται από τη ραδιενεργή διάσπαση (άγνωστη μέχρι τότε) και πολύ περισσότερο τη συναγωγή θερμότητας από το εσωτερικό της γης. Αργότερα, ο George Darwin, αστρονόμος και γιος του Κάρολου Δαρβίνου, αποπειράθηκε να χρησιμοποιήσει την επιβράδυνση της περιφοράς της σελήνης γύρω από τη Γη, από την οποία θεώρησε ότι η πρώτη είχε αποσπασθεί σχετικά νωρίς στην ιστορία του ηλιακού συστήματος. Μολονότι η ιδέα του είχε λογική, το αποτέλεσμα ήταν παράλογα μικρό. Μόνο όταν στις αρχές του εικοστού αιώνα έγιναν κατανοητές οι ραδιενεργές διαδικασίες, όπως η φυσική μεταστοιχείωση, τέθηκαν οι βάσεις για μία ακριβέστερη προσέγγιση. Το 1907 ο Boltwood χρονολόγησε ένα δείγμα ουρανίτη με τη μέθοδο ουρανίου/μολύβδου, παρόλο που ακόμη δεν είχαν προσδιοριστεί τα ισότοπα και οι ρυθμοί διάσπασής τους. Ο καθορισμός των παραπάνω κατέστη δυνατός μετά το 1919, με την ανακάλυψη του φασματογράφου μάζας.

Πως όμως μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ισότοπα στη γεωχρονολόγηση; Οι ραδιενεργές διασπάσεις τείνουν να μετατρέψουν τους μεγάλους και ασταθείς πυρήνες σε μικρότερους και σταθερότερους. Έτσι αυθόρμητα, ραδιενεργοί μητρικοί πυρήνες μετατρέπονται -σταδιακά- σε θυγατρικούς σταθερούς πυρήνες σε καθορισμένο χρόνο, που είναι διαφορετικός για κάθε ισότοπο. Ο χρόνος που απαιτείται για την μείωση των μητρικών πυρήνων στο ήμισυ του αρχικού τους αριθμού καλείται χρόνος ημιζωής. Ο πυρήνας είναι άβατο για τις περιβαλλοντικές αλλαγές. Ένα υλικό μπορεί κανείς να το εξαχνώσει, να το λιώσει, να το σπάσει, να το διαλύσει ανάμεσα σσε άλλα, αλλά ο χρόνος διάσπασης δεν επηρεάζεται από τίποτα. Επομένως, με τον χρόνο ημιζωής κάθε ισοτόπου γνωστό, αρκεί να υπολογιστεί ο λόγος του συνόλου των εναπομεινάντων μητρικών πυρήνων προς το σύνολο των θυγατρικών, ώστε να λυθεί η εξίσωση ως προς τον χρόνο.

Σε ένα γεωλογικό ρολόι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ισότοπα με μικρούς χρόνους ημιζωής. Το σύστημα ουρανίου-μολύβδου πληροί αυτήν την προϋπόθεση. Το προϊόν της τελευταίας διάσπασης του U -238 (χρόνος ημιζωής 4,5 δισ. χρόνια) είναι το σταθερό ισότοπο Pb -206 ενώ του U -235 (χρόνος ημιζωής 704 εκατομμύρια χρόνια) ο Pb -207 και του Th-232 (χρόνος ημιζωής 15 δισ. χρόνια) ο Pb -208. Αρα, τα ουρανιούχα ορυκτά ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής διάσπασης συσσωρεύουν μόλυβδο.

Ο μόλυβδος είναι η τελευταία στάση σε αυτή την μεταστοιχειωτική αλυσίδα, και μόλυβδος θα παραμείνει αιώνια. Υπολογίζοντας ωστόσο απλά το λόγο ουρανίου προς μόλυβδο, δεν λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα να προυπάρχει μόλυβδος στο υλικό από την στιγμή της “δημιουργίας” του. Τη λύση στο πρόβλημα αυτό, έδωσε ο Arthur Holmes με το σύστημα μολύβδου-μολύβδου. Αντί να μετρήσει κάποιος τον λόγο ουρανίου/ μολύβδου, μετράει τους λόγους των διαφορετικών ισοτόποων μολύβδου μεταξύ τους. Η τελευταία προϋπόθεση για τον προσδιορισμό της ηλικίας της γης ήταν να βρεθεί ένα πέτρωμα ίδιας ηλικίας με τη γη.

Η “αποστολή” αυτή ανατέθηκε στον Clair Cameron Patterson, έναν τριαντάχρονο γεωχημικό από την Iowa των ΗΠΑ. Το υλικό που του δόθηκε για να δουλέψει ήταν θραύσματα από αστεροειδείς, καθώς σύμφωνα με την πιο αποδεκτή θεωρία, οι αστεροειδείς είναι απομεινάρια της δημιουργίας του ηλιακού συστήματος και επομένως έχουν ίδια ηλικία με τη γη. Είναι τα “αχρησιμοποίητα οικοδομικά υλικά”, αναμνηστικά της νεογνικής ηλικίας του πλανήτη μας. Βέβαια, όσο απλή και αν ακούγεται θεωρητικά η ραδιοχρονολόγηση, τόσο σύνθετη είναι η πραγματική διαδικασία. Μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις που κλήθηκε να αντιμετωπίσει ο Patterson ήταν η “μόλυνση” των υπό μελέτη δειγμάτων του από τον μόλυβδο του περιβάλλοντος Παρά τον εμμονικό καθαρισμό του εργαστηρίου του, τα αποτελέσματα των μετρήσεών του ήταν ασυνεπή και γι’ αυτό κατέληξε στο να φτιάξει ένα εργαστήριο από την αρχή, πρωτοποριακό σε ότι αφορά την απόλυτη καθαριότητα. Έτσι έχοντας αναστείλει για αρκετά χρόνια την έρευνά του προκειμένου να την πραγματοποιήσει στις πιο ακριβείς συνθήκες, τελικά χρησιμοποίησε τον πιο εξελιγμένο φασματογράφο της εποχής του. Για πρώτη φορά το αποτέλεσμα ήταν απόλυτα συνεπές σε κάθε μέτρηση και η εξίσωση είχε λυθεί. 4.550.000.000 χρόνια! Όμως αυτό που έμοιαζε με αμιγή επιστημονική έρευνα αποδείχτηκε κάτι πολύ σημαντικότερο…

Έχοντας γίνει πλέον ο παγκοσμίως επαϊων στα θέματα προσδιορισμού ιχνών μολύβδου, ο Patterson θέλησε να ασχοληθεί με τον έλεγχο του μολύβδου στον πυθμένα των ωκεανών. Αυτό που συμπέρανε ήταν ότι το ποσοστό εκεί ήταν 80 φορές μικρότερο απ’ ότι στο ηπειρωτικό περιβάλλον, που επηρεάζονταν άμεσα από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Διαφορές επίσης σημείωσε στην ποσότητα του μολύβδου κοντά στις ακτές σε σχέση με την ανοικτή θάλασσα. Για στοιχεία όπως το βάριο δε ίσχυε κάτι τέτοιο. Δεδομένου λοιπόν του χρόνου που απαιτείται για την ανάμειξη, ο Patterson κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο μόλυβδος, που κανονικά υπάρχει στα πετρώματα, τα τελευταία χρόνια απελευθερωνόταν στην ατμόσφαιρα οπότε δεν μπορούσε κανείς να αποφύγει την έκθεσή του σ’ αυτόν. Η υποψία αυτή τεκμηριώθηκε από την μελέτη δειγμάτων πάγου που πήρε στην Γροιλανδία, αρκετά βαθιά ώστε να μην έχουν επηρεαστεί από τις εκπομπές των καυσαερίων των κινητήρων εσωτερικής καύσης που περιείχαν τετρααιθυλομόλυβδο, συνηθισμένο πρόσθετο στην βενζίνη κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα. Η προσθήκη του τετρααιθυλομολύβδου αυξάνει τα οκτάνιά της, δηλαδή τον αριθμό RON, εξασφαλίζοντας έτσι ότι η βενζίνη δεν θα αυταναφλεγεί εύκολα, επιτρέποντας στους βενζινοκινητήρες να λειτουργήσουν με υψηλότερες συμπιέσεις που αυξάνουν την θερμοδυναμική τους απόδοση. Ερευνώντας τη συγκέντρωση μολύβδου στα απόλυτα διακριτά ετήσια στρώματα του χιονιού που πέφτει εκεί και παγώνει κάθε χειμώνα, ανακάλυψε πως ενώ πριν από το 1923 δεν υπήρχε σχεδόν καθόλου μόλυβδος στο παγωμένο χιόνι, από εκείνη τη χρονιά και μετά η αύξησή του ήταν σταθερή και ραγδαία. Έκανε λοιπόν σκοπό της ζωής του να βγάλει τον μόλυβδο από τη βενζίνη ερχόμενος αντιμέτωπος στην πορεία με όλους όσοι εμπλέκονταν στην παραγωγή του.

Η χρήση του μολύβδου ήταν διαδεδομένη για χιλιάδες χρόνια λόγω της εύκολης εξόρυξης και τήξης του. Στην αρχαία Αίγυπτο χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευής αλιευτικών βαριδίων, στην εύφορη ημισέληνο ως οικοδομικό υλικό και γραφική ύλη, στην αρχαία κίνα ως αντισυλληπτικό και ως διεγερτικό, στα χρόνια της αναγέννησης για την κατασκευή βλημάτων και κατά τον διαφωτισμό ως καλλυντικό και ως οδοντικό πρόσθετο. Πάντως η πιο διαδεδομένη χρήση του ήταν στην αρχαία Ρώμη, επί της οποίας, οι υδρευτικοί σωλήνες κατασκευάζονταν από μόλυβδο, εξού και η αγγλική λέξη Plumbing (Pb) που σημαίνει υδραυλικό.O Ιπποκράτης περιγράφει χαρακτηριστικό κοιλιακό κολικό σε εργάτη μεταλλείου και ο Νίκανδρος, τον 2ο αιώνα π.Χ., παρατήρησε τη σχέση μεταξύ της έκθεσης στο μέταλλο και της παρουσίας ωχρότητας, δυσκοιλιότητας, κολικών και παράλυσης. Ο ρωμαίος Βιτρούβιος ήταν ο πρώτος που συνέδεσε την παρουσία του μολύβδου με την ύπαρξη κινδύνου για τη δημόσια υγεία, ενώ πολλοί υποστηρίζουν πως η χρόνια έκθεση των Ρωμαίων στον μόλυβδο συνευθύνεται σε κάποιο βαθμό για την παρακμή της αυτοκρατορίας.

Πάντως, παρά την γνώση για την τοξικότητα του μολύβδου, ως τα μέσα του εικοστού αιώνα, ακόμη και τα πιο συνηθισμένα καταναλωτικά προϊόντα περιείχαν μόλυβδο. Κονσέρβες σφραγίζονταν με μόλυβδο, πόσιμο νερό αποθηκευόταν σε δοχεία από μόλυβδο, φρούτα και λαχανικά ψεκάζονταν με εντομοκτόνα βασισμένα στον μόλυβδο, σωληνάρια οδοντόκρεμας περιείχαν μόλυβδο, ακόμα και παιχνίδια φτιάχνονταν από μόλυβδο – ποιος δεν θυμάται το «Μολυβένιο Στρατιωτάκι»;

Ο Patterson δημοσιεύεσε τα αποτελέσματα της μελέτης το 1965, αλλά οι αντιδράσεις που αποκόμισε ήταν άδικα πολεμικές. Η Ethyl Gasoline Corporation, η εταιρία που ιδρύθηκε από τις πετρελαϊκές βιομηχανίες για την παραγωγή τετρααιθυλομολύβδου ακολούθησε πολιτική διάψευσης υπονομεύοντας κάθε προσπάθεια του Patterson να λάβει διάσταση το θέμα. Το προσωπικό κόστος για τον επιστήμονα ήταν τεράστιο. Η χρηματοδότηση της έρευνάς του διεκόπη άμεσα, ενώ αποκλείστηκε από το εθνικό συμβούλιο έρευνας των ΗΠΑ για τα θέματα τοξικής ρύπανσης μολονότι ήταν από τους ειδικούς στο θέμα. Συνάδελφοί του, επιστήμονες, τον απομόνωσαν και έστρεψαν τα πυρά τους εναντίον του, με πιο χαρακτηριστική την περίπτωση του τοξικολόγου R. Kehoe, που βέβαια δεν είναι περίεργο ότι εργάζονταν για την Ethyl Corporation. Επιχορηγήσεις αποσύρονταν, συμβόλαια καταργούνταν, μέχρι και η ζωή του απειλήθηκε. Αλλά εκείνος δεν πτοήθηκε και κράτησε απόλυτη στάση, με αποτέλεσμα το 1973 την ψήφιση του Clean Air Act, του νόμου δηλαδή για την καθαρότητα της ατμόσφαιρας. Σταδιακά χρήση της βενζίνης με μόλυβδο άρχισε να περιορίζεται, καθώς ξεκίνησαν να κυκλοφορούν αυτοκίνητα με καταλύτη (τον οποίο ο μόλυβδος καταστρέφει), ενώ μέχρι το 1986 απαγορεύτηκε τελείως.

Το 1990 μετρήσεις στο αίμα των αμερικανών απέδειξε πτώση των επιπέδων μολύβδου έως και 80% χωρίς ωστόσο αυτό να αναιρεί το γεγονός ότι σήμερα έχουμε ως και 600 φορές περισσότερο μόλυβδο στο αίμα απ’ ότι είχαν οι άνθρωποι το 1900. Όσο για την ατμόσφαιρα, μπορεί να μειώθηκε ο ρυθμός της αύξησης, εντούτοις συνεχίζει να αυξάνεται κατά περίπου 100.000 τόνους κάθε χρόνο ως αποτέλεσμα κυρίως της μεταλλευτικής βιομηχανίας. Με την αποκατάσταση της αμόλυβδης βενζίνης, ο Patterson έστρεψε την προσοχή του στη βιομηχανία των τροφίμων, ενώ πραγματοποίησε μετρήσεις σε σκελετούς ηλικίας χιλιάδων ετών καταλήγοντας στο απόλυτα λογικό συμπέρασμα, ότι την εποχή εκείνη τα επίπεδα του βαρέως μετάλλου ήταν ως και 1000 φορές μικρότερα.

Μόλις το 1987 έγινε μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, ωστόσο κανένα βραβείο ή διάκριση δεν ήταν ικανά να σβήσουν τον πόλεμο που εισέπραξε από τις βιομηχανίες, το κράτος και το επιστημονικό κατεστημένο. Ο Clair Patterson, μετά από μισό αιώνα αδιάκοπου, ακούραστου, επικίνδυνου και αφιλοκερδούς αγώνα, πέθανε το 1995 ουσιαστικά άγνωστος και χωρίς καμία ηθική ή άλλη ανταμοιβή. Άλλωστε και γιατί να τον θυμάται κανείς; Τι έκανε; Ανακάλυψε την ηλικία της γης και έδωσε μάχη για την δημόσια υγεία. Τίποτα το σημαντικό δηλαδή.

Πηγές:

1. Sungmin Hong1, Jean-Pierre Candelone1, Clair C. Patterson2, Claude F. Boutron3, (1994) , Greenland Ice Evidence of Hemispheric Lead Pollution Two Millennia Ago by Greek and Roman Civilizations, Science  23 Sep 1994: Vol. 265, Issue 5180, pp. 1841-1843
2. Bernhard K. Schaule, Clair C. Patterson, (1981), Lead concentrations in the northeast Pacific: evidence for global anthropogenic perturbations, Earth and Planetary Science Letters, Volume 54, Issue 1, June 1981, Pages 97-116
3. DM Settle, CC Patterson, (1980), Lead in albacore: guide to lead pollution in Americans, Science  14 Mar 1980: Vol. 207, Issue 4436, pp. 1167-1176
4. Amy Ng †, Clair Patterson (1981), Natural concentrations of lead in ancient Arctic and Antarctic ice, Geochimica et Cosmochimica Acta Volume 45, Issue 11, November 1981, Pages 2109-2121
5. Jonathon E. Ericson, Hiroshi Shirahata, Clair C. Patterson, (1979), Skeletal Concentrations of Lead in Ancient Peruvians, N Engl J Med April 26 1979; 300:946-951
6. Claire Patterson, (1956), Age of meteorites and the earth, Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 10, Issue 4, October 1956, Pages 230-237
7. Clair C. Patterson, (1964), Characteristics of Lead Isotope Evolution on a Continental Scale in the Earth, Isotopic and Cosmic Chemistry. North Holland , Amsterdam, pp. 244-268
8. M Murozumi, Tsaihwa J Chow, C Patterson, (1969), Chemical concentrations of pollutant lead aerosols, terrestrial dusts and sea salts in Greenland and Antarctic snow strata, Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 33, Issue 10, October 1969, Pages 1247-1294
9. C. Patterson, M. Tatsumoto, (1964), The significance of lead isotopes in detrital feldspar with respect to chemical differentiation within the earth’s mantle, Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 28, Issue 1, January 1964, Pages 1-22
10. Yigal Erel 1, Clair C. Patterson 2, (1994), Leakage of industrial lead into the hydrocycle, Geochimica et Cosmochimica Acta Volume 58, Issue 15, August 1994, Pages 3289-3296
11. Amy No 1, Clair C. Patterson, (1982), Changes of lead and barium with time in California off-shore basin sediments, Geochimica et Cosmochimica Acta Volume 46, Issue 11, November 1982, Pages 2307-2321
12. http://www.earthobservatory.sg/faq-on-earth-sciences/how-do-we-know-age-earth-and-age-solar-system

Επιμέλεια: Ιωάννα Παπαδάκη

 ΠΗΓΗ ΚΕΙΜΕΝΟΥ : In The Nucleus

https://nucleus2012.wordpress.com/2016/07/16/clair-cameron-patterson-%CE%BA%CE%B1%CE%B9-%CE%BC%CF%8C%CE%BB%CF%85%CE%B2%CE%B4%CE%BF%CF%82-%CE%B1%CF%80%CF%8C-%CF%84%CE%B7%CE%BD-%CE%B7%CE%BB%CE%B9%CE%BA%CE%AF%CE%B1-%CF%84%CE%B7%CF%82-%CE%B3%CE%B7/

For Educational Purposes Only. Disclaimer: I do not own any copyrights of this video. No copyright infringement intended.