2022年03月28日 09:00
【科學快訊】
如果你曾看過我們之前關於含鉛汽油的推送，或許會對一個人有印象：小托馬斯·米奇利，含鉛汽油的發明者。用一位作家的話說，這位發明家似乎「對令人遺憾的事情有一種幾乎不可思議的直覺」，除了含鉛汽油之外，他還發明了另一種影響全球健康的物質——氟利昂。
撰文 | 二七
審校 | Clefable
1944年，當小托馬斯·米奇利（Thomas Midgley）去世時，世人奉他為20世紀最偉大的發明家之一：他在汽油中添加了一種神奇的成分，「完美」解決了發動機「爆震」問題；他還合成了一種化學物質，讓冰箱和空調變得更加安全……這些發明讓他拿到了所涉領域內幾乎所有的獎項，還成為了美國化學學會主席。聽起來，米奇利完全就是一名「人生贏家」。
可是如果說出這兩種「造福人類」的發明的名字，故事就變得完全不同了：給米奇利帶來極大榮譽的兩項發明分別是含鉛汽油和氟利昂。含鉛汽油燃燒釋放出的鉛毒害了全球幾代人的大腦，而氟利昂的泄露給地球的臭氧層「開了洞」。現在，在講述米奇利的故事中，最常出現的描述是「世界上最糟糕的發明家」。
小托馬斯·米奇利（圖片來源：NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA： BIOGRAPHICAL MEMOIR OF THOMAS MIDGLEY， JR。
1889-1944 BY CHARLES F。
KETTERING， PRHSENTED TO THE ACADEMY AT THE ANNUAL MEETING， 1947）
「完美」的劇毒物質
1916年，米奇利受查爾斯·凱特林（Charles Kettering，他發明了電啟動器，讓汽車擺脫了手動曲柄啟動器）的邀請，著手尋找汽車發動機「爆震」的解決方案。
在汽油發動機裏，當汽油和空氣充分混合進入氣缸後，會先被活塞壓縮，然後由火花塞點火。然而在油氣混合物被壓縮時，汽缸中的溫度會猛然上升，就容易導致汽油中一些燃點比較低的成分被提前點燃。這樣產生的沖擊力會讓氣缸發出敲擊的聲音，因此這個現象被稱為「爆震」（knock），它會降低發動機輸出的功率，甚至會損壞氣缸。
解決方案之一是在汽油中加入10%的乙醇，然而乙醇的成本太高了，而且同等體積的乙醇比純汽油的熱值低了不少。通用汽車想要找到一個更便宜、更有效的替代品。
米奇利通過努力找到了一百多種可能的添加劑，其中最受青睞的就是四乙鉛（TEL）。四乙鉛本身有劇毒，但對通用汽車來說，這是種「完美」的添加劑：首先，少量的四乙鉛就能有效防止爆震，一加侖（約3.8升）汽油中只需加入幾克就有很好的效果。其次，四乙鉛沒有其他候選者那些奇奇怪怪的氣味。最重要的是，鉛是一種很廉價的原材料。在一封寫給凱特林的信中，米奇利估計：「每賣出1加侖汽油，就能賺3美分……一年下來，就是3600萬美元。」
名字「沒鉛」的含鉛汽油
自米奇利提出四乙鉛添加劑後，在短短15個月內，通用汽車（General Motors）和標准石油（Standard Oil）公司就共同推出了含有四乙鉛的汽油，現在我們通常稱之為「含鉛汽油」。米奇利也因發明了含鉛汽油獲得了美國化學學會（American Chemical Society）的William H。
Nichols獎章。
到這裏，如果你曾讀過我們前幾天的推送：《他無意間發現了空氣中的致命「毒物」，拯救了幾代人的健康，卻險被美國石油公司封殺》就會知道，無論是四乙鉛本身，還是含鉛汽油燃燒後排放到空氣中的氧化鉛，都對人體有毒，區別只是發作時間的快慢：純四乙鉛中毒往往會在幾周內猛烈發作，能引發幻覺，甚至致人死亡；而鉛中毒則是鉛在人體內緩慢積累引發的慢性過程，隨著血鉛含量逐漸升高，人體的腎髒、心血管系統、神經系統等都會受到傷害。對處於生長發育期的兒童，鉛中毒甚至會影響成年後的智力水平。
漫畫家繪制的四乙鉛中毒的工人（圖片來源：New York Journal， October 31， 1924， page2）
然而在19世紀早期，盡管人們對於鉛的危險略有認知，但並沒有明確證據表明四乙鉛或含鉛汽油會威脅人體健康。這給了石油公司鑽空子的機會，他們甚至刻意避開了聽起來很危險的「鉛」，將含鉛汽油命名為「乙基」（Ethyl）汽油。
諷刺的是，1924年10月30日，米奇利為了證明含鉛汽油的安全性，在一場新聞發布會上將一瓶四乙鉛倒在手上，並放在鼻子下聞了1分鐘。他告訴記者：「我不會置自己於危險境地。」但只有他自己知道這是謊言——他隨後因四乙鉛中毒，被迫請了幾周的病假。
後面的故事你或許也已經讀到了，乙基公司專門聘請了一位科學家來為含鉛汽油提供「健康證明」。在此後的至少40年間，乙基公司堅持「使用乙基汽油時的少量接觸並不會導致四乙鉛中毒，乙基汽油也不會導致更大範圍的鉛汙染」。直到帕特森和許多其他的科學家，拿出了含鉛汽油危害的堅實證據。
臭氧層破了個「大洞」
與此同時，米奇利已經回到了實驗室，繼續自己的發明工作。
1930年，他與凱特林合作，幫通用汽車的子公司北極（Frigidaire）解決另一個問題——制冷劑的問題。當時大多數冰箱的制冷劑使用的都是二氧化硫和氨等有毒或易燃的化合物，一旦泄漏，就極易引發事故。北極公司想把他們的產品賣給更多人，就需要解決冰箱和空調的安全問題。
這次，米奇利的速度更快。短短3天，他就找到了一種十分「安全」的替代品——二氯二氟甲烷（dichlorodifluoromethane）。凱特林描述它：「高度穩定，不易燃，完全不會損害人或動物的健康。」米奇利用同樣的方法再次驗證了它的「安全性」——倒在手上、放在鼻子下面聞。
好消息是，這次米奇利沒有再請病假。壞消息是，二氯二氟甲烷還有另一個名字——氟利昂。
目前，對於氟利昂的定義存在不同說法。廣義來說，氟利昂可以代指一大類含氟制冷劑，其中的氯氟烴類（CFC）物質對臭氧層威脅最大，而米奇利發明的二氯二氟甲烷就屬於氯氟烴類（CFC-12）。
1930年4月，北極牌冰箱和空調正式開始使用這種新的制冷劑。隨後，它還出現在了驅蟲劑、滅火器等諸多領域中。到20世紀70年代，每年有多達100萬噸CFC類物質被釋放到空氣中。直到1974年，美國的兩位化學家才第一次發現，CFC可以在陽光照射下與臭氧發生化學反應，讓臭氧層變得千瘡百孔。
1985年，英國科學家約瑟夫·法曼（Joseph Farman）和兩位同事在南極科考的過程中，發現了一項觸目驚心的事實：每年8~10月，南極上空都會出現一個巨大的「臭氧洞」，這裏的臭氧濃度已經從300個臭氧單位降低到了220個臭氧單位。更糟糕的是，臭氧層的空洞還在不斷擴大。
如果失去了臭氧層的保護，來自太陽的紫外線輻射會直接到達地球表面，導致人類的皮膚癌變。據世界衛生組織估計，臭氧層每減少10%，就會導致新增30萬例皮膚癌患者。
最致命的發明
在米奇利死後，他的兩項最為「致命」的發明逐漸走下了神壇。
對含鉛汽油來說，1996年1月1日，美國《清潔空氣法》禁止將含鉛汽油用於飛機、賽車、農用設備和船用發動機以外的交通工具。此時，有毒的含鉛尾氣已經盡情排放了73年。隨後，全球其他國家陸續禁止了含鉛汽油的使用，大氣中的鉛含量大幅下降。
對「氟利昂」來說，1989年《蒙特利爾議定書》生效，在全球範圍內陸續禁止了CFC類化合物的生產和使用，臭氧層也終於進入了漫長的恢複期。根據世界氣象協會（World Meteorological Association）的估計，臭氧層在2060年將會完全恢複。《蒙特利爾協議書》也因此被稱為「有史以來最成功的國際環境協定」。
而對米奇利自己來說，在他一生中獲得的一百多項專利裏，最為致命的既不是含鉛汽油，也不是氟利昂，而是一套滑輪系統。
1940年，51歲的米奇利患上了小兒麻痹症，他隨後設計了一套自動滑輪系統，用來將自己從床上抬起來。1944年的一天，這套自動裝置的繩索勒在了他的脖子上，導致了他的死亡。
美國環境曆史學家約翰·麥克尼爾（John McNeill）為米奇利寫了一副冰冷的墓志銘：米奇利「對大氣的影響比曆史上任何一個有機體都大」。
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