洛夫洛克的探测器

就在去年圣诞节前，我看了喜剧演员鲁弗斯·霍德(Rufus Hound)读朱莉娅·唐纳森(Julia Donaldson)的儿童读物蜗牛和鲸鱼在英国伦敦阿波罗剧院，一群全神贯注的观众面前。一只脚发痒的蜗牛搭上了一头座头鲸，当一个由深不可测的海洋和巨大山峰组成的世界展现在她面前时，她惊叫道:“我觉得自己好小!她浓缩了一种崇高的狂喜感，这种感觉吸引着18和19世纪的旅行者、画家和诗人前往欧洲的荒野。

这种感觉也许是哥白尼和伽利略的观点的延伸，即我们不再坐在旋转的宇宙的中心。然而，有一件设备证明了人类在改变地球化学结构方面的作用，从而检验了人类自身无足轻重的浪漫想法:詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)精密灵敏的电子捕获探测器。

洛夫洛克出生在英国伦敦郊外的莱奇沃斯，但在他小时候，他的贵格会家庭搬到了伦敦市中心附近的布里克斯顿。因为太穷而上不了大学，他在伯克贝克学院上夜校的同时，开始在一家摄影用品公司工作。1939年第二次世界大战开始时，伦敦大学各学院关闭，他在曼彻斯特申请了一个名额，在那里，他在实验室的杰出能力引起了未来的诺贝尔奖获得者亚历山大·托德(Alexander Todd)的注意。

传染性的热情

1941年，托德意识到洛夫洛克是贵格会教徒，因此是一名良心拒服兵役者，于是推荐他到位于伦敦北部的国家医学研究所(NIMR)工作。洛夫洛克记得那个职位的面试是一场灾难。研究部主管理查德·布尔迪龙(Richard Bourdillon)对这个紧张的年轻人不以为然，最终被迫和他寒暄了几句。洛夫洛克有什么爱好?当洛夫洛克提到攀岩，并滔滔不绝地说出他在北威尔士攀登过的悬崖峭壁时，热衷登山的波狄龙就被吸引住了。洛夫洛克得到了这份工作。

NIMR战时的一个关键关注点是感染的传播，无论是在飞越欧洲上空的机组人员中，还是在躲避空袭的伦敦地下隧道中的平民中。洛夫洛克在隧道里收集了样本(“空气中充满了恶臭”)，发现氧气含量低至13%，甚至不足以支撑燃烧。他的研究表明，感冒主要是通过身体接触传播的，比如不好好洗手时的握手，而不是打喷嚏。

随着战争的结束，他在感染方面的工作和他的发明天赋使他设计了一个风速计来测量微小的室内空气流动。原理很简单——一个放射性的a发射器被放置在一个球形金属笼中心的金属针上，这个金属笼类似于20世纪50年代的玻尔原子。通过对电线施加电压，由中央电源产生的离子被吸引到周围的笼子，产生取决于空气流动速度的电流。1949年，他在前往北极的英国皇家海军复仇号航空母舰上测试了这种装置。事实证明，它对香烟烟雾的存在非常敏感，讽刺的是，它对卤碳化合物也很敏感。

在接下来的几年里，洛夫洛克从事了种类繁多的项目，尤其是冷冻和解冻生物体的实验。为了研究细胞膜，洛夫洛克采用了一种新的技术——气相色谱法由他在NIMR生物化学部门的同事开发托尼·詹姆斯和阿彻·马丁。詹姆斯给了他一个气相色谱仪让他使用，并指出马丁精巧的气体密度平衡装置太迟钝、太复杂，不适合作为常规探测器使用。

运营商难题

洛夫洛克很感兴趣，开始动手修补。有了风速计的想法，他开始研究一种基于电离的探测器，他听说壳牌研究实验室正在使用类似的仪器——如果他能电离一些离开柱的分子，他可能会得到一个可以测量的电流。他通过一个中央黄铜管作为阳极，将流体从一个柱状室带入一个小的圆柱形室。该室内衬有一层镀有锶-90的银，作为阴极和电离ß-辐射的来源。一方面出于安全考虑，另一方面出于成本考虑，洛夫洛克不能使用氢或氦作为载气。然而，使用氮，他努力让他的探测器工作，洛夫洛克开始担心他的发明可能会注定失败。他还发现某些惰性溶剂，尤其是氯化物₄，莫名其妙地杀死了探测器中的电流。

然而，一个星期五，他的氮气瓶用完了，他的实验室助理告诉他，只剩下氩气瓶了。“管他呢，”洛夫洛克想，然后接通了另一种惰性气体。令他吃惊的是，他的探测器突然出现了巨大的峰值。洛夫洛克偶然发现了潘宁效应: ß-辐射激发氩原子进入非常长寿的亚稳态，然后将它们的能量转移到从柱中出现的分子，产生级联的电离，极大地增加电流。^1、2这种探测器引起了一阵骚动，很快，剑桥的Pye Unicam公司就推出了一个版本。

对于毛细管色谱，洛夫洛克缩小了细胞，以满足更小、更强大的色谱柱的需要。与此同时，他开始调查CCl的奇特行为₄和其他卤碳化合物，发现它们捕获了电离室中的所有电子，消除了电流。因此，对于这些分子，该设备的灵敏度甚至比“氩”探测器还要高1000倍。

时机真是不可思议。蕾切尔·卡森的书寂静的春天，该报告强调了滴滴涕等有机氯农药的危害。ECD非常适合检测它们，气相色谱突然成为分析化学家寻找环境中痕量污染物的首要工具。

洛夫洛克现在有了解决问题的好名声。当美国宇航局联系他加入他们的行星探索团队时，洛夫洛克毫不犹豫地离开了NIMR。

全球变暖

但他对ECD的依恋并没有结束。20世纪60年代初，当风从东方吹来时，他注意到他在英国萨里的房子周围的天空中有一层雾。他确信这是由污染引起的，于是在他的棚子里安装了一个气相色谱- ecd，开始测量他认为只有工业来源的唯一真正稳定的分子:氯氟烃(cfc)。与空气浑浊度的相关性是完美的。他在爱尔兰西海岸的小别墅里所做的测量更令人惊讶——即使在大西洋吹来的风晴朗的日子里，他也能检测到万亿分之一的氯氟烃。这真的意味着氟氯化碳正在穿越大西洋吗?

他申请了国家环境研究委员会(NERC)的资助，乘船前往南极洲进行同样的测量。裁判们不相信他能达到ppt的水平，直接拒绝了他的提议。但项目经理去洛夫洛克家拜访，在看到他的安排后，悄悄为他在沙克尔顿岛(RRS Shackleton)上安排了一个没有资金的铺位。洛夫洛克大部分时间都在甲板上享受阳光(他笑着说，“我喜欢海上航行”)，每天都要做几次测量。当然，氟氯化碳无处不在，但在南半球，其含量显著下降，与它们的工业起源一致。

然后，在1974年，氟氯化碳突然成为新闻:舍伍德·罗兰和马里奥·莫利纳提出，它们可能会消耗平流层臭氧(造成臭氧“空洞”)。两人预测，平流层中的氯氟化碳含量会急剧下降，洛夫洛克立即联系了英国气象局，提出进行测量。政府的反应是官僚主义的，令人愤怒——要获得必要的安全批准需要两年时间。洛夫洛克恼怒地给国防部的一位朋友打了电话。恰巧英国皇家空军正在附近测试一架大力神飞机。飞行员很高兴有洛夫洛克在飞机上，他们一起进行了第一次测量，显示预期的浓度下降到空中8公里。

他在美国国家航空航天局的经历和他的大气测量的启发，一个想法开始在他的脑海中形成:地球是一个自我调节的系统，很像一个有机体。他将其命名为盖亚，并写了一本畅销书，激励了全世界，使他成为家喻户晓的名字。它已经成为环保主义的基石，并将反馈循环的想法带入主流。

今天，我们中的许多人周游世界，渴望那种崇高的空虚感，寻找“未被破坏的”。旅游书籍和自然纪录片也表达了这种渴望。但是，当生物学家尤金·斯托默(Eugene Stoermer)在20世纪80年代创造了“人类世”(Anthropocene)一词，将当前的地质时代描述为由人类影响主导的时代时，他只是强调了由洛夫洛克和他的探测器开始的思维转变。我们可能生活在卡尔·萨根(Carl Sagan)所说的“淡蓝点”上，漂泊在后哥白尼时代的虚无中，但在这个星球上，我们唯一的家园，我们是隐喻的大象。难道我们不是该认真对待人类世及其后果了吗?毕竟，这不是一次排练。

安德里亚·萨拉在英国伦敦大学学院教化学

鸣谢

我很高兴地感谢詹姆斯·洛夫洛克的回忆(以及他温和的纠正)。