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个人分类:地球科学
系统分类:人物纪事
编者注：克莱尔-卡梅隆-帕特森（ClairCameronPatterson，年6月2日-年12月5日），美国地质学家、地球化学家。帕特森出生在爱荷华州的米切尔维尔，毕业于格林奈尔学院。后来他获得了芝加哥大学的博士学位，并在加州理工学院（Caltech）度过了他的整个职业生涯。在与本传记的作者乔治-蒂尔顿（GeorgeR.Tilton）的合作中，帕特森将铀-铅测年法发展为铅-铅测年法。通过使用大峡谷Diablo陨石的铅同位素数据，他计算出地球的年龄为45.5亿年，这个数字比当时存在的数字要准确得多，而且自年以来，这个数字基本没有变化。帕特森在20世纪40年代末作为芝加哥大学的作为一名研究生工作时候，发现样品遇到了铅污染。他在这方面的工作导致了对大气和人体中工业铅浓度的增长进行了全面的重新评估，他随后的运动对禁止汽油中的四乙基铅和食品罐中的铅焊料起到了开创性作用。帕特森的许多成就在年被授予泰勒环境成就奖，这是对他为环境所做的长期努力的最恰当的奖励，年获得地球化学协会的戈德施密特奖章，年获得国家科学院劳伦斯-史密斯奖章，在年被选为美国家科学院院士，并在年和年分别获得格林奈尔学院和巴黎大学的荣誉博士学位，在年获得芝加哥大学的专业成就奖。一颗小行星()和南极洲毛德皇后山脉的一座山峰都是以他的名字命名。
克莱尔-卡梅隆-帕特森传记
作者:GeorgeR.Tilto（年）
克莱尔-帕特森是一位精力充沛、勇于创新、意志坚定的科学家，他的开创性工作跨越了学科，包括考古学、气象学、海洋学和环境科学--除了化学和地质学。他最出名的是他对地球年龄的确定，这是在他花了大约五年时间建立了微克和亚微克级别的铅的分离和同位素分析方法之后才得以实现的。他的技术为陆地和行星研究开辟了铅同位素地球化学的新领域。而陆地铅同位素最终可以在普通火成岩和沉积物上进行测量，大大扩展了该技术的效用。
在随后将该方法应用于海洋沉积物时，他得出的结论是，由于人类活动正在以前所未有的。可能是危险的铅含量污染环境，因此输入海洋的铅远远大于去除沉积物的铅。随后，他和其他调查员以及政治家就控制环境中的铅进行了多年的研究和辩论。最后，他的基本观点占了上风，导致进入环境的铅的数量大幅减少。因此，除了测量地球的年龄和大大扩展了铅同位老地球化学的领城之外，帕特委还运用他的科学知识为社会创造了一个更健康的环境。
克莱尔-帕特森(朋友们都叫他"帕特")在爱荷华州的米切尔维尔出生和长大。他的父亲，他描述为"一个有争议的苏格兰知识分子"，是一名邮政工人。他的母亲对教育感兴趣，在学校董事会任职。她在他很小的时候就给了他一套化学用品，这似乎开启了他对化学的终生吸引力。他在一所只有不到名学生的小型高中上学，后来毕业于格林奈尔学院，获得化学学上学位。在那里，他遇到了他的准妻子洛纳-麦克利里。他们搬到爱荷华大学读研究生，帕特在那里做了一篇分子光谱学的硕士论文。
年毕业后，帕特和劳里应乔治格洛克勒教授的激请，被派往芗加哥大学从事曼哈顿(原子弹)项目的工作，帕特曾为他做过硕士研究。在那里几个月后，他决定参军，但由于他的安全等级高，征兵委员会拒绝了他，并将他送回芝加哥大学。在那里，决定安排帕特去田纳西州的橡树岭，继续从事曼哈顿项目的工作。在橡树岭，帕特森在U电磁分离厂工作，并熟悉了质谱仪。
二战后，在诺伊州技术研究所获得了一个红外光谱研究人员的职位。在那些日子里，大量的科学家离开了各种战时活动，聚集在芝加哥大学。在地球化学方面，这些科学家包括HaroldUrey、WillardLibby、HarrisonBrown和AnthonyTurkevich。物理系的质谱仪专家马克-英格拉姆(MarkInahram)也在同位素工作中发挥了关键作用。这所大学创造了一个真正令人振奋的知识环境，而当时可能很少有研究生认识到这一点，甚至可能没有哈里森-布朗对陨石产生了兴趣，并开始实施一项计划，用战争年代开发的新分析技术测量微量元素丰度。陨石数据将用于定义太阳系中的元素丰度，除其他应用外，可用于开发元素的形成模型。
他与爱德华-戈德堡合作的第一个项目，即通过中子活化测量铁陨石中的镓，在帕特森和我加入的时候已经进展顺利。计划是由帕特森通过开发新的质谱技术来测量少量铅的同位素组成和浓度，而我则通过计数来测量铀。(我最后也是用同位素稀释的质谱仪来代替阿罗哈计数)。在某种程度上，我们的项目将试图验证当时在陨石文献中普遍存在的几种微量元素的丰度，而这些微量元素的丰度似乎(结果是是错误的，但哈里森也有这样的想法:来自铁陨石的铅同位素数据可能揭示太阳系最初形成时铅的同位素组成。他推断，与铅的浓度相比，铁陨石中的铀浓度可能可以忽略不计，因此最初的铅同位素比率将被保留下来。这就是帕特森开始他的论文项目时的目标，然而实现这一目标所需的时间比我们当时想象的要长得多。
帕特森年在校园内最古老的建筑之一KentHall的一个尘十飞扬的买验室里开始了铅测量。现在回想起来，这是一个对铅工作极为不利的环境。当时没有任何现代技术，如层流过滤空气、液体试剂的亚沸点蒸馏和特氟隆容器等。尽管有这些障碍，帕特森还是能够达到大约0.1微克的处理黑度，这在当时是一个非常了不起的成就，但现在大约相当于常用于同位素分析的铅样品总量。年的论文没有报告来自陨石的铅分析，而是给出了从10亿年前花岗岩中分离出来的矿物的铅同位素组成。在访问华盛顿特区的美国地质调查局时，布朗遇到了EsperS.LarsenJr.，他正在研究一种用铅法测定花岗岩中锆石的年代的方法。
阿尔法计数法被用来测量铀和钍的含量:铅被认为是完全放射性的(由铀和针的衰变产生)，由发射光谱法来确定。尽管有几个明显的缺点，该方法似乎对许多岩石给出了合理的年龄。布朗认为我和帕特森的工作将消除这些问题，所以我们安排研究拉森的一块岩石。我们最终获得了岩石中所有主要矿物和一些附属矿物的铅和铀的数据。特别重要的是在锆石中发现的高放射性铅，这表明花岗岩中常见的附属矿物可以用来测量准确的年龄。果然，锆石产生了几乎一致的铀-铅年龄，尽管后来发现并非所有锆石都是如此，无论如何，这个有希望的开始为地质学家开辟了一个新的测年领域，并导致了数百个锆石的年龄测定。
在主导工作的同时，帕特森参与了一项实验，以确定40K衰变为40Ar和40Ca的比例。尽管β衰变到40Ca的衰变常数已经确定，但衰变到40Ar电子捕获的常数却有很多不确定性。这导致马克-英格拉姆和哈里森-布朗计划进行一项合作研究，通过确定1亿年前的氧化钾晶体(锡兰石)中的放射性40Ar和40Ca来测量支化率。英格拉姆小组将测量40Ar，而帕特森和布朗将测量40Ca，他们报告的数值与最终接受的数值相差约4%。毕业后，帕特森以博士后的身份留在了芝加哥布朗大学，继续探索他们仍未实现的陨石年龄目标。他在新的核研究所大楼里获得了更清洁的实验室设施，在那里他致力于分析技术的改进。然而，一年后，当布朗接受加州理工学院的教职时，这项工作被打断了。
帕特森陪同去了那里，并建立了为低浓度铅工作设定新标准的设施。到了年，他终于能够进行最终的研究，使用CanyonDiablo铁陨石的troilite(硫化物)相来测量原始铅的同位素组成，他据此确定了地球的年龄。化学分离是在加州理工学院完成的，而质谱仪的测量仍然是在芝加哥大学的马克-英格拉姆实验室进行的。哈里森-布朗的怀疑终于得到了证实。答案变成了45亿年，后来又改进为45.5亿年。新的年龄比通常引用的33亿年的年龄要大得多，后者是基于对方铅矿床中陆地铅演化的脆弱模型。
帕特森对成为第一个知道地球年龄的人的反应很有趣。他写道真正的科学发现使大脑在这种时刻没有能力向世界大力喊出"看我做了什么!现在我将收获认可和财富的好处"。相反，这种发现本能地迫使大脑在其神圣但孤独的科学思想，用别人听不到的声音发出"我们做到了"的雷声在那里，"我们"指的是帕特森所说的"几代人的科学思想共同体"。根据我的观察，他践行了这种道德观。对他来说，这肯定是一项改善"科学思想共同体"状况的工作。他的态度让人想起牛顿的一句话。"如果我比别人看得更远，那是因为我站在巨人的眉膀上"
帕特森得出的年龄经受住了时间的考验，44年后仍然是引用的数值。在此期间，铀衰变常数的公认值有了小的变化，化学和质谱技术有了改进，对发生在早期太阳系和地球形成的物理过程有了更好的理解，但这些都没有实质性地改变帕特森首次给我们的年龄。
帕特森接下来专注于直接测定陨石的年龄，而不是从CanyonDiablo的troilite初始铅比推断其年龄。他通过测量两块带有球形软骨颗粒的石质陨石(软石)和第二块没有软骨颗粒的石质陨石(软石)中的铅同位素比率来做到这一点。一位同事LeonSilver推荐了软玉，因为它的新鲜度和进化的岩石学外观，再加上铁陨石线索，完整的数据得出的Pb/Pb年龄为45.5±0.7亿年。软玉石的数据特别重要，因为这两块软玉石中的Pb比率接近于现代地球铅的比率，引起了关于可能的地球污染的问题，但是新拉雷多软玉石中特别高的铀/铅和钍/铅比率产生的铅的同位素比率是不一样的。
在陆地岩石中曾经发现的任何同位素组成。它们也符合45.5亿年，这消除了对该日期的重大错误的任何怀疑。陨石工作间接导致了他的第二个主要科学成就。从普通岩石中分离出微克数量的铅并确定其同位素组成，首次为测量普通地质样品，如花岗岩、玄武岩和沉积物中的铅同位素开辟了道路。这促使他开始了铅同位素示踪研究，作为解开地球地球化学演变的工具。作为该项目的一部分，他着手通过测量海洋沉积物中铅的同位素组成来获得"现代陆地铅"的更好数据。
年，TsaihwaChow和Patterson在一份百科全书式的出版物中报告了第一个结果，开始了Patterson对人为铅污染的