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GASOLINA y METEORITOS: La historia de Clair Cameron Patterson

Clair C. Patterson dedicó su vida al plomo, descubriendo por el camino la verdadera edad de la tierra y destapando la intoxicación por plomo que la Standard Oil y el resto de petroleras llevaban décadas provocando a la población.

Coche Meteor (1960), que utilizaba gasolina con plomo

¿Cómo sabemos que la tierra tiene 4.500 millones de años? Es un dato que vemos repetido en documentales, libros de texto, periódicos y otros medios de divulgación científica pero que, rara vez, se explica nada más sobre la gesta que hubo detrás de la consecución de este conocimiento. Esta es una historia de éxito. De éxito de una forma de pensar y de plantearse los problemas. De un método.

Unos 200 años separan al excelente James Hutton y la sofisticada técnica que permitió el primer refinado de gasolina y otros hidrocarburos destilados para el uso generalizado en motores de explosión. Hutton fue la primera persona europea en idea una experiencia que le permitiera estima la edad de la Tierra. Como es sabido, la autraidad hasta ese momento sobte este asunto, perteecía a la iglesia católica y la situaron, concretamente, en el año 4004 aNE. (el cálculo fue realizado, a partir de las fechas de nacimiento de los distintos personajes bíblicos, estimaciones acerca de la duración de una generación y las relaciones familiares entre ellos, utilizando a extrapolación y bajo el supuesto de la existencia de Adan y Eva. Lo realizó James Ussher en 1650 en su libro "Los anales del mundo") el inicio del planeta como entidad real. La forma de proceder de Hutton fue memorable, aplicando a un hecho a primera vista incognoscible, un modelo idealizado que permitía una estimación verosimil de dicho problema. Elaboró esferas de acero de distinto diámetro. Concretamente, se sirvió de la tecnología para eaborar balas de cañón. Partiendo de la hipótesis de que la Tierra, en el inicio, fue una bola candente de roca fundida y fue enfriándose, pensó que calentar las bolas de cañón al rojo y medier el tiempo que tarfaban en enfriarse a temperatura ambiente, era un buen modelo de "tierra primigenia" y obtuvo la cifra de 4 millones de años. Bien es cierto que se equivocó por mucho, comparado con nuestras actuales estimaciones (que debemos a Patterson y que son extremadamente exactas, como veremos), pero su cálculo introdujo en la historia del pensamiento una idea esencial, transversal y poderosa que marcó los tres siglos posteriores de vida intelectual mundial: la idea o noción de tiempo profundo. Este concepto mostraba a una Tierra muy antigua, en la cual la variable tiempo se hundía en la historia no recogida por escrito y, su gran duración, permitía imaginar procesos que habrían ocurrido durante miles y miles de años y postular hipótesis acerca de sus posibles consecuencias. El gradualismo emergía como filosofía: procesos muy lentos actuando durante mucho tiempo, daban lugar a grandes cambios. Ejemplo de ello es el gradualismo filético que desarrolló Charles Darwin, que había bebido anteriormente del gradualismo geológico de Charles Lyell. También, en la historia del pensamiento político, el liberalismo y el socialismo basaron sus doctrinas en el progreso más o menos gradual de las sociedades y en la continua mejora de la técnica y el nivel de vida para propugnar derechos y libertades cada vez más extensos.

Pero, ¿qué posible conexión puede existir entre la idea de tiempo profundo de Hutton y el combustible que preside el título de este ensayo? El nexo de conexión entre uno de los mejores pensadores de la historia de la ciencia occidental y el líquido propulsor de la economía capitalista (y por ende del colapso civilizatorio) por excelencia (en realidad este es el diésel), se llama Clair Cameron Patterson. Cuando nos enfrentamos a lo desconocido y queremos saber algo más sobre aquello que no conocemos, podemos optar por muchas estrategias para poder "sondear la ignorancia" y capturar un poco de saber. El problema, muchas veces, no son estas estrategias o técnicas que escojamos (lo son: hay que saberlas escoger bien, pero este es tema de otro ensayo), sino que el verdadero problema es encontrar una forma de saber que sea perfectible, cambiante y flexible; que sea sensible a lo que otros puedan haber encontrado o averiguado, que no tiene necesariamente que coincidir con lo que hemos descubierto y, a la vez, esta forma de saber tiene que ser capaz de enfrentarse al inmobilismo de la parte conservadora de la sociedad (por razones económicas, emocionales o de otro tipo) que va a recibir, también, la "buena nueva" de ese descubierto saber.

Sin embargo, la mayor parte de los individuos que avanzan en la salvaje selva de la ignorancia, sienten a su vez que la senda que están creando es la única posible y, en no pocas ocasiones, aseguran que su senda será la que guie a la humanidad hacia todo el saber. Esto ocurre cuando alguien asegura haber encontrado un principio que todo lo explica, todo lo cura o todo lo salva. Podemos pensar que, quizá, tenga razón, o quizá no, pero seguramente esa persona, o grupo de personas, no aceptará que se les entregue evidencias que ponen en duda sus afirmaciones o, incluso, no aceptarán interpretaciones distintas a las por ellos vertidas.

Este tipo de saber no es acumulativo. No es perfectible. Me estoy refiriendo, en términos generales, al pensamiento que podríamos catalogar como dogmático. Por otro lado, las formas de pensar basadas en la admisión de la crítica, en la difusión de ideas, el debate, la puesta a prueba mediante el contraste con el mundo real (la empiria) y la disposición a que las propias hipótesis e ideas puedan ser enfrentadas, sí que constituirían una forma de saber acumulativo y perfectible. No necesariamente correcto, exacto o cierto, pero sí acumulativo y capaz de aprender de sus errores. En términos generales, y de forma laxa, podemos llamarlo pensamiento científico.

Por ejemplo, pensar que los recursos de la tierra son infinitos per se, sin prestar atención a que la realidad empírica demuestra que La Tierra es un planeta finito, con límites físicos, es un pensamiento dogmático, religioso. Asumir que los recursos son finitos, y partir de esta realidad, intentar ser más eficientes en su consumo, no consumirlos y buscar alternativas, etc., o tomar decisiones teniendo en cuenta este hecho, es una forma de pensar científica, racional, no mágica. Plantearse la Tierra como una esfera finita para estima su edad, como hizo James Hutton, desafiando al saber institucionalizado, inamobible de las iglesias cristianas, y calcularla en 4 millones de años, es pensamiento científico.

Pensar que el plomo y la vida humana, la vida animal y la vida vegetal son compatibles, y que incluso tomando ciertas precauciones este metal no puede afectarnos, es una forma dogmática, religiosa o mágica de pensar. Pues bien, el uso del plomo como catalizador y conservante antidetonante en gasolinas, la emisión del metal a la atmósfera, la contaminación de absolutamente todo el planeta por estas plúmbeas partículas y el descubrimiento de la verdadera edad de la tierra, son historias íntimamente conectadas y meticulosamente deshilvanadas por uno de los científicos más metódicos que ha visto el siglo XX. Esta es una historia sobre beneficio económico impuesto al bien común, sobre pensamiento mágico, pero también sobre racionalidad, ciencia y perseverancia. Esta es la historia de Clair Cameron Patterson y cómo consiguió averiguar la edad exacta de nuestro planeta tierra.

MEDIR LA EDAD DE LA TIERRA

Clair Cameron Patterson nació un 2 de junio de 1922 en Mitchellville, Iowa, cerca de Des Moines. Obtuvo su primer título universitario en el Grinnell College. Concretamente se licenció en química en 1943. Allí conoció a su futura esposa, Lorna McCleary, de la cual no se separaría nunca más. Ambos fueron a estudiar un posgrado a la Universidad de Iowa, donde Patterson recibió una maestría en espectroscopia molecular. Ambos fueron enviados a trabajar en el Proyecto Manhattan, primero en la Universidad de Chicago y luego en Oak Ridge, Tennessee, donde se encontró con la que iba a ser la disciplina que lo llevaría a realizar sus más poderosos descubrimientos: la espectrometría de masas. El rol que jugaron ambos en el proyecto, que daría como principal producto la bomba atómica, fue completamente secundario.

A principios de los años cincuenta, quien fuera durante los siguientes años su director de tesis, Harrison Brown, le propuso una investigación geoquímica que, hasta ese momento, nadie había conseguido encauzar. George Tilton, que también tenía experiencia con la espectrometría de masas, sería su compañero de viaje en esta empresa. Ambos estudiarían los cristales de circonio. Aquella persona que haya llegado en su lectura hasta aquí por favor, le ruego, siga leyendo que la cosa se pone interesante.

Estos cristales de circonio se forman con el enfriamiento progresivo del magma volcánico o bajo presiones fuertes sobre sedimentos y rocas que posean circonio en su composición. En ellos se pueden incrustar impurezas dentro de su estructura durante el proceso de cristalización. Entre estas impurezas podemos encontrar elementos radioactivos como, por ejemplo, el uranio. Este elemento es frecuente en estos cristales, aunque a muy bajas concentraciones.

El uranio tiene la hermosa característica de que todos sus isótopos en los cuales podemos encontrarlo, son inestables y, por tanto, como el radio y el polonio, se descomponen, se desintegran en elementos menos pesados, más sencillos a nivel nuclear (con un menor número atómico), emitiendo radiación. El isótopo de Uranio más abundante en la naturaleza (el U238) produce plomo al desintegrarse. El plomo, por su parte, es estable y perdura en el tiempo de forma prácticamente indefinida. Su vida media se ha estimado en 250.000 millones de años y el universo se estima en edad de 13.000 millones de años. El plomo se acumula (podemos asumir que es estable y, por tanto, el uranio irá desapareciendo y, el plomo, acumulándose). Pese a la radiactividad del uranio, el isótopo más abundante de este elemento posee también un largo periodo de semi-desintegració, estimado en 4470 millones de años.

Esta es la llamada serie del uranio, donde se utiliza Uranio 238 y el isótopo correspondiente de plomo sería el Pb206. Existe, además, una segunda serie, llamada la serie del actinio, basada en un isótopo más escaso del Uranio, el U235, y por su correspondiente isótopo de plomo, el Pb207, con una vida media del U235 menor, de uno 704 millones de años.

Estos periodos de semi-desintegración tan grandes permiten, por un lado, realizar cálculos de "tiempo profundo" realmente profundo, de un orden de magnitud similar a los periodos de semi-desintegración (miles de millones de años), y por otro, calcular proporciones entre uranio y plomo presentes en estos cristales y calcular la edad de rocas y/o cristales formados hace miles de millones de años. Potencialmente este método radiométrico puede permitirnos datar los materiales más antiguos del universo. Además, el hecho de que en todas las muestras se pueda detectar U235/Pb207 y U238/Pb206 hace que siempre existan 2 relojes radiológicos disponibles para efectuar con mayor precisión los cálculos.

Existe la feliz coincidencia de que los cristales de circonio han sido las únicas estructuras cristalinas que se han encontrado en las rocas más antiguas preservadas en la Tierra y que, además, también se han encontrado inalterados en los meteoritos que han caído sobre la superficie del planeta. Cuando los cristales se forman, a efectos termodinámicos (y por tanto, para la datación), son un sistema cerrado: no hay uranio nuevo que se incorpore ni plomo que escape de la estructura. Es por ello que todo el plomo que pueda medirse provendrá de la desintegración del uranio. Mediante la obtención de la concentración de uranio y plomo es posible estimar la edad de estos cristales.

En realidad, una vez se han obtenido los resultados experimentales de la concentración de plomo y uranio 238 de una determinada muestra, el cálculo de la edad del material investigado es relativamente sencillo (como veremos, la parte difícil es obtener los resultados experimentales). Sabemos que la desintegración de un elemento radiactivo se produce siguiendo un modelo exponencial y, por tanto, en física se conoce este ajuste con el original nombre de desintegración exponencial. Esto quiere decir que, en los primeros miles de años de vida del átomo radiactivo se desintegra en una mayor proporción que durante los años siguientes. Para realizar los cálculos se utiliza un modelo exponencial donde conocer la tasa de semi-desintegración (la conocemos) y las concentraciones de uranio y plomo son esenciales. Para este tipo de modelos, típicamente, se necesita la concentración inicial (de la que se parte cuando se forma el cristal de circonio) y la concentración actual. La concentración actual la podemos medir de forma directa pero, ¿qué hacemos con la concentración inicial? La solución es elemental queridos Watsons: El Uranio se convierte en plomo así que (sea cual sea la serie que estemos usando) la concentración inicial de Uranio será igual a la concentración del uranio remanente hoy en día y el plomo, que ha ido apareciendo con la desintegración. Aquí un ejemplo del cálculo realizado.

Volvamos a nuestra historia: Harrison Brown lo tenía decidido. Tilton comenzó sus mediciones de uranio en los cristales de circonio obteniendo medidas constantes, siempre, con márgenes de error, además, muy pequeños. Sin embargo, cuando Patterson comenzó sus mediciones de plomo observó cómo los resultados que obtenía se comportaban de forma errática, dando valores muy por encima de los previstos en muchas ocasiones y, en algunas, dando valores bajos, lo que se traducía en enormes errores muestrales que invalidaban todo su trabajo experimental. Por tanto no podían realizar una estimación correcta y precisa de la edad de la tierra.

¿Qué estaba ocurriendo? Al principio Patterson creía, que, como todos sus predecesores, que técnicamente no disponían de sensores lo suficientemente sensibles como para realizar estimaciones de la edad de la Tierra precisas pero cayó en la cuenta de lo siguiente: Quizá, solamente quizá, era posible que fuese otra cosa. ¿Y si las muestras, los tubos de ensayo, las manos del investigador o cualquier otro elemento del laboratorio estuvieran contaminados? Unos pocos átomos de plomo por unidad de masa de la muestra podían desviar los cálculos en muchos años y hacer subir los errores mucho.

Así que en 1953 Patterson se dispuso construir su propio laboratorio desde cero para poder probar la hipótesis de la contaminación muestral. En él aseguró todos los puntos de entrada para el aire con un filtrado específicamente desarrollado para evitar las contaminaciones. Patterson también limpió con ácido todos los aparatos y el material de laboratorio, e incluso destiló sus propios reactivos para la extracción del plomo de los cristales de circonio. En esencia, creó una de las primeras salas limpias de la historia.

Su metódico y escrupuloso sistema limpio lo llevó casi a la obsesión, pensando noche y día en cómo demonios desacerse de la contaminación. Le llevó casi 3 años preparar este nuevo laboratorio, analizando muestras de prueba, primero, para darse cuenta cuenta de las posibles fuentes de contaminación, y luego enfrentándose a muestras reales. Cuando por fin estuvo seguro que su sala limpia era realmente limpia, obtuvo permiso para, en 1956, analizar los resto del meteorito Canyon Diablo y recopilar datos de los isótopos de uranio y plomo allí encerrados en cristales de circonio y publicando su artículo "La era de los meteoritos y la Tierra", primer texto donde se estima con precisión y acierto la verdadera edad del sistema solar y, por tanto, lógicamente la edad de la tierra. Sus cálculos estimaban esta edad en 4550 millones de años (con un margen de error de 70 millones de años). Este número sigue con plena vigencia hoy en día.

GASOLINA CON PLOMO y TOXICIDAD

La edad de la Tierra había por fin sido desentrañada y, ahora, el tiempo profundo de James Hutton se hundía en unas cotas jamás concebidas. ¡4550 millones de años! Sin embargo, los años de estudio y técnica elaborados por Clair C. Patterson no quedarían reservados al análisis de meteoritos. Era tal el dominio de la técnica en la sala limpia, la extracción de muestras de forma aséptica y en el análisis del plomo y del uranio, que la Standar Oil lo becó para realizar prospecciones en los sedimento árticos y medir los niveles de plomo a lo largo de la historia sedimentaria del mundo en busca de un sistema más preciso de datación de estratos geológicos y, encontrar así mejores yacimientos petrolíferos que explotar. La gran petrolera no sabía lo que estaba haciendo, ni al subvencionar a uno de los más tenaces científicos del siglo, ni al utilizar miles de toneladas de plomo en su producto estrella: la gasolina con plomo.

Cuando Patterson analizó los testigos de sedimentos extraídos, no solo en el ártico, sino de todas las zonas del mundo que pudo estudiar (y que ya recogía una variado catálogo de ambientes geológicos), no pudo dar crédito a lo que los datos mostraban: el mundo entero estaba contaminado por plomo. Había muchísismo más plom en las muestras de los testigos que correspondían a la ya pasada primera mitad del siglo XX que en el resto de los millones de años precedentes.

Patterson pensaba que el plomo solo podía venir de la desintegración del Uranio, pero si el único origen fuera el uranio, los resultados serían del todo inexplicables. ¿Otra vez o estaría haciendo mal? El uranio no se encuentra uniformemente distribuido en la corteza terrestre, por lo que debería existir una variabilidad natural en la concentración del producto de su descomposición, el plomo, en la superficie terrestre (en concreto en la porción correspondiente a esa primera mitad de siglo). Sin embargo, esto no era así: las concentraciones altas, incluso concentraciones en tierra que hubieran causado una intoxicación en humanos, eran ubicuas; estaban por doquier. Además, ¿cómo era posible, a parir del uranio, incrementar esa concentración de plomo superficial, a la vez, en todos los lugares? No era posible, sencillamente. Algo estaba contaminando todo el globo con plomo. Algo que se distribuía en grandes cantidades, capaz de quemarse y liberar a la atmósfera ingentes cuantías de plomo que se depositaban después uniformemente por el planeta.

Desde entonces, poco duraron las pesquisas de Patterson. La Standard Oil había estado utilizando el plomo como antidetonante en sus combustibles desde 1920. Un "mero" conservante de la gasolina estaba poniendo en riesgo la salud de personas y ecosistemas.

Breve excurso sobre conservantes y tasa de ganancia del capital: l

los conservantes permiten a cualquier empresa almacenar su producto durante más tiempo del que, en un principio, éste por su naturaleza aguanta intacto. ¿Cómo iba a rechazar la institución por antonomasia del sistema productivo actual, la empresa, incrementar sus márgenes de beneficio y tener la flexibilidad para especular con su producto estrella? Ocurre algo similar con los pesticidas y los coadjuvantes con los que se presentan en las formulaciones comerciales. Realmente son casi más tóxicos que el propio pesticida (como ocurre en el caso del POEA y el glifosato) y su único objetivo es ganar más dinero, no mejorar el producto.

De hecho, Standard Oil ya sabía que era tóxico y que, al menos, representaba un peligro letal para los trabajadores que producían la gasolina con plomo. En una fecha tan temprana como 1924 la empresa ya tenía noticia de decenas de casos de trabajadores fallecidos por exposición a plomo (dada la conocida toxicidad del plomo, ¿sería demasiado aventurado denominar estos fallecimientos como asesinatos?). Ernest Oelgerth fue el primero en fallecer tras padecer un terrorífico e impactante periodo de alucinaciones en los laboratorios de la Standard Oil en Florida (EE.UU). Además, el plomo se estaba acumulando también en los cuerpos de las personas y, sobre todo, en el de los niños. A mediados de los años 60 del siglo XX se podía afirmar que la práctica totalidad de la población infantil de los Estados occidentales estaba intoxicada por plomo.

Con su habitual tenacidad y perseverancia, Patterson le recordó a la empresa, poco después de que lo despidiera tras haberlo becado, que lo que estaban haciendo exponía a la humanidad a una edad de la oscuridad y que debían eliminar ese aditivo de la gasolina [la relación entre la intoxicación por plomo en niños y los daños neurológicos, bajada de la capacidad intelectual y bajo rendimiento mental en general ya eran conocidos].

La petrolera, en una destilada muestra de lo que significa capitalismo (es decir poner por encima del bien común la rentabilidad del capital) ignoró a Patterson y siguió tan campante con su negocio de la gasolina sucia. De hecho, el plomo como antidetonante se fue extendiendo al resto de empresas petroleras del mundo. Pero el siempre constante Patterson pudo redimirse a los pocos años en la comisión del Congreso de los Estados Unidos que investigó la toxidad del plomo ambiental, su origen y su posible limitación y prohibición de su vertido o uso en la producción. La razón se terminó imponiendo, no sin esfuerzo y retardo, y el plomo (que primero se limitó y, luego, se prohibió) acabó desapareciendo de las gasolinas. Por ejemplo, en España en 1988 se dictó un decreto para reducir su concentración en los combustibles, en 1999 se estableció una concentración 100 veces menor de la que establecía e de 1988 y en 2001 se eliminó el plomo como antidetonante en la gasolina. Estudios recientes sobre este proceso de “desplumbificación” de la gasolina han demostrado que su prohibición ha reducido drásticamente los niveles de plomo ambiental y la carga de este metal pesado en los cuerpos de los más pequeños de la familia.

BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA

Biografía de Clair C. Patterson → Tilton, G. (1998). Clair Cameron Patterson, 1922–1995: A Biographical Memoir. LINK

Time line sobre la investigación en su conjunto que llevó al establecimiento de la edad de la tierra LINK

Sobre la toxicidad de plomo a bajas dosis LINK

Efecto neurotóxico del plomo a bajas dosis LINK

La historia de cómo el dueño de standard oil consiguió vender el plomo como estabilizante de la gasolina LINK

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