BİR BAŞINA BİR BİLİM İNSANI: C. C. PATTERSON

Bu ay size sadece bilim dünyasında değil, farkında olmasak da hepimizin yaşamında iz bırakan bir bilim insanından bahsetmek istiyorum: Bay Clair Cameron Patterson. Patterson’un bana göre birbirinden önemli iki büyük başarısı var. Bunlardan birincisi dünyanın yaşını tam olarak hesaplamasıdır ki, bu hem bilimsel camiada hem de sosyal yaşamda büyük yankı yaratmış ve hayatımızdaki dogmaları bir kez daha gözden geçirmemize neden olmuştur. Patterson’un sağlığımız açısından büyük önemi  olan ikinci başarısı ise petrol ve kimya endüstrisine karşı verdiği mücadele sonucu kurşunlu benzin ve kurşunlu boya gibi insan sağlığını hiçe saymış ticari ürünlerin yasaklanmasıdır. Patterson, bilimin düşe kalka ama pes etmeyerek ilerlediğini bir kez daha kanıtlamıştır, evet, ama bundan daha da önemlisi bilimin bağımsız ve tarafsız olması gerektiğini, güneşin balçıkla sıvanmayacağını kendi hayatını adadığı bir davayla bütün dünyaya bir kez daha göstermiştir.

Kısa hayat hikayesi

Clair Cameron Patterson 2 Haziran 1922’de ABD’nin Iowa eyaletinde dünyaya geldi. Yine aynı eyaletteki Grinnell Yüksekokulu’nda kimya derecesini aldı. Burada eşi olacak Lorna McCleary ile tanıştı. Patterson daha sonra yüksek lisans yapmak üzere eşiyle birlikte Iowa Üniversitesi’neiçin gitti. Daha sonra 2. Dünya Savaşı’nın sona ermesinde büyük rol oynayan atom bombalarının icat edildiği Manhattan Projesi’nde görev aldı. Tennessee’deki Oak Ridge ulusal araştırma merkezinde uranyumun elektormanyetik ayrışımından sorumlu birimde çalıştı. Savaştan sonra ise doktora yapmak için Chicago Üniversitesi’ne geçti. Hedeflediği doktora konusu ise yeni geliştirilen bilimsel bir yöntem ile dünyanın yaşını hesaplamaktı. Bunun üzerine çalıştı ancak doktorası sırasında bu hedefine ulaşamadı. Patterson Chicago’da doktora çalışmasını tamamladıktan sonra 1952 yılında doktora hocası Harrison Brown ile birlikte California Teknoloji Enstitüsü’ndeki yerbilim (jeoloji) bölümüne geçiş yaptı ve hedefine burada ulaştı. Kariyerinin sonuna kadar da buradan ayrılmadı.5 Aralık 1995’te hayata vedâ etti [1,2].

Kütle spektroskopisine giriş

Patterson’un bilimsel başarısını anlayabilmek için önce kullandığı yöntemi, yani kütle spektoskopisini tanımamız lazım. Kütle spektroskopisinin temel amacı, bilinmeyen bir örnekteki kimyasalların çeşidini ve de miktarını nicel olarak hesaplamaktır. Diğer birçok kimyasal analiz yöntemi gibi, kütle spektroskopisi de “parmak izi prensibi” üzerine kuruludur. Bu prensibe göre, belli bir tayf üzerinde her bir kimyasalın ya da kimyasal bağın kendine has bir sinyali vardır. Tayftan kasıt, gökkuşağında mordan kızmıya kadar değişen renkler gibi, bahsettiğimiz sinyallerin değerlerine göre sıralandığı hayali bir cetveldir (daha çok öğrenmek isteyenler bu yazımızı okusun). İncelenen örnekten gelen sinyallerin tayftaki konumu kimyasalın çeşidini söylerken, sinyalin yoğunluğu ise bu kimyasalın örnekteki miktarını belirtir. Kütle spektroskopisindeki sinyaller ise, örnekten kopan, iyonlaşmış yani elektriksel yüke sahip olmuş moleküllerin sapma miktarlarıdır. Bir molekül ne kadar ağırsa, sapma miktarı da o kadar az olacaktır, tıpkı biri ağır biri hafif iki topa aynı kuvvetle vurmamız gibi. Hafif top daha uzağa giderken, ağır top bize daha yakın bir konumda kalacaktır. Topların bizden ne kadar uzağa düştüklerini ölçüp, en başta ağırlıklarını birbirlerine oranla hesaplayabiliriz. Eğer elimizde referans bir değer varsa, mesela 500 gramlık bir top 5 metre öteye düşüyorsa, o zaman topların gerçek ağırlıklarını da bulabiliriz. Konuya dönersek, kimyasalların yük-kütle oranlarını yani parmak izlerini bildiğimiz sürece ve de elimizde doğru bir referans değer varsa bir numuneyi içeriğine rahatlıkla ayırabiliriz [3].

Kütle spektroskopisinin kullanım alanlarından birisi de Pattersonun amacı olan radyometrik tarihleme yöntemidir. Bu yöntemi daha önceki bir yazımızda, yine dünyanın yaşı hakkında konuşurken detaylıca anlatmıştık [4]. Kısaca tekrar etmek gerekirse, incelenen örnekte bulunan bir izotopun yarılanma ömrünü önceden bildiğimiz sürece, bu izotopun örnekteki miktarını kütle spektroskopisi yöntemiyle ölçüp, belirli bir referans değerle karşılaştırıp, numunenin yaşını hesaplayabiliriz. İncelenen izotop da ilgilendiğimiz yaş aralığına bağlı olarak değişir. Arkeolojik kalıntılarda karbon-14 izotopu incelenir çünkü karbon-14’ün yarılanma ömrü 5730 yıldır. Diğer taraftan, dünyanın yaşı birkaç onbin yıldan çok daha eski olması gerektiğinden, bize karbon-14’ten daha yavaş yarılanan bir izotop gerekir. İşte bu yüzden Patterson da yarılanma ömrü 703.8 milyon yıl olan uranyum-235ün ürünü kurşun-204e odaklandı [5,6].

Atom bombasından dünyanın yaşına

Dünyanın yaşı başka bir yazımızda anlattığımız gibi, Lord Kelvin ve Darwin arasında büyük bir tartışma konusuydu [4]. Fizikte bir otorite olan Kelvin, kendi varsayımlarıyla kurduğu bir modele göre dünyanın yaşını 1846’da 100 milyon yıl olarak hesaplamıştı. Bir biyolog olan Darwin ise bu sürenin çok kısa olduğunu, günümüzdeki canlıların bu çeşitliliğe ulaşabilmesi için çok daha fazla bir zaman dilimine ihtiyaç duyduğunu söylüyordu. Ayrıca, yerbilimciler de günümüzdeki kayaların oluşumu için çok daha fazla zamanın geçmesi gerektiğini belirtiyorlardı. Bütün bunlardan başka bir de yaratılışçı görüşlerin 10 bin yılın ötesine geçmeyen mütevazi bir tahminleri vardı. Bilimsel tartışmayı bitirecek şey ise 20. yüzyılda radyoaktivitenin keşfi ve kütle spektroskopisinin icadıydı.

Claire Cameron Patterson kütle spektroskopisi yöntemiyle ilk kez Oak Ridge ulusal araştırma merkezinde görev alırken tanışmıştı. Savaştan sonra Chicago Üniversitesi’nde Patterson’ın tez hocası olan Harrison Brown bu yöntemle dünyaya çarpan meteor örneklerini inceleyip, güneş sistemindeki elementlerin miktarlarını hesaplamayı düşündü, çünkü meteorlar güneş sistemi oluşurken arta kalan malzemelerdi. Daha doğrusu meteorlar güneş sisteminin steril kırıntılarıydı, çünkü dünya gibi uzun bir süre kor halinde bulunmamışlar, dolayısıyla içerikleri de karışıp başkalaşmamıştı. Brown daha sonra bu fikirle dünyanın yaşının bile pekalâ hesaplanabileceğini fark etti. Bu plana göre Patterson meteor örneklerindeki kurşun miktarını, takım arkadaşı George Tilton ise uranyum miktarını ölçecekti. Ölçülen miktarlardan yola çıkarak en sonunda da dünyanın yaşını hesaplayacaklardı [2,7,8].

“Başardık!”

Patterson 1948’de eski bir laboratuvarda ölçümlerine başladı ama fazla öteye gidemedi. Bir şekilde, istediği ölçümleri yapamıyordu. Aynı örneklerden elde ettiği farklı ölçüm sonuçları inanılmaz sapmalar gösteriyordu. Bu sapmalardan başka ölçtüğü toplam kurşun miktarları da mantıksız derecede yüksek çıkıyordu. Yüksek sapmalar sorunun ya hazırlanmış örneklerde, ya da ölçümlerde olduğunu gösteriyordu. Peki başka kimyasallar için sorunsuzca çalışan kütle spektroskopisi söz konusu kurşun olunca niye birdenbire sapıtıyordu? Bir şekilde, dış etmenler Patterson’un sonuçlarını etkiliyor olmalıydı. Bütün bu sorunlardan ötürü Patterson doktora tezini dünyanın yaşını hesaplayamadan tamamlamıştı. Hedefine ancak 1953te hocası Brown ile birlikte California Teknoloji Enstitüsüne taşınınca ulaşacaktı. Burada Patterson laboratuvarının iç tadilatını kimsenin el sürmesine izin vermeden, kendi başına tamamlamıştı. Aslında Patterson günümüzde nanoteknoloji ve mikrobiyoloji araştırmalarında artık standart haline gelen ilk temiz odayı kurmuştu. Bununla birlikte, kurşun izotop ölçümleri için de yeni standartlar getirmişti.

Patterson bu sefer yeni laboratuvarında meteor örneklerini ölçüme hazır hale getirecek işlemlerini tamamladı ve bu yeni örneklerle Argonne ulusal araştırma merkezinde son model bir spektroskopi cihazıyla ölçümlerini tekrarladı. Sonuçlar sonunda beklediği gibi çıkmıştı. Önceden gördüğü sapmalar kaybolmuş, artık tekrar edebildiği sonuçlar almaya başlamıştı. Meteor parçalarındaki kurşun izotop miktarını büyük bir hassasiyetle ölçmeyi başarmış, ve dünyanın gerçek yaşını hesaplamıştı: 70 milyon yıl yanılma payıyla 4,55 milyar yıl. Patterson, makineden sonuçlarının çıktılarını alırken kendi kendine “başardık!” diye söylendi. Aslında o kendi kendine değil, bu ölçümleri yapabilmesini sağlayan yerbilimcilere, Charles Lyell’a, Michael Faraday’e, J. J. Thomson’a, Ernest Rutherford’a ve hocası Harrison Brown’la birlikte bilimin bütün diğer öncülerine sesleniyordu [1,2,8].

Okyanuslarda kurşun avı

Hikayemiz burada bitmiyor, aksine yeni başlıyor. Patterson’un sonunda çalışmaya başlayan yöntemi onu yerkürenin kimyasal evrimini araştırmaya itti. Sonradan baş düşmanı olacak Amerikan Petrol Enstitüsü’nün verdiği fonla Atlantik ve Pasifik okyanuslarına açılıp, değişik bölgelerdeki tortularda bulunan kurşun miktarlarını ölçmeye başladı. 1962’de Tsaihwa Chow ile ortak yayınladığı raporda okyanuslarda bulunan kurşun miktarının inanılmaz derecede yüksek olduğunu belirtti. Normalde, okyanuslardaki kurşun miktarının yüzeyden dibe doğru indikçe artması gerekirken, yüzeyde biriken yıllık kurşun miktarı olması gerekenin 80 katı kadar çıkmıştı.Patterson araştırmalarını derinleştirdi ve 1963’te yayınladığı raporda okyanusların derinlerindeki kurşun miktarının yüzeyden 3-10 kat daha az olduğunu yazdı. Baryum gibi diğer elementlerin miktarları ise beklendiği gibi dibe doğru artıyordu. Bunun tek bir sebebi olabilirdi: İnsanoğlunun doğaya saldığı kurşun.

1965’te yayınladığı cesur bir makalede o güne kadar karşı çıkılmadan kabul edilmiş raporları eleştiriyordu. Bu eski raporlara göre çevreye salınan kurşun miktarı doğal miktarın iki katından fazla değildi. Fakat, bu öne sürülen miktarlar eski ve hata payı yüksek yöntemlerle ölçülmüştü. Asıl gerçek sorun ise bu eski ölçümler yapılırken alınmış referans değerlerdeydi. O zamanlar duvarlara sürülen boyadan, motorlu araçlarda kullanılan benzine kadar insanların maruz kaldığı kurşun miktarı o kadar yüksekti ki, bu eski laboratuvarlarda ölçülen örneklerin temiz kalması imkansızdı. Boş diye tabir edilen, makinelerin kalibrasyonu için kullanılan “temiz” örnekler bile çok yüksek değerde kurşun içeriyordu. Dolayısıyla, ölçüm için hazırlanan bütün örnekler eninde sonunda havadaki kurşuna bulanıyordu. İşte tam bu yüzden Patterson eski laboratuvarında hazırladığı örneklerle dünyanın yaşını hesaplayamamıştı, çünkü örneklerine dışarıdan kurşun bulaşmıştı [2,8].

Vücuda yerleşen zehir

Yeri gelmişken kurşunun niye bu kadar tehlikeli olduğunu ve kurşun zehirlenmesini kısaca anlatalım. Omurgalı canlıların vücudunda biriken diğer ağır metaller gibi kurşun da hayatî organları ve sinir sistemini çökerten bir madde. Kurşun organizmada hayatî öneme sahip demir, çinko ve kalsiyum gibi metal atomlarının yerine geçip, vücuttaki proteinlere bağlanır, ama her türlü metabolik faaliyetlerden sorumlu olan bu proteinlerin görevlerini yerine getirmesini engeller. Kurşun zehirlenmesi, organ yetmezliğinden başka sinir sistemindeki sinyal iletimini de sekteye uğrattığı için insanlarda sinir krizi ve hezeyanlara, aşırı doza maruz kalındığında ise ölüme kadar götürebilir.

Peki neden havada ve suda bu kadar çok kurşun var? Öncelikle kurşun eski Roma’dan beri insanların sıklıkla kullandığı bir metal. Kurşun hem ucuz, hem işlenmesi kolay, hem de paslanmıyor. Örneğin, antik çağlardan bir süre öncesine kadar su boruları kurşundan imâl ediliyordu. Bundan başka, kurşun boyalarda da renk verici madde olarak kullanılırdı, ki eski boyaların soyulup toz halinde havaya karışması akciğer yoluyla kronik kurşun zehirlenmesinin en büyük nedeniydi. Ayrıca, deri tarafından da emilebilen tetraetilkurşun yakın zamana kadar araba yakıtlarında, yani kurşunlu benzinde motor sarsıntısını önleyici katkı maddesi olarak kullanılıyordu. Uçak yakıtlarında ise halâ kullanılmaya devam ediliyor. Patterson, ailesinin ve bütün halkın bu zehirle çepeçevre bir hayat sürdüğünü farkettiğinde bu gerçekleri su yüzüne çıkarıp, hükümeti ve insanları uyarmak zorunda olduğunu biliyordu [8,9].

Kurşuna karşı verilen savaş

Patterson’un 1965 tarihli raporuna göre bir Amerikan vatandaşının kanında bulunan kurşun miktarı doğal seviyenin 100 katı, kurşun zehirlenmesine yol açacak kabul edilmiş alt sınırın ise 2 katı kadar üstündeydi. Bu ölçülen miktarların o tarihlerde bütün gelişmiş ülkelerde az çok aynı olduğunu farzedebiliriz. Türkiyede ise belki bu kadar çok otomobil yoktu, ama havada, suda ve toprakta insanları zehirleyecek kadar kurşun bulunmadığını iddia etmek de herhalde saflık olurdu.

Patterson’un düşmanları çok güçlüydü. Milyar dolarlık bütçeleri olan ve hükümet politikalarını yakından etkileyen petrol ve kimya şirketlerinden başka bu şirketlerin parayla tuttuğu, insanları taraflı ve bilimsel gerçekleri yansıtmayan raporlarıyla kandıran sözümona araştırmacıları da alt etmesi gerekiyordu. Kuşku tüccarları adlı tanıtım yazımızda da bahsettiğimiz bu tür tabiri caizse sahtekârlar, bilim insanı kisvesi altında halkı kurşunlu ürünlerin tamamen zararsız olduğuna, hatta bu ürünler olmadan insanların modern yaşamdan vazgeçmesi gerektiğine ikna ediyorlardı. Tabii, bu kişilerin, özellikle General Motors tarafindan kiralanan uzman toksikog Robert A. Kehoe’nun, Patterson’un 1965’teki raporuna verdiği tepki aşağılayıcı ve saldırgandı. Patterson ise durumu yasal çerçeveye taşımaya çalışıyordu. İlk denemesi zamanın California valisi tarafından reddedildi, ama ısrar edip 1967 yılının Şubat ayında eyalet kamu sağlığı kurumunda bir oturum yapılması için izin kopardı. Patterson aynı anda birkaç koldan saldırıyordu. Hava ve su kirliliğinden sorumlu komitenin başkanı olan senatör Edmund Muskie’ye de bir mektup yazmıştı. Sonunda senatör Muskie tarafından Haziran 1966’da Washington’daki bir oturuma Robert Kehoe ile birlikte çağırıldı. Patterson o sırada devam ettiği Antarktika seferi yüzünden oturuma ancak 5. günde katılabildi ama bu bile iyi bir başlangıçtı. Patterson kamudan ve hatta silahlı kuvvetlerden de destek görmeye başlamıştı, ama hedefine ulaşana kadar 20 yıl beklemesi gerekecekti.

Bulgularını desteklemek için 1970’te Patterson ve ekibi Grönland ve Antarktika’dan insan eli değmemiş buz örnekleri topladılar. Bu örnekler, binlerce yıldır kullanılan birer kayıt defteri gibiydi. Buzu ne kadar derinden çıkarırlarsa, geçmişte o kadar geriye gidiyorlar ve o tarihte doğada bulunan kurşun miktarını hesaplayabiliyorlardı. Gerçekler gün gibi ortadaydı. Sanayi devriminden beri doğaya salınan kurşun doğal miktarı bir anda 50-100 kat yükseğe çekmişti. Patterson savaşmaya devam etti ve işler yavaş yavaş lehine değişmeye başladı. Benzindeki kurşun miktarı önce 1973 tarihli bir kararla %60 oranında azaltılacaktı, 1987’de ise tamamen ortadan kalkacaktı. Konservelerde, su borularında ve boyarlarda kurşun kullanımı da tamamen yasaklanacaktı. Beklenen iyileşme gerçekleşiyordu. 1991’de Grönland’da tekrarlanan ölçümlerde, karda bulunan kurşun miktarının 1971’dekine göre 7,5 kat düştüğü görülecekti [2,8].

Son söz ve teşekkür

Clair Cameron Patterson çok parlak ve de örnek bir bilim insanıydı. Öncelikle dünyanın yaşı gibi 100 yıldan fazladır bilimsel yöntemlerle cevaplanmaya çalışılan bir bilmeceyi çözdü. Onun yerinde olabilecek birçok kişi, yıllarca istediği sonucu vermeyen bir yöntemi pes edip bir kenara bırakır, sorunu çözmek yerine başka hedeflere yönelirdi, ki yadırganacak bir durum değil.

Büyük bilimsel başarısı bir yana, Patterson bilimin sadece insanların gündelik çıkarları için kullanılan bir araç olamayacağını, insanlığın ve doğanın selâmeti açısından uzun vadeli düşünülmesi gerektiğini ve bilimin bu yolda kullanılacak bir kılâvuz olduğunu insanlara bir kez daha hatırlattı. Bilimsel başarıya ulaşan kaç biliminsanı acaba hükümetler kadar güçlü şirketlerle 20 yıl mücadele edebilir bilemem, ama Patterson gibilerin dünyaya seyrek geldiğinden eminim. Carl Sagan’ın insanlık için öngördüğü olası geleceklerden birisi olan “ulaşılan teknoloji ile kendini yok etme” belki de Patterson gibiler sayesinde önlenebilir, kim bilir.

Kaynaklar

Kapak resmi: [10]

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Clair_Cameron_Patterson
2. http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/patterson-clair-c.pdf
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_spectrometry
4. http://www.acikbilim.com/2013/04/dosyalar/kelvin-darwine-karsi-dunyanin-yasi-tartismasi.html
5. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_radioactive_isotopes_by_half-life
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Lead-lead_dating
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Age_of_the_Earth
8. Kozmos: Bir Uzay-Zaman Macerası, Bölüm 7, “Temiz oda”.
9. http://en.wikipedia.org/wiki/Lead_poisoning
10. http://www.anthonyturton.com/admin/my_documents/my_files/1A4_adlerthesis06012006.pdf