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人体内发现化学污染物——我们在自食其果吗?

作者:时间:2019-01-10 08:05浏览:

1938年9月,纽约世界博览会(New York World’s Fair)开幕前的秋天,在纽约法拉盛草地公园展览中心下方50英尺处埋下了一个将跨越5000年的时间囊。时间囊长7.5英尺,由派热克斯玻璃(一种耐热玻璃)和合金铜(即库帕洛依可锻铜铬银合金,Cupaloy)制成,形状像鱼雷,有长而薄的金属轴,前端呈锥形。

这并不是第一个时间囊,但却是第一次使用“时间囊&利来国际娱乐w66.comrdquo;这一术语来命名,虽然该术语提出者乔治·爱德华·彭德雷(G Edward Pendray)曾考虑过将其称为“定时炸弹”。彭德雷是西屋电气公司(Westinghouse Electric Corpsoration)的公关人员,他的“定时炸弹”是一个有关公共关系的“智囊”,是一个巧妙的计划,可以重塑公司具有前瞻性思维的形象,并击败其竞争对手——由表演性科学家托马斯·爱迪生(Thomas Edison)创立的通用电气公司(General Electric)。

彭德雷1938年在《时间囊的Cupaloy记录》”——一封给5000年后(6939年,时间囊发掘的这年)的人的信中写道:“科学家已经改变了的晶格中的原子......创造出了自然界中不存在的物质。”他在信中指出,他们会发现一个灯泡、一个安全别针、一个滑尺、一个电话、一些伊丽莎白雅顿化妆品、2.91美元现金、一个塑料米老鼠杯、一本刻在醋酸纤维胶片上的第14版《大英百科全书》以及75种最先进的材料,包括钨丝、石棉瓦片和杜邦公司(DuPont)刚刚发明的合成纤维尼龙等。数百万人参观了这个时间囊,通过潜望镜观看彭德雷这个所谓的“不朽之井”。1940年秋分,在博览会结束前的一个月,西屋公司赞助了一次私人送别派对。演讲过后,掌声四起。正午时分,500多磅的热密封剂——由沥青、矿物油和化合物氯化二苯基(多氯联苯,PCBs)组成的混合物注入埋藏时间囊的井中。

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西屋公司的工程师表示,该密封剂可存在数千年之久。事实上,西屋电气公司将他们的第一个时间囊视为对传统本身的一种认可。留下遗产就是赠予一些有意义或有价值的东西。对于他们来说,技术和遗产是不可分割的。

现在,多氯联苯是臭名昭着的全球污染物和致癌物。它扰乱人类的生育、发育、认知和免疫力。虽然多氯联苯是人造的,但生物能够识别该物质到甚至可以与它反应。多氯联苯无处不在,而且经过设计改造,它们可以长久不变。虽然该物质为国际条约所禁止,它仍存在于文物电子设备,如轻型镇流器和变压器以及河床、甚至是深海生物体内。科学家们现在将大多数多氯联苯遗留污染物称为过去以来经久不衰的毒药。

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太平洋深海生物检出污染物

这项技术强加于未来,是核时代的一种表现。1946年诺贝尔生理学或医学奖的获得者赫尔曼·穆勒(Hermann Muller)在他的文章《时间囊——轰炸我们的后代》(1948年)中重新定义了时间囊一词。穆勒写道,这颗时间囊在未来造成和的死亡人数比它爆炸时造成的还要多。核技术引入了一种新的“遗产”,由人体携带并随时间传播。

辐射生物学开始估量人体可以承受的负荷。“体负荷”是该随之出现的少数几个新术语之一,用于计算、绘制、比较和标准化时间囊遗留在人体、空间和时间上的分散状态。核词典中的其他新词还有“热点”、“牺牲区”、“背景值”和“半衰期”等。

随着化学时代的到来,环境科学开始采用这些词重新解释雷切尔·卡森(Rachel Carson)在二十世纪六十年代提出的“一种新的放射性坠尘”这一概念。随后,到了二十世纪九十年代,随着人们对北美五大湖健康状况的担忧,“遗留污染物”一词成为日常用语。由于多氯联苯和其他已停产化合物的影响,该地区的野生动植物正在减少。但多氯联苯造成的影响并非毒理学预期的那样。一代人所经的暴露相同,但是表现却完全不同,在生育能力、新陈代谢、免疫力,认知和发育都有细微差异。多氯联扰乱规律精准的激素水平,从而导致生物体的生化信使干扰了许多协调有机生命网络的关键通信 。

已故科学家西奥·科尔伯恩(Theo Colborn)综合了多篇文献才得出这个结论,首次发表在她1990年的著作《Great Lakes,Great Legacy》中。随着时间的推移,科尔伯恩这一著作成为揭示内分泌干扰过程的基础,现在被视为另一套涉及激素的生物机制,通过这套机制一代“时间轰炸”后代。

碳氟化合物改变了食物网和人体内部的生化组成

多氯联苯也不例外。现在其他遗留污染物包括用于纺织品的防污处理化学物质的全氟辛烷磺酸盐(PFOS)。同一联合国条约——关于永久有机污染物的斯德哥尔摩公约——禁止使用多氯联苯,因此间接导致了全氟辛烷磺酸盐的使用量增加。2015年美国将全氟辛烷磺酸盐的的碳氟化合物表兄弟——全氟辛酸(PFOA)从生产中移除。全氟辛酸很快也会被加入斯德哥尔摩公约,同全氟辛烷磺酸盐和多氯联苯一起被列为不再生产的化学品,但是遗留的那些还将在环境中无限循环。全氟辛酸和全氟辛烷磺酸盐都属于全氟烷基磺酸盐(PFAS)系列化合物。PFAS是全氟和多氟烷基物质的简称,曾被化学家称为碳氟化合物。

碳氟化合物于第二次世界大战的动荡中成熟,几年内从实验室化学品转变为大规模生产的材料。二战结束后,碳氟化合物默默推动二十世纪最伟大的技术成就——炸弹和的发展聚四氟乙烯的发展。聚四氟乙烯用于便利炊具制造、航天和植入式医疗设备。今天,这些碳氟化合物作为遗留化学物质仍然普遍存在于为全世界数亿人服务的供水系统中。它们持久存在,连科学还尚未确定其半衰期(在半衰期,给环境造成的负荷会减半)。

可以说,多氯联苯和碳氟化合物改变了食物网和人体内部的生化成分。全氟烷基磺酸盐则使我们的饮用水发生了变化(有些全氟烷基磺酸盐甚至会随雨落下。)经过三四代,这些物质已经发生了迅速而彻底的变化。对于缓慢进化的人类来讲,这些变化太快了,我们无法适应。

然而,多氯联苯和全氟烷基磺酸盐现在已成为人类进程中的一部分。它们在物种间传播,在亲代与子代之间传播。无论是从胚胎期到人体死亡,还是日常餐食或神圣的节日中,它们无处不在。单就多氯联苯一种化学物质就决定了人类自我繁殖的方式、决定了我们的年轻一代如何发育,甚至决定后代是否易患某种癌症或对某些疾病是否有抵抗力。

这类影响令人不安。即使只改变一艘船的航向使其偏离一度之微,经过十年、一个世纪或者一千年后,这艘船将在完全不同的水域航行。今天几乎无法察觉的细微变化可能会给未来见到彭德雷的时间囊的人们的生活带来重大的变化。用高科技化学品将其设计得经久长存,想象其为永恒档案之类的东西,而这些化学品则会渗入标志着我们地质时代的岩石层。现在还只是比喻而已。

这个说法由一位名叫约瑟夫·西蒙斯(Joseph H Simons)的化学家提出,他性格古怪,发明了明尼苏达州采矿和制造公司(3M)五十多年来用来制造全氟烷基磺酸盐的方法。西蒙斯在加州大学伯克利分校读研期间开始研究氟这种黄绿色的致命气体。众所周知,氟与水接触时会迸发火焰,并可能烧穿玻璃、钢、铜、银、金甚至铂金等。

到了二十世纪三十年代,西蒙斯正在研究简单的碳氟化合物,并需要一种化合物的少许样品进行测量——特别是四氟化碳(CF4)。获得四氟化碳的唯一方法就是自己制造,而制造的唯一方法是让氟与碳反应,引发爆炸。西蒙斯建造了自己的装备作为爆炸发生的场所,并雇用了一名肩宽且反应迅速的前足球运动员来完成这一操作,告诫他要在整个装置引爆之前逃离。

几周过去,一无所获。没有爆炸,收集容器中也没有四氟化碳,只有几滴清澈但来路不明的液体。最终,西蒙斯意识到从邻近的实验室取来的一根旧管子上沾满了水银。汞的化学性质发生了变化,因此反应产生了一种似乎是惰性且不会反应的碳氟化合物。对于西蒙斯来说,这意味着“化学物质的地狱猫”最终可以在实验室中被驯服并用于开发。

1939年,阿尔伯特·爱因斯坦、尤金·维格纳(Eugene Wigner)和利奥·西拉德( Leo Szilard)曾致信美国总统富兰克林·德拉诺·罗斯福( Franklin D Roosevelt ),就德国的核弹发出预警。美国立即实施了一项秘密计划,开始储备和装备铀,并制造出能够在改变世界的力量的连锁反应中分裂原子的炸弹。

从大学的窗户飘出的烟雾腐蚀金属制品,也造成了其标志性植物常春藤的枯萎

为开始这一反应,曼哈顿哥伦比亚大学诺贝尔奖获得者化学家哈罗德·尤里(Harold Urey)需要一种罕见的、高度不稳定的铀-235(U-235),其铀核可以很容易就分解。 就像从谷壳中剔除小麦一样,铀-235必须与铀更为普遍的同位素U-238分离。为此,尤里和他的同事在后来被称为曼哈顿计划的项目中设计了五种不同的方法。最可能成功的是气体扩散:通过将铀泵入半透膜来浓缩(或富集)铀。

这需要将铀转化为气态的六氟化铀,可以流经障碍物,这种障碍物的表面设计可以让U-235更容易通过。但若要制造六氟化铀,需要将铀与大多数化学家仍然担心的元素氟结合起来。并没有切实可行的办法来收集氟化物或六氟化铀,因为这两种物质都很危险且化学性质活泼,这项工作似乎成功率不高。甚至尤里也持怀疑态度。简而言之,他所需要的是一类之前从未制过的物质,这种物质是为适应迄今为止最恶劣的工业环境而设计的,而且其生产规模之大令人难以想象。

1940年,随着纽约世界博览会进入最后一季,尤里找到了西蒙斯和他的碳氟化合物,并用代号“乔的东西”来命名。西蒙斯只勉强挤出几立方厘米碳氟化合物,还不到一茶匙。但这足以证实他的化合物可以与这两种气体共存。这一初步结果给曼哈顿计划带来希望,让他们相信可以利用氟合成碳氟化合物,并将碳氟化合物制成密封剂、垫圈、管道和其他工厂部件。

化学家们很快就来到了哥伦比亚大学研究“乔的东西”。烟雾从大学的窗户飘出,腐蚀金属制品,并造成了其标志性植物常春藤的枯萎。与此同时,西蒙斯还将分配些时间到橡树岭(Oak Ridge )研究氟化战争气体,橡树岭是曼哈顿工程在田纳西州东部建造的秘密原子城,也会花时间在在宾夕法尼亚州努力开发一种更安全的生产碳氟化合物的方法。这些工作与曼哈顿计划同时进行,他热情高涨,好像这一切关乎人类的未来。他的孩子很少见到他,自己的健康水平很快也一落千丈。他所取得的成就看起来并不多,目前来看只有一个带盖的大锅——一个笨重的金属大桶,正如杂志《大众机械》所说:“它像洗衣盆一样不起眼”。但也是这个不起眼的金属桶酝酿了几批复杂的碳氟化合物,推动这一曼哈顿计划的发展。

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最后,曼哈顿的化学家们开发出了制造氟碳化合物的其他技术,正是这些氟碳化合物制造了摧毁广岛的原子弹。西蒙斯把这一制作方法带到了3M公司。1944年,该公司获得许可,并准备在位于密西西比河上游的明尼苏达州黑斯廷斯进行工业生产。

虽然研发原子弹加速了氟碳化合物的发展,但它是在曼哈顿计划资助的另一项技术——聚四氟乙烯(PTFE),即当时最新的氟化塑料,闻名遐迩的特氟龙的帮助下才为大众所知。和西蒙斯的碳氟化合物一样,聚四氟乙烯是无意中生产出来的。杜邦公司的化学家罗伊·普朗克特(Roy Plunkett)一直在研究制冷剂,寻找氟利昂的替代品。1938年春天,一种名为四氟乙烯(TFE)的碳氟化合物备选物在普朗克特的储存罐中自发聚合。构成气体的分子形成了一种不常见的白色片状物固体。

后续研究表明它具有耐用且为惰性这些显着的特性。第二年,该公司将聚四氟乙烯转移到位于哈德逊河对岸、靠近梅多兰兹的新泽西州科尔尼的前塑料分部部门。但据证明聚四氟乙烯很难制成,而这位年轻的化学家负责聚四氟乙烯的规模生产。来自中西部一位叫马尔科姆·伦弗鲁(Malcolm Renfrew)的长号演奏家想起了一场随之而来的悲剧。1944年感恩节前,在一个人手不足的夜班中,该公司的聚四氟乙烯装置发生爆炸,建筑物的一侧炸裂,造成两人死亡。

直到二战结束后,杜邦公司才看到了该产品的巨大潜力,并破土动工建造新工厂。他们在西弗吉尼亚州帕克斯堡附近俄亥俄河的一个大河湾上建造了聚四氟乙烯生产的旗舰工厂,如今这里已成为全氟烷基磺酸盐污染的源头。

工厂完工后,杜邦公司向3M公司订购了一种新的氟化八碳分子,是全氟辛酸的一种变体,工人简称其为C8。它是一种白色的洗涤剂状粉末,利于聚四氟乙烯的制成。但随后便被排入河中、释放到空气中或被送到区域垃圾填埋场,进而进入供水系统。

铁氟龙很快就会成为家喻户晓的名字,是不粘炊具的代名词。“我们知道它将是一种重要的化学物质,”伦弗鲁说,“但是成为煎锅这种炊具......我永远也想不到这种用途。”

1964年,当世界博览会回到纽约法拉盛草地公园开展时,氟碳化合物已经遍布整个经济领域。在博览会上,3M公司以全氟辛烷磺酸为基础制成的防污剂思高洁(Scotchgard)在福特银河车的座椅上展出。杜邦公司请人载歌载舞,夸耀了公司的聚合物如尼龙、涤纶、欧纶等,当然还有特氟隆。现场表演人员每天演唱40次,在两季博览会期间演唱了超过1.4万次,歌中唱道:“我们可以把你的煎锅上好涂层,这样华夫饼就不会粘锅啦。”

从他当时还在襁褓中的小女儿头上剪下来的秀发,是家中多氯联苯含量最高的地方

西屋公司,埋下了第二个也是最后一个时间囊,其中包括甲壳虫乐队的记录和带圆点的比基尼,以在此25年间取得的技术进步为荣。人类已经掌握了原子,进入了太空,并植入了第一颗人造心脏瓣膜——这一壮举因聚四氟乙烯和其他氟化塑料的存在而成为可能。

时间囊二号位于一号时间囊北10英尺处,于1965年封存。次年,在展览场地清空之后,从瑞典水域捕获的鱼类中发现了“新化学危害”的消息传来。

出生于丹麦的化学家索伦·延森(SørenJensen)在寻找农药残留时,也发现了其他未知的化合物。他用两年时间才确定该这种化合物为多氯联苯。在那段时间里,延森在博物馆老鹰的羽毛中和家人的头发上也发现了多氯联苯。从他当时还在襁褓中的女儿头上剪下来的缕缕秀发,是家中多氯联苯含量最高的地方。多氯联苯不仅仅是一类新的污染物,似乎也是一种留给后人的新式奇异“遗产”。

仅仅两年之后的1968年,纽约的科学家唐纳德·塔维斯(Donald Taves)报告了人类血液中存在不明碳氟化合物,他自己的也有。该化合物可能来源于工业。这些发现发表在《自然》上。但大家对此的反应大相径庭:延森的研究就像炸弹一样,激发了人们在全球范围内调查人类的命运和碳氟化合物的毒性;然而塔维斯的发现更像一枚哑弹,没有引起轰动。

塔维斯与他的研究生沃伦·盖伊(Warren Guy)证实,血液中碳氟化合物的存在这一现象似乎是“普遍的”。到了二十世纪七十年代中期,盖伊(当时在佛罗里达大学,也是战争结束后西蒙斯就职的地方)与3M公司接洽,询问特氟龙或思高洁的生产能否解释他们的发现。后来披露的一份机密备忘录表明,该公司“声称不知情”。

又经过了三十年,全氟化合物才进入公共议程。

一直以来,西蒙斯都担心人类能否生存下去。他反对原子的和平利用并痴迷于研究污染。他的女儿多萝西·兰宁(Dorothy Lanning):“他想了很多有关“遗产”的事”。和许多与曼哈顿项目有关的科学家一样,战争结束后西蒙斯病倒了,与肺炎作斗争还没结束,心脏病又发作了。

他康复之后,离开宾夕法尼亚州去了佛罗里达大学。在这期间他减少了教学和研究,咨询了几家公司,其中包括3M公司,并将在碳氟化合物上得来的报酬花在了佛罗里达州中北部的两片森林茂密的地区上。空闲时间,他开始写作,开始用的是笔名保罗·普莱克思(Paul R Plexus),后来又用了自己的真名。他的最后一部作品是1971年出版的反乌托邦小说,当时塔维斯和盖伊正在研究血液中的碳氟化合物。

“这太可怕了,”他的儿子鲍勃·西蒙斯(Bob Simons)对我这样说道,“我没打算告诉你这件事”。鲍勃选择了从事森林学而非化学,并将所学用在来管理父亲的土地上。他已经在这些土地上重新种植了曾经覆盖美国南部大片地区的长叶松树。

西蒙斯将他的小说命名为《格博:人类的继承者》。正如他的儿子所警告的那样:这是一部厚重、怪诞的科幻小说,时间设定在几千年之后,比彭德瑞的想象的未来时间还要遥远。那时人类早已灭绝。气候变化、社会瓦解,核废料和工业污染使地球无法居住。西蒙斯预示了这一切。

这本书的故事从格博发现了二十六世纪洛杉矶的遗迹之后开启,格博在这片废墟中找到了解释人类死灭亡的卷轴。这些被刻在含碳氟化合物的薄膜上的卷轴,以人类无法想象的方式保留了下来。但碳氟化合物并非他的发明。西蒙斯将自己想象成格博的史前秘书。他的工作是将人类记录翻译成一个新的时间囊,格博将在“99166年的最后一天”将其埋下。

西蒙斯将他的书分发给数百名当选官员——如果他们不采取正确的行动,这将是预警物种崩溃的最后尝试。在接下来的几年里,西蒙斯的身体每况愈下。帕金森症更加严重,癌细胞从前列腺扩散到了膀胱,最后他于1984年逝世。同年,杜邦公司在帕克斯堡工厂附近社区的供水系统中发现了全氟辛酸。

杜邦公司和明尼苏达州的3M公司一样,隐瞒了发现全氟辛酸这一事实长达十五年之久,由于公民法律和科学意识的觉醒,他们才瞒不下去了。关于全氟辛酸和少数全氟化合物的毒理学特征的大部分来自行业研究,由于有人提起诉讼,这些发现被迫公开。但也因为中俄亥俄河谷约有70,000人献血,他们将自己的时间和病史献给了科学但也传给了后代。

西蒙斯小说中描绘的已成为现实:除了一点不同,即我们的身体是无法消除的碳氟化合物标记的卷轴

迄今为止,他们的全氟辛酸暴露与许多疾病有关联,这些疾病包括溃疡性结肠炎、甲状腺疾病、妊娠高血压以及睾丸和肾脏的癌症等。国际癌症研究机构(The International Agency for Research on Cancer)现在将全氟辛酸列为2B级致癌物质。美国国家毒理学规划处(The US National Toxicology Program)认为全氟辛烷磺酸盐和全氟辛酸对免疫系统有毒害作用。动物研究进一步表明全氟化合物是生物活性分子。即使是微量水平,它们也会参与到内分泌系统,并且参与到其控制下的生理过程。

科学有充分理由关注当前的问题,并试图了解碳氟化合物暴露对于长期承受最高暴露的社区意味着什么。但是,科学家们也目光转向了下一代,研究对子宫内儿童和哺乳期的孩童的影响,这两个时期是人体发展的关键期,特别容易受到化学干扰的影响。科学家们了解到,儿童的体内全氟烷基硝酸盐水平高于成人,并且自此了解到全氟烷基硝酸盐暴露会干扰儿童疫苗的摄入。在年轻男性中,较高水平的暴露与阴茎长度缩短和精子数量减少相关,这表明全氟烷基硝酸盐可能与不断增长的全球男性不育症有关联。目前研究正在调查更加基本的问题,即全氟化合物如何参与到一系列生物过程中,包括肝脏和甲状腺运行、新陈代谢以及生殖和发育。

但是,到目前为止,我们所了解到的关于全氟化合物的知识与整个系列的全氟化合物相比仍然是相形见绌。知识鸿沟巨大,尤其是为公共利益所做的科学开始得太晚了,开始研究时全氟化合物已经产生了半个多世纪;而且还因为研究方法常常是一个一个地研究身体暴露下的复杂的混合物。更令人不安的是这种暴露无处不在。

除西弗吉尼亚州、俄亥俄州和明尼苏达州外,纽约、阿拉巴马州、北卡罗来纳州、新罕布什尔州、新泽西州和密歇根州也有很多热点地区以及比利时的安特卫普、日本的大阪、德国的阿恩斯贝格、意大利的威尼托、中国、新西兰和澳大利亚这些国家和地区都处于暴露中。而且每年都有更多的地方被发现处于暴露中。根据美国疾病控制和预防中心收集的样本,大多数美国人(约占人口的98%)将血液中的全氟辛烷磺酸盐存档,其中99.7%的人携带全氟辛酸。可以预见在全球范围内也可能是这种情况。

西蒙斯小说中描绘的已成为现实:除了一点不同,即我们的身体是无法消除的碳氟化合物标记的卷轴。像多氯联苯会对后代的影响一样,它们也让我们边走边谈镶嵌20世纪技术的时间囊。

1939年世界博览会之后,时间囊成为大众现象,并有了不同意义。卡尔 · 萨根(Carl Sagan)小时候参加过这个展览会,甚至将这个想法带入了太空领域。他的旅行者金唱片囊括了地球之音,里面有母亲的吻、发动机的旋风等声音,并跟随1977年的两个旅行者号进入太空。他把它称为“进入宇宙海洋”的瓶子。但是太空考古学家说,瓶子里的信息不会像瓶子那样有趣。因为信息即是瓶子本身,媒介传递信息,现在留待我们解释媒介是我们人类本身意味着什么。

多梅尼科·莫特利托(Domenico Mortellito)是一位在杜邦公司度过职业生涯的雕塑家。像彭德雷和西蒙斯一样,莫特利托在上世纪的推广合成材料的工作中遇到了留给后代的“遗产”,开始关注它们。

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杜邦公司委托莫特利托在1939年的世界博览会展馆将工业化学的起源故事刻在浮雕中。他在人工树脂——杜邦公司的树脂玻璃以及Plastacelle中雕刻,Plastacelle是一种醋酸纤维素塑料制品,在今天用于香烟过滤器。莫特利托创造了一些想像中的人物,每个人都展示了公司化学家可以用“煤、空气和水”制造的“奇迹”。最后的壁画高20英尺,沿着弯曲的背光墙延伸60英尺,这种设计无法再在木材金属、石头或粘土等传统介质中实现。

战争结束后,莫特利托在杜邦公司担任全职职务。他从事颜料和涂料工作,并在广告部门设计杂志封面、宣传材料以及为公司的氯丁橡胶和铁氟龙做设计。他重返1964年的世界博览会,协助杜邦公司举办展览,然后开始在他的后院工作室创作新作品。完成需要两年的时间。

新作品是一个小孩和一只鸽子的雕塑,鸽子作为一个守护者盘旋在小孩头上。场景是在海湾举行聚会,天上是面貌古怪的云,这是他对污染的评价。他将其命名为《保护未来》。他的女儿们在二十世纪九十年代将这件作品捐赠给了杜邦公司总部所在城市威尔明顿特拉华艺术博物馆的科普兰雕塑公园。尽管莫特利托以雕刻塑料制品而闻名,并且第一个将雕刻铁氟龙作为艺术品的一部分,但这次他选择了用新斯科舍省的灰色砂岩来雕刻这件作品。

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