2010年1月16日星期六

科学松鼠会

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[世博会的科学传奇]之人与自然(下)

Sat, 16 Jan 2010 16:00:01 +0800

[世博会的科学传奇]之人与自然(上)

[世博会的科学传奇]之人与自然(中)

by赵致真

1984年新奥尔良世博会留下了太多讨论和争议,这是唯一一届在闭幕前便宣告破产的世博会,有人说是美国对世博会的"最后告别"。但新奥尔良世博会 的主题"世界的河流,淡水是生命之源",却极大唤起了人类的"水观念"和"水意识"。全世界20多个国家展馆各自讲述着河流孕育文明的美丽故事,给密西西 比河带来了尼罗河、亚马逊河、长江与多瑙河的问候。美国馆放映了IMAX立体电影《水乃生命之源》,摄制组行程32000公里,阐释了大自然水循环的美妙 和神奇。加拿大展示了富甲天下的湖泊与河流。法国馆阿尔谢水处理工厂的先进技术备受瞩目。世博会期间先后有5个关于水资源的国际论坛召开。地球70%面积 覆盖着水,淡水却不足3%。而99.7%的淡水又被封冻在极地冰原和深藏在岩石地层,只有少得可怜的微小份额形成河流、湖泊和湿地,哺育了地球生命并草创 了人类文明。随着世界人口迅速膨胀,工农业生产突飞猛进,森林植被严重破坏,全球性的"水透支"和"水赤字"日益触目惊心。历史上一条条伟大的河流已经不 能再奔流到海,一个个著名的湖泊相继干涸消失,无数水井打进千米深的永久蓄水层造成地下水位大幅度下降,而干旱和洪水则如一对孪生恶魔交替肆虐。世界"水 危机"提前到来了。1992年联合国将3月22日确定为"国际水日"。令人无限感慨的是,2005年8月,新奥尔良大堤在卡特里娜风暴中被洪水冲决,当年 以水为主题的世博会展区也变成了一片汪洋。

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1984年新奥尔良世博会横跨密西西比河空中缆车
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1984年新奥尔良世博会孩子们在"汽车自动清洗流水线"上沐浴
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地球水的构成

1992年塞维利亚世博会上最出奇制胜的展品,要算智利海军经过28天航程,从南极运来的一座21英尺高、80吨重的冰山。在塞维利亚42摄氏度的 炎炎盛夏里给4000多万观众带来了清凉和震撼。庄严而陌生的南极气息令人百感丛生,1990年政府间气候变化专门委员会IPCC已经发出了第一次预警, 我们的地球在变暖,南极大陆的冰盖和冰架在融化,北冰洋、格陵兰岛和喜马拉雅山的冰川、冰层在解冻。1995年和2001年,IPCC又发出第二和第三次 警报,世界气候升温将带来灾难性的后果。2005年爱知世博会把主题确定为"自然的睿智",人类终于懂得以谦卑的态度来欣赏大自然的高明和理解"造物主" 的奇迹,并且不能恣意作孽和任性胡为。世博会最轰动的展品,是来自俄罗斯萨哈共和国的猛犸象尤卡吉尔的遗骸。经放射性碳14测定,这个40龄的"冰原巨 兽"生活在18000年前。由于西伯利亚永久冻土带消融而得以重见天日。CT扫描和3维图像重建提供了丰富的科研信息,但这位"史前来客"最振聋发聩的无 声呐喊是,气候变暖已经动摇了地球的万年根基。和"物证"猛犸象同时来到爱知世博会的"人证"是南太平洋11个岛国联合展馆。旖旎的风光、悠久的文化和质 朴的民风深深打动了每一位参观者,但南北极冰川融化和地球水体受热膨胀导致海平面在过去的世纪里升高了1米多,如今正以每年0.32米的速度加快上升,这 串"太平洋的珍珠"将面临灭顶之灾。爱知世博会在8月15日为图瓦卢举行国庆日纪念活动,庄严美丽的国歌声中透出悲壮和凄婉,因为在50年内,拥有 3000年历史的图瓦卢将从地图上抹掉,成为在环境灾难中消亡的第一个国家,也是让"天下惊秋"的第一片落叶,

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2002年从西伯利亚永久冻土带出土的猛犸象尤卡吉尔
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危在旦夕的南太平洋岛国图瓦卢

世界各国主流科研机构早已达成高度共识,地球气候持续升温肇因于近百年来的人类活动。当"温室效应"变得"恶名昭彰"时,我们不应忘记它原本是生命 的守护神。太阳把万丈光芒洒向我们的行星,其中30%被云彩、冰层和沙漠反射。而烤热的地球也会向着寒冷的外层空间辐射红外线。多亏大气层中仅占1%份额 的水蒸气、二氧化碳、甲烷、臭氧等"温室气体"挡住红外线逃逸,使地球平均温度得以保持在13摄氏度,而不是跌到零下20摄氏度,并大大减少了昼夜温差。 然而随着大气中二氧化碳的急剧增加,来自太阳的更多热量"进得来,出不去",地球气温的"收支平衡"便打破了。冰芯数据显示,工业革命前8万年间大气中二 氧化碳含量在180ppm到270ppm之间,此后便扶摇直上,如今已达到385ppm。虽然大气中水蒸气含量和温室效应都远远超过二氧化碳,但人类活动 对水蒸气比例影响甚微,况且水在蒸发时吸收热量,而云层的"阳伞"功能比"棉被"功能更强。因此二氧化碳便被确定为地球暖化的"罪魁祸首"了。20世纪 里,地球平均气温上升了0.76摄氏度,科学家预测21世纪将加快上升6.4摄氏度,这是一个令人毛骨悚然的数字。温度是分子运动速度的量度,大气中总能 量增加已经驱动更多的风暴和极端灾害气象轮番光顾,2003年席卷欧洲的热浪夺去了38000人的生命,森林火灾比以往任何时候更加频繁,而海平面继续上 升将淹没各大洲沿海城市的无限精华和几亿人世代生活的家园。地球在融化,永久冻土层中"关押"万代的二氧化碳和沼气将要"大闹天宫",失序的世界已经进入 很难认识的状态。这无疑是人类文明史上最大的浩劫。仰望天空最明亮的金星,那里的环境几十亿年前曾和地球相似,由于"温室效应"失控致使大气的96%变成 了二氧化碳、气压比地球上高92倍,金星地面无论白天黑夜和赤道两极都成了温度高达500摄氏度的"炼狱"。"东有启明,西有长庚",古人欣赏"太白金 星"的璀璨,我们却更要研究这颗地球"姐妹星"恐怖的前车之鉴。

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冰岛即将成为第一个告别化石燃料而完全使用"清洁能源"的国家;丹麦有20%电力是"大风刮来的";照射在撒哈拉沙漠0.3%面积上的阳光便能确保 整个欧洲的能源需求;澳大利亚1%的地热便足够这个国家使用26000年;碳捕捉技术能够将发电站和大型工厂排放的二氧化碳分离出来并压缩到废弃的油井中 "埋葬";人类文明不会纵马悬崖也不会坐以待毙。1997年12月,84个国家签订了限制温室气体排放的"京都协议书",但对于急剧"发烧中暑"的地球, 仍只能算"急惊风碰上慢郎中"。2009年12月,100多个国家首脑出席联合国气候变化大会领导人会议并发表了"哥本哈根协议"。毋庸讳言,地球招致今 天的"大祸临头"主要是发达国家的"历史过失",公正的原则只能是各国承担起"共同的但有区别的责任"。人类还从来没有遇到如此错综复杂又刻不容缓的全球 合作问题。然而"地球很小,是个家庭";"覆巢之下,岂有完卵";"共同的利益,共同的理想,都没有共同的危险能把人们团结起来。"这些箴言今天的确比以 往任何时候都更有道理。

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冰岛斯瓦森基地热发电站
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英国格拉斯哥拥有世界最大的近海风力发电站
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澳大利亚拥有世界最大的100万千瓦太阳能发电站

2010年上海世博会的主题是"城市,让生活更美好"。在全球加快城市化,一半以上的人口居住在城市的当今世界,城市问题是环境问题的核心。"可持续发展"的最新环境技术将成为上海世博会的亮点和前沿。

诚然"发展是硬道理",但今天必须认识到"只有可持续发展才是硬道理";诚然"市场经济是看不见的手",但今天必须加上一个"绿色大拇指"。美国著 名环境问题学者布朗说,人类应该以"战时动员"的紧迫,将传统的"A模式"社会转变为可持续发展的"B模式"社会,否则就来不及自我救赎了。如果我们有光 明的未来,遥远的子孙在评说"千秋功罪"时,一定会把高效率应对这场环境危机的制度誉为最好的社会制度,会把引领人类从"大道多歧"中走出环境危机的政治 家、思想家、科学家尊为真正雄才大略的历史英雄。中国将对世界做出应有的贡献。

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[世博会的科学传奇]之人与自然(中)

Sat, 16 Jan 2010 12:00:53 +0800

[世博会的科学传奇]之人与自然(上)

by赵致真

1964年纽约世博会上,喷洒滴滴涕的大幅照片仍然在展厅高挂,而"寂静的春天"作者卡森却在这年4月14日因患乳腺癌与世长辞。滴滴涕是瑞士化学 家马勒1939年发明的,这种高效杀虫剂作用于节肢动物神经细胞膜钠离子通道,但对人体相对安全。今天也许很难认识滴滴涕的历史功勋,拿破仑攻打莫斯科损 失50万大军有一半死于虱子传播的伤寒,修建巴拿马运河时为了预防黄热病而杀灭蚊子幼虫,喷洒了70万加仑煤油,第一次世界大战中更多的士兵和平民不是死 于枪炮,而是死于传染性疾病。难怪二战中滴滴涕被称为"昆虫的原子弹"和"人类的福音"。马勒荣获了1948年诺贝尔医学生理学奖。联合国卫生组织曾把滴 滴涕当作灭蚊的王牌和个人保洁用品。滴滴涕广泛用于农田后,带来粮食奇迹般的增量。但就在滴滴涕风靡全球的1962年,卡森出版了她不朽的著作《寂静的春 天》,用无可辩驳的事实和数据指出滴滴涕的滥用切断了大自然的食物链,让春天不再鸟语花香和万物争荣,同时损害人类的代谢和生育功能并诱发癌症。面对利益 团伙铺天盖地的围攻,卡森拖着病弱的身体在电视上和化学公司辩论。1972年,美国全面禁止生产和使用滴滴涕。"寂静的春天"第一次大规模唤起了公众的环 境意识,成为现代环保运动的宣言书。全世界永远缅怀和纪念"环保圣女"卡森。

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1956年美国加州河谷地区农场工人裸体喷洒滴滴涕消毒
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时代杂志为滴滴涕做的广告
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"寂静的春天"作者蕾切尔.卡森

环境保护从先知先觉的微弱呐喊变成全球性的蓬勃运动,这是一个时代人类的必然觉醒和选择。1972年,罗马俱乐部发表了著名报告《增长的极限》,用 数据和公式计算出地球自然资源不允许人类经济无限制增长。这本书译成30种语言发行达3000万册;1972年6月联合国在斯德哥尔摩召开环境大会,随后 成立了总部设在肯尼亚内罗毕的联合国环境署。1973年3月18日,利比亚籍油轮托雷坎荣号在英吉利海峡触礁,12万吨原油覆盖了700平方公里水域,造 成15000只海鸟死亡。英国在援救无效后派飞机连续轰炸,将残存舱内和蔓延海面的石油烧掉,并喷洒了上万吨清洁剂;1973年3月,日本水俣镇居民状告 氮肥厂排放含有甲基汞废水的官司终于胜诉,但先后已有1万人因食用含汞的鱼类罹患"水俣病"致使神经中毒,其中1000人死亡;最直观的"环境启蒙",是 人类第一次从外太空看到"地球母亲"的容颜,这颗行星焕发着梦幻般的蔚蓝,高贵、圣洁又孤独和脆弱,我们也许只有不再坐井观天和鼠目寸光后,才会产生更深 刻的思想和柔爱的情感。

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1973年3月18日油轮托雷坎荣号触礁沉没12万吨原油泄漏
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水俣镇受害者游行抗议环境污染
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一轮地球在月平线上冉冉升起

世博会历史上还从来没有20万人口以下的城市做过东道主。然而1974年美国小城斯波坎却因为首次把环境保护确定为世博会主题而昭彰史册。5月7日 开幕式上,昔日严重污染的斯波坎河变得清波荡漾,人们将1974条鳟鱼放入河中,祝福这些曾经绝迹的生命重返家园。6月5日是斯德哥尔摩大会确定的世界环 境日,联合国环境署首届执行主席斯特朗来到大会,宣布第一个世界环境日主题为"只有一个地球"。派拉蒙公司专为斯波坎世博会制作了23分钟的IMAX电影 《人类属于地球》,带给520万观众极大的冲击和震撼。"地球不属于人类,人类属于地球。"这是斯波坎世博会最醒目的大字标语。懂得尊重其他生命形式无疑 是文明的进步。我们只是地球众多儿女中的一员,所有生命都彼此相关,如果失去了物种的多样性,地球将不再温馨和美丽。

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1974年斯波坎世博会美国馆内景

1982年5月诺克斯威尔世博会的主题为"能源转动世界"。曾被纽约时报称作"邋遢小城"的诺克斯威尔无愧于"能源之都",这里有著名的田纳西河谷 管理局总部,有世界最大的阿拉巴契亚煤田和29个水电站。二战时期绝密的橡树岭核研究基地已经成了著名的美国能源博物馆。诺克斯威尔世博会吸引了1100 多万观众。81米高的太阳塔象征着人类永恒的能量之源。美国馆的设备完全由屋顶5000平方英尺太阳能电池驱动。IMAX立体电影讲述着能源的昨天、今天 和明天。观众能从首次亮相的触摸屏电脑上得到能源问题的全面解答。澳大利亚、加拿大展出了世界上最大的风轮机,法国、德国演示了原子反应堆的模型,沙特阿 拉伯馆安装了巨型抛物面太阳能集热器。欧洲共同体则展出了意大利阿德拉诺太阳能发电站模型。首次参加世博会的中华人民共和国带来了太阳能龙舟和农村推广沼 气的经验。这是人类能源科技的第一次全面检阅,也是对1973年和1979年两次"能源危机"的应答。

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1982年诺克斯威尔世博会太阳塔
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1982年诺克斯威尔世博会美国馆屋顶太阳能电池

回顾历届世博会,能源从来占有举足轻重的地位。1851年伦敦世博会上,水晶宫里展出了煤矿采掘的流程并费尽周章运来一整块24吨的 大煤碳;1933年芝加哥世博会上辛克莱石油公司开办恐龙馆并演示了石油开采和提炼的整个工艺。煤炭、石油、天然气被称为"化石燃料",因为它们由古生物 遗骸在数百万年前地质活动中形成。人类工业革命的代价,是大肆挥霍大自然亿万年积攒的这些"阳光罐头",直到很晚近才发现地球的"不可再生资源"将在百年 之后"坐吃山空",我们这颗"富饶的行星"永远没有机会重新制造一滴石油和一块煤炭。 1893年芝加哥世博会上,胡弗水电站工作模型显示了人类驾驭河流的能力和气概,几十座风车阵容可观,此后风能在世博会上常见常新。美国在1958年布鲁 塞尔世博会展出核能发电站,开启了和平利用原子能的新时代。1962年西雅图世博会上贝尔公司推出了高效光电池,展现了太阳能利用的光明前景。但早期世博 会能源技术的发展主线和价值取向,是寻找煤炭石油枯竭后的替代能源。当年并没有深刻认识到"化石燃料"可怕的温室效应。

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1851年伦敦世博会展出的24吨大煤块
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1893年芝加哥世博会风车群
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1933年芝加哥世博会展出石油提炼工艺透明模型
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[世博会的科学传奇]之人与自然(下)

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[世博会的科学传奇]之人与自然(上)

Sat, 16 Jan 2010 08:00:27 +0800

by赵致真

20世纪最伟大的发现,莫过于对环境危机的发现。这是人类几千年文明史的根本性转折。从畏惧自然到征服自然,我们的祖先一路披荆斩棘和高歌猛进。只有在付出沉重代价后,才终于懂得了必须善待自然,与自然和谐相处。当"拯救地球"不再只是少数精英的盛世危言,而化作了全世界的共同呼声,环境问题便超越了国家、种族、文化和贫富,成为人类迫在眉睫的"天"大问题。

1901年布法罗世博会开幕时,美国总统麦金来收到的"请柬"空前绝后。这是一张完整的美洲豹皮。正面毛色灿然,反面用烙铁烫出"恭请总统参观世博会野生动物馆"的文字。组织者显然希望用这种独特而昂贵的礼仪表达对总统的无上尊敬。当年的美洲豹没有享受"国家一级保护"待遇,世上也没有野生动物保护组织存在。麦金来总统大约就是收到这份"请柬"后出席了布法罗世博会而遭暗杀身亡的。早在1851年伦敦世博会上,著名皮货商尼古拉的展厅就摆满了狮子、老虎、北极熊等凶猛动物的毛皮。来自非洲的各种象牙分外抢眼。1876年费城世博会上,葡萄牙馆从殖民地运来的象牙长达6英尺;美国汉瑞森公司在1893年芝加哥世博会上展出的整张大象皮长20英尺,宽16英尺。手持猎枪的人类已经不像祖先那样"谈虎色变"了,� �"兽中之王"们一个个"斩首示众"和"剥皮萱草",映射了"征服者"的心态和趣味。海上同样"捷报频传",捕鲸技术是早期世博会渔业馆的重头戏,著名科学机构史密森尼学院在1904年圣路易斯世博会上展出的鲸标本栩栩如活。陆生的人类在证明自己完全有能力去"五洋捉鳖"。我们这个行星上的野生动物从来没有遇到这样强大凶狠的敌人,只能不断走进濒危物种的清单。

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1901年布法罗世博会野生动物馆送给麦金来总统的美洲豹皮"请柬"

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1851年伦敦世博会展出的象牙

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1851年伦敦世博会野生动物展

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1933年芝加哥世博会上展出的整张大象皮

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1904年圣路易斯世博会史密森尼学会展出鲸标本

木材是人类征服自然的另一种"战利品"。1876年费城世博会加拿大馆里,超巨型的桌子用一棵289英尺长、12英尺直径的松树做成,横断面上能数出603个年轮。1893年芝加哥世博会到处洋溢着木材的芳香,仅华盛顿州一年便砍伐树木8亿英尺。1909年西雅图世博会上,一根加工完毕的阿拉斯加大木可并排坐下53个儿童,巨形的方木"骰子"有一人多高。西蒙兹公司展示了最先进的伐木器材,圆锯片的直径达4米。人类就是亮出这样前所未有的"利齿"向原始森林长驱直入。随着无数参天古木轰然倒地,水土流失和荒漠化的序幕也迅速拉开了。

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1893年芝加哥世博会木材馆

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1909年西雅图世博会展出的木材上并肩坐着53个儿童

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1909年西雅图世博会展出的木制"骰子"

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1909年西雅图世博会西蒙兹公司展出的圆锯盘

汽车是1933年芝加哥世博会工业交响曲的领奏。底特律三巨头展览的汽车能有出色表现,得益于"含铅汽油"发明。长期困扰汽车工业的一大难题,是汽油在汽缸中燃烧速度大于正常值会发生"爆震",使引擎温度剧增而输出功率骤降。工程界用抗爆性能最好的异辛烷和最差的正庚烷作为标准燃料,对照测量出汽油相应的"辛烷值"。1921年12月,通用汽车公司工程师米奇利发现在汽油中添加四乙基铅能够大大提高"辛烷值",增强"抗爆性"。到了1924年含铅汽油已经成为市场的主流。然而铅及其化合物有剧烈的毒性,人体会误将铅当做钙、铁、锌等金属加以吸收利用,造成神经、消化、造血功能严重损伤并在骨骼中永久沉淀。杜邦公司和标准石油公司开始生产含铅汽油时便发 ��多起死亡事故。待到千百万辆汽车向大气"放毒",便威胁到人的每一次呼吸了。美国地质化学家帕特森用放射性元素测定地球年龄时,意外发现铀衰变物铅的数据存在很大误差。取样于格陵兰岛的冰块同样显示了明显的"铅污染"。1965年特帕森发表文章《铅对人类的影响》,首次引起公众关注。1970年美国科学家兰德里根检测出众多儿童血液中含铅并因此降低智力。美国政府终于在1986年颁布了禁止含铅汽油的法规。

1933年芝加哥世博会上展出的另一项最新技术,是以氟利昂为制冷剂的电冰箱与空调机。氟利昂的发明者仍然是米奇利。在1930年美国化学协会的讲坛上,米奇利深深吸一口氟利昂,然后喷向燃烧的蜡烛,生动证明了这种无色无嗅的气体既无毒性也不可燃。氟利昂的沸点为负29.8摄氏度,诸多性能都优于传统的制冷剂氨和氯甲烷。� �欢欣鼓舞的人们做梦也没有想到从此捅下了"天大的漏子"。氟利昂的比重虽大于二氧化碳,却能随气流运动升到10公里以上的臭氧层,在阳光照射下分解出氯离子,然后引起连锁反应,不停顿地将臭氧"催化"为氧气。如今南极地区的"臭氧空洞"面积已经相当于北美洲大小。臭氧层是地球生命的天然屏障,能够阻挡太阳紫外线B的杀伤,大气臭氧层变薄已经使皮肤癌和白内障发病率连年递增。1987年9月16日,全球46个国家联合发起"补天工程",签署了"蒙特利尔协议"。这一天后来成为国际臭氧层保护日。化学家克鲁岑、莫利纳和罗兰德因为发现氟利昂对臭氧层的破坏而共同获得1995年诺贝尔化学奖。而米奇利则被媒体嘲弄为"历史上破坏大气层最严重的个体生命",他当年连续推出含铅汽油和氟利昂这两大发明时,都曾获得过崇高的荣誉,� 担任美国化学会长。造福人类的初衷竟带来始料不及的祸害,这是科学家最大的人生悲哀。

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1933年推广含铅汽油的广告

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媒体关于米奇利的漫画 2006924日南极臭氧空洞面积达2750万平方公里

[世博会的科学传奇]之人与自然(中)

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