Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух… - Кин Сэм - Страница 3

Надеюсь, вы понимаете, что дело совсем не в Цезаре. В том варианте, в котором я впервые услышал эту историю, речь шла не о Цезаре, а о распятом Христе (я учился в католической школе), и, вообще говоря, такую же историю можно рассказать о любом человеке в предсмертной агонии: о гибнущих жителях Помпеи, жертвах Джека Потрошителя или о задыхающихся во время газовой атаки солдатах Первой мировой войны. Кроме того, это относится к любому человеку, отошедшему в мир иной в собственной постели, — законы физики во всех случаях одни и те же. Да и вообще, я мог рассказать то же самое о Рин Тин Тине или цирковом слоне Джамбо, о любом жившем на свете существе — от бактерии до синего кита — и его последнем дыхании, частицы которого до сих пор циркулируют внутри нас.[6]

Но почему мы ограничиваемся только процессом дыхания? Вопрос о количестве молекул в последнем вздохе того или иного существа стал классическим вопросом в курсах физики и химии. И я начинаю нервничать, когда вновь и вновь слышу, как кто-нибудь рассуждает на тему «последнего вздоха». Почему не отважиться на большее? Почему не пойти дальше и не связать молекулы воздуха с более общими и глобальными явлениями? Почему не рассказать историю всех газов, которые попадают в наши легкие?

Все важные события в истории Земли — от вулканических извержений гадейской эпохи до появления сложных форм жизни — в значительной степени определялись поведением и эволюцией газов. Газы сформировали не только нашу атмосферу, но и континенты и океаны. История Земли — это история газов. В значительной степени это справедливо и в отношении человеческой цивилизации, особенно за несколько последних столетий. Когда человек научился использовать физические свойства газов, он создал паровой двигатель и смог за секунды взрывать горы, формировавшиеся миллиарды лет. А использование химических свойств газов позволило выплавлять сталь для строительства небоскребов, избавиться от боли при хирургических операциях и производить столько пищи, сколько нужно, чтобы прокормить весь мир. Как и последний вздох Цезаря, вся история мира до сих пор с нами: ветер играет листьями деревьев, поднимаются ввысь наполненные горячим воздухом воздушные шары, а навязчивый запах лаванды или мяты (а также кишечных газов) бьет в нос с такой силой, что пропитывает все вокруг. Поднесите еще раз ладонь к губам и почувствуйте: единым вдохом можно охватить весь мир.

В книге нам придется плавать в океане с радиоактивными свиньями и охотиться на насекомых размером с таксу. Мы увидим, как Альберт Эйнштейн работает над усовершенствованием холодильника, и окажемся рядом с пилотами, распыляющими во Вьетнаме сверхсекретное «погодное оружие». Мы столкнемся с разъяренной толпой и сгорим в лавине огненных паров, от которых человеческий мозг плавится в черепной коробке. Все эти истории связаны с удивительными свойствами газов — газов из кратеров и микробных клеток, из пробирок и моторов машин и из каждого уголка периодической таблицы. Большинством из них мы дышим и сегодня, и в каждой главе книги через призму какого-то одного из них, как через лупу, мы сумеем разглядеть иногда трагический, а иногда комический фрагмент истории человечества.

Первый раздел книги, «Появление воздуха. Четыре атмосферы Земли», рассказывает о природных газах. Здесь речь пойдет об образовании нашей планеты из облака космических газов 4,5 млрд лет назад. Позднее благодаря действию вулканов на планете появилась собственная атмосфера. С зарождением жизни эта атмосфера изменилась, что привело к так называемой кислородной катастрофе (которая, вообще говоря, позволила появиться нам — животным). В целом первый раздел рассказывает о происхождении воздуха и о поведении газов в различных ситуациях.

Второй раздел, «Приручение воздуха. Связь человека с воздухом», повествует о том, каким образом за несколько последних столетий человек научился использовать специфические свойства различных газов. Мы редко задумываемся о том, что у воздуха есть масса, но это так: если вы заключите Эйфелеву башню в воображаемый цилиндр, воздух внутри цилиндра будет весить больше, чем сама металлическая конструкция. И поскольку воздух и другие газы имеют массу, они могут поднимать, толкать и даже убивать. Использование газов способствовало Промышленной революции и позволило человечеству осуществить свою древнюю мечту — подняться в воздух.

Третий раздел, «Границы. Новые небеса», рассказывает о том, как человек изменил воздух за несколько последних десятилетий. Даже по составу современный воздух отличается от воздуха, которым дышали в молодости наши деды, и очень сильно отличается от воздуха, которым дышали люди триста лет назад. Кроме того, мы начали изучать атмосферу планет за пределами Солнечной системы, подготавливая почву для того, чтобы наши потомки смогли покинуть Землю и начали осваивать другие планеты, атмосфера которых, возможно, заполнена какими-то совсем неведомыми газами.

Кроме основных разделов, в книге есть вставки, которые я назвал «небольшими отступлениями». Они дополняют основные главы и рассказывают о том, какое отношение имеют газы к работе холодильника, освещению помещений или функции кишечника. Чтобы вас развлечь, я также рассказал несколько историй на такие не совсем научные темы, как спонтанное возгорание и НЛО. Многие газы, о которых идет речь в «небольших отступлениях», содержатся в воздухе лишь в следовых количествах: их доля составляет всего несколько частей на миллион или миллиард. Но «следовый» не означает незначительный. К примеру, вино на 99 % состоит из воды и спирта, но смесь воды и спирта — совсем не вино. В вине содержится множество других компонентов, придающих ему привкус кожи, шоколада, мускуса, изюма и т. д. Так и следовые газы придают воздуху специфические обертоны и достойны того, чтобы о них рассказали отдельные истории.

Если спросить у людей на улице, что такое воздух, можно услышать очень разные ответы — в зависимости от того, какие газы люди считают наиболее важными и на каком уровне (макроскопическом или микроскопическом) проводится анализ. И это прекрасно: воздух велик, и его можно рассматривать с самых разных точек зрения. Я надеюсь, что данная книга поможет вам взглянуть на этот вопрос по-новому и по мере чтения ваши представления будут меняться и становиться более цельными.

Вообще говоря, люди должны понимать, что такое воздух, поскольку для каждого из нас это самая важная субстанция в окружающем мире. Без пищи человек может прожить несколько недель, без воды — несколько суток. Но без воздуха — без газов — можно прожить всего лишь несколько минут. Но я готов поспорить, что вы никогда не задумываетесь о том, чем же вы, собственно, дышите. Моя книга написана для того, чтобы изменить положение вещей. Чистый воздух не имеет цвета и (в идеале) запаха, поэтому он незаметен. Но это не означает, что ему нечего рассказать о себе. Он жаждет поведать вам свою историю. Вот она.

I

Появление воздуха

Четыре атмосферы Земли

В данном разделе мы ответим на два главных вопроса о воздухе: как появилась наша атмосфера и каковы ее основные компоненты. За всю историю у Земли было несколько типов атмосферы, различавшихся по составу. Многие из атмосферных газов изначально появились благодаря вулканической активности Земли, причем некоторые возникли на самых ранних этапах ее существования, задолго до появления жизни. Но позднее сама жизнь в значительной степени изменила состав атмосферы, главным образом за счет выделения кислорода.

Глава первая

Первый воздух Земли