Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

11. Элементы-обманщики

Никто и подумать не мог, что такой обычный сероватый металл, как родий, однажды поможет создать столь чудесное лекарство, как леводопа. Даже после долгих веков развития химии элементы не перестают нас удивлять, преподнося как приятные, так и неприятные сюрпризы. Элементы могут нарушить наше бессознательное «автоматическое» дыхание, исказить наши ощущения и даже, как йод, изменить наивысшие человеческие способности. Да, химики хорошо изучили многие свойства элементов, такие как температура плавления и распространенность в земной коре. В 2804-страничном фолианте «Справочник по химии и физике» (Handbook of Chemistry and Physics) – святыне всех химиков – перечислены значения всех физических параметров всех химических элементов с невероятным количеством знаков после запятой. На атомном уровне элементы действительно ведут себя предсказуемо. Но как только мы вступаем в биологический хаос, элементы не перестают нас изумлять. Даже тривиальные элементы, встречающиеся нам в повседневной жизни, могут подкинуть кое-какие неприятные сюрпризы, если окажутся в необычной среде.

19 марта 1981 года пятеро техников сняли панель с корпуса тренировочного корабля в штаб-квартире NASA на мысе Канаверал и вошли в забитую аппаратурой заднюю камеру над двигателем. Только что закончился тридцатитрехчасовой «день» – пробный старт прошел безукоризненно. Агентство было вполне уверено в исправности «Колумбии» – самого современного из когда-либо созданных космических шаттлов. В 1981 году кораблю предстояло отправиться в свой первый полет. Вся сложная работа уже была окончена, усталые, но довольные техники залезли в отсек, чтобы выполнить самую что ни на есть рутинную проверку систем. Через считаные секунды они подозрительно тихо выползли оттуда.

На тот момент NASA удавалось избегать смертельных случаев в космосе и на Земле после 1967 года, когда трое астронавтов сгорели заживо во время тренировок перед полетом «Аполлона-1». В 60-е годы NASA, вечно озабоченное сокращением расходов, использовало для дыхания астронавтов лишь чистый кислород, а не воздух (как известно, воздух почти на 80 % состоит из азота, который в данном случае является бесполезным грузом). К сожалению, как пришлось признать инженерам NASA в подготовленном в 1966 году техническом отчете, «в чистом кислороде горение происходит быстрее и при более высокой температуре, так как отсутствует “разбавляющий” его атмосферный азот, абсорбирующий часть тепловой энергии и косвенно участвующий в горении». По мере того как атомы в молекулах кислорода (O2) впитывают тепло, они диссоциируют и начинают яростно захватывать электроны у окружающих элементов. Из-за этого разгоняется своеобразная «волна», под действием которой пожар разгорается. Кислород не приходится долго «провоцировать». Некоторые инженеры волновались, что даже статическое электричество, накапливающееся в застежках-липучках на костюмах астронавтов, может поджечь активный чистый кислород. Тем не менее этот отчет завершался следующим заключением: хотя «инертный газ можно рассматривать как средство для снижения воспламеняемости… использовать такие инертные присадки не только излишне, но и очень сложно».

Да, это утверждение действительно справедливо в космосе, где атмосферное давление отсутствует и даже небольшого объема внутреннего газа на корабле будет достаточно, чтобы корабль не схлопнулся. Но при тренировках на Земле, в густой земной атмосфере, техникам NASA приходилось закачивать в модель корабля гораздо больше кислорода, чтобы стены не обрушивались. Соответственно, многократно возрастала опасность, так как даже искра огня в чистом кислороде мгновенно превращается в пожар. Когда в 1967 году во время тренировок проскочила случайная искра, огонь мгновенно охватил модуль и заживо сжег троих находившихся внутри астронавтов.

Правда, катастрофы часто позволяют переосмысливать некоторые факты. В NASA решили, что применять инертные газы необходимо, как бы сложно это ни было, – во всех шаттлах и во время тренировок на Земле. В 1981 году, перед отправкой шаттла «Колумбия» все отсеки, в которых могла возникнуть искра, были заполнены достаточным количеством инертного азота (N2). Электроника и моторы работали в азоте совершенно исправно, а если искры и проскакивали, азот гасил их – кстати, молекула азота гораздо крепче, чем молекула кислорода. Рабочие, заходившие в наполненный инертным газом отсек, должны были надеть газовые маски или дождаться, пока азот будет откачан из отсека, а его место займет пригодный для дыхания воздух. 19 марта техники этого не сделали. Кто-то слишком рано дал разрешение, ничего не подозревавшие рабочие вошли в отсек и рухнули, как подкошенные. Азот не только помешал их нейронам и кровяным тельцам впитать чистый кислород, но и вытянул последний кислород из крошечных пазух, в которых человеческий организм запасает его «на всякий случай», еще сильнее усугубив состояние рабочих. Спасатели вытащили всех пятерых, но спасти удалось лишь троих. Джон Бьёрнстад был уже мертв, а Форрест Коул умер 1 апреля, не приходя в сознание.

Следует отметить, что за несколько последних десятилетий в азоте задыхались и шахтеры, и рабочие, обслуживающие подземные ускорители частиц[100]. Всякий раз эти трагедии происходили в обстоятельствах, напоминающих сцены из фильмов ужасов. Первый человек, входящий в азотную атмосферу, через считаные секунды валится без видимых причин. Второй, а иногда и третий бросаются к нему на помощь и также погибают. Самое страшное заключается в том, что смерть наступает без всякой агонии. Умирающие не паникуют, несмотря на то что задыхаются. Это может показаться невероятным, если вам никогда не доводилось завязнуть под водой. Инстинкт самосохранения, не дающий задохнуться, выталкивает на поверхность. Но в сердце, легких и мозге на самом деле нет никакого «датчика», который проверял бы наличие кислорода. Эти органы различают лишь два процесса: вдыхание газа (любого) и выдыхание углекислого газа. Углекислый газ растворяется в крови, образуя угольную кислоту. Поэтому при каждом выдохе, когда мы избавляемся от углекислого газа и сглаживаем влияние этой кислоты, наш мозг «считает, что все нормально». Это настоящий эволюционный промах. Гораздо целесообразнее было бы создать орган, отслеживающий количество кислорода, поскольку именно в кислороде мы нуждаемся сильнее всего. Но клеткам проще – и в большинстве случаев достаточно – просто «убедиться», что уровень угольной кислоты близок к нулю.

Азот не вписывается в эту систему. Он не имеет цвета, запаха, при его вдыхании в наших кровеносных сосудах не накапливается никакая кислота. Мы легко вдыхаем и выдыхаем его, поэтому наши легкие никак на него не реагируют, никакой тревожный механизм у нас в мозгу не срабатывает. Азот «убивает своей безобидностью», просачиваясь сквозь защитные системы организма, как старый знакомый. Интересно отметить, что элементы из группы азота объединены под общим названием «пниктогены», которое в переводе с греческого означает «дурно пахнущие». Техники NASA – первые жертвы злосчастного шаттла «Колумбия», которому через двадцать два года предстояло развалиться на куски в небе над Техасом, – вероятно, почувствовали небольшое головокружение и вялость, погружаясь в азотное забытье. Но они вполне могли предположить, что это обычная усталость после тридцати трех часов работы. А поскольку выдыхать углекислый газ они по-прежнему могли, организм так ничего и не заметил, прежде чем азот просто выключил свои жертвы.

Иммунная система организма должна бороться с микробами и другими паразитическими организмами, поэтому с биологической точки зрения она устроена сложнее, чем дыхательная система. Но это не означает, что она лучше справляется с подобным обманом. Как минимум некоторые коварные химические элементы обходят иммунную систему, обводя наш организм вокруг пальца.

В 1952 году шведский врач Пер-Ингвар Бранемарк изучал процесс образования клеток крови в костном мозге. Будучи небрезгливым, Бранемарк желал наблюдать это собственными глазами. Поэтому он просверлил отверстие в большой берцовой кости живого кролика и накрыл рану тончайшим слоем титана – не толще яичной скорлупы. Такие титановые «окошки» были проницаемы для сильного света и позволяли наблюдать за тем, что происходит внутри. Наблюдения шли успешно, и Бранемарк решил выломать из костей дорогие титановые окошки, чтобы воспользоваться ими для новых экспериментов. К его неудовольствию, титан даже не шелохнулся. Бранемарк махнул рукой на эти окошки (и на бедных кроликов), но когда то же самое стало происходить и в следующих экспериментах – титан всегда сидел в берцовой кости, как в тисках, – врач решил подробнее изучить эту ситуацию. То, что он увидел, мгновенно оторвало его от наблюдений за незрелыми кровяными клетками и позволило произвести революцию в протезировании, которое до тех пор развивалось очень вяло.