Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…

При написании этой книги я преследовал цель: я хотел сделать историю невидимых газов видимой, чтобы вы смогли увидеть ее столь же явственно, как свое дыхание свежим ноябрьским утром.

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

Диоксид серы (SO₂) в настоящее время содержится в воздухе в концентрации 0,00001 ppm (частей на миллион); при каждом вдохе мы поглощаем примерно 120 млрд молекул этого газа

Сероводород (H₂S) в настоящее время содержится в воздухе в концентрации 0,000005 ppm; при каждом вдохе мы поглощаем 60 млрд молекул этого газа

В 1926 г., опасаясь преследований, Гарри Трумэн поселился у подножия горы Сент-Хеленс. Это был не тот Гарри Трумэн. Того Трумэна наш Гарри Рендалл Трумэн называл «крепким старикашкой». «Готов поспорить, что его запомнят как одного из величайших президентов», – говорил наш Трумэн, а уж он знал, что значит быть «крепким старикашкой». Укрывшись в штате Вашингтон в возрасте 30 лет, он пережил в изоляции под сияющей вершиной горы Сент-Хеленс 54 суровые зимы. Даже когда весной 1980 г. гора начала дымиться, храпеть и рычать, он не тронулся с места и в конце концов исчез – в прямом смысле слова взлетел в атмосферу.

Трумэн происходил из семьи лесорубов. Семья перебралась в штат Вашингтон, когда он был еще ребенком. Он окончил школу, был призван в армию и во время Первой мировой служил авиамехаником. (Он был прирожденным рассказчиком и позднее описывал, как вылетал на боевые задания через океан в самолете с открытой кабиной, с трепещущим за спиной белым шарфом.) Вернувшись домой, он женился на дочери владельца пилорамы и стал автомехаником, но семейная жизнь и регулярная работа ему быстро наскучили. Он попытался заняться поисками золота, но это дело показалось ему еще более скучным и утомительным.

Поэтому после введения «сухого закона» он занялся бутлегерством – ему с его темпераментом эта работенка подходила куда больше. Игра с законом развлекала его, ему нравились легкие деньги. Кроме того, он был не прочь выпить и не любил нравоучительных проповедей о вреде виски. В конце концов он связался с гангстерами из Северной Каролины и занялся поставкой на побережье крепких напитков, а также попутно организовывал публичные дома и бары. Все шло отлично до 1926 г. Трумэн никому и никогда не объяснил, что тогда произошло. Возможно, он слишком близко сошелся с чьей-то дамой или занял чужую территорию. В любом случае, ему пришлось обзавестись автоматом. В конечном счете в один прекрасный день он подхватил жену и дочь и бежал в леса, окружавшие гору Сент-Хеленс, чтобы там спрятаться.