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.
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.
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
Разговорчивый Гарри Рендалл Трумэн со стаканом «мочи пантеры» в своем домишке на склоне горы Сент-Хеленс (Фотография любезно предоставлена Лесной службой США)
В пяти километрах к северу от вершины горы он организовал автозаправочную станцию и бакалейный магазин. Постепенно предприятие разрослось до кемпинга с домиками и лодками. Дело пошло. Дом окружали величественные ели стометровой высоты и трехметрового обхвата. На территории лагеря было озеро Спирит-Лейк – полоска воды длиной 3,5 км, – холодное и чистое, как охлажденный джин. Ввиду удаленности места Трумэн продолжил заниматься торговлей спиртным и спрятал в лесу несколько бочек с самодельным виски, которое называл «мочой пантеры».
Однако для жены Трумэна изоляция оказалась мучением. К тому же ее совсем не радовала разлука с дочерью, которая училась в школе-интернате в нескольких километрах от родителей. В начале 1930-х все закончилось разводом. В 1935 г. Трумэн вновь женился, однако вторая мисс Трумэн – столь же неуемная, как сам Трумэн, – продержалась не намного дольше (не помогло и то, что Трумэн пытался «убедить» ее, бросив в озеро; плавать она не умела). Тогда Трумэн попробовал жениться в третий раз и начал ухаживать за одной местной девушкой, но потом перекинулся на ее сестру, Эдну. Пожалуй, это не самое романтическое начало отношений, но, влюбившись в Эдди, Трумэн уже не вытащил этой занозы из своего сердца.
Вероятно, Эдди любила его не меньше, поскольку жизнь с Трумэном не назовешь легкой. По утрам, когда он собирался на работу, она вставала рано и подавала ему его любимый завтрак: жареные говяжьи мозги и стакан пахты, чтобы их протолкнуть. Он с усмешкой повторял, что такая еда делает человека мужественным. Эдди пришлось свыкнуться и с его речью. Трумэн говорил быстро, люди плохо его понимали и ориентировались по «ключевым словам». Друзей он называл «старыми ублюдками», а тех, кого знал похуже, – «тупыми сукиными детьми». Однажды он прогнал со своего участка верховного судью Уильяма Дугласа, поскольку тот имел женоподобную внешность, хотя позже они стали друзьями. Вдобавок ко всему Трумэн был всезнайкой. Когда однажды в их края приехал фотограф, чтобы сделать несколько снимков горы Сент-Хеленс, Трумэн вмешался с комментариями: «Ты должен поместить человека в эту чертову штуку. Это заинтересует чертову публику». Слушая интервью Трумэна через несколько десятилетий, когда он стал знаменит, вы бы подумали, что его любимым словом было слово «биип» (этим звуком заглушали нецензурные выражения).
За удачный день, когда лодки пользовались спросом, Трумэн выручал до 1500 долларов наличными. Он заходил к Эдди в кафе, которым они управляли вдвоем, отдавал ей деньги, наливал себе полный стакан своего любимого напитка «моча пантеры» (виски «Шенли» с кока-колой) и болтал с друзьями. Иногда они с Эдди шиковали, например купили розовый «кадиллак», который Трумэн любил лишь немногим меньше Эдди. Однако чаще они вкладывали деньги в кемпинг или в кафе или берегли на зимние месяцы, когда снега выше головы и в кошельке денег, как говорил догадайтесь кто, «как волос у телушки на…». «Смотри сюда, – говорил он, указывая на вершину горы. – Никогда в этом чертовом мире ты не увидишь ничего прекраснее, чем эта старая гора».
Чувства его были справедливы (гора Сент-Хеленс действительно прекрасна – идеал снежной горы), а вот познания в геологии – ошибочны, поскольку вершина горы Сент-Хеленс совсем не старая, она вряд ли существовала во времена Цезаря. Может показаться невероятным, что сотни метров скалы выросли всего за несколько тысяч лет, но это действующий вулкан, а действующие вулканы быстро растут вверх за счет выброшенной лавы. Хотя Огненная гора (как ее называли местные индейцы) не извергалась с 1857 г., даже несведущий человек обнаружил бы в окрестностях следы прежних извержений, такие как старая зола и вулканическая пемза – такая пористая, что всплывала, если ее бросить в озеро. И земля в этой местности частенько дрожала под ногами. Но в глазах Трумэна опасность лишь увеличивала привлекательность горы.
Трумэн прожил в тени горы почти 50 лет, но все рухнуло за один день. Однажды в сентябре 1975 г. Эдди почувствовала себя неважно и рано пошла спать. Трумэн ждал гостей из города. Он позвонил им и попросил бутылку виски для себя и что-нибудь в подарок для Эдди – какое-нибудь растение, чтобы ее утешить. Когда гости прибыли, он сразу понес цветок в комнату – и тут же в ужасе сбежал вниз по лестнице. Он кричал что-то бессвязное и еще быстрее, чем обычно. «Эдди больна! Эдди больна!» – это все, что поняли гости. На самом деле Эдди уже была мертва – она скончалась от сердечного приступа. Но еще целый час Трумэн умолял спасти ее.
Смерть Эдди подкосила Трумэна. Он теперь редко улыбался, и друзья, которые всегда посмеивались над тем, каким живым и бодрым он выглядел («крепче копченого сыча»), теперь замечали, насколько он сдал, и вид его вполне соответствовал прожитым семидесяти девяти годам. В летнее время он по-прежнему занимался кемпингом, но на протяжении шести зимних месяцев по нескольку недель кряду у него не было другого компаньона, кроме горы: две одинокие фигуры поглядывали друг на друга через километры разделявшего их леса.
Впрочем, изоляция Трумэна подходила к концу. К моменту смерти Эдди геологи, собиравшие пробы грунта у подножия горы, обнаружили неопровержимые доказательства старых извержений. В отчете, составленном в 1978 г., говорилось, что «за последние 4500 лет гора была активнее любого другого вулкана на территории Соединенных Штатов». Пророческие слова. В природе прекрасное часто оказывается смертельно опасным, и прекрасная вершина горы вполне могла оказаться пушечным жерлом.