Марк Медовник - Жидкости

Солнце излучает свет видимый и невидимый. Ультрафиолетовое излучение относится ко второй категории. Именно оно дает нам загар, а поскольку оно весьма энергично, то способно обжечь нас и делает это: продолжительное пребывание под таким светом может повредить ДНК, а со временем даже вызвать рак. Поэтому так важно пользоваться кремом от загара; задача этой жидкости — поглощать ультрафиолетовый свет прежде, чем он попадет на кожу. Но есть еще один барьер между вами и ультрафиолетовым светом, причем куда более эффективный: озоновый слой. Озон — как крем от загара для нашей планеты, и он почти не виден, когда работает. Строго говоря, наш самолет теперь летел сквозь озоновый слой, но, глядя в окно, вы об этом не узнаете.

Озон — вещество, родственное кислороду. Молекула кислорода, которым мы дышим, состоит из двух связанных атомов (O 2); молекула озона — из трех (O 3). Это вещество не слишком стабильно и весьма активно, так что после образования оно в чистом виде существует недолго. Кроме того, озон имеет характерный запах, который вы иногда чувствуете во время искрения — часть O 2 в воздухе, встречаясь с высокой энергией искры, превращается в O 3, и в результате реакции получается вещество с необычным острым запахом. В воздухе, которым мы дышим здесь, на твердой земле, озона немного, а вверху, в стратосфере, его достаточно для образования защитного слоя, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца. Но молекулы CFC, попадая в озоновый слой, распадаются после взаимодействия с высокоэнергетическими световыми лучами Солнца. В результате возникают очень активные молекулы, называемые свободными радикалами; они реагируют с озоном и снижают его концентрацию, тем самым истощая его слой.

К 1980-м специалисты по атмосфере начали понимать, что действие CFC на озоновый слой Земли весьма существенно и вызывает громадные последствия. В 1985 г. ученые из Антарктического управления Великобритании сообщили, что в озоновом слое есть дыра, раскинувшаяся на 20 млн км 2 над Антарктикой, а вскоре после этого выяснилось, что по всему земному шару толщина озонового слоя уменьшается. Винить в этом следует в общем и целом хлорфторуглероды, поэтому так называемым Монреальским протоколом был введен запрет на их использование, который вступил в действие в 1989 г. Было запрещено использование CFC в рефрижераторном оборудовании, а также в химчистке, где они применялись вместо воды для чистки одежды. Несмотря на быструю реакцию мирового сообщества, CFC до сих пор используются, а в озоновом слое образовались новые дыры. В 2006 г. дыра площадью 2,5 млн км 2 была обнаружена над Тибетом, а в 2011 г. наблюдалась рекордная убыль озона над Арктикой; всё это позволяет предположить, что нам не удастся оправиться от последствий их применения по крайней мере до конца XXI в.

Но когда-то, в дни расцвета CFC, химики тратили много времени на исследование свойств веществ на основе углерода и фтора. Они открыли поразительное семейство веществ, получивших название перфторуглеродов, или полностью фторированных углеводородов (PFC). В отличие от CFC, молекулы PFC не содержат хлора — это жидкости из атомов углерода и фтора. Простейшие из них напоминают углеводороды, в которых все атомы углерода заменены атомами фтора.

Структура молекулы перфторуглерода

Фторные связи чрезвычайно сильны и потому очень стабильны, что делает PFC инертными. Вы можете безнаказанно макать в них почти что угодно, даже свой телефон, который продолжит работать, как будто ничего не случилось. Вы могли бы положить свой ноутбук в ведро PFC — иногда так и поступают, потому что эта жидкость охлаждает компьютер во время работы намного эффективнее, чем встроенные вентиляторы, что позволяет ему работать на значительно более высоких скоростях. Но еще чудеснее то, что PFC способны поглощать много кислорода — до 20 % собственного объема, если быть точным, — а это значит, что они могут работать как искусственная кровь.

Заменители крови имеют долгую историю. Потеря крови — одна из главных причин смерти, а единственный способ добавить ее — переливание. Но первая попавшаяся кровь тут не подойдет. Человеческая кровь не одинаковая, она делится на группы; переливание может быть успешным, только если у пациентов они совпадают. Ученый Карл Ландштейнер открыл группы крови в самом начале XX в. и обозначил их A, B, O и AB. В 1930 г. за этот прорыв он был удостоен Нобелевской премии, а еще через десятилетие для лечения раненых Второй мировой войны были созданы первые в мире банки крови для переливания.

Но поскольку подбор крови для каждого конкретного пациента, даже с учетом существования банков, дело непростое, ученые долго занимались поисками надежной синтетической крови, которая избавила бы их от необходимости подбирать кровь по группам и сняла бы часть нагрузки с банков. В 1854 г. врачи пытались с некоторым успехом использовать для этой цели молоко, но идея так и не была принята медицинской системой в целом. Кое-кто пытался также использовать плазму крови животных, но выяснилось, что для человека она токсична. В 1883 г. была разработана субстанция под названием раствор Рингера — раствор солей натрия, калия и кальция, который используется и сегодня, но скорее как средство увеличения объема крови, чем как ее заменитель.

Только с появлением перфторуглеродов появилась настоящая вера в то, что действенную искусственную кровь и правда можно создать. В 1966 г. Леланд Кларк и Фрэнк Голлан — два ученых-медика из США — начали исследовать, что произойдет с грызунами, если они вдохнут жидкий PFC. Они обнаружили, что мыши сохраняют возможность дышать, даже будучи полностью погруженными в жидкий PFC, а затем, когда их вынут оттуда, возвращаются к дыханию воздухом, успешно переходя от рыбоподобного существования, когда они получали кислород из жидкого PFC, к жизни млекопитающих, при которой они берут кислород из воздуха. Это так называемое жидкостное дыхание, судя по всему, работает не только потому, что легкие подопытных животных могут получать кислород, растворенный в PFC, но и потому, что эта жидкость может поглощать весь углекислый газ, выдыхаемый мышами. Дальнейшие исследования показали, что мыши способны жить на жидкостном дыхании часами, и изучение этого процесса продолжилось. Ученые преследовали цель — понять, может ли человек дышать в жидкости. В 1990-е были проведены первые эксперименты на людях. Пациентов с заболеваниями легких переводили на жидкостное дыхание, причем жидкий PFC, который для этого использовали, был «заряжен» медикаментами, предназначенными для их легких. Судя по всему, эта терапия работает, хотя и не без побочных эффектов, по крайней мере пока.

Никто не может точно сказать, куда заведет нас эта странная технология, но если PFC действительно станут нам необходимы, потребуется всерьез заняться вопросом, какой вред они могут нанести окружающей среде. Человечеству удалось избежать катастрофической потери озонового слоя, запретив жидкие CFC и заменив их составами, менее вредоносными для окружающей среды. Сегодня функции теплоносителя в вашем холодильнике, скорее всего, выполняет бутан. Это легковоспламеняющаяся жидкость, и если сзади у вашего холодильника возникнет течь, это может быть опасно. Но бутан все равно безвреднее жидкостей, которые использовали во времена Эйнштейна, и намного лучше для планеты. Защищающий нас от солнечного света озоновый слой слишком драгоценен, чтобы разрушать его хлорфторуглеродами.