Томас Миджли: хімік, який випадково вбив мільйони людей

У історії людства немає багато осіб, які могли б претендувати на титул найнебезпечнішого вченого планети, але американський хімік Томас Миджли молодший безумовно заслуговує на це звання. Три його наукові відкриття, які мали зробити життя людей кращим та безпечнішим, насправді призвели до екологічних катастроф планетарного масштабу, стали причиною смерті мільйонів людей і завдали непоправної шкоди довкіллю. Ця історія демонструє, як навіть найкращі наміри можуть обернутися трагедією, коли наукові досягнення ставлять на службу комерційним інтересам без належного вивчення довгострокових наслідків.

Початок трагічної історії

Все почалося у 1908 році на мосту в Детройті. Молода жінка їхала автомобілем, коли раптом двигун заглух. Проїжджаючи повз чоловік вирішив допомогти – автомобілі тих часів потрібно было заводити вручну за допомогою спеціального важеля. Коли добросердечний незнайомець покрутив стартер, двигун запрацював, але занадто різко. Чоловік не встиг відскочити, важіль ударив його по обличчю, зламавши щелепу. Пізніше від отриманих травм він помер.

Цього чоловіка звали Байрон Картер, він займався виробництвом автомобілів і був знайомий з багатьма представниками детройтського автопрому. Серед його друзів був засновник компанії Cadillac Генрі Леланд. Смерть Картера настільки вразила Леланда, що він поклявся назавжди позбавити автомобілі від небезпечних ручних стартерів. До справи підключили Чарльза Кеттерінга, якому дали завдання винайти новий спосіб запуску двигуна.

У 1911 році прототип був готовий. Першою машиною без ручного стартера стала Cadillac модель 30. Вона була значно потужнішою за попередників – максимальна швидкість понад 70 кілометрів на годину, 40 кінських сил, удвічі більше ніж у Ford Model T. Цей Cadillac приніс створювачам неймовірний успіх, річні продажі зросли вдвічі.

Але була одна проблема – машина ревіла просто оглушливо. У двигунах внутрішнього згоряння поршень стискає паливно-повітряну суміш, яка потім запалюється іскрою від свічки запалювання. Гарячий газ розширюється і штовхає поршень вниз. У двигуні нового Cadillac паливно-повітряна суміш стискалася сильніше ніж у попередніх моделей. Через це вона періодично самовільно загоралася навіть без іскри, створюючи хаотичні хвилі тиску у циліндрі. При цьому лунали характерні звуки – говорили, що двигун “стукає”.

Пошук рішення та винахід отрути

Неприємний звук це ще півбіди – страждала й робота двигуна. Падала потужність, знижувалася ефективність згоряння палива, від вібрації страждали поршні й стінки циліндрів, що скорочувало термін служби деталей. Частково від стуку в двигуні рятувала зміна типу палива. Горючі рідини здатні витримувати різну силу тиску не займаючись. Наприклад, н-гептан загоряється при порівняно низькому тиску, а у ізооктану досить високий коефіцієнт стиснення.

Щоб позначити цю різницю, вчені запропонували систему поділу за октановим числом. Ізооктану присвоїли значення 100, а н-гептану – нуль. Октанове число показує, яке співвідношення гептану й октану спалахнуло б при тому ж стисненні. Наприклад, паливо з октановим числом 98 витримує той же тиск, що й суміш октану з гептаном у співвідношенні 98 до 2.

Кеттерінг хотів з’ясувати, що можна додати в паливо, щоб підвищити октанове число та позбутися стуку в двигуні. Він найняв 27-річного Томаса Миджли молодшого. І чого тільки Миджли не заливав у паливо – від топленого масла й камфори до етилацетату й хлориду алюмінію. Пізніше він писав, що від більшості з них користі було не більше, ніж від плювка у Великі озера.

Однак деякий ефект все ж дав етанол – з ним стук у двигуні припинявся, але вливати його доводилося щедро, близько десяти відсотків. Суміш з етанолом вийшла б дорогою, а це погано для бізнесу. Миджли потрібно було знайти дешеву, просту у виробництві присадку, яка була б ефективною у невеликих кількостях.

Нарешті черга дійшла до телуру, який чудово допомагав від стуку в двигуні, але жахливо смердів. Запах виявився таким, що не допомагала ні зміна одягу, ні ванна, а для дружини вченого він став настільки нестерпним, що Томасу довелося сім місяців спати у підвалі.

3 грудня 1921 року, після п’яти років наполегливої роботи, Миджли, як йому здалося, знайшов ідеальне рішення – тетраетилсвинець. Це був той самий компонент, який шукав учений. Він позбавляв двигун від стуку й не смердів, його виробництво було дешевим і нескладним, а найчудовішне – потрібно його було дуже мало, одна частина на тисячу.

Миджли подзвонив Кеттерінгу і сказав: “Тільки уявіть, скільки ми заробимо – може, 200 мільйонів доларів, а може, й більше”. У перерахунку на сучасні гроші це понад 3 мільярди. Американське хімічне товариство присудило Миджли премію Ніколса, але вчений відмовився від публічних лекцій. Разом з Кеттерінгом він запатентував процес виробництва тетраетилсвинцю, а нову присадку вони назвали “етил”, імовірно, щоб було схоже на етиловий спирт, який використовувався для тих же цілей. Свинець ніде не згадувався.

Перші жертви та приховування правди

Потім разом з трьома найбільшими американськими корпораціями – General Motors, DuPont і Standard Oil of New Jersey – вони заснували корпорацію “Етил”. Маркетинг у них був на висоті: “Ніхто, дивлячись на видатні досягнення дослідницького відділу, не посміє заперечувати, що ці люди дивляться у майбутнє. Вони зайняті пошуком нових знань і принципів, які поліпшать життя кожної людини та зроблять його простішим”.

У 1923 році на гонках 500 миль Індіанаполіса призові місця дісталися тим, хто їхав на паливі від нової корпорації. Попит на продукцію пішов угору. Щоб його задовольнити, компанія вирішила запустити в Нью-Джерсі новий хімічний завод.

Початок роботи був жахливим – десятки робітників у перші ж два місяці отруїлися свинцем. П’ятеро з них померли. Щоб заспокоїти обурення громадськості, Миджли виступив на прес-конференції. Там він налив тетраетилсвинець собі на руки й навіть дихав ним протягом хвилини. Учений заявив, що може повторювати це щодня без шкоди для здоров’я.

Але він знав, що це неправда. Свого часу він відмовився від публічних лекцій, бо значну частину 1923 року лікувався від наслідків отруєння свинцем у Флориді. По можливості до продукції власної компанії Миджли намагався не наближатися.

Наукове розслідування Клера Патерсона

Свинець небезпечний навіть у невеликих кількостях. За деякими характеристиками він схожий на кальцій, тому погано виводиться з організму, накопичується в кістках, а токсичний вплив може розтягнутися на роки навіть після припинення контакту. Найчутливіший до нього наш мозок – свинець руйнує мієлінову оболонку аксонів і заважає виділенню нейромедіаторів. До найчастіших симптомів отруєння свинцем відносять головні болі, втрату пам’яті та поколювання в руках і ногах. Найгірше свинець впливає на дітей – у них він може спровокувати поведінкові розлади та зниження здатності до навчання.

Все це було відомо ще сотні років тому. Ще у 1786 році Бенджамін Франклін відзначав, що активне застосування свинцю занадто затяглося, зважаючи на те, наскільки він шкідливий. Франклін прийшов би в жах, якби дізнався, що майже через півтора століття вчені вирішили додавати свинець у паливо.

Лікарі Гарварда та чиновники міністерства охорони здоров’я США попереджали Миджли, що не варто виробляти тетраетилсвинець. Вони назвали його повільною, але жахливою отрутою, серйозною загрозою здоров’ю населення. Їхнім словам не вняли.

До 1950-х мільйони автолюбителів спалювали свинець у двигунах машин, звідти він потрапляв у повітря. Частково ці викиди вплинули на зразки цирконів, вік яких намагався, але не зміг правильно встановити геохімік Клер Патерсон. У 1944 році молодий хімік, щойно отримавши ступінь магістра, працював над Манхеттенським проектом, брав участь у створенні перших ядерних бомб. Його завданням було відокремлювати частинки урану-235 від більш поширеного урану-238.

Після війни Патерсон повернувся до університету й почав думати про дисертацію. Він хотів пустити в діло свій досвід роботи з мас-спектрометрами і тому вирішив взятися за з’ясування віку Землі. Радіоактивні породи – це своєрідний годинник. Уран-238 розпадається на торій, потім протактиній і через ще 12 розпадів перетворюється на стабільний свинець-206. Швидкість цього процесу постійна – за чотири з половиною мільярда років половина урану в зразку обов’язково перетвориться на свинець.

Патерсон планував обчислити вік нашої планети, виміривши співвідношення кількості урану до свинцю в найдавніших породах. Для калібрування інструмента він використовував кристали цирконів, вік яких уже був відомий. Вони ідеально підходили для завдання – при формуванні в них потрапляє невелика кількість урану, а свинцю немає зовсім. Тому будь-який виявлений у кристалі свинець має бути результатом розпаду урану.

Результати його колеги Джорджа Тілтона питань не викликали – все збігалося з розрахунками. А ось виявлена Патерсоном кількість свинцю поясненню не піддавалася – вона в багато разів перевершувала очікування дослідників. Відповідь на питання, звідки взявся цей зайвий свинець, Патерсон шукав до кінця свого життя, зробивши по шляху ще кілька відкриттів.

Докази забруднення планети

У 1952 році Патерсон відправився будувати в Калтеку нову лабораторію. Він хотів максимально виключити можливість зовнішніх забруднень, тому зірвав зі стіни електричні дроти, щоб прибрати свинцевий припій. Щодня він натирав підлоги й меблі аміаком, стежив за тим, щоб вентиляція працювала тільки на витяжку. Заходити до лабораторії можна було лише в захисному костюмі. З цього, по суті, почалися чисті приміщення.

У своій лабораторії він узявся досліджувати найдавніші камені в Сонячній системі – метеорити. У Землі недоторканих давніх порід не залишилося через тектонічну активність. Метеорити ж – уламки астероїдів, які сформувалися приблизно тоді ж, коли й Земля, довго подорожували космосом, а тепер упали на поверхню планети. Отже, найкращий спосіб з’ясувати вік Землі – з’ясувати вік метеоритів.

Патерсон спочатку взяв п’ять метеоритів і застосував до них три різні методи радіометричного датування. Він встановив, що всім їм 4,55 мільярда років. Це число відрізняється від визнаного сьогодні віку Землі не більше ніж на 15 сотих відсотка. До досліджень Патерсона вважалося, що Земля на мільярд років молодша. Так що Патерсон досяг свого – він з’ясував вік нашої планети.

Настав час вирішити проблему свинцю. Побоювання в суспільстві з цього приводу тільки посилювалися. Френк Говард, який тоді очолював Standard Oil, заперечував: “Ми не вважаємо виправданим відмовлятися від цього винаходу для всієї індустрії лише через припущення про можливі ризики”.

Учені, яким корпорація “Етил” виділяла фінансування, заявляли, що свинець – природний елемент навколишнього середовища, а отже, для людини він не небезпечний. Але Патерсон сумнівався, що свинець став частиною нашого середовища таким уже природним чином, і він знав, як саме це перевірити.

Спочатку він виміряв вміст свинцю в океанах. Якщо ми за природою повинні жити в оточенні свинцю, то його концентрація на будь-якій глибині буде однаковою. Однак якщо його вміст підвищився лише нещодавно, то концентрація ближче до поверхні буде вищою. Патерсон узяв зразки води Тихого й Атлантичного океанів на різній глибині аж до чотирьох кілометрів. Як і очікувалося, концентрація свинцю біля поверхні виявилася в 10 разів вищою. Сумнівів не залишилося – свинець там з’явився нещодавно.

За відповіддю Патерсону довелося відправитися до Гренландії та Антарктиди. За льодовиковими кернами можна з’ясувати, скільки свинцю було в повітрі в минулому. Вміст свинцю в атмосфері зростав останні чотири з половиною тисячі років через людську діяльність, головним чином плавлення руди для виробництва металів. У льодовиковому літописі збереглися розквіт і падіння Стародавньої Греції та Риму, спад під час чуми в XIV столітті й, природно, стрибок у XX столітті на тлі індустріалізації та появи тетраетилсвинцю.

Масштаби трагедії

Як це позначилося на людях? Патерсон виміряв вміст свинцю в зубах і кістках нещодавно померлих американців. Для порівняння він узяв кістки й зуби муміфікованих перуанців і єгиптян. Ці люди жили понад півтори тисячі років тому, напевно набагато менше піддавалися впливу свинцю. Учений очікував, що в тканинах його сучасників цього металу виявиться в сотню разів більше, але результати показали набагато значущішу різницю. У американців XX століття виявилося в тисячу разів більше свинцю, ніж у людей давнини.

Дослідження молочних зубів вказують на те, що концентрації, значно нижчі за визнані небезпечними, можуть призводити до затримок у навчанні, пониженого IQ і проблем з поведінкою. Практично всі, за винятком індустрії та її представників, визнають, що свинець високо токсичний навіть у дуже малих кількостях.

Подальші дослідження показали, що діти, в зубах яких було більше свинцю, набагато частіше вилітали зі школи. Зрештою, Центр з контролю та профілактики захворювань США поступово знизив планку допустимого вмісту свинцю в крові дітей з 60 мікрограмів на 100 мілілітрів до трьох з половиною.

Наскільки нам відомо зараз, безпечної кількості свинцю не існує. Вважається, що у світі ним спричинені майже дві третини випадків затримки розумового розвитку без явних причин. У дослідженні 2022 року говориться, що понад половина населення США (170 мільйонів людей) у ранньому дитинстві піддавалися впливу високого вмісту свинцю, особливо ті, хто народився між 1951 і 1980 роками. Автори пишуть, що сумарно свинець відняв понад 800 мільйонів пунктів IQ. Тобто людство стало дурнішим через свинець, який додавали в паливо.

Деякі кореляції лякають ще більше. У США з 1970 по 1990 роки зафіксовано зростання злочинності, яке змінилося різким спадом. Цей графік дуже схожий на той, який на 20 років раніше відображав вміст свинцю в крові. Діти з підвищеним вмістом свинцю виросли й скоїли більше злочинів, ніж могли б? Можливо, це просто збіг, але схожу картину можна спостерігати й в інших країнах – Британії, Канаді та Австралії.

Дослідження 340 підлітків показало, що в тих, хто мав проблеми із законом, у 4 рази частіше спостерігався підвищений вміст свинцю в організмі, ніж у тих, кого жодного разу не заарештовували. Природно, це не означає, що зростання злочинності варто пов’язувати лише зі свинцем, але є ймовірність, що якусь роль він відіграє.

Другий винахід Миджли: фреон

Після оглушливого успіху з етилом Миджли став на чолі ще одного проекту. General Motors виробляла не лише автомобілі, але й техніку для дому. У холодильників була проблема – найчастіше як холодильний агент використовувалися метилформіат і діоксид сірки. Один з них дуже токсичний, другий легко займається. Миджли дали завдання створити безпечніший варіант.

У 1928 році він запропонував нетоксичні, стійкі до займання дифтордихлорметан. General Motors дали йому назву “фреон”. Щоб показати, що він безпечний, на заході Американського хімічного товариства Миджли набрав повні легені фреону, а потім задув свічку.

За наступне десятиліття речовини, подібні до фреону, активно використовувалися як розчинники та в аерозолях. Але хлорфторвуглеці – легкі та стабільні. Потрапляючи в повітря, вони піднімаються в стратосферу й залишаються там на 50, а то й сотню років.

Якщо тільки в молекулу газу не потрапить фотон з енергією, якої вистачить, щоб розірвати її й вивільнити атом хлору. Атом хлору може вступити в реакцію з озоном, і тоді ми отримаємо монооксид хлору та кисень. Підсумок – ще одна екологічна катастрофа: діра в озоновому шарі.

Чим менше озону, тим більше ультрафіолетових променів проникає в атмосферу, а в нас зростає кількість захворювань на рак шкіри та катаракту. До того ж хлорфторвуглеці – активні парникові гази. На кілограм вони утримують більше тепла, ніж вуглекислий газ.

Історик Джон Макніл пише, що Миджли вплинув на атмосферу Землі сильніше, ніж будь-який інший окремий живий організм за всю історію. Монреальський протокол, який передбачає поступову відмову від використання ХФВ, вступив у силу в 1989 році. Зараз в озоновому шарі відзначаються ознаки відновлення, хоча остаточно до норми він прийде лише через десятки років.

Трагічний фінал

У 1940 році, у 51 рік, Миджли захворів на поліомієліт, що призвело до інвалідності. Щоб допомогти собі вставати, він придумав спеціальне ліжко, керовану системою мотузок і блоків. 2 листопада 1944 року він заплутався в мотузках свого винаходу й помер від задушення.

Завдяки дослідженням Клера Патерсона ми дізналися, що свинець не природна частина нашого середовища існування. Додаючи його в паливо, ми рознесли частинки шкідливої речовини по всій планеті. Вони просочили повітря, океан і сніг на Південному полюсі, та наші кістки.

Перші види палива зі свинцем у 1986 році заборонила Японія, ненабагато відстали й інші країни. Останньою в 2021 році заборону наклав Алжир. За підрахунками, таким чином ми щорічно рятуємо від смерті мільйон людей і економимо майже два з половиною трильйона доларів.

Однак паливо зі свинцем досі використовується в поршневих двигунах літаків. У США це головне джерело викидів свинцю в атмосферу. Як писав Бенджамін Франклін: “Тривожно від того, як довго корисна відома истина може залишатися без всезагального визнання та практичного застосування”.

Уроки для сучасності

Історія Томаса Миджли стала класичним прикладом того, як наукові досягнення можуть обернутися проти людства, коли їх впроваджують без ретельного вивчення довгострокових наслідків. Його винаходи – тетраетилсвинець і фреон – на момент створення здавалися революційними рішеннями важливих технічних проблем. Вони дійсно покращили роботу автомобілів і холодильників, але ціна цих покращень виявилася жахливою.

Сьогодні, коли людство стоїть перед новими викликами – зміною клімату, забрудненням навколишнього середовища, необхідністю розробки нових технологій, – історія Миджли служить важливим нагадуванням. Вона показує необхідність ретельної оцінки екологічних та соціальних наслідків будь-яких нововведень, особливо тих, що можуть мати масштабний вплив.

Трагедія свинцевого забруднення також демонструє важливість незалежних наукових досліджень. Клер Патерсон зміг розкрити правду про свинцеве забруднення лише завдяки тому, що його дослідження не фінансувалися корпораціями, зацікавленими в продовженні використання тетраетилсвинцю. Його приклад показує, наскільки важливо, щоб наука залишалася незалежною від комерційних інтересів.

Водночас ця історія не має відштовхувати від наукового прогресу. Навпаки, вона підкреслює необхідність відповідального підходу до наукових досліджень і технологічного розвитку. Нові відкриття повинні супроводжуватися комплексною оцінкою ризиків, незалежними дослідженнями впливу на здоров’я людей і довкілля, а також прозорим інформуванням суспільства про потенційні загрози.

Сучасне суспільство має інструменти, яких не було в часи Миджли – розвинені системи екологічного моніторингу, міжнародні протоколи безпеки, незалежні наукові інституції. Але головне – це пам’ятати про уроки минулого і не повторювати помилок, які коштували людству мільйонів життів і десятиліть екологічних проблем.

Томас Миджли помер у 1944 році, не дізнавшись про масштаби катастрофи, яку спричинили його винаходи. Але його історія живе і сьогодні, нагадуючи кожному вченому, інженеру та політику про величезну відповідальність, яку несуть ті, хто створює технології майбутнього.