Джек Келли - Порох. От алхимии до артиллерии: История вещества, которое изменило мир
Веществу, которое производило столь сенсационные эффекты, суждено было оказать исключительное влияние на судьбы самых разных народов. Однако входило оно в историю медленно, неуверенно, понадобились вековые наблюдения, множество случайностей, проб и ошибок, пока постепенно люди поняли, что они имеют дело с чем-то абсолютно новым. Действие таинственного вещества было основано на уникальной смеси составных частей — селитры, серы и древесного угля, старательно растолченных и смешанных в определенной пропорции. Китайцы назвали эту смесь хояо — «огненное зелье».
Катализатором развития радикально новой технологии стал даосизм. Эта система мышления, разработанная Лао Цзы в VI веке до н. э., первоначально была сугубо философской дисциплиной. Однако более поздняя ее ветвь впитала традиционные магические поверья, восходящие к древним народным обычаям, сплетя воедино колдовство, суеверия и эзотерическое знание. Интерес даосов к магическим манипуляциям воплотился в китайской алхимии.
Три элемента алхимии были решающими для открытия «огненного зелья»: очистка, наблюдение и эксперимент. Китайские алхимики кропотливо работали над тем, чтобы освободить от примесей вещества, которые они находили в природе. Чистота была священным качеством, очищение — ритуалом. Даже незначительное загрязнение ингредиентов «огненного зелья» могло нарушить реакцию горения.
Алхимики веками ломали голову над тем, каким образом взаимодействие пяти первоэлементов — металла, дерева, земли, воды и огня — могло породить все многообразие мироздания. Они отмечали частности, такие как скорость горения, которые при менее пристальном наблюдении могли бы ускользнуть от внимания. Наблюдая, они экспериментировали. Опыты алхимиков не были научными в современном понимании, однако систематические пробы и ошибки позволили им на ощупь проникнуть в неведомое.
На Западе алхимики сосредоточились на превращении природных веществ в золото. В отличие от них, китайские практики видели свою главную задачу в создании эликсира бессмертия. Их интерес привлекали материалы с парадоксальными свойствами: золото — элемент, который никогда не тускнеет; ртуть — жидкий металл; сера — камень, способный гореть, — не таят ли эти вещества секрет вечной молодости? Даосские алхимики столетиями пытались нащупать верную комбинацию. Сами императоры поддавались соблазну их снадобий. Ли Чунь, талантливый император династии Тан, правивший с 800-го по 820 год, был одним из многих, кто оказался под влиянием алхимиков. Надеясь жить вечно, он стал закоренелым потребителем эликсиров.
Беда в том, что многие экзотические ингредиенты тайных составов — например, «белый свинец» (свинцовые белила) или реальгар (сульфид мышьяка) — были смертельными ядами. Прием внутрь ртути, излюбленного вещества алхимиков, мог повлечь изъязвление десен, жар, кровавую рвоту, жгучие боли и мышечную дрожь. Мало того, ртуть воздействовала на психику, искажая восприятие и способствуя развитию меланхолии и маний.
Именно это и случилось с Ли Чунем. Придворные в смятении наблюдали, как император — звезда, вокруг которой вращается Вселенная, — постепенно сходит с ума. Министр почтовой службы предупреждал его, что «алхимики приходят только ради наживы, более ни для чего». Но министр был разжалован, а император продолжал упорствовать в своем безрассудстве. Его поведение становилось все более сумасбродным, пока наконец его не убили дворцовые евнухи.
Но эти снадобья таили и более зловещие опасности. Книга, относящаяся примерно к 850 году и называющаяся «Тайное Дао подлинного происхождения вещей», развенчивает 35 эликсиров, а насчет одного из них предупреждает: «Некоторые нагревали вместе серу, реальгар и селитру с медом; в результате появились дым и пламя, так что их руки и лица были обожжены, и даже дом, где они работали, сгорел дотла».
Это небрежное, сделанное как бы между прочим предупреждение обозначило целую эпоху в истории человечества. То был дебют рукотворного огня на земле, едва слышное начало долгой и яркой истории пороха. Алхимики случайно наткнулись на ключ к волшебным свойствам, которыми обладала селитра, смешанная с серой и источником углерода — в данном случае с высушенным медом. Это еще не было настоящим «огненным зельем» — взрывчатым веществом, которое станет известно всему миру под названием «порох». Однако пытливые наблюдатели в поисках ключа к бессмертию сделали важный шаг в волнующе новом направлении.
Главным компонентом «огненного зелья» станет селитра. В Китае ее можно было найти без труда — она выступала белой коркой на некоторых почвах. В местностях, где не хватало столовой соли, повара иногда использовали селитру, чтобы улучшить вкус блюд. Конечно, они замечали, как ярко вспыхивает огонь, если бросить в него щепотку этого белого порошка. Веками изучали свойства селитры алхимики. Смешивая ее с водой, они получали слабый раствор азотной кислоты, с помощью которого удавалось растворять вещества, иначе растворению не поддававшиеся. Производство относительно чистой селитры было непременной частью обычного репертуара алхимиков. Все алхимические трактаты эпохи Тан (618–907 гг.) упоминают о селитре и способах ее приготовления.
Селитра — это продукт жизнедеятельности двух бактерий из тех, что питаются разлагающейся органической материей. Предприимчивые микроорганизмы nitrosomonas и nitrobacter — непременные участники экологически чистого земледелия: благодаря им в результате гниения образуются любимые растениями нитраты, в том числе и селитра. Селитра растворяется дождевой водой, впитывается в почву и в результате испарения почвенной влаги выходит на поверхность. Остальные вещества, растворенные в воде, кристаллизуются быстрее, что позволяет нитратам накопиться на поверхности. Жаркий климат южного Китая, с его чередованием влажного и сухого сезонов, способствовал и стремительному разложению, и быстрому испарению. В результате в местах с благоприятными природными условиями селитра отлагалась в верхнем слое почвы, откуда ее нетрудно было извлечь.
В нитратном анионе, который является основной частью молекулы селитры, три атома кислорода связаны с одним атомом азота. Это соединение образует соль с любым доступным металлом — например, с кальцием, натрием или калием. Из них для изготовления пороха лучше всего подходит нитрат калия — калийная селитра.
Она и стала основой «огненного зелья» — благодаря способности ярко вспыхивать, которую приходилось наблюдать китайским поварам. Стабильная в обычном состоянии, при нагреве до 335 градусов по Цельсию она распадается, высвобождая атомы кислорода, которые до этого были связаны с азотом. Суть механизма искусственного огня заключалась именно в высвобождении чистого кислорода, который мог теперь воспламенить любое находящееся рядом горючее. Сколько селитры должно быть в смеси — на этот вопрос можно было ответить только путем долгих проб и ошибок. Идеальная пропорция — три четверти от общего веса — была найдена лишь со временем; древнейшее же «огненное зелье», содержавшее меньшее количество селитры, ярко горело, но не взрывалось.
Дело было за легкодоступным топливом. Случайные взрывы опасных эликсиров, возможно, подсказали направление поисков. Алхимики давно знали о горючих возможностях серы. Этот элемент — один из немногих, которые встречаются в природе в виде простого вещества, — можно было найти в отложениях вблизи вулканов или получить путем нагревания сульфидных руд и последующего осаждения серных паров на холодных стенках сосуда.
Третьим компонентом смеси стал древесный уголь, который издавна использовался как источник тепла. Этот сложный материал получается при пережигании дерева в бедной кислородом среде и состоит из чистого углерода с примесью летучих углеводородов и других следов его органического происхождения. Примеси, равно как и ячеистая структура древесного угля, играют в действии пороха едва уловимую, но чрезвычайно важную роль, которую ученые не вполне могут объяснить даже сегодня. Истолченные в порошок каменный уголь или графит, будучи почти чистым углеродом, лишены подобных свойств, и из них нельзя приготовить эффективный порох.
Селитра, сера и древесный уголь, вступая в сложное взаимодействие, вызывают к жизни магию «огненного зелья». Первой на жар искры или пламени реагирует сера. Желтый минерал воспламеняется при относительно низкой температуре — 261 градус по Цельсию. Его горение выделяет тепло, которое поджигает древесный уголь и разлагает селитру, высвобождая из нее кислород. Этот чистый кислород ускоряет воспламенение все большего количества горючего. Древесный уголь при этом дает больше тепла, чем сера, что еще более ускоряет реакцию.
Большинство веществ при горении выделяет газы, объем которых многократно превышает объем самого горючего. Когда вспыхивает порох, газы выделяются мгновенно, а тепло, образующееся при реакции, заставляет их чрезвычайно расшириться. Стремительным расширением горячего газа и объясняются все эффекты «огненного зелья».
