Z melasą jest jak z kamieniem. Działa szkodliwie na zęby, a może też zrobić krzywdę, jeśli spadnie komuś na głowę. To właśnie wydarzyło się 15 stycznia 1919 r. w North End w Bostonie.
Właśnie zakończyła się I wojna światowa, a przemysł zbrojeniowy w Stanach Zjednoczonych jeszcze nie wyhamował (zbliżała się za to prohibicja). Na wojnie przydawała się broń, w broni amunicja, w amunicji zaś spłonka, a w spłonce etanol. Etanol można otrzymać w prostej reakcji fermentacji, którą przeprowadzają znane każdemu miłośnikowi wypieków drożdże piekarskie Saccharomyces cerevisiae. Substratem, czyli – idąc dalej tropem piekarskim – podstawowym składnikiem reakcji jest cukier. W tym przypadku źródłem cukru była melasa, gęsta masa o wysokim stężeniu cukrów, produkt uboczny produkcji cukru spożywczego. Purity Distilling Company, firma zajmująca się destylacją etanolu, przechowywała w żelaznym zbiorniku prawie 9 mln litrów melasy. Można to sobie wyobrazić jako 18 mln półlitrowych butelek lub niecałe cztery baseny olimpijskie. Po kilku ostrzegawczych pomrukach, około 12.30, melasa została brutalnie wyeksmitowana. Wraz ze sztabem detektywów-naukowców spróbujemy ustalić: co, dlaczego i jak się wydarzyło.
Kulki zadrgały, ściany puściły
Wszystkie nasze dywagacje będą się opierać na założeniu, że mamy do czynienia z przemianą izochoryczną, czyli taką, w której objętość reakcji jest stała, a ciśnienie wprost proporcjonalne do temperatury. Temperatura zaś jest właściwością fizyczną obiektu opisującą energię kinetyczną tworzących go cząsteczek. Materia, do której zalicza się melasa, składa się ze stale drgających i odbijających się od siebie oraz ścian naczynia cząsteczek. Taki drgający rozgardiasz nazywamy ruchami Browna i łatwo możemy go sobie wyobrazić jako kulki lotto w maszynie losującej. Ruchy te są całkowicie przypadkowe, a ich intensywność jest wprost proporcjonalna do temperatury. Gdy spojrzymy na histogramy temperatur powietrza z okolic 15 stycznia 1919 r. w Bostonie, rzucić może się w oczy wysoka amplituda temperatur między dniem a nocą. Zanotowane tego dnia ocieplenie wyniosło 22°C. Kulki zadrgały szybciej. Odbijały się od siebie, a także, co ważniejsze, od ścian naczynia, wywierając na nie coraz większe ciśnienie. Czy wzrost ciśnienia wywołany zmianą temperatury był wystarczająco znaczący, aby nastąpiło zwolnienie blokady? Według Kontrolerów Komisji Gier i Zakładów odpowiedź brzmi: NIE! Potrzeba więcej ciśnienia.
Dwutlenek węgla ma ostatnio czarny PR i poddawany jest społecznemu ostracyzmowi. Szkoda mi go, więc z całych sił próbuję siebie przekonać, że nie jest on jednoznacznie szkodliwy dla planety. Szkalować nie powinniśmy jego, tylko nas samych, producentów. CO2 powstaje na Ziemi od milionów lat i zawsze znajdował się mechanizm włączenia go do szlaków obiegu węgla lub magazynowania, a dopiero w antropocenie nastąpiło przesycenie. Niestety, w tej historii jego wkład w zniszczenia nie może zostać pominięty. Reakcja fermentacji jest znana każdemu gimnazjaliście oraz bimbrownikowi. Można ją zapisać tak:
C6H12O6 (glukoza)→ 2C2H50H (etanol) + 2CO2(dwutlenek węgla) ↑
Cyfra 2 przed symbolem chemicznym informuje o ilości cząsteczek danego związku. Gdy spojrzymy na równanie reakcji, zobaczymy, że z jednej cząsteczki cukru powstają aż dwie cząsteczki CO2! Strzałka w górę przy dwutlenku węgla oznacza, że powstający związek chemiczny jest lotny. Powstawanie cząsteczek gazu w zamkniętym układzie, zgodnie z prawem Clapeyrona, możemy zaliczyć do zdarzeń zwiększających ciśnienie w melasowym zbiorniku. „Komisja” wymienia nerwowe spojrzenia.
Zastanawiająca może się wydawać sama reakcja fermentacji. Skoro z cukru powstaje alkohol, to dlaczego cukiernice nie stają się celem ataków miłośników trunków? Właściwie bywają. W związku z tym niezbędne są badania nad zawartością cukru w cukrze, w zależności od promieniowania występującego w różnych dzielnicach Warszawy. Ta iście alchemiczna przemiana jest możliwa dzięki drożdżom. Saccharomyces cerevisiae to wspaniały mikroorganizm wykorzystywany przez człowieka mniej więcej od 6. tysiąclecia przed Chrystusem, gdy zaczęto go wykorzystywać do pieczenia chleba i warzenia piwa. Chociaż wiele mu zawdzięczamy, nie można przymknąć oka na jego wkład w melasową tragedię. Wszystko, co żyje, musi jeść. Dla drożdży znakomitym pożywieniem jest cukier, który podczas fermentacji alkoholowej zostaje przekształcony w etanol. Z drożdżami jest jak z ludźmi. Im cieplej, oczywiście w pewnym zakresie, tym więcej im się chce. Więcej energii w środowisku oraz w drożdżach, drgają cząsteczki, więc większość reakcji biochemicznych zachodzi szybciej. Powstają bąble CO2! „Komisja” i zbiornik bliscy kapitulacji.
Co z wytrzymałością zbiornika? Czy mogła zawinić konstrukcja? Specjaliści przyglądający się przyczynom tragedii zwrócili uwagę na kilka błędów i niedociągnięć. Stal, której użyto do jego budowy, zawierała feralne żelazo oraz mierny mangan, czego skutkiem była obniżona odporność materiału na rozciąganie. Ściany, te biedne ściany, na które parło całe ciśnienie, powinny być przynajmniej dwa razy grubsze, niż były, żeby zbiornik można było bezpiecznie eksploatować. Jakby tego było mało, stan techniczny zbiornika był opłakany, nawet jak na ówczesne, znacznie mniej restrykcyjne od współczesnych, normy BHP. Gdyby konstruktorzy zwrócili więcej uwagi na zasady bezpieczeństwa, a także przeprowadzili bardziej precyzyjne obliczenia, to ściany wytrzymałyby wzrastające ciśnienie i tragedii można by uniknąć. Gdyby. Przejdźmy jednak do samego zdarzenia oraz jego skutków.
Newton a sprawa melasy
W jaki sposób melasa może być niebezpieczna? To przecież gęsta, brązowa maź, której zdecydowanie daleko do szczytu listy zagrożeń czyhających na statystycznego Ziemianina. Bronią melasy była jej gęstość i objętość. 8 700 m3 melasy, 1,4 razy gęstszej od wody, waży około 12 mln kg. Żeby wyobrazić sobie taką masę, polecam 10 dkg kiełbasy krakowskiej pomnożyć w głowie 120 mln razy. Robi wrażenie, ale gdyby Newton nie odkrył grawitacji, taka masa nie stanowiłaby żadnego zagrożenia. Okazało się jednak, że spadające z gałęzi jabłko zmieniło swoją energię potencjalną w kinetyczną, którą następnie, dzięki osiągniętej prędkości, przekazało czaszce naukowca. Ta energia została przekształcona w formę praw fizyki. Gdyby zamiast jabłka w angielskim ogrodzie spadło z drzewa 12 tys. ton melasy, to Newton by nie przeżył i grawitacji by nie było.
Przy użyciu kilku wzorów wyliczyć można, że fala, która powstała po zwolnieniu blokady, osiągnęła 8 m wysokości i pędziła z prędkością około 56 km/h. Uniosła ze sobą przejeżdżający w pobliżu wagon tramwajowy, a napotkane budynki zepchnęła z fundamentów. Wytracanie energii kinetycznej przez ruch, niska temperatura powietrza oraz napotykane na drodze fali przeszkody spowodowały gwałtowne spowolnienie drgania cząsteczek w melasie. Masa zaczęła tężeć. Świadkowie porównywali miejsce katastrofy do lepu na muchy, a ludzi i zwierzęta, uwięzionych w 90-centymetrowej warstwie ulepku, do much próbujących uwolnić się z pułapki, które z każdym szarpnięciem zapadają się głębiej. Niektóre ofiary trudno było zidentyfikować, ponieważ ich ciała były pokryte grubą warstwą stwardniałego cukru. Impet fali zmył kilka osób do Zatoki Bostońskiej, przez co zwłoki odnaleziono dopiero po kilku miesiącach. Lepkość podłoża do tego stopnia utrudniła akcję ratunkową, że poszukiwania ofiar zakończono dopiero po czterech dniach. Ratownicy, personel medyczny zajmujący się rannymi, gapie oraz ofiary roznieśli wkrótce melasę po całym Bostonie. Wszystko, czego dotknął Bostończyk, było lepkie.
Zbieg okoliczności?
Ofiary i ich rodziny wytoczyły Purity Distilling Company sprawę w sądzie, w wyniku czego wypłacono im odszkodowania. Sam proces jest uważany za jeden z kluczowych momentów rozwoju prawnej odpowiedzialności korporacji w USA. Po powodzi zaczęto zwracać większą uwagę na bezpieczeństwo i higienę pracy oraz zwiększono rolę specjalistycznego nadzoru przy konstrukcji sprzętu. Melasowy kolor utrzymał się w porcie aż do lata, a charakterystyczny słodkawy zapach stał się na wiele lat znakiem rozpoznawczym North End. Dzisiaj w pobliżu miejsca, gdzie stał zbiornik, znajduje się tablica upamiętniająca to wydarzenie.
Czy można bezpośrednio wskazać winnego? Może to drożdże, może CO2, a może ludzka ręka. Warto zastanowić się nad pewnym „zbiegiem okoliczności”. Dzień po tragedii ratyfikowana została 18. poprawka do konstytucji USA, która wprowadzała prohibicję. Weszła w życie dopiero rok później, ale ciężko wyzbyć się podejrzeń, że firma próbowała „zalać” rynek drożdżowymi odchodami. Jedno jest i zawsze będzie pewne – prawa fizyki oraz ich znaczenie w rozumieniu, a także kształtowaniu otaczającego nas świata.
Właśnie! A co z anarchistami? Winy próbowano szukać w antywojennie nastawionych buntownikach, którzy, chcąc sabotować produkcję amunicji, wysadzili zbiornik. Tej teorii nie udało się udowodnić, ale wszyscy wiedzą, że sprawny sabotażysta pozostaje w cieniu.
Czytaj również:
