Sten Niklasson: Luften vi andas

Just innan han dog i sin sjuksäng på den atlantiska ön Sankt Helena för 200 år sedan, ropade den cancerplågade Napoleon Bonaparte efter sin första, största och sedan länge förskjutna kärlek, Josephine. Sedan tog han sitt sista andetag.

Många minnen återstår efter den både hatade och beundrade man som under femton år höll Europa i sitt grepp, på en gång krigshungrig diktator och befriare av miljontals förtryckta människor. Men till skillnad från sådana minnen kan kejsarens sista utandning antas snabbt ha övergått i intet, det vill säga spätts ut i den omgivande luften och försvunnit.

Atmosfären är ett hölje av gas runt Jorden som är runt 16 kilometer tjockt. Det betyder en volym av miljarder kubikkilometer. Napoleons sista andetag kan på sin höjd ha innehållit någon liter luft. Denna liter utgör alltså en försvinnande liten del av Jordens luftmassa, omkring 0,00000000000000000001 procent. Inom ett par veckor borde Napoleons utandning av vindarna ha förts österut på ungefär samma latitud som Sankt Helena, förbi Mauretanien, genom den Nubiska öknen, till Bombay, Hanoi, Hawaii och Port-au-Prince. Efter ett par månader hade den förmodligen spritts över större delen av norra halvklotet, och inom något år eller två, över hela klotet. Denna utspridning måste rimligen ha upplöst den så mycket att praktiskt taget ingenting återstod.

Men den försvann inte.

Om man nämligen, i stället för att betrakta Napoleons utandning som en helhet, bryter ner den i dess beståndsdelar molekylerna, skall man finna att den faktiskt finns kvar i atmosfären, låt vara i dessa ytterst små delar. Många gasmolekyler tillhör de mest motståndskraftiga i naturen och bryts bara med svårighet ner.

En åtminstone för Napoleondyrkare intressant fråga är därför, om en och annan av dessa molekylära Bonaparterester till och med skulle kunna finna vägen in i den luft vi andas idag. Med lite matematisk akrobatik har man räknat ut att en liter luft under normala temperatur- och tryckförhållanden innehåller runt 20 triljarder molekyler. Det är hisnande många. All trafik på vägar, kanaler, oceaner och flygleder i mänsklighetens hela historia är mycket mindre omfattande än den molekyltrafik våra lungor hanterar vid ett enda andetag. Eftersom vi andas drygt tusen gånger i timmen eller omkring 25 000 gånger varje dygn, är det mer än sannolikt att den luft vi omsätter under denna tid kan innehålla några av de molekyler som lämnade Napoleons lungor den 5 maj 1821.

Man kan naturligtvis ersätta exemplets kejsare med varje organism som någonsin andats, från bakterier till dinosaurier. Någon utandad molekyl från varje sådan varelse far säkert runt i våra kroppar eller hamnar där inom kort.

Det finns alltså goda skäl att fundera på vad luften vi andas faktiskt är. Den är lätt att ta för given, eftersom den oftast är osynlig, svår att ta på och helt tycks sakna massa och vikt. Men en kubikmeter luft väger faktiskt 1,3 kilo. Om man skulle placera en imaginär cylinder runt, säg, Eiffeltornet i Paris, skulle luften inne i cylindern väga mer än all metall i tornet. Och alla har säkert upplevt att luft kan ha både färg och doft, på gott och ont. Luft kan också vara bärare av virus och annat otyg, vilket inte kan ha undgått någon under den pågående pandemin. Det tål dessutom att tänka på att luft har den viktigaste rollen för vår överlevnad. Man kan leva utan föda i veckor. Och klara livhanken utan vätska i dagar. Utan luft dör vi efter några minuter.

Men vad består luft egentligen av? Det mesta, 78%, är kväve. Därnäst kommer syre, som utgör 21%. Den resterande hundradelen innehåller små mängder av andra gaser som argon, koldioxid, vattenånga, acetylen, svaveldioxid och vätesulfid.

Luften är flyktig och erbjuder ofta lite eller inget motstånd. Men det betyder inte att den är kraftlös.

En av de första att upptäcka och demonstrera luftens styrka var uppfinnaren och 1600-talspolitikern Otto Gericke i Magdeburg. I ett berömt experiment lät han föra ihop och lufttätt försegla två halvsfärer av koppar, båda ungefär 50 centimeter i diameter. I en av halvsfärerna hade han fäst en ventil, genom vilken luft bara kunde strömma utåt. Båda halvsfärerna hade försetts med starka öglor av metall, i vilka rep kunde fästas. När Gericke med hjälp av en luftpump hade låtit tömma den sammansatta kulan på luft, fästes kraftiga rep i dessa öglor. Repens andra ändar gjordes fast i seltygen på sexton hästar, åtta på vardera sidan om sfären. På en given signal satte djuren hovarna i marken i ett försök att dra isär de två halvsfärerna. Till de kringståendes häpnad misslyckades de. Efteråt öppnade Gericke en annan ventil och lät luft susa in i sfären, varpå den genast föll isär i sina två halvor.

Gericke fortsatte sina experiment med luft och lufttryck. Han visade att bjällror i ett lufttomt utrymme inte gav ifrån sig något ljud när de skakades, och att ljud alltså måste skapa vibrationer i luft för att fortplantas och höras. Han fann också att smör, som i vakuum placerats nära glödheta bitar av metall, inte smälte, vilket innebar att överföring av värme (via konvektion) förutsatte luft.

Tack vare Gerickes och hans efterföljares försök vet vi idag att vi omges av ett genomsnittligt lufttryck på något kilo per kvadratcentimeter.  Detta låter inte särskilt mycket, men en vuxen människas kropp utsätts ständigt för ett yttre tryck på ca 20 ton. Att vi inte ramlar ihop under denna påfrestning, beror på att det yttre trycket kompenseras av ett lika stort tryck inifrån kroppen.

Under hundratals årmiljoner efter Jordens födelse ur de kosmiska stoftmolnen var planeten karg och livsfientlig. Dess första atmosfär skapades huvudsakligen av väte och helium. I en senare fas spydde vulkaner ut mängder av giftiga gaser från dess innandöme. Dessa gaser förändrades eller förstördes efterhand av UV-strålning från solen eller genom reaktioner med andra ämnen. Till slut kom atmosfären att domineras av kväve. Det berodde på de bindningar som håller samman atomerna i kvävemolekylerna. Dessa bindningar tillhör de minst reaktiva i naturen och överlevde därför attacker från andra ämnen. Efter syre, väte och kol, som i olika föreningar utgör drygt 90% av människans kroppsmassa, är kväve det fjärde vanligaste ämnet i kroppen. Var och en av de tre miljarderna DNA-baser i våra celler innehåller kväveatomer. Kväve är alltså minst sagt livsviktigt.

Eftersom gasen kväve numera är den volymmässigt största komponenten i atmosfären, utgör den fyra femtedelar av molekylerna i den luft vi andas. Försörjningen av kväve till våra celler borde därför vara tryggad, kan det tyckas. Men ironiskt nog kan många livsformer, inklusive människan, inte tillgodogöra sig kväve i gasform. Under miljarder år av Jordens historia var det bara några arter bakterier, som med hjälp av ett speciellt enzym lyckades med konststycket att utvinna kväve ur atmosfären.  Dessa mirakelmikrober, som finns i marken och i rötterna på vissa växter, klipper itu kvävets starka atombindningar och svetsar på några väteatomer. Resultatet blir ammonium som har enklare atombindningar och därför lättare kan användas i tillverkningen av protein och DNA. Utan dessa bakterier skulle inte något högre liv på Jorden blivit till.

Länge satte mängden kväve i marken gränsen för hur mycket liv ett ekosystem kunde bära. Först en bit in på 1900-talet kom två kemister vid namn Haber och Bosch på ett sätt att förvandla atmosfäriskt kväve till konstgödsel och därmed skapa förutsättningar för större skördar och därmed mindre hungersnöd hos Jordens växande befolkning. De var båda tyskar, båda belönades med nobelpris, och båda fördömdes för sina bidrag till användningen av stridsgas under första världskriget. Det är, oavsett deras personliga svagheter och misstag, ingen överdrift att hänföra deras arbete med kväve till kemins största bedrifter.

En annan viktig gas i luften vi andas är det starkt reaktiva, flyktiga och aggressiva syret. Ingen visste vad syre var, förrän en svensk apotekare vid namn Carl Wilhelm Scheele på 1770-talet upptäckte att de ångor som uppstod, när han värmde upp några mineralstycken, fick vaxljus att brinna klarare. Han kallade gasen ”eldluft”, men dröjde av oklara skäl i flera år med att publicera sin upptäckt, som i stället kom att tillskrivas andra. Scheele dog vid fyrtiofyra års ålder, möjligen beroende på ovanan att smaka på alla ämnen han hanterade i sitt laboratorium, inklusive kvicksilver.

Syre var länge en livsfarlig gas för många organismer. Gasen alstrade en av jordelivets största katastrofer för två miljarder år sedan, då cyanobakterier med hjälp av fotosyntes började producera stora mängder syre. De dominerande livsformerna hade dittills varit anaeroba, d.v.s. kunnat leva utan tillgång till fritt syre. Men då solens UV-strålning träffade de ökande mängderna syremolekyler i atmosfären, bildades fria radikaler som slet sönder de anaeroba mikrobernas DNA. När evolutionen för så där 600 miljoner år sedan frambringat livsformer som kunde utnyttja syret som energibränsle, öppnades vägen för flercelligt liv, vilket långt senare skulle innefatta primater som människan. Syrenivåerna i atmosfären har sedan dess åkt upp och ner, från stundtals 15% till ibland 35%. Den nuvarande nivån 21% passar oss perfekt. Skulle den sjunka ner mot, säg, 17%, skulle motsvarigheten till vad bergsbestigarna kallar ”höjdsjuka” göra oss trögtänkta, svårrörliga och illamående.  Lyckligtvis fyller växterna på syrelagret kontinuerligt. Enkelt uttryckt konsumerar växterna koldioxid och vatten och ger ifrån sig socker och syre, medan djuren tar in socker och syre och tillverkar koldioxid och vatten. Denna biologiska jämvikt är känslig för störningar och fundamental för allt högre liv.

Alla som sett rostangrepp tära på bilar och redskap, vet att syre snabbt kan oxidera metall. Gasen kan i vissa föreningar också vara farlig för människor. En särskilt obehaglig syreförening är kolmonoxid, som angriper järn med enastående effektivitet. I våra blodceller finns molekylen hemoglobin, som innehåller järnatomer. Dessa atomers uppgift är att möjliggöra hemoglobinets leverans av syre till kroppens celler. Kolmonoxid hindrar emellertid leveransen. Vad värre är, kolmonoxid har den starkaste atombindningen i naturen, till och med starkare än kväve. Kolmonoxidförgiftning leder alltså till syrebrist och därmed inre kvävning.

En essä om luft och dess gaskomponenter kan inte förbigå det faktum att människans kropp inte bara konsumerar, utan också producerar gas. Förutom rapningar som ju stiger uppåt från magtrakten, släpper en frisk vuxen individ i genomsnitt ut drygt en liter gas per dygn i andra änden, fördelat på omkring tjugo tillfällen. Merparten är resultatet av jäsningsprocesser i tarmsystemet, där bakterier bryter ner kolhydrater till koldioxid, väte och metan. Det är trösterikt att mer än 99% av dessa utsläpp är luktfria. Det gäller också den illa kända gasen metan, som alltså i motsats till vad många tror, i ren form saknar doft. Den ibland obehagliga lukten i utsläppt gas från buken kommer från mycket små volymer av flyktiga svavelföreningar som vätesulfid, metanetiol och dimetylsulfid, ämnen som för övrigt också bidrar till dålig andedräkt.

Märkligt nog finns det personer som, förutom sin vanliga andning via de övre luftvägarna, har förmågan att också ta in luft bakvägen. En av de mest kända var fransmannen Joseph Pujol, som inte bara kunde fylla sina nedre regioner med rejäla volymer luft från omgivningen, utan också i kontrollerade former släppa ut innehållet under tio till femton sekunder. Inte nog med det, han kunde med sin slutmuskel reglera både utsläppsvolym och tonhöjd, vilket möjliggjorde såväl imitationer av djurläten, som kortare melodier. Särskilt populära var de första takterna av Marseljäsen.

Pujol blev under 1890-talet en av de största attraktionerna på nattklubben Moulin Rouge i Paris, och var efter ett par år en högre betald underhållare i Frankrike än till och med Sarah Bernardt. Le Pétomane, som han kallade sig (från verbet péter =släppa väder), blev en celebritet och umgicks med kända konstnärer som Rénoir, Matisse och Ravel. Hans föreställningar bevistades av många notabiliteter. Freud uppges ha haft hans porträtt på väggen i sin klinik i Wien, möjligen som inspiration för en del av sina teorier.

”Honi soit qui mal y pense”

Sten Niklasson är författare och tidigare generaldirektör