maanantai 13. tammikuuta 2020

Kemiaa kaikelle kansalle

Minulle tuli tarve virkistää kemian tietojani ja taitojani. Alan tietoni olivat lukioajalta ja diplomi-insinöörin perusopintojen kemian luennoista. Olen kumminkin työurani aikana joutunut satunnaisesti tekemisiin kemian kanssa, esimerkiksi elektroniikan tuotantotekniikan ongelmia ratkoessani. Ja avaruushankkeissa jouduin suorastaan opiskelemaan muovitekniikkaa ymmärtääkseni paremmin muovien käyttöä ja sopivuutta avaruuslaitteissa.

Niinpä suunnistin kirjastoon. Vanhanaikaistako? Enpä tiedä. Internet on monessa suhteessa mainio ja jopa korvaamaton. Mutta jos haluaa hankkia kokonaisvaltaista ja samalla luotettavaa näkemystä vaikeista asioista, kirjasto on hyvin suositeltava. Tosin ei sinne suin päin kannata rynnätä. Ensin pitää tehdä tiedonhaun orientoiva vaihe. Millaista tietoa voisi olla olemassa ja miten tietoa on kulloinkin kiinnostavalla uteliaisuuden alalla haalittu ja järjestelty ja keiden toimesta. Ja siinä internet toimii oivallisesti.

Kemian peruskirjojen ohella käteeni tarttui John Emsleyn kirja Molekyyligalleriat. Se sisältää kokoelman yleistajuisia ja valistavia kirjoituksia kemian ihmemaailmasta. Siitä oli hyvä aloittaa kemian maailmaan suuntautuva tutkimusretki. Kirjan lukeminen oli monin tavoin valaisevaa.

Mutta ensin itse pääasiaan. Kemia on nykyaikaisen teollisen maailmamme tärkeimpiä osaamisresursseja. Samalla kemia on näkymätöntä, koska se rakentaa ja ylläpitää sitä keskeistä infrastruktuuria, jonka varassa elämme. Emme oikeastaan huomaa kemian läsnäoloa, emmekä edes tiedä kemiasta juuri mitään. Arkielämässä emme törmää kemian prosesseihin emmekä kemisteihin. Kemistit eivät esiinny mediassa, he eivät ole sometähtiä, eivätkä he anna neuvoja presidentille.

Suhteemme kemiaan on välillistä, mutta se on läheisempää kun ymmärrämme. Kun lämmitämme saunaa tai ajamme autoa, tosiasiassa hallitsemme ja hyödynnämme kemiallisia prosesseja. Monet aineet ja esineet ympärillämme ovat kemian soveltamisen aikaansaamia. Ravinnon tuottaminen ja ruoanlaitto ovat kemiaa. Sairaanhoito on kemiaa ja lääkkeitä valmistetaan kemiantehtaissa. Elimistömme on valtavan mutkikas kemiallisten tapahtumien näyttämö. Elollisen luonnon ymmärtäminen mahdotonta ilman kemian viitekehystä.

Tieteenfilosofian näkökulmasta kemia on mielenkiintoinen inhimillisen toiminnan ala. Tarkasti ottaen tärkein luonnonilmiöitä tutkiva tiede on fysiikka. Mutta monien aineen käyttäytymisen ja muuntumisen ilmiöiden ymmärtäminen ja hallinta fysiikan keinoin ei onnistu, se on aivan liian vaikeaa. Joskus sanotaan, että kemia redusoituu eli pelkistyy pohjimmiltaan fysiikaksi, mutta tässä on syytä olla hieman varovainen. Sillä pohjimmiltaan tiede on vain inhimillisen toiminnan ja ymmärryksen väline. Se ei kanna mukanaan eksistentiaalista totuutta - vaikka se tuntuu vihjaavan johonkin sellaiseen. Kemia on historiallisesti katsoen itsenäinen tiede, ja se on sitä myös käytännössä. On myös olemassa kemian alalaji, fysikaalinen kemia. Se toimii näiden kahden suuren tieteen rajapinnassa ja niiden yhdyssiltana.

John Emsley (s.1938) on tunnettu brittiläinen kemisti ja tieteen popularisoija. Molekyyligalleriat suomennettiin vuonna 1999. Se tarjoaa kiinnostavan mentaalin aikamatkan parin vuosikymmenen päähän, ja samalla se valottaa tuon ajan kemistin maailmankuvaa. Kirjan faktat ovat nähdäkseni edelleen pääosin paikallaan, mutta maailmamme on muuttunut aika paljon.

Molekyyligalleriat valottaa ansiokkaasti kemian keskeistä roolia kaikilla elämän alueilla. Sellaisena kirja on silmiä avaava ja arvokas. Esimerkiksi alkuaineilla on ihmisen elimistössä tärkeä rooli. Elimistömme hyvinvointi riippuu kymmenistä alkuaineista, joita saamme ympäristöstämme, lähinnä ravinnon mukana. On hyödyllistä muistuttaa, että ihminen on erottamaton osa luontoa. Emme ole vain osa biosfääriä, vaan riippuvuus on syvällisempää: olemme myös osa epäorgaanista maapalloa. Nykyisin puhutaan jopa siirtokunnista avaruudessa, Kuussa tai Marsissa. Nyt jo tiedämme, että nuo pääosin elottomat taivaankappaleet eivät tarjoa meille ravintoa. Mutta pahempaa on, että niiden tarjoamat alkuaineiden varannot ovat meille ilmeisen sopimattomat. Olemme tähtipölyä, mutta vielä vankemmin Maan lapsia.

Kirjan sävy on myös apologeettinen eli puolusteleva. Emsley haluaa puolustaa kemiaa asiattomia hyökkäyksiä ja syytöksiä vastaan. Kemia kantaakin suuren vastuun teknologian havaituista ja kuvitelluista varjopuolista. Emsley puolustaa rohkeasti kemiaa, ja samalla hän vastustaa myös hieman epämääräisesti kemiaa ja ylipäätään tiedettä kritisoivia piirejä. Minun on vaikea täsmentää Emsleyn kritiikin kohdetta. Tällainen kritiikki on kyllä paikallaan, mutta se muuttuu helposti omahyväisyydeksi ja ylimielisyydeksi. Nämä keskustelun linjat on edelleen tunnistettavissa, vakka keskustelun sisältö onkin hieman muuttunut.

Poimin kirjasta muutamia opettavia esimerkkejä. Kloori ja eräät sen yhdisteet on ollut eräänlainen peikko, ja on sitä edelleen. Onhan myrkyllinen kloori jopa taistelukaasu, ja monilla klooriyhdisteillä on ollut ikäviä vaikutuksia. Toisaalta vuonna 1897 aloitettu juomaveden klooraus lisäämällä veteen pieni määrä natriumhypokloriittia on ollut ihmiskunnan suuria edistysaskeleita. Kloorin käyttö takaa turvallisen juomaveden sadoille miljoonille ihmisille. Kloorin käyttö herätti myös vähitellen lisääntyvää huolta, pelättiin veteen muodostuvia ja mutaatioita aiheuttavia orgaanisia klooriyhdisteitä. Niinpä vuonna 1991 Perun hallitus kielsi juomaveden kloorauksen. Seurauksena oli vesijohtoveden levittämä koleraepidemia, joka surmasi ehkä 10 000 ihmistä. Nykyään kloorin haitat tunnetaan hyvin. Klooria käytetään paljon desinfiointi- ja valkaisuaineena, ja kuten tiedämme, kloriitti on jopa vapaassa käsikaupassa. Yksikään vesilaitos maailmassa ei tule toimeen ilman klooria.

Muoveihin suhtaudutaan kirjassa ymmärrettävällä innostuksella, eikä niissä nähdä mitään ongelmallista. Maailmanlaajuista roskaantumista ei vielä tunnistettu. Toisaalta muovien hyviä puolia ei osata tuoda esiin. Niiden käyttö kun on tavattoman ekotehokasta, erityisesti ne lisäävät elintarvikkeiden jakeluketjujen tehokkuutta ja pienentävät ratkaisevasti ruokahävikkiä. Ensimmäisiä tämän kaltaisia etuja tarjosi selluloosanitraatista tuotettu muovin edeltäjä, selluloidi. Ellei sitä olisi keksitty, norsut olisi tapettu sukupuuttoon norsunluun takia, jotta olisi saatu materiaalia biljardipalloihin ja pianonkoskettimiin.

Pahamaineinen alkemisti Paracelsus (1493-1541) oivalsi kemikaalien vaihtelevan myrkyllisyyden ja tuli panneeksi alulle iatrokemian eli kemikaalien lääkintäkäytön varhaisen muodon. Lääkkeiden hyödyt ja haitat ovat olleet siitä lähtien jatkuva pohdiskelun kohde. Esimerkkinä haitoista kirja ottaa esiin Wolfgang Amadeus Mozartin kohtalon. Hän oli huolestunut terveydestään, ja tuhlasi suuria rahasummia apteekkeihin. Emselyn mukaan Mozart kärsi vatsavaivoista ja lääkitsi niitä antimonilla. Itse asiassa antimoni aiheuttaa vatsakipuja, ja kuvaukset hänen kuolemastaan viittaavat antimonimyrkytykseen. Muitakin selityksiä kuolemalle on myöhemmin esitetty. Joka tapauksessa lääkemyrkytys on ollut menneinä vuosisatoina merkittävä varakkaan ihmisen kuolinsyy. Aspiriiniin Emsley suhtautuu aika huolettomasti (samoin kuin useisiin muihin kemikaaleihin). Aspiriini onkin turvallisempaa kuin sitä edeltäneet luonnosta saadut pajunkuoriuutteet. Nykyään sitä ei pidetä lainkaan harmittomana, vaikka sen myynti on edelleen sallittua.

Niin sanottu hullun lehmän tauti eli BSE on esimerkki siitä, kuinka mutkikkaassa maailmassa elämme, ja kunka kemialla on oma roolinsa tuossa mutkikkuudessa. BSE surmasi karjaa vuosina 1986-1995 erityisesti Britanniassa. Ilmeisesti tautia tarttui myös ihmisiin, joissa se aiheuttaa ns. Creutzfeldt–Jakobin taudin variantin. Tauti johtaa vääjäämättä kuolemaan. Ennen BSE-epidemiaa tauti oli äärimmäisen harvinainen. BSE sai ilmeisesti alkunsa Britannian elintarviketeollisuudesta. Se valmisti teurasjätteistä valkuaisrehua jauhamalla jätteet ja uuttamalla liuottimilla pois arvokkaan rasvan. Loppu jätteestä syötettiin väkirehuna takaisin naudoille. Ajatus tuntuu aika häiritsevältä. Moni asia maailmassamme tuntuu.

Rehuprosessin liuottimena käytettiin dikloorimetaania eli metyleenikloridia. Sitten saatiin tieto, että liuotin on hiirikokeissa osoittautunut syöpää aiheuttavaksi. Siksi prosessi muutettiin liuottimettomaksi. Valitettavasti uusi valmistusprosessi ei enää tuhonnut tautia aiheuttavaa prionimolekyyliä. Siitä ei silloin edes tiedetty mitään. Näin tauti levisi karjassa rehun välityksellä, ja lopulta sitä levisi lihatuotteiden välityksellä myös ihmisiin. Koko asian selvittäminen on ollut todellista salapoliisintyötä.

Entä miten tämä kertomus jatkuu? Rehun tuotantoprosessia muutettiin ja 160 000 nautaa teurastettiin taudin hävittämiseksi. Myöhemmin kävi ilmi, että tieto metyleenikloridin syöpävaarallisuudesta oli väärä hälytys. Metyleenikloridi on nykyään yleisesti käytetty aine. Merkintä syöpävaarasta on tosin vielä säilynyt, mutta aine on vapaassa käsikaupassa. Se lienee tuttua tavaraa monelle lukijalle, sillä se on mainio maalinpoistoaine. Ihmishenkien menetykset olivat traagisia, mutta taudista selvittiin kuitenkin säikähdyksellä. Tauti kehittyy hitaasti, mutta nyt voidaan sanoa, että siihen kuoli Britanniassa 178 ihmistä ja muualla maailmassa 21. Liikenne tappaa joka vuosi maailmassa tuhansia kertoja enemmän.

BSE- episodi ehti säikäyttää sekä suuren yleisön että viranomaiset perin pohjin. Tapauksesta selvittiin, mutta jäljelle jäi epäilys, että kemiaan perutuvassa maailmassamme saattaa vaania saman tapaisia ja pahempiakin uhkia. Jos epäilys johtaa entistä suurempaan varovaisuuteen, loppusaldo on positiivinen. Kemian tuottamista piilevistä uhkista Emsley mainitsee muovinpehmentäjinä käytetyt ftalaatit, joihin hän suhtautuu vähätellen. Ftalaattien mahdolliset vaikutukset sekä ihmisiin että eläinkuntaan kehittyvät kuitenkin hyvin hitaasti. Nyt, pari vuosikymmentä myöhemmin tapaus on edelleen auki, ja sinä aikana syytelista ftalaatteja vastaan on entisestään pidentynyt. Oikeudenkäynti lienee tulossa.

Öljystä saadut polttoaineet saavat paljon tilaa tekstissä. Kirjan kirjoittamisen aikaan myrkyllistä lisäainetta, lyijytetraetyyliä oltiin juuri poistamassa bensiinistä. Emsleytä tuntuu asia jopa hieman harmittavan, ja hän esittää isommaksi pahikseksi polttoaineen sisältämää bentseeniä. Tosin sitä oltiin samaan aikaan eliminoimassa. Lyijyn ja bentseenin vaikutuksista en ole edelleenkään nähnyt lopullista arviota, ehkä siksi, että autoiluun liittyy niin paljon tunteita ja taloudellisia intressejä. On selvää, että inhimillisen kärsimyksen kokonaissaldo on aivan eri luokkaa kuin BSE- taudin tapauksessa.

Tuntuu aika uskomattomalta, että Emsley ei millään lailla näytä huomioivan ilmastonmuutosta, joka tunnettiin jo silloin erittäin hyvin – olihan hän toki ammattimies. Päin vastoin, hän iloitsee rikkipäästöjen ja ilmakehän hiilidioksidin lisääntymisen aiheuttamasta ”maapallon vihertymisestä”. Lisäksi hän laskeskelee, että fossiilisia polttoaineita voidaan huoletta polttaa, niitä riittää 50 000 vuodeksi, tosin jo paljon aiemmin ilmakehän happipitoisuus saattaa laskea nykyisestä 21 prosentista ihmiselämälle kriittiseen 17 prosenttiin. Tämä on aika outoa tekstiä. Fossiiliset polttoaineet ovat kirjan suuri sokea piste, vaikka niiden osalta kemialliset faktat ovatkin kohdallaan.

Kemian monille niin ilmeisestä tylsyydestä huolimatta molekyyligalleriat tempaa mukaansa, sillä se on kirjoitettu mielikuvituksellisesti ja vetävällä tyylillä. Paikoitellen tekijä intoutuu tosin selostamaan turhankin pitkästi melko mitättömiä asioita, mikä kuvastaa hänen suurta rakkauttaan kemiaa kotaan. Ja se on hyvä asia, sillä rakkaus vie tiedettä eteenpäin, ja rakkaus on ihmiskunnalle sen toivon lähde. Kirjaa voi suositella luettavaksi sen virheistä huolimatta, ja ehkä myös juuri sen virheiden takia.