Казалось бы, можно посчитать примерный размер частиц диспергируемой жидкой рецептуры, с учетом их возможного «высыхания». Степень обезвоживания частицы связана с соотношением давления паров воды на поверхности частицы и в воздухе и находится в линейной зависимости. При 40 % относительной влажности равновесие достигается к моменту, когда частица утрачивает 85 % исходного веса сорбированной воды. При 97 % относительной влажности потеря составляла не более 10 %.
Но обезвоживание частиц аэрозоля приводит не только к уменьшению их размерь, но и к изменениям в структуре протеинов бактериальной клетки, в первую очередь ферментов. Не исключается и другой механизм губительного действия обезвоживания, связанный с повышением концентрации токсических веществ в клетке. Следовательно, чем ниже относительная влажность, тем выше скорость гибели микробной клетки. Частицы аэрозоля при низкой относительной влажности воздуха приобретают нужный размер 3–5 мкм, однако это сопровождается гибелью части микроорганизмов, в них содержащихся (Haykawa J., Рооп С.,1965). Чем крупнее частица аэрозоля, тем больше воздействие происходящих в ней физических процессов на биологический агент. Просчитать такие закономерности можно при подготовке опытов в полигонных условиях. В условиях боевого применения БО трудно ожидать, что относительная влажность воздушной среды на территории, по которой оно применяется, будет соответствовать заранее рассчитанной.
В 1959 г. S. Webb установил, что в течение первой секунды после распыления гибнет подавляющее число микроорганизмов. В последующие девять секунд скорость их инактивации значительно уменьшается. В дальнейшем, в течение ближайшего часа и позже, процесс отмирания микробов идет очень медленно (цит. по Огаркову В. И… Гапочко К. Г., 1975).
Причины, по которым происходит гибель микроорганизмов в аэрозоле, интенсивно выяснялись в 1950–1960 гг. Разными исследователями было установлено, что гибель микроорганизмов во время распыления и сразу после него зависит от таких факторов, как вид микроорганизма и свойства конкретного штамма; условия культивирования и сушки; физиологический возраст культуры; условия и продолжительность их хранения перед диспергированием; наличие примесей в среде диспергирования; условия самого процесса диспергирования; физико-химические свойства частиц, атмосферные условия (относительная влажность, температура, освещенность, инсоляция, состав атмосферы и наличие в ней загрязняющих веществ).
Все эти годы, до принятия решения о свертывании наступательных программ по БО, разработчиками такого оружия велись поиски способов и средств, которые свели бы к минимуму повреждающее действие выше приведенных факторов на аэрозолированные микроорганизмы. С этой целью ими подбирались более устойчивые к аэрозолированию штаммы агентов БО, оптимизировались условия их культивирования и сушки, испытывались в качестве добавок к бактериальным и другим суспензиям различные химические вещества (глицерин, желатин, глюкоза). Но попытки стабилизировать аэрозоль давали только новые научные открытия, но не уверенность в успешном применении БО при ведении военных действий. В конце 1950-х гг. было обнаружено, что даже кратковременное пребывание в составе аэрозоля сказывается на поражающих свойствах биологических агентов. Такие многообещающие в качестве агентов БО микроорганизмы, как возбудители чумы и туляремии, при нахождении в воздухе в темное время суток, наиболее благоприятное для сохранения их жизнеспособности, теряли вирулентность (см. обзор Goodlow R. J., Leonard F. А., 1961). Обнаружился удручающий для разработчиков БО феномен — по мере старения бактериального аэрозоля процесс отмирания клеток бактерий происходит медленнее, чем утрата ими инфекционности и вирулентности. «Старый» аэрозоль, несмотря на сохранение жизнеспособных клеток (т. е. прорастающих на питательной среде), утрачивает способность вызывать инфекционный процесс у экспериментальных животных.
W. D. Sawyer et al. (1966) изучили это явление на обезьянах и людях-добровольцах, ингаляционно инфицированных штаммом возбудителя туляремии, и установили, что величина инфицирующей дозы для обезьян по мере старения аэрозоля увеличивалась через 180 мин в 10 раз. Сходные результаты были получены другими авторами на разных экспериментальных животных (см. Огарков В. И., Гапочко К. Г., 1975). Здесь я напомню читателю, что снижение вирулентности микроорганизмов, рассматриваемых военными в качестве агентов БО, происходит не только при старении аэрозоля. Оно начинается сразу после их выделения из природного источника в качестве чистых культур при последующем поддержании на искусственных питательных средах, затем в процессе культивирования и высушивания (см. «Критические взгляды на БО» в разд. 1.7 и «Повышение вирулентности бактерий» в разд. 1.8).
Труднопрогнозируемым оказалось поведение мелкодисперсного аэрозоля как физической системы. Генерал Исии Сиро, используя ВАПы, переделанные из тех, которые используют военные химики для поливки противника ипритом, хотя бы имел возможность обнаруживать на белых простынях крупные капли бактериальных культур, осевшие после распыления с самолетов. Но поведение аэрозоля с нужной для разработчиков БО дисперсностью определялось уже не скоростью прохождения капель через газовую фазу, а кинетикой самой газовой фазы. Рассмотрим это на примере диспергирования аэрозоля из линейного источника.
Аэрозоль агентов БО представляет интерес разработчикам БО только в том случае, если он распространяется в приземном слое воздуха на высоте роста человека. Под линейным источником аэрозоля понимается генератор аэрозоля, движущийся перпендикулярно направлению ветра, сила которого достаточна для того, чтобы увлечь образующийся аэрозоль с собой. Это наиболее эффективный способ доставки биологического агента к цели. В неподвижном воздухе статических камер скорость оседания сферических частиц зависит от их плотности и диаметра. Если допустить, что инфекционные частицы имеют приблизительно сферическую форму, то скорость оседания частиц в неподвижном воздухе имеет следующие значения (табл. 1.7).
Таблица 1.7. Скорость оседания частиц в неподвижном воздухе
[29]
Диаметр частиц, мкм | Скорость оседания, см/мин | Время падения на 1 м высоты
100 | 153 | 3 с
10 | 15 | 6 мин
5 | 5 | 22 мин
1 | 0,21 | 8ч
0,1 | 0,02 (мм/мин) | 14 сут.
В ходе полигонных экспериментов установлено, что физическую устойчивость аэрозольного облака, содержащего инфекционные частицы, определяют не только дисперсность и агрегатное состояние аэрозоля, но и метеорологические условия (температурный градиент, скорость ветра и атмосферные осадки) и даже характер местности (рис. 1.52).
В период времени, следующий сразу за диспергированием (либо с самолета, либо: использованием любого другого распыляющего устройства), аэрозоль приходит в равновесие с атмосферными условиями. Крупные аэрозольные частицы выпадают из чего, оседают на поверхность и образуют с ней прочные связи в результате адгезии. Такие частицы весьма трудно поддаются реаэрозолированию с образованием вторичного аэрозоля, и они не представляют опасности для человека. В приземном слое воздуха остается первичный аэрозоль, состоящий из частиц в магическом диапазоне размеров от 1 до 5 мкм, которые ведут себя как газ и движутся вместе с газовой фазой. Находясь во взвешенном состоянии, они должны вызывать инфекцию у человека, но нет никакой гарантии, что они не пройдут над целью даже при самых благоприятных метеоусловиях и ровной местности (Patric W. III., 2001).
