Pierdzinotka - naukowo o gazach jelitowych

Z okazji 10 000 lajków planowałem napisać coś wyjątkowego (jak widać, trochę mi zeszło). Wiedziałem, że musi być naukowo. Jak zawsze najlepszy okazał się schemat proste pytanie - ciekawa odpowiedź. Jestem pewien, że jednym z pytań, które spędzają Wam sen z powiek jest to, czy puszczając bączka, stajemy się ciężsi, czy lżejsi? Miło mi powiedzieć, że od dziś będziecie mogli spać spokojnie.

Czy muszę wspominać, że jeśli temat gazów jelitowych godzi w Waszą wrażliwości i nie tolerujecie różnych określeń na bączki, to powinniście niezwłocznie zaprzestać lektury? Zamiast tego mogę polecić cały szereg kulturalnych i nie mniej naukowych tekstów na Węglowym.

Zacznijmy zatem nasze rozważania. Co to znaczy, że stajemy się lżejsi po pierdnięciu? Można by powiedzieć, że wydalając cokolwiek poza organizm zmniejszamy naszą masę, bo „jest nas mniej”. W tym wypadku jednak chodzi o to, jak zmieniłoby się wskazanie wagi w momencie puszczenia bąka, gdyby była dość precyzyjna. Jeśli stojąc na wadze puszczę trzymany balonik z wodorem lub helem, wskazanie powinno delikatnie wzrosnąć.

Najlepiej oczywiście byłoby wykonać solidny eksperyment. Wyzwanie jednak jest większe niż można by się spodziewać. Potrzebna dokładność sięga miligramów. Tak precyzyjne wagi istnieją, ale nie waży się na nich ludzi. Pewnie możliwe jest skonstruowanie przeciwwagi, dzięki której można by bezpiecznie stanąć na jednym z takich urządzeń, ale pomijając kłopot z organizacją, w tej skali pewnie samo sprężynowanie i bujanie przeciwwagi, oddychanie czy najdrobniejsze ruchy mogłyby wprowadzać szumy przekraczające “efekt”. Na pewno trzeba by wstrzymywać oddech w czasie pierdzenia, acz to niektórym przychodzi naturalnie. Dlatego kibicuję każdemu kto porwie się na ten godny IgNobla wyczyn, ale sam wymiękam i pozostanę w sferze teoretycznych rozważań podpartych danymi naukowymi.

Skupimy się na tym, czy bączek, kiedy cieszy się przytulną ciemnością naszych jelit, ma wyporność większą czy mniejszą od powietrza. Innymi słowy, czy masa pierdziocha w brzuchu podzielona przez jego objętość, jest mniejsza czy większa od masy takiej samej objętości powietrza. To klucz do odpowiedzi na nasze pytanie. I wiecie co… Nauka jest piękna, a odkrywanie tajemnic świata fascynujące. Bardzo często, nawet jeśli sprowadzimy coś do pozornie prostego pytania, to odpowiedź może być zaskakująca. Bo widzicie... jeśli spytamy, czy po pierdnięciu jesteśmy lżejsi, czy wręcz przeciwnie, odpowiedź brzmi:

TO ZALEŻY.

Zgodnie z tym co już napisałem, kluczowe dla naszych rozważań powinno być porównanie gęstości powietrza oraz bączka. Dla wygody będziemy jednak porównywać masy molowe. Wiem jak niektórzy reagują na wzory, więc podam Wam jedynie tego linka do dowodu. Autor używa Prawa Boyla i kilku prostych przekształceń. Tym, którzy chcieliby mi powiedzieć, że bąki nia są gazami idealnymi powiem - macie rację. Jednakże nasza nieidealna atmosfera i nasze nieidealne pierdzioszki w temperaturach i ciśnieniach, z którymi mamy do czynienia zachowują się tak jak gaz idealny. Dopóki nie macie w tyłku arktycznych temperatur, a ciśnienie nie starczy do rozsadzenia termoforu, nie zaprzątajcie sobie tą niedoskonałością głowy.

Masa molowa powietrza jest dość łatwa do obliczenia:

		Masa molowa	Zawartość
azot	N2	28	78.08%	21.86
tlen	O2	32	20.95%	6.70
argon	Ar2	40	0.93%	0.37
Dwutlenek węgla	CO44	44	0.04%	0.02
		SUMA	100%	28.96

Gazy inne to mniej niż 0,003%. Para wodna, natomiast, jeśli jest obecna, jedynie zmniejsza gęstość powietrza. Masa molowa pierdzioszka, to moment w którym robi się ciekawiej...

Gazy jelitowe pochodzą z kilku źródeł. Połykamy całkiem sporo powietrza, poza tym powstają one w wyniku fermentacji bakteryjnej i oczywiście metabolizmu. Pozbywamy się ich na trzy sposoby – część wybekujemy (nawiasem mówiąc, czy wiecie, że „krowi metan” pochodzi głównie z krowich beknięć, nie pierdnięć?), część dyfunduje, trafia do krwioobiegu, a następnie jest wydychana (dlatego część diagnostyki stanu jelit można prowadzić na podstawie badania wydychanego powietrza). Reszta opuszcza organizm gdy puszczamy wiatry. I tą resztą zajmiemy się dzisiaj.

Z przyczyn dla mnie kompletnie niezrozumiałych nie ma wiele literatury poświęconej temu zagadnieniu. Znalazłem kilka źródeł, które odwoływały się do siebie wzajemnie lub prowadziły do artykułu doktor nauk biomedycznych - Anne Marie Helmenstine, według której skład bąka przedstawia się następująco:

		Masa molowa	Zakres
azot	N2	28	20-90%
wodór	H2	2	0-50%
dwutlenek węgal	CO2	44	10-30%
tlen	O2	32	0-10%
metan	CH4	16	0-10%
smród	☣	45+	1%

Na pierwszy rzut oka widać, że pierd pierdowi nierówny. Jednym z kluczowych dla wyporności składników może być metan. Jak się okazuje, nie każdy z nas ma w jelitach bakterie produkujące ten gaz. W tej kwestii również trudno o rzetelne informacje, bo jedne źródła mówią, że raptem połowa z nas posiada odpowiednią faunę, inni twierdzą, że tylko jedna trzecia ludzi wzbogaca swoje wiatry metanem. Zanim przejdziemy do przykładów, słówko o “smrodzie”. Otóż ten niecały procencik zawiera między innymi metanotiol i siarkowodór. I to właśnie ten drobny ułamek bąka jest przyczyną niejednej kłótni, nerwowej atmosfery w windzie czy wzajemnych oskarżeń. Jest też jedną z cięższych frakcji w ludzkim bąku.

Jeśli założymy, że delikwent nie posiada tej cechy (nie produkuje metanu) i jego “produkt” zdominowany jest przez azot (50%) i dwutlenek węgla (30%) i dopełniony przez tlen (10%) i wodór (9%) z odrobiną smrodku (1%), to masa molowa wyniesie 31 gramów na mol. To ciężki bąk. Wypierdzenie tak skomponowanej mieszanki sprawi, że staniemy się lżejsi.

Jeśli jednak znajdziemy wybrańca zdolnego do produkcji metanu, jeśli nakarmimy go czymś bogatym w siarkę, brokułami, kapustą czy jarmużem, to może dojść do sytuacji, gdzie metan będzie stanowić 10% bąka, wodór 25%, dwutlenek węgla skromne 15%, tlen 5%, a całość dopełni smród (1%) i azot (44%). Wtedy masa molowa wyniesie raptem 23 gramy na mol. Taki bąk zatem w atmosferze ziemskiej będzie nam dawał wyporność i uwolnienie go zwiększy naszą wagę.

Kiedy dopiero zaczynałem pracę nad tym tekstem, myślałem, że metan jest języczkiem u wagi. Niektóre źródła twierdzą, że jeśli tylko generujesz metan, to bąk będzie lżejszy od powietrza. Więc gdybyśmy tylko wiedzieli, czy dana osoba produkuje metan, moglibyśmy udzielić w miarę zdecydowanej odpowiedzi, czy w jej przypadku staje się lżejsza czy cięższa. Teraz wiem, że nie jest tak prosto. To jednak nie powstrzyma mnie przed umieszczeniem tu poniższej sekcji...

NIE RÓBCIE TEGO W DOMU

Okej. Czyli zadałeś sobie to pytanie. “Czy ja produkuję metan?” Na pewno jest sporo metod by to sprawdzić. Mniej lub bardziej inwazyjnych. Można by próbować łapać gaz i oddać do jakiegoś laboratorium. Lub próbować zbadać florę jelitową… Ale można by też poczuć się jak astronom i dokonać naukowo brzmiącej analizy spektralnej.

To analiza spektrum światła pozwala nam badać gwiazdy, pulsary, kwazary, galaktyki, mgławice i supernowe, odległe o miliony lat świetlnych bez ruszania tyłka z Ziemi. Kolory światła mówią nam wiele o badanych obiektach. Wodór i metan są łatwopalne. Wodór płonie żółtym, wpadającym w pomarańcz kolorem. Metan płonie błękitnym ogniem. Just sayin’.

CIŚNIENIE

Pozostaje jeszcze jedna kwestia. Ciśnienie. Wbrew temu czego można by się spodziewać, gazy jelitowe nie znajdują się pod ogromnym ciśnieniem. Trafiłem na informacje o jednym badaniu, według którego ciśnienie w okrężnicy może być do 30% większe od atmosferycznego i traktować to należy jako ekstremum (widzieliście wzdęte pośmiertnie wieloryby?). Jeśli tak wygląda absolutna górna granica, uznałem, że może warto zerknąć na ciśnienie w typowym imprezowym baloniku przed pęknięciem. Tu z pomocą przybył Jerzy Michałowski, któremu serdecznie dziękuję za poświęcenie swojego czasu i umiejętności. Powiedział “mam czujnik ciśnienia, raspberry pi i kilka balonów”. A ja opanowałem się przed zacytowaniem Blues Brothers. Dwa tuziny godzin później okazało się, że balonik pęka przy 108 kPa, czyli około 6% ponad ciśnienie atmosferyczne. W sieci (wraz z czytelnikami) dotarłem do informacji o balonikach, którym wystarczyło 4% a nawet raptem 2,5% ciśnienia ponad atmosferyczne.

Jeśli jednak uwzględnimy ekstremalne ciśnienie, to nawet przy masie molowej zwiększonej o 30%, pierdzioszki o skrajnym składzie będą osiągać masy od 22 (lżejsze od powietrza) do 40 gram na mol (choć w tym wypadku naciągane jest mówienie o gramach na mol, ale idea pozostaje w mocy - gęstości powiększone o 30% będą zarówno większe jak i mniejsze od powietrza atmosferycznego).

KONKRET

Wiemy już, że bąk może zarówno zwiększyć jak i zmniejszyć naszą wagę. Pora jednak odpowiedzieć na pytanie jak bardzo. Jak bardzo zmieniłoby się wskazanie wagi, która byłaby w stanie uchwycić tak małe zmiany. Z samego faktu, że poruszamy się na samej granicy lżejszy/cięższy możemy się domyślać jak minimalny wpływ na wskazanie wagi wchodzi w grę.

Jeśli zgodnie z jednym z moich źródeł (które pokrywa się z powyższą tabelą rozpiętości składu wiatrów) założymy, że pierdzioszek waży ok. 37 miligramów, to jego wyporność może osiągnąć około 5-6 miligramów. Tak że puszczając taki wiatr, zyskamy dodatkową wagę dwóch głodnych komarów.

SIĘGAJĄC KOSMOSU

Trudno mi się rozstawać z tym tematem, więc mam jeszcze jedną myśl. Słyszeliście pewnie, że nowa generacja rakiet będzie stosować metan jako paliwo (New Glenn Jeffa Bezosa, podobnie jak BFR Elona Muska). Istnieje szereg powodów, które sprawiają, że sam dałem się przekonać, że to nie jest kombinowanie i że może nie jest to taka zła alternatywa dla latania “na wodę” (tzn spalając wodór i tlen). Mam nadzieję, że kiedyś napiszę o tych powodach, teraz jednak sięgnę po jeden, przytaczany przez Elona. Metan jest paliwem, które w miarę nieźle powinno dać się produkować na Marsie, więc rakiety mogłyby wracać z Czerwonej Planety korzystając z paliwa wytworzonego in situ. Wiecie gdzie z tym zmierzam…

Ile czasu potrzebowałaby setka kolonistów (założymy, że selekcja kolonistów odrzuca tych, którzy nie pierdzą metanem), by “zatankować” rakietę i wrócić na Ziemię? Starship (według bardzo wczesnych założeń), ma mieścić 240 ton metanu, to jest 240 000 000 gramów. Statystyczny bączek zawiera 1,8 miligrama metanu i puszczamy statystycznie 14 takich wiaterków dziennie, czyli 24 miligramów na dobę. Przy takich założeniach, setka marsjańskich osadników potrzebowałaby… 270 tysięcy lat by zatankować swój pojazd powrotny.


Źródła:
Air - Molecular Weight and Composition
What is the relationship between molar mass and density?
What Is a Fart Made Of? (rzekomo kolor płomienia)

Pressure – The Life of the Party (balon na imprezie)
Publikacja: Inflating a Rubber Balloon
Publikacja: Balloons revisited
Gas turbine combustion performance test of hydrogen and carbon monoxide synthetic gas - fotka płomieni

Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.
Jesteś zbulwersowany/zbulwersowana? Odwołaj patronat tutaj.