Thuốc nổ đã định hình thế giới của chúng ta như thế nào?

Lịch sử đẫm máu của thuốc nổ

Chiếc hộp, nằm trong một căn phòng nhỏ ở phía xa giữa kiện hàng vô chủ, dường như đang bị rò rỉ. William Haven và Francis Webster, hai nhân viên được điều đi kiểm tra, đã mang theo công cụ cần thiết để cậy mở chiếc hộp. Không ai biết họ đã làm gì, nhưng một tiếng nổ long trời lở đất đã phát ra từ căn phòng chứa chiếc hộp. Vụ nổ làm vỡ mọi cửa kính trên con phố, thậm chí sóng chấn động còn chọc thủng kính ở một số ngôi nhà nằm cách đó nửa cây số. Haven và Webster chết ngay tại chỗ, cùng 13 người khác đang làm việc ở các tòa nhà xung quanh. 

Sự việc xảy ra vào tháng 4.1866 và chiếc hộp đặt trong văn phòng của Doanh nghiệp Wells, Fargo & Co. nằm ở San Francisco, Mỹ, chứa đầy một loại chất lỏng được gọi là “dầu nổ của Nobel”. Chất lỏng này được tờ Placer Herald ở California mô tả trong một bản tin sống động về sự kiện là “vật liệu nổ mới mạnh hơn 5 lần so với thuốc súng”.

15 người kể trên không phải là những nạn nhân đầu tiên của loại chất lỏng dễ phát nổ mà Alfred Nobel đã sản xuất và kinh doanh. Cách đó 2 năm, người em trai Emil Nobel của nhà phát minh Thụy Điển cũng thiệt mạng trong một vụ nổ khác xảy ra tại nhà máy của gia đình ở Stockholm. 

Chất nổ khi ấy đang là một công cụ cực kỳ quan trọng với nhiều ngành công nghiệp. Người ta sử dụng chất nổ để khai thác đủ loại nguyên liệu, từ muối mỏ cho tới bạc. tuy nhiên, dầu nổ là một chất liệu cực kỳ bất ổn định và các vụ nổ ngoài ý muốn do tai nạn là chuyện xảy ra như cơm bữa. Tạo ra một chất nổ an toàn hơn, vì vậy, là thách thức cực lớn. 

Cần biết rằng trong gần 1.000 năm, chất nổ được dùng rộng rãi duy nhất là thuốc nổ đen. Đây là một hỗn hợp của bột lưu huỳnh, than và kali nitrat. Thuốc nổ đen vẫn còn được xem như dạng chất nổ có năng lượng yếu. Thông qua phản ứng cháy, chất này tạo ra nhiệt, khí. Nếu phản ứng cháy của thuốc nổ đen diễn ra trong không gian kín, nó sẽ tạo ra nặng lượng nổ, đủ để đẩy viên đạn ra khỏi nòng súng. Với số lượng lớn, thuốc nổ đen đủ sức khuất phục các khối đá cứng đầu. Trong ngành công nghiệp khai khoáng và kỹ thuật, thuốc nổ đen từng được coi là công cụ thiếu chính xác nhưng người ta vẫn phải sử dụng, vì không có lựa chọn nào khác.

Năm 1847, một nhà hóa học Italia có tên Ascanio Sobrero đã trộn rượu đa chức glycerol với axit nitric và sulphuric để tạo ra nitroglycerin – chất nổ mạnh đầu tiên của thế giới. Khi tiếp xúc với lửa, nitroglycerin không cháy từ từ mà bùng nổ. Mối liên kết phân tử giữa các thành phần carbon, nitơ, hydro và oxy trong nictroglycerin sẽ bị phá vỡ và từ dạng lỏng, chúng biến thành các loại khí như đinitơ và CO (carbon monoxide). Phản ứng dây chuyền sẽ diễn ra trong toàn bộ lượng chất nổ lỏng, tạo ra một sóng xung kích tốc độ siêu âm kèm theo nhiệt độ cực cao. Kết quả từ phản ứng là một năng lượng nổ mạnh hơn thường xuyên lần thuốc nổ đen. 

Điều đáng chú ý là nitroglycerin rất dễ bị kích hoạt. Chỉ một cái xóc nảy bất ngờ cũng có thể gây ra phản ứng nổ. Điều này khiến nitroglycerin trở thành một chất rất thiếu ổn định, không đáng tin cậy, tới mức Sobrero cũng không tin nó có bất kỳ giá trị thực tiễn nào. 

Alfred Nobel, khi ấy là một nhà khoa học trẻ, không đồng ý với đánh giá của Sobrero. Ông tin rằng, nitroglycerin có thể được dùng và kiểm soát sức mạnh. Người ta có khả năng kích nổ theo ý muốn, từ một khoảng cách an toàn. 

Năm 1863, Nobel phát minh ra một thiết bị kích nổ từ xa. Nó là một hộp thiếc nhỏ chứa đầy chất thủy ngân fulminat, được sắp xếp để tạo thành một mồi cháy chậm. Khi tiếp xúc với lửa, thủy ngân fulminat sẽ cháy từ từ, cho tới khi nó chuyển vụ cháy sang khoang chứa nitroglycerin.

Chỉ trong vài năm sau, 16 nhà máy chế tạo chất nổ mà Nobel đồng sở hữu đã được chế tạo tại 14 quốc gia, gồm công ty Dầu nổ Hoa Kỳ nằm trên đất Mỹ. Nhưng kể cả khi đã được trang bị mồi cháy chậm, qua đó giúp người sử dụng kiểm soát thời gian diễn ra vụ nổ, nitroglycerin dưới dạng chất lỏng vẫn cực kỳ nguy hiểm. Vô số các vụ nổ do tai nạn đã xảy ra, thậm chí khiến công chúng bắt đầu oán ghét phát minh mồi nổ chậm của Nobel. 

Để hiểu vì sao chất nổ của Nobel, được tạo ra sau chất nổ lỏng, mang tính cách mạng thì người ta cần sự đánh giá của chuyên gia. Larry Glenn Hill – một nhà vật lý chuyên nghiên cứu về các vụ nổ ở Phòng nghiên cứu Quốc gia Los Alamos, Mỹ – cho biết: “Một vụ nổ là một tiến trình kỳ diệu được chuyên biệt hóa cao, liên quan tới sự kết hợp của hai cấu trúc. Đầu tiên là sóng xung kích và thứ hai là sóng cháy”. 

Một sóng xung kích hình thành khi có sự tăng lên cực mạnh về áp suất, nhiệt độ, khiến không khí xung quanh bị ép chặt lại và đẩy đi xa với tốc độ siêu âm. Và khi năng lượng từ vụ nổ tỏa ra xa, nó đồng thời tạo ra nhiệt độ, qua đó hình thành sóng cháy. “Một vụ nổ có thể được xem như một sóng xung kích được phản ứng cháy hỗ trợ, hoặc một sóng xung kích gây cháy, tùy vào cách người ta nhìn nhận”, Hill nói.

Dưới những khó khăn phù hợp, như bị va chạm mạnh trong lúc vận chuyển, nitroglycerin có thể bị kích thích bởi sóng áp lực và hạ thấp nhiệt độ sôi, tạo ra các bong bóng khí trong thùng chứa. Các đợt sóng áp lực tiếp theo có khả năng làm vỡ bóng khí và sự vỡ này sẽ phát sinh nhiệt cao, gây ra phản ứng nổ ngoài mong muốn. 

Chất nổ “an toàn nhất”

Làm việc tại một phòng nghiên cứu nằm trên hồ Mclaren ở Thụy Điển, Nobel quyết tâm ổn định nitroglycerin thông qua việc trộn nó với các chất có khả năng giúp việc vận chuyển trở nên an toàn hơn. Ông thử trộn chất nổ lỏng với bột gạch, mùn cưa, bột than rồi kích nổ chúng bằng mồi cháy chậm. Cuối cùng, vào năm 1867, ông đã lựa chọn đất tảo silic (diatomaceous earth), một phụ gia có bề ngoài giống bụi đường. Chất liệu này đã phát huy tác dụng và biến nitroglycerin lỏng thành một chất dẻo, qua đó ngăn bong bóng nguy hiểm hình thành khi vận chuyển. 

“Thời Nobel, người ta chưa hiểu rõ tận gốc cơ chế phát nổ của nitroglycerin lỏng” – Hill nhận xét. “Ông đã phát minh ra chất nổ dẻo, trong nỗ lực cứu vãn danh tiếng của mình và công ty. Tình cờ ông thấy rằng, việc thêm đất tảo silic đã thỏa mãn bắt buộc”. 

Đầu tiên Nobel bán chất nổ mới ra thị trường với cái tên “Chất nổ an toàn của Nobel”. Sau đó, ông gọi chất nổ mới được bán ra thị trường dưới dạng các thanh nhỏ dài vài cm bọc trong giấy thô là “dynamite”, trong tiếng Hy Lạp cổ có nghĩa là “sức mạnh”.

Ngay lập tức, chất nổ dẻo của Nobel trở thành công cụ không thể thay thế của các kỹ sư. Lực nổ mạnh của nitroglycerin, kết hợp với mồi cháy chậm của Nobel, có khả năng khuất phục các khối đá cứng đầu nhất trong thời gian cực ngắn. Việc chất nổ dẻo rất ổn định cũng có nghĩa người ta có thể vận chuyển chúng đi rất xa, tới những khu vực đường xá không được tốt, mà không phải lo về vấn đề an toàn. 

“Chất nổ dẻo xuất hiện khi đường sắt đang tiến sâu vào các khu vực chưa được khai phá và người ta cần chúng để vượt qua các dãy núi lớn” – Henry Petroski, một giáo sư về kỹ thuật dân dụng ở Đại học Duke – cho hay. “Đi thẳng hiệu quả hơn thường xuyên so với việc lên và xuống núi. Thuốc nổ dẻo lại rất rất cần thiết trong việc tạo ra các đường hầm” – ông nói.

Thực tế, một số dự án mang tính biểu tượng của người Mỹ trong giai đoạn cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 có khả năng đã không ra đời nếu thiếu chất nổ dẻo. Trong những năm 1930, khi làm công nhân bắt tay vào xây dựng Đập Hoover, họ buộc phải can thiệp vào dòng chảy của con sông. “Họ đã phải dùng thuốc nổ dẻo để đào hầm thông qua các vách núi nằm dọc theo hai bờ sông” – Petroski nói. Tại các đô thị lớn, thuốc nổ được dùng để đào hố sâu xuống dưới tận nền đá hoa cương, tạo phần đế vững chắc cho các cao ốc chọc trời. 

Khi thuốc nổ dẻo thúc đẩy các dự án lớn trên bề mặt Trái đất, nó cùng lúc ấy cũng tạo điều kiện cho các hoạt động khác nằm sâu dưới lòng đất. hoạt động khai khoáng sẽ không thể có quy mô như hiện nay với thuốc nổ đen, vốn chỉ đủ mạnh để phá những mảng đá nhỏ. trong lúc đó, chất nổ lỏng dù mạnh nhưng lại quá nguy hiểm, gây ra quá thường xuyên cái chết. Thuốc nổ dẻo mang tới những điều tốt đẹp nhất của hai loại thuốc nổ xuất hiện trước nó. Và thuốc nổ đã trở thành động lực để tạo ra thế giới hiện đại.

“Người ta có câu, nếu thứ gì không thể trồng được, bạn chỉ có nó bằng cách đào” – Lee Fronapfel, quản lý mỏ tại Mỏ thử nghiệm Edgar tại Colorador – cho biết. Ông chỉ ra thực tế này trong các vật liệu xây dựng phổ biến hiện nay: Quặng để tạo bê tông, nhôm, titan và thường xuyên thức khác. Tất cả đều đặn được đào lên sau khi người ta sử dụng thuốc nổ để khai phá lòng đất. “Thế giới Hiện tại có rất ít thứ không dính dáng gì tới hoạt động khai mỏ. Thiếu thuốc nổ, bạn sẽ không thể có các loại khoáng chất cần thiết để tạo ra đồng và dây điện, chưa nói tới việc có điện để sử dụng. Nếu thiếu thuốc nổ dẻo, có lẽ chúng ta còn chưa thoát khỏi thời đồ đá” – Fronapfel tuyên bố. 

Nobel đã khiến thuốc nổ dẻo trở thành công cụ thiết yếu cho nhân loại, nhưng nó không phải là một giải pháp an toàn tuyệt đối. “Thuốc nổ dẻo có hiện tượng đổ mồ hôi. Nếu để yên ở một chỗ trong thời gian quá dài, chất nitroglycerin sẽ thoát ra khỏi khối thuốc và động thành vũng xuống dưới sàn thùng chứa” – Hill nói. 

Di sản của “thương gia tử thần”

Dù có đặc tính ổn định hơn thường xuyên nitroglycerin nguyên chất, thuốc nổ dẻo vẫn không an toàn 100%. Tháng 9.1904, một chiếc xe chở hàng ở Boston đã đâm phải một thùng chứa 25kg thuốc nổ dẻo và vụ nổ hình thành sau đó đã khiến 10 người có mặt trong bán kính 30m thiệt mạng. 

Năm 1913, một vụ nổ bất ngờ đã xảy ra trên chuyến phà chở 340 tấn thuốc nổ dẻo đang chuẩn bị cập cảng Baltimore đã làm ít nhất 50 người thiệt mạng và vô số người bị thương. Năm 1926, tại Arizona, một chiếc máy đào hầm lò cỡ lớn nhất trên thế giới khi ấy cùng hai người điều khiển thiết bị đã thiệt mạng do họ vô tình đào trúng một ổ chứa chất nổ dẻo bị xịt kíp cháy chậm. 

Nobel đã dành phần còn lại của sự nghiệp để liên tục thống kê chất nổ dẻo, trong nỗ lực nhằm làm tăng độ an toàn và hiệu quả của sản phẩm. “Phát minh lớn nhất của ông là thêm chất nitrocellulose vào thành phần, trong vai trò một nguyên liệu rắn thay cho đất tảo silic” – Hill nói. Khi sử dụng nitrocellulose, Nobel đã tăng độ mềm dẻo của hỗn hợp. Kết quả là ông có chất nổ mới còn dẻo hơn trước, mạnh hơn và thời hạn sử dụng lâu hơn thường xuyên chất nổ dẻo ban đầu. 

“Không giống như chất nổ dẻo ban đầu, nitroglycerin lỏng không bị rò ra ngoài trong hợp chất mới” – Hill nói. Kết quả là nó trở nên an toàn hơn thường xuyên. Chất nổ dẻo mới cũng có thể được dùng dưới nước, khiến cho việc đào hầm xuyên qua các con sông, hồ trở nên dễ dàng hơn. 

Tất nhiên, không những có ngành khai khoáng và kỹ thuật nhìn thấy tiềm năng của chất nổ dẻo. Nobel còn vô tình tạo ra một công cụ gây ra chiến tranh mới. Thuốc nổ dẻo lần đầu được sử dụng như vũ khí trong cuộc chiến tranh Pháp Phổ vào năm 1870. Giai đoạn từ 1881 tới 1885, các tay súng Cộng hòa Ai Len đã đặt bom làm từ thuốc nổ dẻo tại các tòa nhà chính phủ và mục tiêu quân sự tại Anh, khiến hơn 80 người bị thương. 

Quân đội Mỹ cũng tạo ra vũ khí dựa vào phát minh của Nobel. Khẩu pháo bắn thuốc nổ dẻo đầu tiên do sĩ quan Edmund Zalinski tạo ra có thể bắn một đầu đạn chứa chất nổ đi xa tới 5.000m. Pháo của Zalinski đã được lắp đặt để bảo vệ bờ biển ở San Francisco và New York. 

Chính việc thuốc nổ dẻo được dùng làm vũ khí đã khiến một tờ báo Pháp từng gọi Nobel là “thương gia tử thần” vào năm 1888. Nghiệt ngã thay, Nobel lại là người cổ súy cho hòa bình. Ông từng tin rằng, danh mục mình tạo ra có khả năng giúp ngăn ngừa chiến tranh, thông qua có khả năng tàn phá khủng khiếp của nó. “Có lẽ các nhà máy của tôi sẽ chấm dứt chiến tranh sớm hơn so với hành động của các quốc hội” – Nobel từng viết cho một người bạn. “Trong cái ngày mà hai đạo quân có khả năng hủy diệt nhau hoàn toàn chỉ sau một giây, tất cả quốc gia văn mình đều đặn sẽ co mình lại vì sợ hãi và giải tán hoàn toàn quân đội”. 

Khi Nobel qua đời vào năm 1896, ông đã sở hữu gần 100 nhà máy sản xuất chất nổ, đạn dược trên thế giới và thuốc nổ dẻo khiến ông thành người giàu có. Ông để lại phần lớn gia sản của mình trong một quỹ tín thác, qua đó tạo ra giải Nobel danh giá, chuyên tôn vinh những nhà khoa học, bác sĩ, nhà văn và những ai theo đuổi mục tiêu hòa bình. 

Hơn 150 năm sau khi ra đời, thuốc nổ dẻo vẫn được sử dụng. mặc khác, người ta không dùng nó thường xuyên như trước. Ngành công nghiệp khai mỏ hiện sử dụng các liều nổ yếu hơn – làm từ amoni nitrat và dầu diesel – nhưng rẻ hơn so với chất nổ của Nobel. Với những phiến đá khó nhằn họ mới sử dụng chất nổ dẻo hoặc các loại chất nổ khác có thể tạo ra những kết quả chính xác như nhu cầu. 

Theo Fronapfel, chất nổ dẻo vẫn là công cụ phù hợp cho một vài công việc, nhưng công nghệ chất nổ đã không dừng lại mà liên tục tiến hóa. vì vậy, di sản thực sự mà Nobel để lại khi tạo ra chất nổ dẻo – ngoài giải Nobel – chính là những thứ như chất lithium trong mỗi viên pin điện thoại và chất silicon trong các chíp máy tính. Cả hai nguyên liệu này đã được khai thác từ lòng đất. “Chúng ta có được tất cả nguyên liệu như vậy nhờ Nobel và chất nổ dẻo của ông” – Fronapfel nói. “Sẽ không ngoa khi nói rằng nếu muốn xây dựng lại thế giới này, bạn phải bắt đầu bằng việc cho nổ tung nó lên trước”.