Что происходит с человеческим телом при сжигании

Огонь — это разрушительная сила, способная на громадные разрушения. Сожженные человеческие останки встречаются в различных ситуациях — это могут быть как погребальные урны, найденные в местах археологических раскопок, так и останки людей, погибших во время авиакатастроф и извержений вулканов, а также кремированных в наши дни, как ответ на пандемию. Несмотря на столь широкий круг контекстов, фактическое влияние огня на тело и костные ткани («термические изменения») одинаково. Многие аспекты изменений, вызываемых воздействием огня, аналогичны изменениям при нормальном диагенезе — только происходят они гораздо быстрее. Важно отметить, что при сжигании скелет не «превращается в пепел». Даже в современных крематориях, в которых происходит эффективное сжигание при высоких температурах, скелетированные останки сохраняются. Их извлекают из крематора и помещают в так называемый кремулятор, в котором кости перемалываются в пыль. Это делается потому, что люди не испытывают желания рассеивать фрагменты останков своих близких, сохранившие отчетливо человеческие формы.

Как ведет себя тело при сжигании

Человеческое тело состоит из мягких и твердых тканей, и огонь оказывает огромное воздействие и на те, и на другие. Огонь может приводить к смерти по-разному, но чаще всего это происходит либо за счет “высокой температуры”, либо за счет “удушающего действия” образующегося дыма. Дым мешает организму получать кислород и может содержать ядовитые вещества, которые могут привести к смерти человека. Высокая температура пламени вызывает сильные повреждения тела.

Под воздействием пламени мягкие ткани сокращаются, вследствие чего кожа повреждается, а жировая клетчатка и мышечная ткань уменьшаются в размерах. В размерах уменьшаются и внутренние органы. В результате горения мышцы сокращаются, что вызывает сгибание в суставах. Как следствие, пострадавшие от огня тела часто находят в так называемой позе боксера. Эта особенность хорошо прослеживается по останкам, обнаруженным в древнем городе Помпеи (79 г. н. э.), ancient city of Pompeii (AD 79) многие жители которого погибли при извержении Везувия вследствие высокой температуры пирокластического потока.

Сожженные кости

Высокая температура также серьезно повреждает кости. Скелет сгорает неравномерно. Некоторые кости горят быстрее, чем другие: это объясняется рядом факторов, например распределением жировой ткани в организме, близостью источника тепла и так далее. Представленные ниже плечевые кости принадлежат одному и тому же человеку, однако более темная из них, расположенная слева, горела с меньшей интенсивностью, чем кость справа, которая полностью прокалилась.

Плечевые кости одного и того же человека. Обратите внимание на различную окраску (авторское право — Joy Szigeti)

Зачастую периферические кости рук и ног горят не столь интенсивно, как кости, расположенные ближе к центру тела, где находится бо́льшая часть запасов жировой ткани. Содержащийся в теле жир служит источником топлива, и останки людей, у которых содержание жира выше, горят с большей интенсивностью, чем останки очень худых людей. При сжигании костная ткань проходит четыре стадии видоизменений.

1) Дегидратация

Потеря воды костной тканью за счет испарения влаги при нагревании. Происходит при температуре 100—500 °С.

Несгоревший фрагмент кости животного (слева) и частично обезвоженный фрагмент кости животного, подвергшийся сжиганию при низкой температуре (справа)

2) Разложение

Утрата органического компонента кости (коллагена).

Фрагменты кости животного, обезвоженные в результате сжигания (слева), и фрагменты, подвергшиеся разрушению вследствие более интенсивного сжигания (справа)

3) Инверсия

Изменения неорганической, минеральной части костной ткани, карбонатов. Это происходит при температуре 500—1100 °С.

Разложившиеся фрагменты кости животного (слева) и фрагменты с признаками инверсии в результате более интенсивного горения (справа)

4) Сплавление

Кристаллы, образующие минеральный компонент костной ткани, начинают плавиться и коалесцируют. Это происходит при температуре 700—1200 °С.

Фрагменты справа проявляют признаки сплавления в результате более высокой интенсивности сжигания

Эти четыре стадии сжигания не имеют строгой последовательности: на разных участках одной и той же кости могут одновременно проявляться признаки всех четырех стадий.

Что означают эти изменения?

На различных стадиях сжигания происходит ряд изменений структуры и внешнего вида костных останков. Такие изменения могут затруднить работу антропологов, составляющих остеологическую характеристику по сожженным останкам.

На стадиях обезвоживания – дегидратации и разложения увеличивается пористость (небольшие отверстия) костной ткани, что приводит к повышенной ломкости и фрагментации. Именно поэтому сожженные останки часто сильно фрагментированы.

Потеря органического материала также приводит к существенному изменению цвета. В течение уже многих десятилетий антропологи и археологи используют изменение окраски сожженной костной ткани для определения температуры, достигнутой при горении. Эта информация может стать основой для предположений относительно процесса сжигания. По мере горения костей их цвет меняется от естественного кремово-коричневого до темно-серого, черного, затем светло-серого и чистого белого. Проблема цветового метода состоит в том, что на изменение окраски влияет не только температура, но и продолжительность сжигания, концентрация кислорода, объем мягкой ткани и так далее.

На стадиях инверсии и сплавления происходит реорганизация минеральной структуры костной ткани, что приводит к ее уменьшению в размерах, снижению пористости, увеличению степени кристалличности и превращению в материал, больше напоминающий керамику. На самом деле, при очень интенсивном сжигании кость прокаливается, после чего может на ощупь и по звучанию стать похожей на керамику. Таким образом, переход к напоминающей керамику кристаллической структуре позволяет кости, сожженной в пламени высокой интенсивности, сохраняться в земле гораздо лучше, чем кости, сожженной в пламени с меньшей интенсивностью.

Ниже представлен ряд изображений костей, сжигавшихся в пламени с разной интенсивностью. Изображения получены методом сканирующей электронной микроскопии. Видно, что при сжигании низкой интенсивности на поверхности кости образовались отверстия и разломы, причем при сжигании средней интенсивности они становятся больше. Эти признаки говорят о том, что кость стала более хрупкой и может не так хорошо сохраняться в земле. Затем, при сжигании более высокой интенсивности, отверстия уменьшаются, а трещины исчезают. Именно в этот момент кость становится несколько похожей на керамику и затем лучше сохраняется в земле.

Характерные переломы, возникающие в процессе сжигания

При сжигании свежих костей (т. е. тела, не лишившегося мягких тканей) видны характерные U-образные переломы. Они могут возникать и спустя некоторое время после смерти, но после разложения мягких тканей кость перестает повреждаться таким образом.

U-образные переломы на трубчатой кости (авторское право — Joy Szigeti)

Если тело сжигают после того, как мягкие ткани разложились, образуется сетчатая структура переломов (растрескиваний) (см. ниже).

Сетчатая структура переломов на неолитической кости с о-ва Гернси (Cataroche, Gowland 2015)

Иногда тело сжигают после полного разложения. На то может быть несколько причин: например, пожар в здании, где находилось тело, или попытка преступников увести судебную экспертизу и расследование по ложному следу. В таких случаях, изучив малозаметные изменения поверхности и микроструктуры, вызванные воздействием пламени, мы можем сказать, предшествовало ли сжиганию существенное разложение.

Антропологическое исследование

По кремированным человеческим останкам можно определить приблизительный возраст на момент наступления смерти и половую принадлежность. На сожженных останках можно увидеть и признаки патологий, включая болезни суставов и следы от режущих орудий. Эти признаки дают полезную информацию в судебно-экспертном контексте, так как преступники часто считают, что сжигание трупа позволяет избавиться от следов травм (в том числе ножевых ранений и расчленения), однако это не всегда верно.

ДНК может сохраняться в костной ткани, но часто она деградирует. По сожженным останкам можно установить и количество стабильных изотопов стронция, а в Даремском университете в настоящее время проводятся исследования того, при какой температуре сохраняется коллаген, необходимый для анализа на углерод и азот. Дополнительные примеры недавних экспериментов, призванных помочь в судебно-медицинском исследовании человеческих останков, представлены в следующем разделе.