Анья Рёйне - Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы

Все планеты вращаются вокруг звезды. Чем ближе к звезде расположена планета, тем сильнее ее нагревает излучение – результат протекающих в недрах звезды реакций. В Солнечной системе ближайшие к Солнцу планеты очень горячие. Сегодня температура на их поверхности превышает четыре сотни градусов. На самых отдаленных планетах холодно. Солнечные лучи не разогревают их выше нуля градусов. Самые далекие планеты – замерзшие миры, где температура примерно 200 градусов ниже нуля.

Но одна планета расположена в самой подходящей точке. В пригодной для жизни области космоса температура на планете настолько низкая, что вода не кипит, и настолько высокая, что не превращается в лед [7] «Пригодная для жизни область» – территория на подходящем расстоянии от звезды. См. определение понятия «пригодная для жизни область» у НАСА: nasa.gov/ames/kepler/habitable-zones-of-different-stars. . Это планета Земля – она и станет нашим домом.

Правда, вначале Земля была раскаленной, даже жидкой. С ней регулярно сталкивались крупные и мелкие метеориты. Один из них обрушился на Землю с такой силой, что материя, оторвавшаяся в результате столкновения, образовала на орбите сгусток – так появилась Луна [8] Теории о происхождении Луны: R. Boyle, «What Made the Moon? New Ideas Try to Rescue a Troubled Theory». Quanta Magazine, August 2, 2017, quantamagazine.org/what-made-the-moon-new-ideas-try-to-rescue-a-troubled-theory-20170802. .

По мере того как Земля постепенно остывала в холодном космосе, тяжелые элементы, такие как железо, золото и уран, оседали ближе к центру жидкого шара [9] Тяжелые элементы осели к центру Земли, а те, что мы добываем из земной коры, появились позже с метеоритами (гипотеза позднего привноса, англ. late veneer hypothesis): Robb (2005). . Легкие элементы (кремний и главные компоненты наших тел – углерод, кислород, водород и азот), напротив, остались на поверхности и постепенно образовали прочную кору из породы, содержащей кремний, а с внешней стороны оказалась газовая атмосфера.

В первичной атмосфере образовались молекулы – группы атомов, в которых два атома водорода соединились с одним атомом кислорода. Это вода. В половине седьмого вечера температура упала настолько, что молекулы воды сбились в капли. Когда капли увеличились и в размере, и по весу, на поверхность пролился дождь – появился первый теплый океан [10] B. Dorminey, «Earth Oceans Were Homegrown», Science, 29 ноября 2010 г., sciencemag.org/news/2010/11/earth-oceans-were-homegrown. .

В глубине океана произошло поистине волшебное событие. Углерод, водород и кислород, сцепившись друг с другом, образовали крупные молекулы – в них также содержалось небольшое количество серы, азота и фосфора. В какой-то момент молекулы приобрели структуру, давшую им возможность создавать собственные копии, объединяя расположенные поблизости от них химические элементы по той же схеме. Это основа жизни. Когда эти молекулы из сложной химической системы превратились в живой организм? Жизнь появилась сразу, в одной точке, или же захватила планету после целого ряда попыток? На данный момент у ученых нет ответа на этот вопрос, но мы сами – доказательство того, что жизни улыбнулась удача.

Металлами, осевшими в центр планеты, человечество не воспользуется никогда. Просто они залегают слишком близко к центру Земли. К счастью, около 10 часов вечера в пятницу произошло событие, которое окажет решающее воздействие на то, как люди выстроят общество. Остаток вечера Землю обстреливали метеориты. Ученые точно не знают почему. Возможно, устанавливались орбиты крупных планет и это влияло на движение материи в Солнечной системе. В любом случае металл из этих метеоритов усеивал всю земную кору и не оседал к центру, поскольку земная кора стала крепче. Из этого металла сегодня мы делаем автомобили и вилки.

Примерно за полчаса до перехода от пятницы к субботе земная кора стала трескаться и двигаться [11] Когда началась тектоника плит? О различных теориях и результатах: B. Stern, «When Did Plate Tectonics Begin on Earth?», Speaking of Geoscience: The Geological Society of America’s Guest Blog , 15 марта 2016 г., speakingofgeoscience.org/2016/03/15/when-did-plate-tectonics-begin-on-earth. . Кора нашей планеты по-прежнему состоит из плит, перемещающихся по океану вязкой расплавленной породы. Снаружи, на поверхности, так холодно, что, когда расплавленная порода вырывается на поверхность через трещины между плитами, она застывает и становится земной корой. Поэтому плиты, перемещаясь относительно друг друга, постоянно меняют форму. Когда сталкиваются континенты, расположенные на двух плитах, образуются горные цепи – прямо сейчас таким образом формируются Гималаи: Индия поджимает Азию с юга. Во многих местах плита с тонким океанским дном проскальзывает под толстую земную кору континента, расположенного на другой плите. Сегодня это происходит вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки. Где-то литосферные плиты трутся друг о друга, двигаясь плечо к плечу. Иногда они застревают, а в итоге, проскальзывая, вызывают крупные землетрясения. Разрушается порода, и в коренной породе возникают крупные системы трещин, или разломы.

Совместное движение литосферных плит сейчас носит название «тектоника плит». Из всех планет Солнечной системы только у Земли столь активная поверхность [12] В силу своих размеров и удаленности от Солнца Марс и Меркурий уже давно полностью остыли, а на Венере тектоническая активность проявляется другими способами, менее активно (про спутники планет здесь речи не идет). – Прим. науч. ред. . Сложно сказать, почему движется именно кора Земли, но без этого движения наша планета оказалась бы мертвой. Благодаря тектонике литосферных плит вещество Земли находится в постоянном движении: на поверхности оказывается то, что унесли в океан воды и ветры, и то, что было похоронено на морском дне миллионы лет. В земной коре возникают разломы, через которые из глубин выносятся химические элементы [13] Химические элементы выносятся не только водой, но и лавами и другими способами. – Прим. науч. ред. . Сегодня из оставшихся разломов такого рода мы извлекаем золото и иные металлы.

Земная кора подвергалась метеоритной бомбардировке примерно до ночи субботы, до 00:45 [14] Не существует точного ответа на вопрос о длительности и точных сроках «бомбардировки земной коры» (поздней тяжелой бомбардировки). См. статью в Википедии «Late Heavy Bombardment», обновлено 19 июня 2018 г., en.wikipedia.org/wiki/Late_Heavy_Bombardment. . Затем обстановка на планете стала спокойнее. До половины шестого утра на Земле появилось магнитное поле – невидимый щит, защищающий Землю от наиболее мощных и опасных излучений Солнца [15] Согласно новым результатам, магнитному полю Земли минимум 4 миллиарда лет (до полуночи), а не 3,2 миллиарда лет, как предполагалось ранее. S. Zielinski, «Earth’s Magnetic Field Is at Least Four Billion Years Old», Smithsonian , 30 июля 2015 г., smithsonianmag.com/science-nature/earthsmagnetic-field-least-four-billion-years-old-180956114. . Не будь подобной защиты, чтобы выжить, нам пришлось бы находиться в подземных пещерах.