Роберт Хейзен - Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

В «Части II – Воздух» рассказывается о величавом углеродном цикле Земли. Атомы углерода постоянно перемещаются между различными геохимическими резервуарами, мигрируя из океана в атмосферу и обратно, опускаясь в недра Земли при движении литосферных плит и выбрасываясь снова на поверхность с горячими газами, выделяемыми сотнями действующих вулканов. Миллионы лет этот глубинный углеродный цикл пребывал в надежном равновесии, но сейчас оно нарушается человеческой деятельностью, что может привести к нежелательным последствиям. Будучи медленной частью симфонии, эта тема взывает к более мягкому, нежному исполнению.

Динамичная роль углерода в энергетике и промышленности, а также все более активное его применение в высоких технологиях требуют острого, быстрого скерцо «Части III – Огонь». Углерод – «материальный» элемент, элемент вещей, он входит в состав повсеместно необходимых для нашей жизни материалов, обладающих множеством свойств. Истории ученых и музыкантов перемежают это скерцо подобно тому, как углерод пронизывает каждый аспект нашей жизни.

И наконец, в «Части IV – Вода» мы исследуем происхождение и эволюцию жизни. Эта часть начинается спокойно – так и жизнь появлялась из первозданного океана Земли, но неустанно ускоряется вместе с поразительным эволюционным многообразием и новшествами жизни. Симфония углерода стремится к единому финалу, в котором соединяются многие темы исследований углерода.

Занимайте свои места. Гаснет свет. Наша история начинается с самого начала – еще до углерода, даже еще до того, как Вселенная собралась возникнуть из абсолютного небытия.

Великая симфония углерода началась с короткой бурной прелюдии немногим позже возникновения Вселенной 13,8 млрд лет назад. Некоторое время после Большого взрыва не украшал собою Космос ни единый атом. Вселенная была слишком горячей, слишком хаотичной. Плотной разогретой смеси материи и энергии нужно было сначала расшириться и охладиться, прежде чем основные частицы могли образовать вещество звезд, планет и жизни. В безумном вихре первыми появились водород и гелий, заложив основу почти для всех известных нам материальных объектов. Но только недавно стало известно, что тогда же образовались и многие более тяжелые атомы. Среди них – необходимые для жизни углерод, азот и кислород.

Ученые долгое время утверждали, что история углерода началась в звездах – вероятнее всего, через миллионы лет после Большого взрыва. Об этом писали в десятках учебников и многочисленных научных статьях. Тот факт, что мы оказались введены в заблуждение, подчеркивает важность ключевых тем изменчивого, сводящего с ума и захватывающего мира исследований углерода. Как можно избежать таких ловушек? Да вот как: сомневаться в каждой предпосылке, проверять и перепроверять результаты и быть готовым к сюрпризам.

Задолго до первого поколения звезд единственным процессом образования атомов в истории Вселенной было уникальное мимолетное событие – 17-минутный всплеск ядерного творчества, названный нуклеосинтезом Большого взрыва, или НБВ [11] О нуклеосинтезе во время Большого взрыва см.: Carlos A. Bertulani, Nuclei in the Cosmos (Singapore: World Scientific, 2013). . Большой взрыв – исключительное, загадочное мгновение, случившееся 13,8 млрд лет назад, когда вся материя, и энергия, и сам космос внезапно возникли в одной точке, – дал начало расширению Вселенной, продолжающемуся до сих пор. Расширение означает охлаждение, а с охлаждением пришла череда уплотнений – физики называют это застыванием – каскадов преобразований, каждое из которых делало космос все более организованным и интересным.