Роберт Гейзен - Історія Землі

Варто зазначити, що такі свідчення можуть й досі існувати у вигляді метеоритів, що були викинуті з первинної поверхні Землі в час потужних зіткнень мільярди років тому, а згодом знову повернулися на Землю чи опинилися на сусідньому Місяці. Такі зразки мусять існувати, може навіть з надлишком, а деякі, певно, навіть і не змінилися з того часу. Насправді пошук цих найдавніших реліктів уважають одним з основних наукових обґрунтувань питання, чому саме необхідно продовжувати місячні експедиції. Детальні геологічні дослідження поверхні супутника можуть увінчатися знахідкою заблудного гадейського каміння, що відкриє нам правду про неприступне минуле Землі.

Але якою б чудовою не видавалася перспектива потримати в руках уламок першої затверділої породи з поверхні Землі, ми не зовсім вже в безвиході. На Землі відбуваються все нові й нові зміни, але закони хімії та фізики непорушні. Чотири з половиною мільярда років тому ці закони хімії та фізики панували так само, як і завжди, й не змінять їх ані потужні удари, ані ще якісь клопоти планетного масштабу.

Еволюція Землі на початках її існування стала наслідком двох взаємопов’язаних хімічних реалій: космохімії (утворення елементів) та петрохімії (утворення гірських порід). Космохімія «розпочала» зіркове виробництво, в процесі якого сформувались усі важкі елементи: уся періодична таблиця після водню та гелію, які є першим та другим елементами в першому ряді. В нашому всесвіті деяким із цих елементів судилося стати найпоширенішими: кисень, кремній, алюміній, магній, кальцій та залізо значно переважають усі інші важкі елементи, зокрема на скелястих планетах земної групи. Ці шість елементів складають 98 % маси Землі, а також Місяця, Меркурія, Венери та Марса.

Кожен із цих елементів великої шістки має свою прикметну хімічну історію. Кожен у свій власний спосіб долучився до формування Землі, неминуче створивши її такою, якою вона постала після Потужного удару. Хімічний зв’язок – ось ключ до всього. Пригадайте, атоми приєднуються один до одного, коли їхні нечіткі електронні хмари перемішуються, утворюючи стійкіші групування, зокрема сполуки з магічними числами із двох, десяти чи вісімнадцяти електронів. Щоб таке усуспільнення відбулося, одні атоми зі сполуки мають віддати свої електрони, а інші – прийняти їх.

Кисень – це король серед земних акцепторів електронів. Кожний атом кисню має в ядрі вісім позитивно заряджених протонів, які компенсують вісім негативно заряджених електронів. Проте кисень завжди шукає два додаткових електрони, щоб утворите магічне число з десяти електронів. Така жага безупинного приєднання перетворює кисень на найбільш хімічноактивний, корозійнонебезпечний елемент у природі. Малоприємний факт.

Для більшості з нас кисень найперше є невід’ємною частиною атмосфери (десь 21 %, що підтримує наше життя). Проте ці сприятливі зміни атмосфери відбулися відносно нещодавно. Протягом щонайменше перших двох мільярдів років атмосфера на Землі була повністю позбавлена кисню. Навіть сьогодні майже весь кисень, що є на Землі – його 99,9999 %, – прихований у гірських породах та мінералах. Коли ви сходите на величну скелясту гору або ж мандруєте скелястим мисом, де звідусіль віють вітри, більшість атомів у вас під ногами – це кисень. Коли ви лежите на піщаному пляжі, майже два з трьох атомів, що тримають вагу вашого тіла, – це теж кисень.

Для того щоб кисень виконував таку важливу хімічну роль акцептора електронів, мають існувати багато інших атомів, що готові віддати чи поділитися своїми електронами з ним. Найпродуктивнішим донором електронів є кремній, кількість якого становить майже четверту частину від усіх електронів в земній корі та мантії. В ядрі кремнію чотирнадцять позитивно заряджених протонів, які компенсують чотирнадцять негативно заряджених електронів. Зазвичай кремній віддає чотири електрони, щоб у нього залишилося магічне число у десять електронів, і в такий спосіб трансформується в іон кремнію з позитивним електричним зарядом. У земній корі та мантії ці чотири «зайві» електрони майже завжди поглинаються двома атомами кисню, які в результаті перетворюються на негативно заряджені іони. У підсумку цього майже в усіх гірських породах є сполуки з міцними кремнієво-кисневими зв’язками, як от кварц, або SiO2 – поєднання одного атому кремнію із двома атомами кисню. Тверді прозорі зерна кварцу існують з давніх-давен. Вони незліченними трильйонами прикрашають узбережжя, адже кварц – найпоширеніший мінерал надбережного піску. Можливо, ви бачили такі гарні, добре грановані прозорі кристали кварцу, що продають в езотеричних магазинах як «кристали сили». Тримаючи в руках такий скарб, ви, фактично, тримаєте кисень, який складає дві третини кварцу.