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

• Название: Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего
• Автор: Роберт Хейзен
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2021
• ISBN: 978-5-0013-9361-0

Роберт Хейзен – незаурядный ученый, меломан и успешный музыкант, и этим обусловлена структура его книги, повторяющая принципы построения симфонии. Ее лейтмотив – химический элемент № 6 в Периодической таблице, или углерод, без которого немыслима жизнь, с самого ее зарождения и до всего, что нас окружает в современном мире. Временной охват книги – чуть менее 14 млрд лет, от возникновения Вселенной до наших дней. И на протяжении практически всего этого времени углерод исполняет свою уникальную партию в симфонии эволюции. Глубинный углеродный цикл, минералогия углерода, вулканические газы, алмаз и графит, органическое топливо, нанотрубки, климат, ископаемые остатки животных и растений – вот лишь малая часть тем, затронутых в этой невероятно познавательной книге.

---

Роберт Хейзен Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

С разрешения Роберта Хейзена

Переводчик Анастасия Науменко

Научный редактор Владислав Стрекопытов

Редактор Анастасия Ростоцкая

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры О. Петрова, С. Чупахина

Компьютерная верстка А. Фоминов

Дизайн обложки Ю. Буга

Фото на обложке Shutterstock

Фото автора на обложке Michelle Scholtes

© Robert M. Hazen, 2019

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2021

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

⁂

Моим друзьям и коллегам по Обсерватории глубинного углерода.

Приключение только началось

Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».

Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».

Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru.

Пролог

Взгляните вокруг. Углерод повсюду: в бумаге этой книги, краске на ее страницах и клее, который их скрепляет; в подошве и коже ваших туфель, синтетических тканях и красителях одежды, а также в молниях на основе тефлона и застежках-липучках; в каждом кусочке пищи, в пиве и крепких спиртных напитках, в газировке и игристом вине; в коврах на полу, краске на стенах и потолке, облицовочной плитке; в горючих материалах – от природного газа и бензина до свечного воска; в прочной древесине и отполированном мраморе; во всех клеях и смазках; в грифелях карандашей и бриллиантах украшений; в аспирине и никотиновой кислоте, кодеине и кофеине, а также в любом другом лекарстве, которое вы когда-либо принимали; в любом пластиковом изделии – от магазинных пакетов до велосипедных шлемов, от дешевой мебели до дизайнерских солнечных очков. Атомы углерода окружают вас от самых первых подгузников до обтянутого шелком гроба.

Углерод дарит жизнь: ваши кожа и волосы, кровь и кости, мышцы и сухожилия – все зависит от него. Каждая клетка в вашем теле – а на самом деле каждая часть каждой клетки – основывается на прочном каркасе из углерода. Углерод материнского молока становится углеродом бьющегося сердца ребенка. Углерод – это химическая суть глаз, рук, губ и мозга вашего любимого человека. Когда вы дышите, вы выдыхаете углерод; когда целуетесь – атомы углерода соединяются.

Из того, до чего вы дотрагиваетесь, проще назвать те предметы, в которых нет углерода, – это алюминиевые банки в вашем холодильнике, кремниевые микрочипы в вашем айфоне, золотые зубные коронки и еще кое-какие диковинки, – чем перечислить хотя бы 10 % окружающих вас объектов, его содержащих. Мы живем на углеродной планете и сами являемся представителями углеродной жизни.

Каждый химический элемент своеобразен, но некоторые – своеобразнее остальных. Из всей пестроты обитателей Периодической таблицы элемент № 6 особо выделяется по своему влиянию на нашу жизнь. Углерод не просто стандартный элемент материи. Углерод обеспечивает важнейшую химическую связь, прослеживающуюся через всю бесконечность пространства и времени, – основополагающую для понимания космической эволюции. На протяжении почти 14 млрд лет Вселенная эволюционировала, становясь все разнообразнее и разнообразнее и завораживая бесконечными вариантами своих проявлений. Углерод лежит в сердце этой эволюции, дирижируя появлением планет, жизни и нас с вами. И в большей степени, чем любой другой компонент, углерод способствовал стремительному появлению новых технологий – от паровых двигателей промышленной революции до нынешнего «пластикового века». Но вместе с тем он же ускоряет небывалые изменения окружающей среды и климата, происходящие в планетарном масштабе.

Зачем нам фокусировать внимание на углероде? Водород намного более распространен, гелий – более стабилен, а кислород – химически активнее. Железо, сера, фосфор, натрий, кальций, азот – у всех есть свои замечательные истории. Все играли важную роль в сложной эволюции Земли. Но если вы хотите найти смысл и цель в бескрайнем холоде и темноте Вселенной, приглядитесь к углероду. Углерод как сам по себе, так и в химических соединениях с другими атомами – это беспримерная космическая инновация, предоставляющая ни с чем не сравнимые возможности для вселенской эволюции.

Ни с одним из более чем 100 химических элементов не связано столько наших ожиданий и страхов, сколько с углеродом. Новые углеродсодержащие материалы, изобретаемые тысячами ежегодно, – продукция Kleenex, спандекс, фреон, нейлон, полиэтилен, вазелин, листерин[1], бактин[2], скотч, пластилин Silly Putty – бесконечно обогащают нашу жизнь, замечаем мы это или нет. Но распространение всех этих синтетических химических веществ привело к непреднамеренным последствиям – появлению опасных дыр в защитном озоновом слое, смертельных аллергических реакций и большого количества канцерогенов. Будучи основой всех биомолекул, углерод как никакой другой элемент способствует благополучию и поддержанию жизни на Земле, включая человека, а потеря или смещение атомов углерода может привести к болезням и смерти.

Близповерхностный геохимический цикл углерода стабилизирует климат Земли, поддерживает здоровье экосистем, а нас обеспечивает богатейшими источниками недорогой энергии. Однако, если в силу природных или антропогенных факторов – таких как извержения вулканов, сжигание угля, сбившийся с курса астероид или уничтожение лесов – баланс атомов углерода нарушится, климат может измениться, а экосистемы прийти в упадок. И влияние углерода не ограничивается приповерхностной сферой жизни; поведение его в глубоких, скрытых недрах Земли определяет динамические процессы, которые выделяют нашу планету среди всех известных миров.

История углерода в каком-то смысле история всего. Но этот вездесущий незаменимый элемент окружен тайнами. Мы не знаем, сколько углерода содержится в Земле, и не до конца представляем себе разнообразие его форм, спрятанных глубоко внутри нашей планеты. Мы не понимаем, как движутся потоки атомов углерода, циркулирующие между поверхностью Земли и ее глубокими недрами, и не можем сказать, значительно ли они изменились за миллиарды лет истории Земли – в ходе «глубокого времени»[3]. Несмотря на существование миллионов известных соединений углерода, ученые только сейчас начали исследовать богатство его химии. И величайшая тайна всего – происхождение жизни – неразрывно связана с поведением углерода в сложных химических соединениях с другими элементами.

В том, что касается углерода – его количеств и форм, движения и происхождения, – везде мы натыкаемся на границы своих знаний о нем. Мы должны найти ответы, но как нам удастся восполнить столь зияющие пробелы в нашем понимании? Кажется, что сама структура науки препятствует устойчивому продвижению. В университетах не хватает кафедр по изучению углерода, а широкомасштабные междисциплинарные исследования проводятся редко. Научные открытия совершаются благодаря правильно поставленным вопросам о мире природы, но они зависят также от финансирования в условиях сжатых сроков и ограниченных средств, когда специализация часто довлеет над интеграцией.

Кто первым разработает иную форму поддержки научных исследований?

Место действия – почтенный клуб Century Association[4] в Нью-Йорке в начале 2007 г., куда ответственные за сбор пожертвований сотрудники Института Карнеги пригласили несколько десятков потенциальных спонсоров на изысканный ужин. Экономика страны процветает, а Барак Обама – пока еще сенатор от штата Иллинойс. Просторные, отделанные деревянными панелями комнаты клуба украшены произведениями величайших в истории Америки художников и скульпторов. Выдающиеся их представители, среди которых Джон Фредерик Кенсетт, Уинслоу Хомер и Пол Мэншип, предложили свои основные творения в обмен на столь желанное, но дорогостоящее членство в клубе. Это оказалось хорошей сделкой для всех: Century Association собрал превосходную коллекцию шедевров, а художники обзавелись доступом к богатым меценатам, которые могли себе позволить высокие вступительные взносы клуба.