Краткая история почти всего на свете
Шрифт:
Свойства элементов становятся еще более удивительными, если их соединить. Например, кислород и водород — два из находящихся под рукой самых легко воспламеняющихся элемента, но объедините их — и вы получите невоспламеняемую воду*.
– --
* (Сам кислород не является воспламеняющимся; он лишь способствует воспламенению других предметов. Это даже хорошо, потому что, если бы кислород был воспламеняющимся, каждый раз, когда вы зажигали бы спичку, вас бы охватывало пламенем окружающего воздуха. С другой стороны, газообразный водород чрезвычайно огнеопасен, как наглядно показал несчастный случай с дирижаблем «Гинденбург», когда 6 мая 1937 года в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, водород, которым он был наполнен, полыхнул пламенем, унеся жизни 36 человек.)
Еще более необычным является соединение натрия, одного из самых химически активных элементов, и хлора, одного из наиболее токсичных. Бросьте кусочек чистого натрия в обычную воду и получится взрыв, достаточно сильный, чтобы убить вас. Хлор еще более опасен. Хотя в слабых концентрациях его используют для уничтожения микроорганизмов (это как раз хлором пахнет отбеливатель), в больших количествах он смертелен. В Первую мировую войну именно хлор был избран составной частью многих отравляющих газов. И как могут засвидетельствовать многие пловцы с покрасневшими глазами, даже очень слабый его раствор неблагоприятен для человеческого организма. Но соедините эти два опасных элемента, и что вы получите? Хлористый натрий — обыкновенную поваренную соль.
Как правило, если элемент не проникает в наш организм естественным путем — скажем, если он нерастворим в воде, — мы будем плохо его переносить. Свинец для нас ядовит, потому что мы никогда не подвергались его воздействию, пока не стали делать из него посуду и водопроводные трубы. (Не случайно химический символ свинца — РЬ, от латинского слова plumbum, означающего водопроводное дело). Римляне, кроме того, придавали свинцом пикантный вкус вину, что, возможно, отчасти послужило причиной того, что римляне теперь не те. Как мы видели, наши отношения со свинцом (не говоря уж о ртути, кадмии и всех других промышленных загрязнителях, дозы которых мы регулярно получаем) не оставляют много места для самодовольства. Ну а к тем элементам, которые не встречаются на Земле в естественном виде, у нас не выработано никакой переносимости, так что им свойственно быть для нас чрезвычайно токсичными, как, скажем, плутоний. Наша переносимость плутония равна 0: ни при каком уровне вам не захочется быть рядом.
Я так долго распространялся об этом, чтобы донести до вас одну небольшую истину: Земля выглядит такой чудесно приспособленной для нас в значительной мере потому, что мы на ней развивались и приспосабливались к ее условиям. Мы восхищаемся и удивляемся не тому, что она пригодна для жизни, а тому, как хорошо она подходит к нашей жизни, — а этому вряд ли стоит удивляться. Возможно, многое из того, что создает нам замечательные условия — Солнце нужных размеров, преданная нам Луна, дружелюбный углерод, невпроворот расплавленной магмы и все прочее, — представляется великолепным, потому что мы возникли именно в таких условиях. Никто не сможет ответить на этот вопрос.
Другие миры, возможно, служат убежищем существам, которые радуются серебристым озерам ртути и плывущим в небе аммиачным облакам. Обитатели, возможно, гордятся, что их планета не трясет их из-за бессмысленно трущихся друг о друга плит и не изрыгает на окрестности грязные потоки лавы, а постоянно находится в безмятежном, никакой тебе тектоники, покое. Далекие гости Земли почти наверняка были бы поражены, обнаружив, что мы обитаем в атмосфере, состоящей из азота, газа, упрямо не желающего вступать в какие-либо реакции, и кислорода, настолько пристрастного к горению, что нам приходится повсюду держать пожарные команды, дабы предохранить себя от его веселеньких последствий. Но даже если наши гости дышат кислородом, ходят на двух ногах, любят гулять по магазинам и смотреть кино, вряд ли они сочтут Землю идеальным местом. Мы даже не сможем угостить их обедом, потому что наша пища содержит следы марганца, селена, цинка и частицы других элементов, часть из которых окажутся для них ядовитыми. Земля может вовсе не показаться им сказочным местом.
Физик Ричард Фейнман любил шутить по поводу апостериорных выводов — логического хода мысли от уже известных фактов к возможным причинам. «Знаешь, со мною ночью случилась поразительная вещь, — рассказывал он. — Я видел во сне машину с номером ARW 357. Можешь себе представить? Какова вероятность увидеть именно этой ночью из множества миллионов номеров машин именно этот номер? Поразительно!» Он, конечно, имел в виду, как легко изобразить любую тривиальную ситуацию как нечто необыкновенное, если придавать ей судьбоносное значение.
Так что, возможно, что явления и обстоятельства, которые привели к возникновению жизни на Земле, не так уж необычайны, как нам нравится думать. И все же они были достаточно необычными. Бесспорно одно: им придется оставаться такими, как есть, пока мы не подыщем чего-нибудь получше.
17
В тропосферу
Спасибо Всевышнему за атмосферу. Она держит нас в тепле. Без нее Земля была бы безжизненным ледяным шаром со средней температурой -50 °C. Кроме того, атмосфера поглощает подлетающие рои космических лучей, заряженные частицы, ультрафиолетовое излучение и тому подобное. В целом газовая толща атмосферы равноценна 4,5 метрам защитной стены из бетона, и, не будь ее, эти невидимые гости из космоса пронзали бы нас, подобно крошечным кинжалам. Даже дождевые капли колотили бы нас до бесчувствия, не замедляй их падения атмосфера.
Самое поразительное в отношении атмосферы состоит в том, что ее не так уж много. Она простирается до высоты примерно 190 км, что может казаться довольно порядочным, если смотреть с земной поверхности, но если сжать Землю до размеров обычного настольного глобуса, то высота атмосферы не превысит толщины пары слоев лакового покрытия [235] .
В научных целях атмосфера подразделяется на четыре неравных слоя: тропосферу, стратосферу, мезосферу и ионосферу (теперь часто называемую термосферой). Тропосфера — это тот слой, который так дорог нам. Только он содержит достаточно тепла и кислорода для нашей жизнедеятельности, хотя даже он быстро становится неблагоприятным для жизни по мере подъема вверх. От уровня земли до высшей точки тропосферы (или «вращающейся сферы») около 16 км на экваторе и не более 10–11 км в умеренных широтах, там, где живет большинство из нас. 80 % массы атмосферы, практически вся вода и тем самым практически все погодные явления ограничены этим тонким, как дымка, слоем. Поистине, между вами и пустотой не так уж много места.
235
Речь тут, конечно, только о тропосфере — самом нижнем и плотном слое атмосферы. Упомянутая толщина атмосферы (190 км) составляет 3 % радиуса Земли — намного больше любой лакировки на глобусе. Вообще же оценка толщины атмосферы весьма условна, поскольку четкой верхней границы у нее нет.
За тропосферой находится стратосфера. Когда на ваших глазах верхушка грозового облака сплющивается в классическую форму наковальни, вы смотрите на границу между тропосферой и стратосферой. Этот невидимый потолок известен как тропопауза. Ее открыл в 1902 году поднимавшийся на воздушном шаре француз Леон Филипп Тейсеран де Бор. «Пауза» здесь означает не кратковременный перерыв, а полное окончание; она от того же греческого корня, что и в слове «менопауза». Даже там, где высота тропосферы максимальная, тропопауза не так уж далека. Скоростной лифт, вроде тех, что работают в современных небоскребах, легко доставил бы вас к ней минут за двадцать, хотя я настоятельно не рекомендовал бы туда ездить. Такой быстрый подъем без поддержания давления в кабине по меньшей мере привел бы к тяжелым отекам головного мозга и легких, опасному избытку жидкости в тканях тела. Когда открылись бы двери смотровой площадки, все находившиеся в лифте почти наверняка были бы мертвы или при смерти. Даже более размеренный подъем сопровождался бы серьезными неудобствами. Температура на высоте 10 км может достигать минус 57 °C, к тому же вы были бы весьма признательны за лишний глоток кислорода.
После того как вы покидаете тропосферу, температура скоро снова повышается примерно до 4 °C, на этот раз благодаря поглощению излучения озоном (тоже открытому де Бором во время своего отважного подъема в 1902 году). Затем, в мезосфере, она резко падает до -90 °C, а потом, в уместно названной, но очень непостоянной термосфере, где температура между днем и ночью может колебаться в пределах 500 °C, взлетает до 1500 °C, хотя надо отметить, что «температура» на такой высоте становится до некоторой степени символическим понятием. В действительности температура — это всего лишь мера быстроты движения молекул. На уровне моря воздух наполнен молекулами так плотно, что отдельная молекула может переместиться на совсем крошечное расстояние — если быть точным, на одну десятую микрона, — а потом сталкивается с другой. Из-за непрерывных столкновений триллионов молекул происходит очень интенсивный теплообмен. Но на высоте термосферы, 80 км и выше, воздух настолько разрежен, что между любыми двумя молекулами будут в сотни тысяч раз большие расстояния, и они сталкиваются очень редко. Так что хотя каждая из молекул очень быстрая, между ними мало взаимодействия и тем самым незначительная теплопередача. Это хорошо для спутников и космических кораблей, потому что при более эффективном теплообмене любой рукотворный предмет, вращающийся на этом уровне, был бы сразу объят пламенем [236] .
236
На высотах до 130 км движение по орбитам невозможно. Атмосфера здесь еще достаточно плотная, чтобы за менее чем один виток свести спутник с орбиты. На высотах 80-100 км под воздействием аэродинамического трения сгорает большинство метеорных частиц.