Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Поскольку 71 % Земли покрыт океаном, мы завершим перечисление, указав содержание элементов в морской воде: Водород (66 444 ppm), Кислород (32 945 ppm – примерно в соотношении 1:2 с Водородом, поскольку почти все их соединения представлены в виде H₂O), Хлор (3400 ppm), Натрий (2100 ppm – хлорид натрия, NaCl – одна из солей в соленой воде), Магний (330 ppm – MgCl – еще одна соль), Сера (170 ppm), и все остальное меньше 100 ppm, в том числе и Углерод, на долю которого приходится всего 19 ppm. Повторим, что Углерод, «строительный блок жизни», – это четвертый по распространенности элемент во Вселенной, но, к сожалению, на поверхности Земли он довольно истощен.

Химические предшественники

Помимо того что физика всех атомов – их массы, изотопы, энергетические уровни электронов и так далее – одинакова во всем космосе, идентична и их химия (притяжение и отталкивание других атомов, сила связей и тому подобное). В сущности, мы обнаружили более 200 молекул в межзвездном пространстве и во внешней атмосфере звезд, более холодных, чем Солнце, причем самые крупные молекулы содержат до семидесяти атомов. Все эти молекулы встречаются и на Земле². Большая их часть состоит из трех наиболее распространенных во Вселенной элементов, способных образовывать связи: это Водород, Кислород и Углерод. Более того, 75 % трех- и четырехатомных молекул содержат Углерод, как и почти все из восьмидесяти восьми более крупных молекул (кроме одной, исключение – SiH₄). Многие молекулы, странствующие в космосе, распространены и на Земле, в том числе вода (H₂O), формальдегид (H₂CO), аммиак (NH₃), этанол (CH₃CH₂OH), ацетон (C₂H₆CO) и мочевина (N₂H₄CO). Химически наша планета едина со Вселенной³.

Но, несмотря на все эти атомные и молекулярные сходства, на Земле есть кое-что уникальное, по крайней мере на данный момент. На ней есть жизнь.

Если исходный материал, как и способы сочетаний, везде одинаковы, то в чем же нюанс? Почему наша бледно-голубая точка – единственное место, где зародилась жизнь?

Мы, конечно, не уверены в своей «неповторимости». В Солнечной системе есть несколько близких к нашей планете мест, где возможно возникновение жизни: недра Марса, теплые соленые океаны под ледяными шапками Европы, спутника Юпитера, и Энцелада, спутника Сатурна или озера жидкого метана на Титане. Ни одно из них нам так до сих пор и не удалось тщательно исследовать.

Прошло всего двадцать пять лет с тех пор, как мы обнаружили, что наша Солнечная система не уникальна. У большинства из сотен миллиардов звезд в нашей Галактике есть свои планетные системы. К моменту выхода этой книги в печать подтверждено существование более 5000 планет, и каждый день открываются новые. Иногда новые миры очень похожи на Землю по размеру и плотности, а некоторые из них находятся на таких расстояниях от своих материнских звезд, что на них, как ожидается, будут преобладать температуры, подобные земным. Нам даже удалось распознать в атмосферах некоторых из этих планет воду и углекислый газ, хотя подробно изучить их очень сложно: вести наблюдение за планетой земного типа, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце, в окрестностях Солнца в сотне световых лет от нас – это как рассматривать лампочку на рождественской елке мощностью 0,5 Вт на фоне нью-йоркской Таймс-сквер, освещенность которой в двадцать раз больше, причем из Вашингтона, округ Колумбия. Найти микробов на такой планете мы сейчас не в силах, хотя, если их будет достаточно много, чтобы изменить состав атмосферы своей планеты, как это произошло на Земле, мы вполне можем совершить подобное открытие в ближайшее десятилетие.

Древнейшая жизнь

Впрочем, сейчас у нас только одна-единственная планета, на которой есть жизнь. Как быстро она возникла? И сколько времени потребовалось, чтобы появились существа, способные задать этот вопрос?

Как покажут наши атомные часы в главе 14, Земле 4,567 миллиарда лет. Из-за постоянного движения континентальных плит, которые сталкиваются, расходятся и меняют ландшафт, в наши дни на земной поверхности нет столь старых пород (по крайней мере среди обнаруженных – мы датируем образование Земли по возрасту метеоритов, о чем подробно рассказано в главе 15). Более того, самые древние кристаллы, найденные на Земле, – это цирконы (о них мы говорили в главе 12) из Западной Австралии. Как оказалось, возраст одного темно-фиолетового циркона диаметром всего 0,2 мм, установленный при помощи уран-свинцового датирования, составил 4,404 ± 0,008 миллиарда лет. Кроме того, в этом кристалле наблюдалось высокое соотношение ¹⁸O/¹⁶O, что позволило сделать вывод о наличии большого количества жидкой воды во время его формирования. Таким образом, менее чем через 170 миллионов лет после формирования планеты (на сегодняшний день это всего лишь 4 % ее жизни) у нас появились затвердевающая кора и океаны⁴.