Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Поверхность глины не имеет себе равных также в своей способности соединяться с небольшими богатыми углеродом молекулами, среди которых есть и продукты разложения органики. Когда корни и другой подповерхностный детрит[54] сгнивают, их биомолекулы по большей части собираются на поверхностях глинистых минералов. В результате эрозии почвы реками и ветрами огромные количества глины перемещаются в океаны. В прибрежной зоне накапливаются тысячи метров глинистых отложений, и в них содержится много углерода — это еще один резервуар элемента №6 в сложном углеродном цикле Земли. А некоторая часть этих богатых углеродом отложений погружается глубоко в земную мантию вместе с бесчисленными карбонатными кокколитами. По этим потокам углерода и можно установить возраст жизни на суше независимо от предыдущих 4 млрд лет истории Земли.

Вариация 6. Мы вносим свою лепту

На Земле появились бесчисленные миллионы биологических видов, но подавляющее большинство этих форм жизни исчезло навсегда. Трилобиты, распространившиеся повсеместно харизматичные обитатели палеозойских морей, вышли на сцену более полумиллиарда лет назад. Их почитаемые окаменелые остатки, сегментированные и шипастые, кажется, смотрят на нас сквозь века выпуклыми фасеточными глазами. Трилобитов больше нет — они полностью вымерли в течение чуть более 250 млн лет. Господствуя величественно и сурово над мезозойским миром, дождались своей очереди и динозавры — на суше, в море и в воздухе. Массивные ископаемые фрагменты их скелетов служат молчаливым напоминанием о безжалостной естественности борьбы за выживание. Все вымерли, кроме птиц, радикально рассеявших доминировавшую некогда линию. Сейчас наша очередь.

Человеческая история гораздо более неизгладима, чем история других видов. Мы, люди, меняем окружающую среду такими способами, за которыми тянутся следствия. Мы возводим памятники, мы копаем уголь, мы зажигаем огни и оставляем после себя предметы. В этой многовековой истории углерод играет особую, удивительную роль, поскольку, пока мы проживаем свои жизни и создаем свою культуру, атомы углерода предоставляют нам часы, которые ведут хронику человеческой истории.

Углеродные часы

Чуть ли не каждый атом углерода — это неустаревающее наследие звезд, вечное, неизменное, используемое снова и снова. Но крошечная, крохотулечная доля атомов шестого элемента в воздухе и в наших телах лишь временно выступает на динамичной сцене Земли. Эти атомы появляются как будто по волшебству и показывают товар лицом только на короткий промежуток времени, чтобы исчезнуть потом в мгновение ока.

Мы уже встречались с двумя стабильными формами углерода: распространенный углерод-12 составляет более 99% атомов углерода вашего тела; его чуть более тяжелый собрат углерод-13 — оставшийся 1%. Эти изотопы — один с шестью нейтронами, другой с семью — образовались миллиарды лет назад, преимущественно в больших звездах.

Радиоактивный углерод-14 с восемью нейтронами не такой{203}. Он нестабильный и относительно короткоживущий. Углерод-14 непрерывно образуется преимущественно поверх облаков в тех воздушных слоях, где космические лучи из глубин пространства бомбардируют насыщенную азотом атмосферу. Эти космические лучи, состоящие из бешено мчащихся протонов и других атомных ядер, действуют подобно боевым атомным пулям, которые сталкиваются с молекулами газов атмосферы, вызывая ядерный хаос. Образовавшиеся вторичные частицы градом разлетаются во все стороны; некоторые из них — это полные энергии нейтроны, часть которых затем сталкивается с атомами азота. От сильного удара быстродвижущегося нейтрона ядро азота-14 может «испортиться», потеряв один протон и приобретя один нейтрон, — в результате образуется углерод-14. Этот бурный созидательный процесс, происходящий уже миллиарды лет, обеспечивает небольшую, но постоянную поставку углерода-14 в атмосферу Земли.

Принципиальная разница между углеродом-14 и его более легкими и более стабильными углеродными кузенами заключается в радиоактивности. Углерод-14 балансирует на грани саморазрушения, потому что набрал слишком много нейтронов, чтобы чувствовать себя комфортно. Безо всякого предупреждения радиоактивный атом углерода-14 спонтанно превращается обратно в стабильный атом азота-14. Радиоактивный распад углерода-14 — надежный планомерный процесс. Исчезновение половины любой совокупности радиоактивных атомов углерода занимает порядка 5730 лет. Этот удачный период полураспада идеально подходит для изучения развивающихся человеческих технологий и культуры с помощью мощного метода радиоуглеродного анализа.