Происхождение химических элементов

На протяжении многих веков человек изучает различные явления природы, открывает один за другим ее законы. Однако еще и сейчас существует много научных проблем, о решении которых люди давно мечтали. Одна из этих сложных и интересных проблем — происхождение химических элементов, из которых состоят все окружающие нас тела. Шаг за шагом познавал человек природу химических элементов, строение их атомов, а также распространенность элементов на Земле и других космических телах .

Изучение закономерностей ядерных реакций позволяет создать теорию происхождения химических элементов и их распространенности в природе. Согласно данным ядерной физики и астрофизики синтез и превращение химических элементов происходят в процессе развития звезд. Образование атомных ядер осуществляется либо за счет термоядерных реакций, либо - реакций поглощения  ядрами нейтронов.В настоящее время общепризнано, что в звездах на всех стадиях их развития осуществляются разнообразные ядерные реакции. Эволюция звезд обусловлена двумя противодействующими факторами гравитационным сжатием, приводящим к сокращению объема звезды, и ядерными реакциями , сопровождающимися выделением огромного количества энергии.

Как показывают современные данные ядерной физики и астрофизики, синтез и превращение элементов происходят на всех стадиях эволюции звезд как закономерный процесс  их развития. Таким образом, современная теория происхождения химических элементов исходит из предположения о том, что они синтезируются в разнообразных ядерных процессах на всех стадиях эволюции звезд. Каждому состоянию звезды, ее возрасту соответствуют определенные ядерные процессы синтеза элементов и отвечающий им химический состав. Чем моложе звезда, тем больше в ней легких элементов. Самые тяжелые элементы синтезируются только в процессе взрыва – умирания звезды. В звездных трупах и других космических телах меньшей массы и температуры продолжают идти реакции преобразования вещества. В этих условиях происходят уже ядерные реакции распада и разнообразные процессы дифференциации  и миграции.

Изучение распространенности химических элементов проливает свет на происхождение Солнечной системы, позволяет понять происхождение химических  элементов. Таким образом, в природе идет вечное рождение, превращение и распад ядер атомов Бытующее сегодня мнение о разовом акте происхождения химических элементов, по меньшей мере, некорректно. В действительности, атомы вечно (и постоянно) рождаются, вечно (и постоянно) умирают, и их набор в природе остается неизменным. "В природе нет приоритета возникновению или разрушению — одно возникает, другое — разрушается".

В целом, исходя из современных представлений, большинство химических элементов, кроме нескольких самых лёгких, возникли во Вселенной главным образом в ходе вторичного или звёздного нуклеосинтеза (элементы до железа — в результате термоядерного синтеза, более тяжёлые элементы — при последовательном захвате нейтронов ядрами атомов и последующем бета-распаде, а также в ряде других ядерных реакций). Легчайшие элементы (водород и гелий — почти полностью, литий, бериллий и бор — частично) образовались в первые три минуты после Большого взрыва (первичный нуклеосинтез). Одним из главных источников особо тяжёлых элементов во Вселенной должны быть, согласно расчётам, слияния нейтронных звёзд, с выбросом значительных количеств этих элементов, которые впоследствии участвуют в образовании новых звёзд и их планет.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

Российские ученые нашли доказательство того, как во Вселенной появляются тяже-лые элементы, из которых потом сформировались планеты, а в конечном счете и люди. Статья об этом опубликована в одном из самых престижных научных журналов – Nature. До сих пор считалось, что тяжелые элементы, например железо и кремний, родились при взрыве так называемых сверхновых звезд. Эта теория имеет немало косвенных подтверждений, однако прямых доказательств не было. В частности, астрофизикам удалось зарегистрировать распад, предсказанных теорией, изотопов радиоактивного кобальта-56 и железа-56 в остатке одной из сверхновых звезд. Однако этого явно недостаточно, чтобы подтвердить теорию. Может, на кобальте и железе все и закончилось. А как же появились другие элементы?

Теория указала направление дальнейшего поиска - изотоп титана (титан-44). Именно он должен родиться после распада кобальта и железа. Понятно, что именно на титан и нацелились астрофизики всего мира. Но без успеха. Он не давался в руки, и уже появились сомнения, а верна ли теория? Верна! Такой вывод следует из работы российских физиков из Института космических исследований РАН и сотрудника Европей-ского центра космических исследований и технологий Криса Винклера. Им удалось с помощью международной орбитальной обсерватории гамма-лучей ИНТЕГРАЛ зафиксировать в рентгеновских лучах излучение от радиоактивного распада титана-44. Что стало первым прямым доказательством образования титана в момент взрыва этой уникальной сверхновой.

Но ученые этим не ограничились. Им удалось оценить массу родившегося титана - около 100 масс Земли. А что же дальше? Теория предсказывает, что титан распадается в скандий, а тот в кальций. Если ученым удастся зафиксировать всю эту цепочку, это будет решающим аргументом, что теория возникновения тяжелых элементов при взрывах сверхновых звезд верна.

Химическая эволюция или пребиотическая эволюция - этап, предшествовавший появлению жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми, бесспорно, являются все углеродсодержащие молекулы.

Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.

Всё, что известно о химизме вещества, позволяет ограничить проблему химической эволюции рамками так называемого «водно-углеродного шовинизма», постулирующего, что жизнь в нашей Вселенной представлена в единственно возможном варианте: в качестве «способа существования белковых тел», осуществимого благодаря уникальному сочетанию полимеризационных свойств углерода и деполяризующих свойств жидко-фазной водной среды, как совместно необходимых и/или достаточных(?) условий для возникновения и развития всех известных нам форм жизни. При этом подразумевается, что, по крайней мере, в пределах одной сформировавшейся биосферы может существовать только один, общий для всех живых существ данной биоты код наследственности, но пока остаётся открытым вопрос, существуют ли иные биосферы вне Земли и возможны ли иные варианты генетического аппарата.

Также неизвестно, когда и где началась химическая эволюция. Возможны любые сроки по окончании второго цикла звёздообразования, наступившего после конденсации продуктов взрывов первичных сверхновых звезд, поставляющих в межзвездное пространство тяжелые элементы (с атомной массой более 26). Второе поколение звёзд, уже с планетными системами, обогащенными тяжёлыми элементами, которые необходимы для реализации химической эволюции появилось через 0,5—1,2 млрд лет после Большого взрыва. При выполнении некоторых вполне вероятных условий, для запуска химической эволюции может быть пригодна практически любая среда: глубины океанов, недра планет, их поверхности, протопланетные образования и даже облака межзвёздного газа, что подтверждается повсеместным обнаружением в космосе методами астрофизики многих видов органических веществ — альдегидов, спиртов, сахаров и даже аминокислоты глицина, которые вместе могут служить исходным материалом для химической эволюции, имеющей своим конечным результатом возникновение жизни.