скачать книгу бесплатно
No ka viss ir izgatavots? Stasti par vielu
Edgars Auzin?
Kad kads no maniem berniem man saka, ka nespej paciest kimiju, es vienmer atbildu: "Ka ta? Vai tev nepatik pasaule, kura tu dzivo?" Atbildot uz izbrinito maza cilveka sejas izteiksmi, man nakas paskaidrot, ka visa pasaule, tostarp mes pa?i, ir veidota no materijas. Un materijas peti?ana ir kimijas butiba. Kas var but interesantaks?
Edgars Auzin?
No ka viss ir izgatavots? Stasti par vielu
1. nodala: No ka tas viss sastav?
To ir miljoniem! No ka ir veidoti zeni un meitenes un vinu vecaki? No ka ir izgatavots viss, ko vini nesa kabatas, mugursomas un rokassomas, ka ari pa?as mugursomas un rokassomas? Un teta ma?ina garaza, tejkanna virtuve, mammas kosmetika, vecmaminas glazes, pannas un pogu kastite? Un vel – divani un taburetes, rulli?i un kurpes, mobilie telefoni un Pepsi pudeles? Starp citu, no ka ir izgatavota soda un viss, ko mes dzeram un edam?
Nu, tas ir vienkar?i, jus varetu teikt. Kresli ir no koka, panna ir no metala, Pepsi pudele ir no plastmasas, bet pats Pepsi ir kimija, ta saka tetis! Tetim, protams, ir taisniba, bet tas nav tas, ko mes domajam. Viss, kas mums apkart, viss, ko radijusi daba un ko darinaju?as cilveka rokas, ir veidots no vielam. Lieta un viela ir tik lidzigi un tik viegli atcereties!
Vielu ir daudz, un katrai no tam ir savs nosaukums, biezi vien (nereti) pat vairak neka viens. Nemsim, piemeram, sali sals salsudene. Mamma to sauc vienkar?i par «sali», vecmamina – par «galda sali», bet kimiki ?o balto kristalisko vielu ar salu gar?u deve par «natrija hloridu». Tapat ir ar cukuru. Tetis saka: «Pasniedziet man cukuru, ludzu!», vectetin? to sauc par smiltim, vecmamina ruc, ka no galda janovac ?i «balta nave», un kimiki ?o balto kristalisko vielu ar saldu gar?u sauks gandriz tapat ka tetis – saharoze, jo cukura isto kimisko nosaukumu – alfa-D-glikopiranozil-beta-D-fruktofuranozids – ir gandriz neiespejami izrunat un vel neiespejamak atcereties. Nebaidieties, ?adu nosaukumu gramata vairs nebus.
Kimisko nosaukumu ir miljoniem, tapat ka pa?u vielu. Vielas ir cietas ka akmens, ?kidras ka udens, gazveida, caurspidigas un bezsvara ka gaiss, ko mes elpojam. Tas var but melnas ka ogles, sarkanas ka rusas vai pat bezkrasainas. Tas var izdalit specigu smarzu vai nejust nekadu smarzu, tas var apdedzinat adu vai mikstinat to. Dazas no tam ?kist udeni, bet citas to nepanes, dazas no tam mirgo un spragst no mazakas dzirksteles, bet citas nebaidas no uguns, dazas no tam vada elektrisko stravu, bet citas, gluzi preteji, pasarga mus no tas.…
Visam vielam ir sava dzive. Tas var mierigi lidzaspastavet, tapat ka akmens, udens un gaiss strauta krasta. Vai ka daudzas vielas virtuve. Ja nemam cepamo sodu un uz tas uzpilinam saulespuku ellu, nekas nenotiek. Uzkapajiet citrona sulu uz galda sals no sals spaini?a – atkal nekadas izmainas. Tacu dazas vielas iesaistas cina, tas iedarbojas viena uz otru – mijiedarbojas. Un ?i mijiedarbiba var but loti vardarbiga. Vai velaties parliecinaties pats? Uzlejiet uz ?kivja nedaudz cepamas sodas un izspiediet uz ta dazus pilienus citrona. Soda saks sukstities un putot, jo ta mijiedarbosies ar citronskabi citrona sula. Apsveicam, jums ir notikusi pirma kimiska reakcija!
Vai velaties vel? Nav nekadu iebildumu! Man ir lieliska reakcija starp cieti un jodu. Veiksim to. Es esmu parliecinats, ka jusu majas aptiecina ir joda tinktura. Iepiliniet dazus pilienus neliela udens daudzuma, lai iegutu dzeltenas krasas ?kidumu. Tagad dodieties uz virtuvi un sameklejiet kartupeli. Kartupelos ir daudz cietes. Baltas pedas uz naza, kas paliek pec tam, kad mamma ir sagriezusi bumbuli ?kelites, ir ciete. Tacu ar to pietiek, lai mes kartupeli pargrieztu uz pusem. Tagad pilienu vai divus dzeltena ?kiduma, ko tikko sagatavojat, uzpiliniet uz ?i griezuma un paskatieties, kas notiks. Loti atri vieta, kur piliens bus piliens, klus zila. Ta ir tre?a viela, cietes savieno?anas ar jodu rezultats. Un tagad, izmantojot ?o reakciju, jus varat veikt veselu petijumu virtuve un parliecinaties, ka ciete ir makaronos, maize, risos un pat jogurta.
Tatad katrai vielai ir savs raksturs un izskats, ipa?ibas un temperaments. No tam sastav viss mums apkart, ari jus un es.
Mazaks par mazu
Mazaks par mazu Labi, jus varetu teikt, bet no ka sastav pati materija? Kimiki simtiem gadu ir mekleju?i atbildi uz ?o jautajumu. Un vini ir nonaku?i pie secinajuma, ka vielas sastav no molekulam – tas mazakajam dalinam, kas saglaba vielas ipa?ibas, tapat ka tauta sastav no individiem un kiegelu zogs no kiegeliem.
Holandie?u arsts un matematikis Izaks Bekmans 1602 gada. gada 14. septembri sava dienasgramata ierakstija, ka, sadalot zalu devu uz pusem, abas pusdevas saglabaja arstnieciskas ipa?ibas. Nakama dali?ana deva tadu pa?u rezultatu. Un tad Bekmans nodomaja: ja devu atkal un atkal dalis divas dalas, dro?i vien pienaks bridis, kad maza dalina zaudes savas ipa?ibas. ?o siko dalinu, kas saglabaja vielas arstnieciskas ipa?ibas, Bekmans nosauca par minimumu. ?is minimums nozimeja to pa?u, ko pa?reizejais termins «molekula».
Un driz vien, 1636. gada, paradijas pats vards «molekula». Francu priesteris Pjers Gasendi, kas bija slavens ar saviem darbiem astronomijas, matematikas, mehanikas un filozofijas joma, vardam «mole» pievienoja dalinu-cula, kas tolaik nozimeja to, ko tagad apzime ar vardu «masa». Rezultats bija loti, loti, loti, loti, loti, loti maza masa.
Pagaja ilgs laiks, kamer kimiki pie ?is idejas pierada, molekulu teorija progreseja ar cikste?anu, bet ar katru gadu ta ieguva arvien vairak atbalstitaju. Ta pamazam kimiki pa?i nepamanija, ka vini saka izmantot ?o koncepciju, lai izskaidrotu vielu ipa?ibas. Bet tikai 1860. gada Vacijas pilseta Karlsrue pulcejas Pirmais starptautiskais kimiku kongress, kura zinatnieki legitimeja «molekulu» ka terminu.
Tas ir tik mazas, ka parastai acij tas ir neredzamas. Mes redzam tikai vielas graudinu vai pilienu, kas patiesiba sastav no loti daudzam molekulam, kas cie?i piegul viena pie otras. Un nav viegli izlauzties no ?i apskaviena. Piemeram, to pa?u cukuru nevar sasmalcinat molekulas, sasmalcinot to miezeri. Bet ta kristalus var iemest udeni. Pec mirkla tie iz?kidis un pazudis, klus neredzami. Tas nozime, ka udeni cukura kristali ir sadaliju?ies atsevi?kas molekulas, kas brivi peld ka zivs udeni. Un ?eit ir vel viens vienkar?s eksperiments. Ielej ?kiviti nedaudz udens, novieto to saule un vero. Vienigais, ko jus redzesiet, bus tas, ka udens lenam pazudis no ?kivi?a, iztvaikos. Tacu ?is iztvaiko?anas process nav acim redzams, jo atsevi?kas udens molekulas izklust gaisa, ko acs nevar saskatit.
Un tomer, cik lielas tas ir? Panemsim parasta udens molekulu un palielinasim to miljonu reizu. Ko mes iegustam? Ne, nevis ziloni, bet mazu punktinu uz papira lapas. Starp citu, ja mes miljonu reizu palielinasim Ostankinas televizijas torni, teoretiski bus iespejams uzkapt lidz Menesim un vel talak. Luk, cik mazas ir molekulas.
Tad cik daudz molekulu var ietilpt viena cukura graudina? Jus neticesiet, divi miljardi miljardi miljardu. Tas ir tik milzigs skaitlis, ka to pat gruti iedomaties vai ar kaut ko salidzinat. Galu gala, ja jus ar kajam dosieties uz zvaigznu sistemu Alfa Centauri, kur uznemta filma «Avatars» un kur vairak neka cetrus gadus lido pasaule atrakais vestnesis – gaisma, solu skaits, ko jus spertu, joprojam bus 25 reizes mazaks neka molekulu skaits cukura graudina.
Pasaule ir visdazadakas molekulas! Mazas un lielas, plakanas un apjomigas, garas un isas, azuras, spiralveida un sferiskas. Un ir molekulas, kuru forma ir loti lidziga lietam, pie kuram esam pieradu?i – futbola bumba un pukupods, karala kronis un Egiptes piramidas, sviestmaize un zobrats, saulespuke un pat suns.
Kimiskie dziedajumi
Jusu vieta es saktu zaudet pacietibu un nekavejoties jautatu: «No ka sastav molekulas?» Molekulas sastav no vel mazakam sastavdalam – atomiem. Pirms divsimt piecdesmit gadiem Mihails Vasiljevics Lomonosovs rakstija, ka visas vielas sastav no «kermeni?iem» (molekulam), kas savukart ir «elementu kopumi» (atomi). Savukart 19. gadsimta sakuma anglis Dzons Daltons izdomaja, ka vielu veido atomi ar dazadu masu un atomi savienojas, veidojot molekulas – tas bija pirmais pareizais vielas apraksts.
Par laimi, uz Zemes nav daudz elementu jeb atomu paveidu – lidz ?im to ir tikai 114. Iespejams, ka petnieki ar laiku atradis ari citus elementus. Katram ir savs nosaukums, sava masa, savs raksturs, gluzi ka cilvekam, un visi ?ie nosaukumi kopa ar to ipa?ibam ir ierakstiti viena tabula, ko pirms vairak neka simt cetrdesmit gadiem sastadija izcilais krievu kimikis Dmitrijs Ivanovics Mendelejevs. Kimikiem ta ir sava veida sveta gramata, kura ierakstiti visi cilveku vardi. Starp citu, daudzus no ?iem kimiskajiem nosaukumiem jus labi zinat: zelts, skabeklis, dzelzs, aluminijs… Vai ne?
Savas ertibas labad kimiki katram elementam ir izdomaju?i ari isus apzimejumus, kas sastav no viena vai diviem burtiem. Lidzigi ka ar cilveka inicialiem: ta vieta, lai rakstitu «Aleksandrs», mes vienkar?i rakstam «A». Ta nu sanak, ka ?ie isie apzimejumi ir atvasinati no elementu nosaukumiem latinu valoda, tacu tas nevienam nerada neertibas. Man ?kiet, ka jus neparsteigs ari anglu burti. Tatad daudzi elementi tiek apzimeti ar vienu burtu, udenradis ar H, skabeklis ar O, slapeklis ar N, ogleklis ar C, bet fluors ar F. Citus apzime ar diviem burtiem, daleji tapec, lai izvairitos no parpratumiem, kad pirmais burts jau ir lietots: helijs – He, neons – Ne, dzelzs – Fe.
Bet atgriezoties pie pa?iem atomiem. Iedomajieties, ka jums ir 114 dazadu krasu, izmeru un formu perlites jebkura daudzuma. Ka jus domajat, cik daudz auskaru un citu rotaslietu jus varat izgatavot no ?is perli?u bagatibas, kombinejot tas dazados veidos? Cik vien velaties, bezgaligi daudz! Bet, protams, jus izgatavosiet tikai tas rotaslietas, kas jums patik un, jusuprat, izskatas gliti. ?adu kombinaciju bus daudz mazak, bet tomer loti daudz.
Tapat ir ari daba. Elementi, precizak, elementu atomi, kombinejoties sava starpa dazadas proporcijas, veido visu gigantisko vielu daudzveidibu uz Zemes. Atomi molekula ir cie?i saistiti sava starpa, veidojot saites, ko kimiki sauc par kimiskajam saitem, tapec lielaka dala molekulu jutas diezgan stabili un nesadalas. Cita lieta, ka dazi atomi nevar savienoties ar citiem vai var aptvert tikai ierobezotu skaitu Mendelejeva tabulas biedru. ?eit daba pavel, kas vinai patik un kas nepatik. Vinai ir savs priek?stats par skaistiem un noderigiem auskariniem. Un kimiki uzskata, ka ?is velmes ir likums.
Viena elementa atomi var savienoties viens ar otru. Un tad mes iegustam vielas, kuras sauc ar elementa nosaukumu, piemeram, zeltu. ?adas vielas kimiki sauc par vienkar?am vielam. Tacu, ja viena molekula satiekas dazadu elementu atomi, tad mes iegustam sarezgitaku vielu, ko sauc par savienojumu. Visa neskaitamo vielu bagatiba un daudzveidiba mums apkart ir tikai dazadu atomu, dazadu elementu kombinacijas. Ja divi skabekla atomi savienojas kopa, mes iegustam skabekli – neredzamo gazi, kas ir dala no gaisa, ko elpojam, un kuras mums dazkart tik loti pietrukst aizdumotaja pilseta. Ja tris atomi – ozons, ari – neredzama gaze, kas veidojas atmosfera negaisa laika. Ja skabekla atoms savienojas ar diviem udenraza atomiem, tad veidojas visbrini?kigaka viela uz Zemes – udens, ko mes dzeram. Vai ari ir slavenais natrija atoma un hlora atoma savienojums. Tie savienojas, veidojot baltu kristalisku vielu, ko mes liekam sals spainiti.
Ja, es zinu, ka jums uz meles ir sarezgits jautajums – no ka sastav atomi? Baidos, ka celojums materijas dziles ?kiet gandriz bezgaligs. Iespejams, tas ta ari ir. Tacu ?odien par atomiem jau daudz kas ir zinams. Fiziki apgalvo, ka atomiem ir ari struktura. Katram mazajam atomam ir vel mazakas dalas: kodols, kas sastav no protoniem un neitroniem (fiziki tos sauc par elementardalinam), ap kuriem ka planetas ap sauli rote citas elementardalinas – elektroni.
Pateicoties ?ai atomu iek?ejai strukturai, elementi at?kiras viens no otra. ?is pa?as at?kiribas lava kimikiem sakartot elementus Mendelejeva tabula stingra seciba. Tie nav sakartoti alfabeta seciba vai pec atkla?anas datuma. Elementi ir sakartoti saskana ar to numuriem. Elementa numurs ir atkarigs no ta atoma strukturas. Piemeram, udenradis ir numur 1. Tas nozime, ka ta atoma ap kodolu rote tikai viens elektrons. Helijam ir divi elektroni zem 2. numura, bet skabeklim ir se?padsmit elektronu zem 16. numura. Elektronu skaits elementa atoma ir loti svarigs skaitlis, un no ta ir atkarigas elementa ipa?ibas, raksturs un uzvediba. Tapec kompetents kimikis, aplukojot Mendelejeva tabulu, var precizi pateikt, kuru elementu atomi var veidot kimisko saiti, kuri atomi, savienojoties, veido metala lietnu, bet kuri – gazi.
Izradas, ka visa Visuma eso?a materija, tostarp Zeme un viss, kas uz tas atrodas, sastav tikai no tris veidu elementardalinam – neitroniem, protoniem un elektroniem. Vai tas nav parsteidzo?i?
Ne, ne, nejautajiet man, no ka sastav protoni, neitroni un elektroni! Tas ir labs jautajums, par to nav ?aubu. Un fiziki ?aja reize saks stastit par kvarkiem, no kuriem sastav protoni un neitroni, par to «aromatu», «krasu» un citam ipa?ibam, par to, ka kvarki sava tur… ?eit mes apstasimies, jo ipa?i tapec, ka materijas dziles vel ir daudz neskaidribu. Musu brini?kiga pasaule nav lidz galam iepazita, un atbildi uz daudziem neatrisinatiem jautajumiem, pilnigi iespejams, jus atradisiet, kad klusiet pieaugu?i un veltisiet sevi zinatnei.
Neredzamais atstaj pedas
Es jutu, ka mani parnem ?aubas. Ja ?is molekulas, atomi un elementardalinas ir tik mazas, ka tas nav saskatamas, kapec mes tik parliecino?i apgalvojam, ka tas eksiste? Vai var but ta, ka tas vispar nepastav?
Patie?am, atoma izmers ir niecigs. Un vel nesen nebija mikroskopa, ar kuru tos varetu saskatit. Tacu tas nenozime, ka nevar but parliecinats, ka atomi un elementardalinas pastav.
Iedomajieties, ka jusu maja ir pele. Jus to neredzat, bet dro?i zinat, ka ta tur ir: uz galda atstats siera gabalin? nakti pazud, maja ir pelu pedas, un nakti jus dzirdat ?nak?anu. Tatad pele ir, lai gan ta nav redzama. ?o secinajumu mes izdarijam, ka saka zinatnieki, pamatojoties uz netie?iem noverojumiem. Vai ari pa debesim lido lidma?ina. Augsti un augstu, jus to nemaz neredzat, un jus nedzirdat tas dzineju troksni. Tacu jus skaidri redzat balto pedu, ko ta atstaj debesis. Zinatnieki to sauc par inversijas pedam.
Nu, ta ir lieliska ideja, lai uzzinatu par dalinu pastave?anu no to pedam. ?adu pieeju izmantoja skotu fizikis Carlzs Vilsons, 20. gadsimta sakuma izveidojot ieverojamo Vilsona kameru. Caurspidigaja kamera ir parsatinati udens tvaiki. Pietiek tikai mazaka iejauk?anas ?ajos tvaikos, lai gaisa peldo?as udens molekulas saktu salipt kopa, veidojot acim redzamus udens pilienus. ?o procesu sauc par kondensaciju, un to biezi var redzet, kad automa?inas logi ir aizsvidu?i vai kad no rita pec aukstas nakts uz zales un ziediem krit rasa. Starp citu, tie?i ?adi debesis veidojas lidma?inas pedas. Udens tvaiku kondensaciju izraisa no dzineja izlidojo?as nepilnigi sadegu?as degvielas dalinas. Tapec inversijas pedu biezi sauc par kondensacijas pedu.
Elementara dalina, elektrons vai protons, ko fiziki pirms tam stipri paatrina ipa?os dalinu paatrinatajos – ciklotronos, ielido ?ada kamera. Acumirkli dalina izlido cauri kamerai un atstaj aiz sevis kondensacijas pedu, kas sastav no udens pilieniem. ?i peda, ko fiziki deve par pedu, nepazud uzreiz, tapec petniekiem ir laiks to nofotografet. Atteli ir parsteidzo?i skaisti. Fiziki ne tikai skatas uz tam, bet lasa tas ka gramatu par elementardalinu dzivi un notikumiem, kas notiek, tam saduroties Vilsona kamera.
Izmantojot netie?as metodes, var pieradit ari neredzamo molekulu pastave?anu. Skotijas botanikis Roberts Broughtons gandriz pirms 200 gadiem pamanija ko neparastu. Ja sikas ziedu putek?nu dalinas ievieto udeni un novero caur mikroskopu, redzams, ka putek?nu dalinas nestav uz vietas, bet visu laiku veic nejau?us lecienus. ?o nepartraukto dalinu jucekligo klaino?anu ?kidruma tilpuma par godu atklajejam nodeveja par Brauna kustibu.
Tacu ?is dalinas ir nedzivas, tas nevar kusteties pa?as no sevis, tapec kads tas spiez no dazadam pusem un loti specigi. Kas tas varetu but? Gandriz 80 gadus velak, 1905. gada, viens no 20. gadsimta ieverojamakajiem zinatniekiem Alberts Ein?teins izteica pienemumu, ka dalinas stumj ?kidruma molekulas, kas savukart ari atrodas nepartraukta kustiba. To ir daudz, tas nak uz dalinu no dazadam pusem, un, ja pek?ni kada bridi molekulas viena puse «aizkeras», bet otra sapigak, dalina izkustesies no vietas un aizlidos kadu attalumu.
Alberts Ein?teins to visu izklastija sava slavenaja zinatniskaja darba par Browna kustibu. Vin? pat teoretiski pamatoja un paredzeja, cik daudz puteklu dalinam ?kidrumos vajadzetu kusteties, ja tas spiez molekulas.
Tomer tas viss bija tikai pienemums, teorija, un Ein?teins pats ?aubijas, vai kads spes to parbaudit eksperimentali. Tacu tads bija. Francu fizikim Zanam Baptistam Perenam 1908. un 1913. gada izdevas veikt vislabako eksperimentu: vin? izsekoja tuksto?iem dalinu celu ?kidruma un izmerija to parvietojumu. Rezultati pilniba atbilda Ein?teina prognozem, molekulara teorija triumfeja, un pats Zans Baptists Perens 1926. gada sanema augstako zinatnes apbalvojumu – Nobela premiju fizika.
Cita, bet daudz progresivaka metode, kas lauj redzet molekulu, paradijas pagaju?a gadsimta 30. gados. Tas bija elektronu mikroskops. Ta raditaji, vacu fiziki Makss Knolls un Ernsts Ruska 1931. gada nejau?i pamanija, ka, ja elektronu plusma izplust cauri visplanakajam vielas slanim un nokrit uz jutiga ekrana, tad uz ?i ekrana var redzet to veidojo?o molekulu enas. Luk, vel viens pieradijums molekulu pastave?anai. Jus varat apskatit pirmo krievu elektronu mikroskopu, ja neesat slinki un aizbraucat uz Politehnisko muzeju Maskava, kur tas ir publiski izstadits.
Musdienas zinatnes un tehnikas progress ir sasniedzis tik neticamas virsotnes. ka ir ierices, kas lauj saskatit atomus! Tie ir skenejo?as zondes mikroskopi, kuru pirmo modeli 1981. gada izgudroja Gerds Binnigs un Heinrihs Roreers. Un 1986. gada viniem tika pie?kirta Nobela premija fizika par ?o izgudrojumu, kas lauj petniekiem ielukoties pa?os materijas dzilumos. Viniem pievienojas ari Ernsts Ruska. Vinam uz ?o balvu bija jagaida 55 gadus, tacu taisnigums uzvareja.
?aja jaunas paaudzes mikroskopa visplanaka adata, uzasinata no viena atoma, it ka taustot vielas vai materiala virsmu un parraidot tas attelu uz ekrana. Tadejadi pirmo reizi uz zelta plaksnites bija iespejams saskatit zelta atomus, kas, ka uzskatija kimiki, izvietoti blivas rindas, lodite pie lodites. Un ari bija iespejams aplukot vissvarigako dzivibas molekulu – DNS molekulu, uz kuras ir ierakstita visa mantojuma informacija un kura kontrole visus musu organisma notieko?os procesus. Ta zinatnieki savam acim parliecinajas, ka DNS molekula izskatas ka gara kede vai drizak – ka spirale.
Es domaju, ka ir pienacis laiks apstaties. Galu gala galveno jau esam uzzinaju?i. Viss ap mums, ari mes pa?i, sastav no vielam, vielas sastav no atomiem, atomi sastav no elementardalinam. Bet no kurienes radas visas ?is elementardalinas, no kuram veidojas atomi, no kuram veidojas vielas, no kuram veidojas viss, ari mes pa?i?
2. nodala: No kurienes rodas vielas?
Lai saprastu, no kurienes radas materijas buvmaterials – elementardalinas, mums ir jadodas uz talo pagatni. «Bet laika ma?inas eksiste tikai zinatniskas fantastikas romanos un filmas!» – jus sakat. Un ne, tas nepastav, un ja, tas pastav. Lidz ?im patie?am nav radits neviens transportlidzeklis, kas fiziski varetu mus parvietot uz pagatni. Iznemot tadas filmas ka «Atgrie?anas nakotne» (ASV). Un tas butu lieliski: apsesties miksta kresla, piespradzet jostas, iestatit displeja "-2000 gadu», nospiest pogu «Braucam», un pec dazam minutem jus jau esat senaja Roma, Kolizeja, verojot gladiatoru cinu. Iespejams, kad klusiet par petniekiem, jus piedalisieties ?adas ma?inas izveide. Tikmer astrofiziki, kas peta Visumu, ik dienu spej ielukoties tala pagatne un uzzinat par tur notiku?ajiem notikumiem. Tapec viniem ir savas laika ma?inas – teleskopi.
Viss ir saistits ar gaismu. Kad mes skatamies uz kadu priek?metu vai cilveku, visbiezak uz mammu, mes redzam gaismu, kas atstarojas no vinas sejas, matiem, brillem, uzvalka, manikira un grumbinam pie acim, kad vina smaida. Atstarota gaisma nonak musu acis, ipa?a uztverejierice – tiklene. Ta, savukart, parraida signalu uz smadzenem, un smadzenes pa?as veido musu redzeta attelu. Atstarota gaisma nes informaciju par vissikakajam objekta detalam, ta formu, krasu, fakturu – visu. Nekas no tas neizbeg – ne plankums uz jusu piedurknes, ne netiras kurpes, ko aizmirsu iztirit pirms skolas, ne nagi, ko esat nokodis. Tas ir vienkar?i ideals kopetajs.
Gaisma parvietojas ar neiedomajamu atrumu – 300 000 kilometru sekunde. Nekas Visuma nekur nelido atrak par ?o atrumu. Bet ?is atrums ir ierobezots. Un, ja gaismai, kas nes informaciju par kadu objektu, janoiet miljoniem vai miljardiem kilometru, tas aiznem ieverojamu laiku. Tapec mes skatamies uz Menesi. Un ko mes redzam? Skaistu baltu disku nakts debesis, kas klats ar tum?iem plankumiem. Dazkart mums ?kiet, ka ?ie plankumi veido sievietes sejas attelu. Tacu diez vai jus esat kadreiz aizdomaju?ies, ka, skatoties uz menesi, mes skatamies atpakal laika, dazas sekundes. Tie?i tik ilga laika gaismai ir nepiecie?ams, lai parvaretu attalumu no Meness lidz Zemei. Un, ja mes skatamies uz Sauli, mes celojam vel talak pagatne – dazas minutes. Tas ir nepiecie?amas, lai gaisma noklutu no Saules lidz Zemei, jo Saule atrodas daudz talak no musu planetas.
Nerunasim, piemeram, par Alfa Centaura zvaigznu sistemu! Tum?a, skaidra nakti ta ir redzama debesis, ipa?i tas spozaka zvaigzne – Alfa Centauri A. Musu skatiens uz ?o zvaigzni ir gandriz cetrus ar pusi gadus atpakal laika: tie?i tik ilgs laiks ir nepiecie?ams, lai zvaigznes gaisma sasniegtu musu acis. Ja ?o attalumu izsaka kilometros, tas ir gar? skaitlis ar daudzam nullem. Ar ?adiem skaitliem ir gruti operet. Tapec astrofiziki ir izgudroju?i savu garuma meru kosmiskiem attalumiem – gaismas gadu. Tas ir vienads ar attalumu, ko gaisma veic gada laika, proti, aptuveni 9 460 000 000 000 000 000 000 000 (9 triljoni 460 miljardi) kilometru.
Visjaudigaka laika ma?ina musdienas ir amerikanu kosmiskais teleskops «Hubble», kas jau 20 gadus atrodas Zemes orbita. ?i teleskopa optiskas acis ir arkartigi asas. Tas redz gandriz desmit reizu labak neka ta kolegi uz Zemes. Kapec, jus varetu jautat? Tas ir tapec, ka musu Zemi ieskauj atmosfera, gaiss, ko mes elpojam. Ta mums ?kiet pilnigi tuk?a un tapec caurspidiga. Tacu patiesiba ta tada nav.
Gaiss un atmosfera satur loti daudz dazadu vielu – skabekli, slapekli, oglekla dioksidu, udens tvaiku un daudzas citas. ?is vielas lidinas virs mums un ap mums ka atsevi?kas molekulas. Un mes jau zinam, ka atsevi?kas molekulas musu acim nav redzamas. Tapec mums ?kiet, ka caurspidigs gaiss ir tikai tuk?s gaiss. Tacu gaisma ir loti jutiga pret vidi, caur kuru ta lido. Tapat ari cilveks: viena lieta ir skriet gar upes krastu, bet cita lieta ir skriet pa seklumu lidz jostasvietam udeni. Uzminiet, kur? skrien atrak? Zemes atmosfera gaisma saduras ar neredzamam molekulam, izkliedejas un nedaudz paleninas. Tapec astrofiziki un nolema teleskopu novietot Zemes orbita, pacelt virs atmosferas, novietot to kosmosa vakuuma, kur vielu saturs ir niecigs un tapec gaismai nav ?ker?lu, nav traucejumu.
Astrofiziku ceribas piepildijas, un tagad mums ir superteleskops «Hubble», kas ker talas pagatnes gaismu un suta uz Zemi fantastiska skaistuma attelus no dazadiem Visuma nosturiem. Starp citu, ari jus varat aplukot ?o skaistumu – interneta. Atteli ir pieejami ikvienam.
Spektralas brilles
Bet kapec mums ir vajadziga gaisma, ja velamies uzzinat, no kurienes viela nak? Izradas, ka gaisma var mums pateikt vairak neka tikai to, ka ta izskatas. Jebkur? specigi sakarsets kermenis izstaro energiju. Uzkarseta plits izstaro siltumu, karstas ogles liesmo un mirgo sarkana krasa, bet vasaras saule apzilbina acis un apdedzina adu. Ta ir visu vielu un to sastavdalu – atomu – ipa?iba sakarstot uzbudinaties un izstarot energiju.
Nemiet ?kipsninu parastas galda sals uz naza gala (kimiki ?im nolukam izmanto porcelana karotiti) un ielieciet to atklata uguni. Sali aptvero?a liesma iekrasosies spilgti dzeltena krasa. Ta ir gaisma, ko specigi sakarsejot izstaro natrija elementa atomi, no kuriem sastav sals. Savukart, ja panemsiet citu vielu, kas satur elementu kaliju, liesma bus zili violeta. Starp citu, ?o vienkar?o metodi kimiki joprojam izmanto, lai noteiktu konkreta elementa klatbutni nezinama viela vai vielu maisijuma. Un pirotehniki – lai raditu daudzkrasainas svetku uguno?anas ierices.
Astrofiziki, kas uztver talas zvaigznes gaismu, var sadalit to pa sastavdalam – to sauc par spektru. Ari daba to spej. Jus dro?i vien esat daudzkart redzeju?i, ka pec lietusgazes debesis pek?ni paradas brini?kiga varaviksne. Tie ir udens pilieni, kas karajas gaisa un sadala redzamo gaismu tas sastavdalas. Un jus precizi zinat, ka ?aja svitrainaja brinuma mijas krasas: sarkana, oranza, dzeltena, zala, zila, zila un violeta. Un, ja nezinat, atcerieties uzvedino?o frazi: katrs mednieks velas zinat, kur sez fazans. Vai ari ?eit ir vel viens joko?s «francu» variants: ka reiz Zaks zvanikis ar galvu salauza laternu Jus jau nojautat, ka katra varda pirmais burts ir pirmais burts varaviksnes krasas nosaukuma.
Bet atgriezisimies pie astrofizikiem. Astrofiziki spej sadalit attalu zvaigznu gaismu daudz sikakas sastavdalas un ar ipa?u instrumentu palidzibu pat saskatit tas gaismas spektra dalas, kas ir acim neredzamas – infrasarkano un ultravioleto starojumu. Ikviens, kur? spej nolasit ?os spektrus, var uzzinat daudz jauna par zvaigzni. Piemeram, kada ir tas temperatura, kadi elementi ir tas sastava, kadi procesi notiek uz ?is zvaigznes un cik talu ta atrodas no Zemes.
Ja caur ?adam spektralbrillem apluko Sauli, izradas, ka Saulei ir aptuveni 80 Mendelejeva tabulas elementu. Visvairak ir udenraza (gandriz tris ceturtdalas pec masas) un helija (gandriz ceturta dala), parejo elementu ir tikai nedaudz (2%).
Tomer galvenais jautajums joprojam ir – no kurienes ?ie elementi ir radu?ies uz Saules? Lai to noskaidrotu, mums ir jaatgriezas atpakal sava laika ma?ina.
Visu sakumu sakums jeb Kosmiska virtuve
Musdienas ar teleskopu «Hubble» mes varam atskatities divpadsmit miljardus gadu atpakal! Astrofiziki rupigi peta neiedomajami talas pagatnes starojumu, ko iemuzinajis Hubble teleskops. ?ada veida vini var atveidot kosmosa notikumus, kas risinaju?ies ?aja milzu laika posma. Tas ir, it ka vini skatitos filmu atpakalgaita, no beigam uz sakumu. Atpakal tur, kur viss sakas.
Un viss sakas ar Lielo spradzienu. Ta belgu priesteris un astronoms Zorzs Lemotrs 1931. gada nosauca Visuma ra?anas bridi. Jau tad, XX gadsimta sakuma, astronomi ar uz zemes uzstaditu teleskopu palidzibu vareja redzet un saprast, ka Visuma dalas atrodas nepartraukta kustiba. Un ne tikai kustiba: ?kiet, ka tas izklist dazados virzienos, attalinoties viena no otras – gluzi ka granatas atluzas vai uguno?anas ierices dzirksteles lido prom. Pagaju?a gadsimta 20. gadu beigas Zorzs Lemers apmekleja savu draugu, astronomu Edvinu Hableju (teleskops nosaukts par godu vinam) Mount Wilson astronomiskaja observatorija Kalifornija (ASV) un uzzinaja par ?iem nesenajiem noverojumiem. Un tad vin? vienkar?i domaja un iedomajas, kas notiktu, ja lidojo?as granatas fragmentus apgrieztu, proti, liktu lidot preteja virziena. ?is prata eksperiments vinu noveda pie sakotneja briza, kad granata eksplodeja un radija lidojo?as atluzas. Ta radas Liela spradziena teorija.
Musdienas astrofiziki aprekinaju?i, ka Lielais spradziens notika apmeram pirms 14 miljardiem gadu. Eksplodeja kaut kas loti mazs un neticami blivs. Zorzs Lemotrs to nosauca par pirmatnejo atomu, bet musdienu fiziki to sauc par singularitates punktu. ?aja vesturiskaja spradziena dzima materija, telpa un laiks. Lielais spradziens bija neticami specigs: uz ta fona atombumbas spradziens ir tikai mo?ka pikstiens. Karsta, gigantiskas temperaturas bumba saka strauji uzbriest, radot sevi arvien vairak un vairak telpas. Tai papla?inoties, temperatura kvelojo?as lodes iek?iene pazeminajas, un saka dzimst nakotnes materija.
Es jau redzu, ka jus apmulsis kratat galvu: «Es nesaprotu! Ka tas ir iespejams, ka tur nebija neka, ne materijas, ne telpas, ne laika?». To patie?am ir gruti saprast un iedomaties. Es pats esmu pardomajis to gadiem ilgi. Un man ienaca prata ?i analogija, un es ceru, ka ta palidzes ari jums. Ari jus kadreiz neesat eksisteju?i, un jums nav bijis ne telpas, ne laika. Bet tagad tu piedzimi, un taja bridi tev atveras telpa un laiks saka skaitit. Sakuma tava telpa bija loti maza un aprobezojas ar gultinu. Bet tu augi, un ta auga, papla?inajas kopa ar tevi. Jo talak tu augsi, jo lielaka klus ?i telpa, kuru tu atpazisi un apgusi. Un jusu izzinai nav robezu. Visa pasaule ir atverta jums – skaista un bezgaliga.
Bet atgriezisimies pie Visuma dzim?anas. Mes ar jums jau zinam, ka viss sastav no trim elementardalinam – protonu, neitrona un elektronu. Tas radas pa?a pirmas sekundes sakuma pec Liela spradziena. Sekunde vel nebija pagajusi, un temperatura jau bija nokritusies lidz 300 miljoniem gradu, un saka veidoties pirmie nakotnes atomu kodoli, pa?i mazakie un vienkar?akie – smagais udenradis (viens protons, viens neitrons) un helijs (divi protoni, divi neitroni). Nav nejau?iba, ka ?ie elementi Mendelejeva tabula ienem pirmas divas vietas. Tie patie?am bija pirmie! Pec tuksto? gadiem tas kluva «vess» – tikai 30 000 gradu pec Celsija. Tacu tie?i tada temperatura helija un udenraza kodoli speja piesaistit pie sevis elektronus. Ta radas pirmie atomi.
Un tad, vel pec 200 miljoniem gadu, Visums kluva briesmigi auksts – minus 272 gradi pec Celsija jeb tikai aptuveni viens grads absolutas temperaturas skala. ?ados apstaklos Visuma gaze, ko veidoja udenradis un helijs, saka kondenseties, t. i., apvienoties gazes lodes, lidzigas musu Saulei un citam zvaigznem. Gravitacijas speki tas saspieda arvien cie?ak un cie?ak. Atbrivojoties energijai, saka paaugstinaties temperatura. Un ta zvaigznu dziles radas apstakli, kuros sakas termonuklearas kodolsintezes reakcija – udenraza un helija kodolu saplu?ana, radot arvien smagaku elementu kodolus, visus Mendelejeva tabulas kimiskos elementus. Ta zvaigznes kluva par milzu materijas rupnicam. ?ajas reakcijas izdalijas ari daudz energijas, kas izplatijas Visuma, tostarp gaismas veida. Tapec mes redzam zvaigznes debesis simtiem miljonu gaismas gadu attaluma.
Un tad visa «degviela» zvaigznes dziles izdega, un zvaigzne eksplodeja, izkliedejot Visumu ar uzkrato materiju. Radas starpzvaigznu putekli, no tiem – puteklu makoni, un no tiem – planetas, pilditas ar dazadam vielam. Ta radas materija, no kuras veidojas visi Visuma objekti.
Musu Saules sistema, kura mes dzivojam, ir dala no musu Piena Cela galaktikas. ?aja galaktika, tapat ka citas, ir vairak neka 100 miljardi zvaigznu. Visuma ir 100 miljardi tadu galaktiku ka musu galaktika. Milzu, milziga, milziga, noslepumaina pasaule! Un ta visa ir veidota no materijas, tas ir, materijas, kas radusies Liela spradziena rezultata.
Bet neviens to nevar dro?i apgalvot, jo neviens nekad nav redzejis Lielo spradzienu. Ta ir tikai teorija, pienemums. Tacu ?odien visi noverotie dati, ko astrofiziki ieguvu?i ar Hubble un citu teleskopu palidzibu, apstiprina, ka Visuma ra?anas un attistibas scenarijs, ko sauc par Lielo spradzienu, ir loti lidzigs patiesibai. Tomer joprojam ir daudz jautajumu: kas bija pirms Liela spradziena? Vai bez musu Visuma pastav vel citi Visumi? Vai Visums papla?inasies lidz bezgalibai? Un, ja ne, kas ar to notiks beigas? Iespejams, ?ie jautajumi gaida ari jus, dargais lasitaj. Un, ja jus savu dzivi veltisiet Visuma izpetei, iespejams, jus atradisiet atbildes uz tiem un padarisiet cilveci laimigu.
Apkoposim. Protoni, neitroni un elektroni, no kuriem rodas visi elementi un vielas jeb materija, paradijas Visuma dzim?anas bridi, tulit pec Liela spradziena. No tiem izveidojas pirmo vielu – udenraza un helija – atomi, kas joprojam ir visizplatitakas vielas Visuma. Savukart parejie Mendelejeva tabulas kimiskie elementi dzima un turpina dzimt zvaigznes. ?eit milzigas temperaturas nepartraukti noris kodolu un atomu sabruk?anas un saplu?anas reakcijas, ?eit dzimst kimiskie elementi, kas ka izejvielas tiek piegadati Visumam.
Fiziki apgalvo, ka elektronu skaits Visuma kop? Liela spradziena nav mainijies. Tas nozime, ka ari dazadu vielu skaits ?aja brini?kigaja pasaule ir ierobezots.
3. nodala. Vai izjauksim Zemi?
No neka nevar radit neko, ja vien tas nav mulkigi. Jus jau esat sapratu?i – lai izveidotu molekulu, ir vajadzigi atomi, un, lai izveidotu atomus, ir vajadzigi protoni, neitroni un elektroni. Bet nav noliktavas, kur prototi, elektroni un neitroni butu sakartoti kastes, un kastes – plauktos: nac un nem, kas tev vajadzigs. Un no kurienes, jus varetu jautat, jus to visu panemsiet? To visu var iegut no citam vielam, kas jau eksiste. Atomu fiziki zina, ka paatrinat dazadus atomus lidz nepratigam atrumam paatrinatajos, sadursinat tos un sadursmes rezultata iegut citus atomus un elementardalinas. Savukart kimiki, kas nenogursto?i peta visas iespejamas vielas pasaule, ar dazadu kimisku reakciju palidzibu spej no vienas vielas iegut citu.
Bet paliek jautajums – kur iegut ?is sakotnejas vielas? Mes neesam iemaciju?ies, ka ar milzu karotem no kosmosa izslaukt udenradi, heliju un kosmiskos puteklus. Bet mums tas ari nav vajadzigs. Galu gala mums ir sava milziga kimisko reagentu kratuve, kas ir 4,5 miljardus gadu veca un sver miljardu triljonu tonnu (6*1021 tonnu) – musu brini?kiga planeta Zeme, kas sastav no visdazadakajam vielam.
Un izurbsim milzu tuneli lidz Zemes centram, nosutisim cauri tam caurspidigu liftu un apskatisim, kas tur glabajas. Protams, tas ir tiri spekulativs eksperiments. Lielakais dzilums, lidz kuram cilvekam ir izdevies ierakt Zeme, ir tikai divpadsmit ar mazliet kilometru – tas ir musu superdzilais urbums Kolas pussala. Tas ?kiet daudz. Tacu Zemei tas ir ka Ziemassvetku eglites adata, kas iesprausta zilona ada. Mums ir vajadzigs 6 371 kilometru gar? tunelis, kas ir Zemes radiuss. Citiem vardiem sakot, mums butu jaizurbj 530 urbumi, piemeram, Kolas aka, lai noklutu planetas centra.
Un tomer nekas mums netrauce doties gariga celojuma. Attelu, kurai butu jaatver musu acim aiz caurspidigajam lifta sienam, tagad detalizeti apraksta geofiziki, kas peta Zemes uzbuvi. Un, lai gan neviens no viniem nav sajutis musu planetas saturu dzilak par divpadsmit kilometriem un noteikti nav redzejis Zemes sirdi – tas kodolu, tomer musu planetas iek?eja uzbuve ir diezgan labi zinama.
Bet ka var aprakstit to, ko neesat redzeju?i, vaicasiet jus? Un galu gala mes ar jums jau zinam atbildi uz ?o jautajumu – ar netie?iem noverojumiem.
Zinatnieki klausas, zonde un peta musu planetu – gluzi tapat ka arsti peta musu kermenus. Ar rentgena staru, ultraskanas un dazadu zondes aparatu palidzibu, kas dazkart ir janorij vai jacelo pa asinsrites celiem, arsti peta musu iek?ienes. Un ar skanu, kas nak no auksta fonendoskopa, kuru arsts pieliek pie musu kru?kurvja, vini klausas plau?as un bronhos: vai tur ir kads iekaisums, iffu, iffu, iffu, iffu. Geofiziki ietekme Zemi tada pa?a veida – ar dazadiem elektromagnetiskajiem starojumiem un seismiskajiem vilniem. Tad vini klausas atbalsis, peta reakciju un izdara secinajumus par vielas stavokli taja vai cita dziluma – vai ta ir ?kidra vai cieta, kads ir tas blivums un temperatura.
Nu, mes jau esam pacelaja. Grida iestradats spido?s ekrans atskaita musu nir?anas kilometrus. Musu celojuma pirmais un isakais posms – aptuveni 40 kilometri Zemes lidzenajos apgabalos – iet cauri slanim, ko sauc par Zemes garozu. Zeme ir parklata ar mizu, lidzigi ka koks.
Ja pagriezisiet galvu pa kreisi un pa labi, tad, atklati sakot, jus tik un ta neko nevaresiet saskatit – zem zemes ir melns. Tomer lifta mums ir jaudigi prozektori, tie mums nedaudz palidzes.
Pec planaka augsnes un mala slana iegrimstam akmens tuneli ar granita un bazalta sienam. Tomer dazkart lifts izskrien cauri udens, naftas un gazes slaniem jeb horizontiem, ka zinatnieki tos sauc, tapec aina aiz lifta sienam joprojam ir daudzveidiga. Tikmer klust arvien karstaks un karstaks. Desmit kilometru dziluma temperatura jau ir zem divsimt gradiem! Un talak dziluma ir vel karstaks. Labi, ka mes pardomati, pat mentali, uzvelkam karstuma aizsargterpus.
Asa sirenas skana nover? musu uzmanibu no skati?anas uz zemes saturu. Uz ekrana zem musu kajam paradas uzraksts: «Visi seziet savas vietas un piespradzejieties dro?ibas jostam. Pec desmit minutem mes ?kersosim Moho robezu!» ?o noradijumu nedrikst ignoret. Moho robeza, ko 1909. gada atklaja horvatu geofizikis un seismologs Andrejs Mohorovicics, satricinas ka laba zemestrice. ?i seismisko vilnu augstas aktivitates zona aptver visu Zemi no piecu (zem okeana dibena) lidz septindesmit kilometru dziluma. Ta atdala Zemes garozu no lielakas Zemes dalas – mantijas, kas veido 67% no musu planetas kopejas masas un aptuveni 83% no kopeja apjoma.
Celo?ana pa mantiju ir gara un neinteresanta – ta joprojam ir ta pati granitam lidziga iezis, tikai vel blivaks un smagaks. Varetu teikt, ka Zemes garoza ir relativi kausejamas vielas, bet mantija – ugunsizturigas vielas. Ta doma geofiziki. Tacu patiesiba ta var nebut, jo zinatnieki atrod jaunus datus un rada jaunas teorijas. Tikmer musu lifts nobrauc vairak neka 2800 kilometru – tas ir tapat ka divas reizes aizbraukt no Maskavas uz Sanktpeterburgu un atpakal.
2900 kilometru dziluma mes sasniedzam robezu starp Zemes mantiju un kodolu. Talak lifts atsakas doties pat mentali, jo tas butu liktenigi. Galu gala liftam butu jaiegrimst izkauseta metala, kas veido kodola arejo apvalku, janoiet 2200 kilometrus ?aja sarkana karstaja putra un jaiebirst Zemes cietaja kodola. Pec zinatnieku domam, tas ir izgatavots no dzelzs un nikela sakausejuma, kam pievienoti citi elementi. Tas izskatas pec smagas nerusejo?a terauda lodites, no kada tiek izgatavoti gultni, tikai loti lielas. Temperatura ?eit ir velni?kigi augsta – 5000 gradu, gandriz ka Saules virspuse. Tacu kodols ir ciets milziga spiediena del. Un loti blivs, tapec caur to nav iespejams izurbt tuneli, pat hipotetiski.
Ka ir ar Zila Verna gramatu «Celojums uz Zemes centru»? Patie?am, zinatniskas fantastikas rakstnieki savos romanos ir celoju?i uz musu planetas kodolu. Tacu stingrie geofiziki mums nav atstaju?i ne mazako iespeju ieraudzit to apbrinojamo un krasaino pasauli, kas Zila Verna romana varoniem paveras zem zemes.
Tomer mes jau esam sapratu?i, ka mums nav vajadzibas doties tik dzili. Galu gala mes meklejam mums nepiecie?amas vielas, un to ir pilnigi pietiekami daudz Zemes garoza, kas ir diezgan plana – no pieciem kilometriem okeana lidz septindesmit kilometriem kalnos. Un mes loti labi protam rakt un urbt.
No ka ir veidota Zeme?
Vini apgalvo, ka gandriz visi Mendelejeva tabulas elementi ir atrodami Zeme. Ja ne visi, tad devindesmit noteikti. Zinatnieki pat ir aprekinaju?i, cik daudz dazadu elementu atomu ir ietilpu?i Zemes buvnieciba. Tas ir tik liels skaitlis, ka tam pat nav nosaukuma. Panem papira lapu, uzraksti vieninieku un tam pievieno 50 nulles. Iegusiet skaitli, kas nevar ieklauties viena piezimju bloka lapas rindina. Ko mums stasta ?is garais, cuskai lidzigais skaitlis? To, ka uz Zemes ir ne tikai daudz atomu, bet fantastiski daudz atomu.
Kas ir ?ie atomi? Tre?dala no tiem ir dzelzs atomi, vel gandriz tre?dala ir skabekla atomi, sesta dala ir silicija, astota dala ir magnija, divpadsmita dala ir sera, nikela, kalcija un aluminija atomi. Un parejiem elementiem ir palikusi viena simta dala. Tads ir visu musu planetas elementu sastavs. Tacu mus ar jums interese tikai Zemes garoza, kas veido tikai vienu divsimtdalu no Zemes masas. Lai gan tas ir daudz, nemot vera musu planetas milzigo svaru.
No ka sastav Zemes garoza? ?eit edienkarte ir bagataka un daudzveidigaka.
Astonpadsmit elementi – skabeklis (O) un silicijs (Si), aluminijs (Al) un dzelzs (Fe), kalcijs (Ca) un natrijs (Na), kalijs (K) un magnijs (Mg), udenradis (H) un titans (Ti), ogleklis (C) un hlors (Cl), fosfors (P) un sers (S), slapeklis (N) un mangans (Mn), fluors (F) un barijs (Ba) – veido 99,8% Zemes garozas masas. Visvairak ir skabekla (puse no Zemes garozas masas) un silicija (ceturta dala). Un kur ir zelts, sudrabs un platins – musu tik dargie un iemilotie metali? Ari tie tur ir. Tomer kopa ar parejiem desmitiem elementu tie veido tikai vienu piecsimtdalu no Zemes garozas masas.
Protams, visi ?ie elementi nav izvietoti atsevi?kas kastes, pudeles un kastites ar attiecigam etiketem, ka tas butu jadara reala kimisko reagentu noliktava. Elementi tira veida, t. i., vienkar?u vielu veida, zeme sastopami loti reti. Piemeram, zelts, kura sarezgitus, mazus un lielus lietnus var aplukot mineralogijas muzejos. Vai dzeltens sers vaskainos kristalos. Un tad ir ogleklis dimantu veida, kas veido brini?kigus caurspidigus dimantus, spidigu melnu un peleku grafitu vai melnus oglu slanus. Butiba Zemes iezi sastav no oksidiem – ta kimiki sauc elementu savienojumus ar skabekli dazadas attiecibas. Tapec Zemes garoza ir visvairak skabekla.
Un bez oksidiem Zemes iezi satur ari dazadus salus – ta kimiki sauc metalu atomu savienojumus ar citiem elementiem. Piemeram, musu galda sals, natrija hlorids, vai pirits, dzelzs sulfids, kas spid akmenos ar zeltainam dzislam un biezi mulsina zelta mekletajus – tas izskatas loti lidzigi.
Un ir ari sarezgitaki sali, kas satur metala, skabekla un kada cita elementa atomus, piemeram, kalcija karbonats jeb baltais mikstais krits, ar kuru skolotajs raksta uz tafeles. Ari tas ir dabigs akmens, kas sastav no kalcija, oglekla un skabekla atomiem proporcija 1:1:3. Lai isak pierakstitu ?is vielas sastavu, kimiki izmanto ?adu panemienu: vini rinda uzraksta elementu simbolus, bet blakus, tie?i zem tiem, to relativo daudzumu viela. Izradas: Ca1C1O3 vai, vel vienkar?ak, CaCO3. Isi un vienkar?i. To sauc par vielas kimisko formulu.
Visas ?is vielas ir cietas, tas spej veidot dazadu krasu kristalus, pec dabas diktata tas sajaucas, savijas, partop viena otra. Un rezultata veidojas visdazadakie akmeni – neglitie, parastie, pelekie vai ko?ie, ar sarezgitiem rakstiem un dzislam. Vai ari dazadu krasu caurspidigi kristali, kurus sauc par dargakmeniem un pusdargakmeniem. Smiltis un oli pludmale, slidenais mals uz sabruku?iem celiem, akmeni kalnos, kas krit zem kajam, – tie visi ir sasalu?o kristalu kokteilis no vielam, par kuram tikko runajam. Un to visu sauc par mineraliem.
Jus jautajat, ka mes to zinam? Nu, pateicoties geologiem, mineralogiem un geohemikiem. Vini nenogursto?i peta, kas atrodas zem musu kajam. Geologi ar mugursomu mugura un ipa?u amuru rokas celo pa pasauli cauri meziem, kalniem, upju ielejam un tuksne?iem, vacot dazadus neparastus akmenus un iezu paraugus. Mineralogi un geohemiki laboratorijas rupigi parbauda paraugus – apluko zimejumu, peta akmens spidumu un luzumu, parbauda ta magnetiskas ipa?ibas, rentgena starojumu un kimiskos reagentus, lai noskaidrotu kimisko sastavu un kristalisko strukturu.
Pirmatklajeja tiesibas
Manuprat, «minerals» ir loti skaists francu valodas vards. Ta sauc visas dabiskas vielas ar noteiktu kristalisku strukturu un ipa?ibam, kuras izveidojusies daba. Tas ir Zemes garozas, iezu un rudu sastavdalas.
