Z czego zrobiony jest światTekst

Tytuł oryginału: Menneskets Grunnstoffer

Przekład z norwerskiego: Małgorzata Rost/rostekst

Redaktor prowadzący: Bożena Zasieczna

Redakcja techniczna: Sylwia Rogowska-Kusz

Skład wersji elektronicznej: Robert Fritzkowski

Korekta: Bogusława Jędrasik

Okładka wg projektu:

Jacek Dunnington © 2019, The Experiment, LLC

Translation rights arranged by the Agreement

with Book/lab Literary Agency, Poland

© 2018 Kagge Forlag AS

© for the Polish edition by MUZA SA, Warszawa 2020

This translation has been published

with the financial support of Norla

Wszelkie prawa zastrzeżone.

Żadna część niniejszej publikacji nie może być reprodukowana, przechowywana jako źródło danych i przekazywana w jakiejkolwiek formie zapisu bez pisemnej zgody posiadacza praw.

ISBN 978-83-287-1359-8

MUZA SA

Wydanie I

Warszawa 2020

Spis treści

Nasz niezwykły, katastrofalny związek z planetą, na której żyjemy

Historia świata i pierwiastków w siedem dni

Złoto i zielone lasy

Epoka żelaza wciąż trwa

Miedź, aluminium i tytan – od żarówek po cyborgi

Wapń i krzem w kościach i betonie

Wszechstronny węgiel – gwoździe, guma i plastik

Potas, azot i fosfor – pierwiastki, które nas żywią

Nic nie dzieje się bez energii

Plan B

Czy można zużyć Ziemię?

Podziękowania

Źródła

Nasz niezwykły, katastrofalny związek z planetą, na której żyjemy

Ty i ja – wszyscy jesteśmy częścią życia, które niegdyś powstało z naszej planety. Nasze ciała składają się z atomów utworzonych w chwili, kiedy rodził się wszechświat. Ciała moich dzieci zbudowane są z pierwiastków chemicznych pochodzących z gleby, wody, ze skał i z powietrza. Kiedyś w przyszłości atomy, z których powstał mój organizm, utworzą jodły, lodowce i granit.

Jesteśmy jednak czymś więcej niż tylko ciałem. Równie ważne jak moje palce są ubrania, które noszę, dom, w którym mieszkam i nóż, którym kroję chleb. Gdyby nie kopalnie i buldożery umożliwiające produkcję nawozów i żywności, prawdopodobnie nie byłoby nas teraz na świecie.

Wszystkie nasze przedmioty i materia, z której się składają, odgrywają określoną rolę w wyjątkowej cywilizacji, którą wspólnie stworzyła ludzkość. A ja bardzo lubię cywilizację. Uwielbiam mieszkać w ciepłym domu oraz podróżować i odkrywać nowe miejsca. Tak właściwie nie jestem w stanie wyobrazić sobie życia bez całej wiedzy świata na wyciągnięcie ręki, chociaż sama dorastałam w czasach, kiedy na półce stała encyklopedia, a w skrzynce pocztowej można było znaleźć listy pisane odręcznie.

Każdego dnia powstają nowe okna, telefony komórkowe oraz osoby. To naprawdę niezwykłe. Ale skąd właściwie biorą się cegiełki, z których zbudowane są przedmioty, żywność i ludzie? Z czego to wszystko powstało? I czy jest możliwe, że pewnego dnia na naszej planecie zabraknie tych cegiełek i wszystko się po prostu skończy?

Dużo mówi się o środowisku naturalnym. O tym, w jaki sposób nasza konsumpcja wpływa na wodę, glebę i powietrze. Słyszymy o tym, że różne gatunki zwierząt wymierają w zawrotnym tempie, całkiem jak wtedy, gdy potężny deszcz meteorytów za jednym zamachem pozbawił życia wszystkie dinozaury. Podobno oceany są tak bardzo zaśmiecone, że wkrótce będzie w nich więcej plastiku niż ryb. Mówi się też o tym, że w wyniku spalania ropy oraz węgla przez elektrownie i pojazdy klimat zmieni się do tego stopnia, że w bliskiej przyszłości wiele obszarów na Ziemi nie będzie się dłużej nadawało do zamieszkania.

Dyskusja o degradacji środowiska naturalnego często wpędza mnie w poczucie bezradności. Jaka jest właściwie moja rola w tym scenariuszu? Czy to z mojej winy różne gatunki wymierają? Jaki świat pozostawię w spadku moim dzieciom? Czy mogę zrobić coś, żeby nie tylko pozbyć się wyrzutów sumienia, ale także w namacalny sposób sprawić, by świat rozwijał się w lepszym kierunku? Napisałam tę książkę, żeby móc wraz z tobą zastanowić się nad tym, w jaki sposób powstawanie przedmiotów, żywności, a także nas samych może być jednocześnie niezwykłe, ale i katastrofalne. Dopiero kiedy to zrozumiemy, możemy zabrać się za poszukiwanie rozwiązań, które będą miały realne znaczenie dla przyszłych pokoleń.

Historia świata i pierwiastków
w siedem dni

Historia pierwiastków sięga samych narodzin wszechświata. Jest ona długa, niemal niewyobrażalnie długa, jeśli zestawić ją z historią ludzkości. Dlatego wzorem biblijnej opowieści o stworzeniu postanowiłam streścić historię świata na przestrzeni siedmiu dni.

W tej historii miliard lat to pół doby, milion lat trwa trzy kwadranse, a tysiąc lat upływa w niecałe pół sekundy. Od powstania wszechświata minęło 13,8 miliarda lat, ale w naszej historii ziemski czas zaczyna płynąć w nocy z niedzieli na poniedziałek, kiedy zegar wybija północ. Gdy dotrzesz do końca tej opowieści, zegar ponownie wskaże północ, a niedziela dobiegnie końca.

Poniedziałek: narodziny wszechświata

Na początku nie było czasu ani przestrzeni. To, w jaki sposób wszystko powstało, jest niezwykle skomplikowane. W każdym razie najpierw był wybuch. Eksplozja tchnęła energię w każdy najmniejszy zakątek nowo powstałego uniwersum. Po tym chaotycznym początku młody wszechświat zaczął kierować się znanymi nam dobrze prawami natury.

Całkiem jak kurz w moim domu, który zbija się po pewnym czasie w imponujące koty, energia we wszechświecie zaczęła się zespalać. Powstałe wiązki energii, czy też jej cząstki, nazywamy masą: namacalną materią, z której zbudowane jest wszystko, co na tym świecie można dotknąć i poczuć.

Nasze ciała, nasze rzeczy i planeta, na której żyjemy: wszystko, czym się otaczamy, zbudowane jest z atomów. Atomy natomiast składają się z trzech rodzajów cząsteczek – protonów, neutronów i elektronów. Protony i neutrony przylegają ściśle do siebie wewnątrz jądra atomu. To właśnie liczba protonów decyduje o tym, jakim pierwiastkiem chemicznym jest atom. Jeśli jądro pozbędzie się paru protonów, albo też przyjmie kilka dodatkowych, atom stanie się innym pierwiastkiem. Początkowo atom składa się z równej liczby elektronów i protonów, ale elektrony krążą na jego obrzeżach i mogą być wymieniane między poszczególnymi atomami w wyniku reakcji chemicznych.

Protony, neutrony i elektrony powstały z rozżarzonej mieszanki energii i masy, jaką był nasz młody wszechświat. Protony i neutrony zlepiały się ze sobą, tworząc jądra atomowe pierwiastków, takich jak wodór, hel oraz lit. Te najmniejsze i najlżejsze wśród pierwiastków chemicznych mają odpowiednio: jeden, dwa oraz trzy protony w jądrze. Wodór jest ważnym składnikiem wody oraz cząsteczek organicznych, z których zbudowane są wszystkie żyjące organizmy. Nasze ciała składają się w niemal dziesięciu procentach z wodoru, co sugeruje bezpośrednie powiązanie naszego istnienia z narodzinami wszechświata.

Szesnaście sekund po północy wszechświat schłodził się na tyle, że elektrony mogły bardziej trwale przyłączać się do jąder atomowych. Światło po raz pierwszy zyskało możliwość przemieszczania się w przestrzeni dzięki temu, że na jego drodze nie stały już gorące elektrony. W efekcie tuż po północy we wszechświecie zrobiło się jasno, choć nie było w nim jeszcze nikogo, kto mógłby to zobaczyć na własne oczy.

W ciągu kolejnych dwunastu godzin masa dalej się rozrastała. Powstały ogromne chmury atomów i nim wybiła trzecia w nocy, ich skupiska utworzyły pierwsze galaktyki. Jedną z nich była Droga Mleczna, czyli nasz dom. Obecnie wiemy, że Droga Mleczna jest zaledwie jedną spośród bilionów galaktyk we wszechświecie.

O szóstej nad ranem niektóre chmury atomów w galaktykach urosły do takich rozmiarów, że zapadły się pod własnym ciężarem. Tak doszło do powstania pierwszych gwiazd. W jednej z nich, bryle materii znacznie większej od naszego Słońca, znalazły się atomy wodoru, które z czasem przekształciły się we wdychany przez nas w tej chwili tlen.

Ciężar wszystkich znajdujących się wokół atomów ściskał ze sobą atomy wodoru z potężną siłą. Dopiero to umożliwiło elektronom uwolnienie się z jąder atomowych. Z czasem ciśnienie stało się tak silne, że jądra wodoru połączyły się ze sobą, prowadząc do powstania nowych jąder helu. Proces ten uwolnił gigantyczne ilości energii, która rozgrzała atomy, a te utworzyły w efekcie świecącą gwiazdę. Podobne zjawisko zachodzi obecnie wewnątrz naszego Słońca. Światło, które widzisz, wyglądając przez okno, pochodzi od zderzających się we wnętrzu Słońca jąder atomowych.

Z czasem, po przekształceniu się większości jąder wodoru w hel, proces uwalniania energii z wnętrza gwiazdy uległ spowolnieniu. Nie mogła ona dłużej przeciwstawiać się naciskowi materii z zewnątrz. Zapadła się. Dało to początek nowemu etapowi jej życia. W wyniku zapadnięcia się gwiazdy jądra helu zostały ściśnięte tak mocno, że połączyły się w wyniku ponownej reakcji. Trzy jądra helu, każde z dwoma protonami, utworzyły jądro atomowe zawierające sześć protonów, czyli węgiel. Następnie jądro węgla połączyło się z jeszcze jednym jądrem helu, doprowadzając do powstania ośmioprotonowego jądra atomowego. Mowa tu oczywiście o tlenie, a wspomniane jądro znajduje się w atomie tlenu wewnątrz czerwonej krwinki, która właśnie wędruje do twojego mózgu.

Tymczasem wewnątrz gwiazdy nadal trwał proces łączenia się jąder atomowych w coraz to cięższe pierwiastki chemiczne. Osiemdziesiąt sześć procent twojego ciała składa się z węgla, azotu i tlenu, które zostały utworzone właśnie na tym etapie. Na Ziemi panuje zbyt niskie ciśnienie, żeby mogły powstawać tego typu pierwiastki, więc nie ulega wątpliwości, że te części składowe naszego ciała rzeczywiście wywodzą się z gwiazd. Wszyscy jesteśmy gwiezdnymi istotami. W tej fazie rozwoju wszechświata powstały również zawarte w twojej krwi żelazo, a także fosfor w twoich kościach oraz DNA, aluminium w twoim telefonie oraz sól (będąca połączeniem sodu i chloru), którą posypujesz jedzenie.

Po kilku minutach w skali tej tygodniowej historii świata życie gwiazdy dobiegło kresu, przy czym zakończyło się wybuchem tak spektakularnym, że otrzymał on nazwę supernowej. Podczas eksplozji powstały pierwiastki cięższe niż żelazo, wśród nich: nikiel, miedź i cynk. Kable elektryczne w twoim domu zostały wyprodukowane z materii, która wywodzi się od supernowej.

Pozostałości z wybuchu, czyli materia, która nie została wypchnięta w przestrzeń kosmiczną, zapadły się, tworząc gwiazdę neutronową. W jej wnętrzu jądra atomowe połączyły się w potężne skupisko o wielkości dużego miasta (o średnicy około dziesięciu kilometrów), które tak właściwie jest ogromnym jądrem atomowym, nawet jeśli nie nazywamy go pierwiastkiem chemicznym. W naszej galaktyce znajduje się około miliarda gwiazd neutronowych, ale ponieważ są niewielkich rozmiarów i w porównaniu z innymi gwiazdami są zimne, nie tak łatwo jest je dostrzec.

Biorąc pod uwagę, ile przestrzeni jest we wszechświecie oraz jak małe są gwiazdy neutronowe, dalszy rozwój wydarzeń może się wydawać niewiarygodny. A jednak wiemy, że na pewno się to wydarzyło. W pierwszych dniach istnienia wszechświata w którymś momencie zderzyły się ze sobą dwie gwiazdy neutronowe. W wyniku tego zderzenia powstały: złoto, srebro, platyna, uran oraz cały szereg innych pierwiastków – tak ciężkich, że mogły powstać wyłącznie w najbardziej ekstremalnych warunkach. Te nowo powstałe pierwiastki zostały wyrzucone w przestrzeń, gdzie przemieszały się z chmurami pyłu oraz atomów w galaktyce.

W taki sposób już pierwszego dnia powstały pierwiastki chemiczne. Do dzisiaj we wszechświecie powstają zresztą kolejne. Gwiazdy rodzą się i umierają, wybuchają i zderzają ze sobą nieustannie. Ale tutaj na Ziemi jądra atomowe są praktycznie niezmienne. Wyłącznie za pomocą procesów radioaktywnych, w których niestabilne jądro uranu lub innego ciężkiego pierwiastka ulega rozszczepieniu, pierwiastki mogą powstawać i być niszczone na powierzchni naszej planety. Nawet w laboratoriach naukowych trudno jest odtworzyć procesy zachodzące we wnętrzu gwiazdy. Możliwości tworzenia materiałów poprzez łączenie pierwiastków chemicznych w różnych konfiguracjach są nieograniczone, ale jeśli chodzi o same pierwiastki, musimy się zadowolić tymi, które już mamy.

Od wtorku do czwartku: gwiazdy rodzą się i umierają

Przez kolejne trzy dni wszechświat rozwijał się dalej w podobny sposób. Gwiazdy rodziły się i umierały. Supernowe wysyłały w przestrzeń kosmiczną fale uderzeniowe i chmury materii. Od chwili gdy wodór i hel połączyły się, tworząc nowe pierwiastki we wnętrzu gwiazd, ich łączna obecność we wszechświecie zaczęła stopniowo spadać, podczas gdy liczba cięższych pierwiastków stale wzrastała.

Piątek: powstaje nasz Układ Słoneczny

W piątek o godzinie szesnastej w naszym bliskim sąsiedztwie umarła gwiazda. Siła rażenia supernowej połączyła pył i gaz w chmurze zawierającej wdychany właśnie przez nas tlen. Wydarzenie to dało początek reakcji łańcuchowej, w której zlepki materii stały się na tyle ciężkie, żeby przyciągać do siebie pył i gaz, a im większe i cięższe się stawały, tym więcej pochłaniały swojego otoczenia. Piętnaście minut po szesnastej chmura stała się gwiazdą z kilkoma planetami na swojej orbicie. Tą gwiazdą jest nasze Słońce, centralny punkt naszego Układu Słonecznego.

Wszystkie planety przemieszczają się po orbicie wokół gwiazdy. Im bliżej niej znajduje się planeta, tym mocniej jest ogrzewana promieniowaniem wynikającym z reakcji jądrowych zachodzących we wnętrzu gwiazdy. Położone najbliżej centrum naszego Układu Słonecznego planety niesłychanie się nagrzały. Obecnie temperatura na ich powierzchni potrafi sięgać nawet 400 stopni Celsjusza. Tymczasem planety bardziej oddalone od Słońca pozostały chłodne. Promienie słoneczne nie są w stanie nagrzać ich do temperatury powyżej zera stopni Celsjusza. Planety położone na skraju naszego Układu Słonecznego to mroźne światy o temperaturach spadających nawet do –200 stopni.

Ale w przypadku jednej planety odległość od Słońca okazała się być w sam raz. W strefie zamieszkiwalnej wokół Słońca temperatura była na tyle niska, żeby woda nie gotowała się, ale i na tyle wysoka, żeby nie zamarzała. Właśnie ta planeta – Ziemia – miała stać się naszym domem.

Z początku Ziemia była jednak straszliwie gorąca i całkiem płynna. Co rusz spadały na nią większe lub mniejsze meteoryty. Jedno z wielu tych ciał stałych uderzyło w Ziemię z taką siłą, że w wyniku zderzenia w przestrzeń wyrzucona została materia, która następnie scaliła się na ziemskiej orbicie i stała się naszym Księżycem.

W czasie gdy Ziemia stopniowo ochładzała się w zimnej przestrzeni kosmicznej, ciężkie pierwiastki chemiczne, takie jak żelazo, złoto czy uran zatapiały się w głąb tej orbitującej kuli. Lekkie pierwiastki, wśród nich krzem oraz główne składniki naszych ciał – węgiel, tlen, wodór i azot – pozostały blisko powierzchni, tworząc z czasem na całej planecie twardą, krzemową skorupę otoczoną gazową atmosferą.

Wewnątrz atmosfery powstały cząsteczki, czyli skupiska atomów, w których dwa atomy wodoru łączyły się z pojedynczym atomem tlenu. Tak powstała woda. O osiemnastej trzydzieści temperatura była na tyle niska, że cząsteczki wody w atmosferze mogły połączyć się ze sobą w krople wody. Kiedy stały się wystarczająco duże i ciężkie, zaczęły masowo spadać na powierzchnię planety, tworząc pierwszy, ciepły ocean.

W głębi oceanu wydarzyło się coś niemal magicznego. Węgiel, wodór i tlen połączyły się w większe cząsteczki z niewielkimi ilościami siarki, azotu i fosforu. Na jakimś etapie niektóre z tych cząsteczek ułożyły się tak, że zaczęły się samodzielnie kopiować, przyłączając do siebie pierwiastki z otoczenia według dokładnie tego samego schematu. Dało to początek życiu na Ziemi. W którym momencie cząsteczki te przemieniły się ze skomplikowanego chemicznego systemu w żywe istoty? Czy życie powstało tak po prostu, w jakimś przypadkowym miejscu, czy też pojawiało się na naszej planecie stopniowo, po wielu kolejnych próbach? Naukowcy wciąż nie potrafią jednoznacznie odpowiedzieć na to pytanie, ale my sami jesteśmy w każdym razie najlepszym dowodem na to, że życie w końcu zatriumfowało.

Metale, które zapadły się w głąb planety, nigdy nie będą przydatne ludziom. Znajdują się najzwyczajniej zbyt głęboko pod powierzchnią Ziemi. Na szczęście jednak około godziny dwudziestej drugiej w piątkowy wieczór wydarzyło się coś bardzo kluczowego dla tego, w jaki sposób z czasem rozwinęła się ludzka cywilizacja. Otóż przez resztę wieczora Ziemia była bombardowana przez meteoryty. Naukowcy nie wiedzą do końca, dlaczego do tego doszło. Być może duże planety dostosowały swoje orbity i spowodowały zakłócenia w przemieszczaniu się materii wewnątrz Układu Słonecznego? Tak czy inaczej, metale pochodzące z meteorytów rozprzestrzeniły się po całej skorupie ziemskiej, zamiast zatapiać się do wnętrza Ziemi, dzięki czemu jej powierzchnia się utwardziła. To właśnie z tych metali produkujemy dziś samochody i widelce.

Około pół godziny przed nastaniem soboty skorupa ziemska zaczęła pękać i przemieszczać się. Wtedy składała się ona jeszcze z płyt unoszących się w oceanie miękkich, stopionych skał. Na powierzchni panowały tak niskie temperatury, że kiedy stopione skały przedostawały się przez pęknięcia między płytami, krzepły i tworzyły nową skorupę. To dlatego płyty zmieniały nieustannie swój kształt i przemieszczały się względem siebie. Gdy dochodziło do zderzenia czołowego kontynentów znajdujących się na dwóch różnych płytach, wytwarzały się ogromne łańcuchy górskie – Himalaje powstały właśnie w ten sposób, gdy Indie od południa wbiły się w Azję. W wielu miejscach płyta o cienkim dnie oceanicznym wślizgiwała się pod grubą skorupę kontynentalną innej płyty. Tak było między innymi wzdłuż pacyficznego wybrzeża Ameryki Południowej. Gdzie indziej płyty ocierały się o siebie stopniowo. Czasem zazębiały się, a kiedy ponownie ruszały, nieraz powodowały potężne trzęsienia ziemi. W wyniku tego kruszyły się góry, a w podłożu skalnym powstawały rozległe sieci pęknięć.

Ten taniec ziemskiej skorupy otrzymał nazwę tektoniki płyt. W naszym Układzie Słonecznym wyłącznie Ziemia posiada tak aktywną powierzchnię. Trudno powiedzieć, dlaczego wędrówka płyt odbywa się właśnie tutaj, ale bez niej Ziemia byłaby martwą planetą. Tektonika płyt jest swego rodzaju linią montażową Ziemi oraz siłą napędową wszystkiego, co czyni naszą planetę tak fascynującym miejscem. Pomaga w rozprowadzaniu ziemskich surowców, wynosząc na powierzchnię wszystko to, co zostało wrzucone do oceanu przez wodę oraz wiatr, a następnie leżało pochowane na jego dnie przez miliony lat. Tworzy pęknięcia w skorupie ziemskiej, przez które wypływająca woda może transportować na powierzchnię pierwiastki z głębin. To właśnie w pozostałościach tych szczelin odnajdujemy dzisiaj złoto i inne szlachetne metale.

Sobota: początek życia

Bombardowanie skorupy ziemskiej trwało do około kwadransa przed pierwszą w nocy z piątku na sobotę. Następnie warunki na powierzchni naszej planety ustabilizowały się nieco. Około wpół do szóstej rano Ziemia wytworzyła własne pole magnetyczne, niewidoczną barierę zagradzającą drogę do naszej planety najbardziej bogatym w energię i szkodliwym cząsteczkom ze Słońca. Bez tej warstwy ochronnej musielibyśmy spędzać życie w jaskiniach pod powierzchnią Ziemi, żeby przetrwać.

Mniej więcej w tym samym czasie pojawiły się na Ziemi pierwsze organizmy jednokomórkowe.

Tak właściwie żywe istoty są niczym niewielkie maszyny, które wykorzystują energię z otoczenia, żeby się powielać. Organizmy posiadają oczywiście wiele dodatkowych umiejętności, w tym na przykład zdolność rejestrowania, co się wokół nich dzieje, poruszania się lub komunikowania ze sobą nawzajem. Podczas gdy nasze ciała czerpią energię z pożywienia, naukowcy uważają, że pierwsze żywe istoty na Ziemi pobierały ją ze związków chemicznych w głębi oceanów. Istnieją wciąż ekosystemy żyjące w absolutnym mroku w głębokich szczelinach pomiędzy płytami tektonicznymi. To stąd, poprzez powstałe na dnie oceanów podobne do kominów struktury, wypływa bogata w składniki mineralne woda, a związki chemiczne w minerałach zawierają przydatną dla żywych istot energię.

Obecnie niemal wszystkie żyjące organizmy na Ziemi czerpią energię ze Słońca, czy to w sposób bezpośredni poprzez fotosyntezę, czy też poprzez spożywanie cząsteczek zawierających zmagazynowaną energię słoneczną. W procesie fotosyntezy energia pochodząca ze światła słonecznego wykorzystywana jest do rozbicia dwutlenku węgla i wody na węgiel, wodór i tlen. Następnie atomy te łączą się w nowe kombinacje, aby utworzyć bogate w energię cząsteczki, takie jak węglowodany, białka i tłuszcze. Proces fotosyntezy prawdopodobnie został zapoczątkowany przez bakterie oceaniczne około godziny piętnastej w sobotę. Obecnie fotosynteza wykorzystywana jest przez wszystkie rośliny zielone, drzewa, a także sinice. Materia obecna w tych organizmach zawiera niewielką ilość energii słonecznej.

Kiedy dwutlenek węgla oraz woda przekształcają się w materię roślinną, do dyspozycji pozostają wolne atomy tlenu. Organizmy biorące udział w fotosyntezie uwalniają je w postaci cząsteczek tlenu, w których związane są ze sobą dwa atomy tlenu. Cząsteczki tlenu mają silną skłonność do reagowania z innymi związkami – wiemy o tym za sprawą ognia, który powstaje w wyniku uwalniania energii cieplnej poprzez reakcję tlenu z węglem lub inną palną substancją – dlatego nie bylibyśmy w stanie odnaleźć cząsteczek tlenu w oceanach ani w atmosferze ziemskiej, gdyby nie były nieustannie produkowane przez inne źródło. Tlen, który jest nam absolutnie niezbędny do życia, wytwarzany jest na bieżąco dzięki fotosyntezie. Ale początkowo wewnątrz atmosfery ziemskiej nie było wcale cząsteczek tlenu. Żaden z pierwszych organizmów nie potrzebował ich zresztą do życia.

Zanim pojawiła się fotosynteza, oceany zawierały duże ilości rozpuszczonego żelaza. Obecnie już tak nie jest. W naszych czasach powierzchnia żelaza, które wejdzie w kontakt z wodą, staje się bardzo szybko czerwona i chropowata oraz łamliwa. Ten czerwony nalot, czyli rdza, to chemiczny związek powstały w wyniku połączenia żelaza z tlenem. Dopóki w wodzie oraz w powietrzu jest tlen, niezabezpieczone żelazo zawsze będzie rdzewiało.

W sobotnie popołudnie, między godziną piętnastą a dziewiętnastą, oceany zardzewiały. Cały tlen wytworzony w ramach pierwszej fotosyntezy zareagował z żelazem, które opadło na dno w postaci rdzy. Z czasem przybrała ona formę rudoczerwonej, warstwowej skały. Dzisiaj wydobywamy te czerwone skały, wypalamy z nich tlen w wielkich piecach przemysłowych i wykorzystujemy powstałe żelazo do produkcji noży i szyn kolejowych.

Kiedy większość żelaza opadła na dno pod postacią rdzy, w oceanach zaczęły gromadzić się cząsteczki tlenu. Był on śmiercionośną trucizną dla większości pierwszych istot żyjących na Ziemi. Tak oto fotosynteza doprowadziła do jednego z największych zjawisk masowego wyginięcia gatunków w historii naszej planety. Znalazły się jednak również pewne istoty, które nauczyły się czerpać korzyści z procesu fotosyntezy. Wykorzystywały obecny w otoczeniu tlen, aby uwalniać energię słoneczną zawartą w spożytych przez siebie organizmach. W ten sposób pozyskiwały energię do własnych procesów życiowych, jednocześnie nie będąc zmuszonymi samodzielnie przeprowadzać fotosyntezy.

Podczas gdy mnóstwo istot pożegnało się z życiem za sprawą trującego tlenu, organizmy tlenowe zyskały ogromną przewagę. A my jesteśmy ich potomkami. Energia, którą zużywasz, czytając ten akapit, przesuwając oczami po tekście i przetwarzając go w mózgu na informacje, jest pochodną reakcji chemicznej, w której tlen i węglowodany przemieniają się w dwutlenek węgla i wodę wewnątrz komórek w twoim ciele.

Kiedy już wody oceaniczne nasyciły się tlenem, ten zaczął się unosić w postaci gazowej do atmosfery. Wydarzenie to dało początek wielkim przemianom na Ziemi. Nasza planeta nieustannie emituje ciepło w kosmos, a temperatura na powierzchni Ziemi jest w dużym stopniu zależna od promieniowania cieplnego wychwytywanego przez gazy zawarte w atmosferze. Zjawisko to nazywamy efektem cieplarnianym. Wczesna atmosfera była bogata w metan, który pochłaniał sporo promieniowania, przez co powierzchnia Ziemi pozostawała ciepła. Kiedy jednak uwolniony do atmosfery tlen doprowadzał do rozkładania metanu, efekt cieplarniany osłabł znacznie, a nasza planeta wkroczyła w okres globalnej epoki lodowcowej. Około kwadransa po godzinie dwudziestej pierwszej w sobotni wieczór wiele zrodzonych w głębi oceanów, różnorodnych gatunków przegrało walkę z zimnem.

W górnych częściach atmosfery cząsteczki tlenu napotkały na swojej drodze najbardziej naładowane energią światło słoneczne, które doprowadziło do rozerwania pary atomów w ich wnętrzu. W wyniku zderzania się tych samotnych atomów z przelatującymi obok cząsteczkami tlenu powstał ozon, czyli cząsteczka składająca się aż z trzech atomów tlenu. Warstwa ozonowa pełni funkcję skutecznej pułapki dla najbardziej bogatego w energię promieniowania słonecznego, które docierając do powierzchni ziemskiej, mogłoby spalać najbardziej wrażliwe cząsteczki organiczne. Dzisiaj to właśnie dzięki warstwie ozonu możemy przechadzać się pod gołym niebem, nie obawiając się poważnych uszkodzeń oczu lub skóry.

Kiedy warstwa ozonowa powstała w atmosferze, przeżycie organizmów stało się po raz pierwszy możliwe na powierzchni wody, a nawet na lądzie. Tam było jeszcze więcej promieni słonecznych aktywujących fotosyntezę, a produkcja materii organicznej oraz tlenu zwiększyła się gwałtownie. Pierwszymi formami życia na lądzie były skupiska bakterii i glonów, które pokryły płaski, jałowy krajobraz, stając się z czasem zalążkiem dla żyznej gleby na naszej planecie.

Niedziela: żywa Ziemia

Wyposażone w jądro komórkowe organizmy, od których się wywodzimy, powstały o godzinie trzeciej dwadzieścia w nocy z soboty na niedzielę. Około piątej rano jednokomórkowe organizmy nawiązały tak bliską współpracę, że nie można było ich dłużej uznawać za osobne jednostki, lecz raczej żywe istoty składające się z wielu komórek. Mimo to musiało upłynąć dużo czasu, zanim na Ziemi na dobre zakiełkowało życie. Dopiero około siedemnastej trzydzieści, czyli już po tym, kiedy między piętnastą piętnaście a szesnastą piętnaście przez naszą planetę przetoczyła się globalna epoka lodowcowa, pojawiły się wyspecjalizowane gatunki roślin i zwierząt, które utworzyły złożone ekosystemy w oceanach. Geolodzy badający skamieniałe dno oceanu z tamtego okresu odnajdują skamieliny przeróżnych gatunków, w tym głowonogów i trylobitów, które wyglądem przypominają skorupiaki.

O osiemnastej pięć w niedzielny wieczór pierwsze zwierzęta wypełzły na ląd. Tam zabrały się do przetwarzania warstwy glonów i skał w żyzną glebę, w której zakorzenić się mogły pierwsze lądowe rośliny. Wydarzyło się to około osiemnastej trzydzieści jeden. Za sprawą zagnieżdżonych w wodzie i glebie korzeni, a później także pni drzew uniemożliwiających wiatrowi wywiewanie z ziemi luźnej materii, niegdyś monotonna i martwa powierzchnia ziemska stała się bardziej zróżnicowana, pełna rzek, dolin, mokradeł i jezior.

Życie na Ziemi nieraz zostało wystawione na ciężką próbę. Wybuchy wulkanów, deszcze meteorytów oraz zmiany aktywności słonecznej powodowały drastyczne wahania temperatur, poziomu oceanów oraz zawartości tlenu w atmosferze, a także w wodach oceanicznych. Osiemdziesiąt pięć procent gatunków, które powstały podczas pierwszej fali rozkwitu złożonego życia, wymarło w trakcie epoki lodowcowej o osiemnastej trzydzieści sześć. Życie odrodziło się ponownie, ale już o dziewiętnastej trzydzieści dwa trylobity wymarły z powodu braku tlenu na dnie oceanów i przepadły wraz z osiemdziesięcioma procentami wszystkich gatunków zamieszkujących w tamtym czasie wody oceaniczne.

Największy znany w historii proces masowego wymierania nastąpił w niedzielę cztery minuty po dwudziestej pierwszej, kiedy potężna erupcja wulkanu na Syberii uwolniła do atmosfery wielkie ilości dwutlenku węgla, co z kolei doprowadziło do globalnego wzrostu temperatur oraz zakwaszenia oceanów – problemy te nie są nam obce także współcześnie. Skamieliny z okresu tuż przed masowym zanikaniem gatunków są pamiątkami po katastrofie, która pozostawiła po sobie jałowy krajobraz – bez lasów na lądzie oraz raf koralowych w oceanach.

Kilka minut później lasy oraz oceany powstały jednak na nowo i stopniowo pojawiało się coraz więcej gatunków. Zarówno ssaki, jak i dinozaury zagościły na Ziemi jeszcze przed dwudziestą pierwszą trzydzieści. Ten wspaniały okres rozkwitu został jednak przerwany już cztery minuty później, kiedy ponowna fala globalnego ocieplenia wybiła ponad trzy czwarte wszystkich żyjących na Ziemi gatunków. Ssaki i dinozaury przetrwały jako nieliczne. Może to właśnie masowe wyginięcie konkurencji umożliwiło dinozaurom uzyskanie statusu nowych władców planety. Gdy jednak dwanaście minut po dwudziestej trzeciej nastał ich kres, klimat na Ziemi był prawdopodobnie już od dłuższego czasu tak bardzo bezwzględny, że potężny deszcz meteorytów na terenie dzisiejszego Meksyku był jedynie gwoździem do trumny mnóstwa ziemskich gatunków.

Jako że ssaki nie musiały dłużej obawiać się pożarcia przez dinozaury, zaczęły się rozprzestrzeniać i wykorzystywać różnorodność ekologicznych nisz. Początkowo klimat był cieplejszy od dzisiejszego, ale około dwudziestej trzeciej dwadzieścia pięć temperatura zaczęła spadać. Siedemnaście minut przed północą wiele mrocznych, bujnych dżungli na naszej planecie ustąpiło miejsca trawiastym równinom. Bliżej północy to właśnie różne gatunki traw stały się podstawą dla rolnictwa. Zbliżamy się coraz bardziej do czasów ludzi. Niektóre ssaki zdążyły się już przekształcić w dobrze znane nam małpy, a na kwadrans przed północą wydzieliły się z nich małpy człekokształtne, do których należą: goryle, szympansy oraz ludzie.