Юрий Фиалков - Как там у вас, на Бета-Лире? Страница 13

Впрочем, и так ясно, что обладающие исключительно высокой энергией частицы космического излучения могут выполнить достаточно серьезную работу.

Впрочем, хотя бы немного, но об одном из этих легких радиоактивных элементов, об углероде-14, надо поговорить.

В атмосфере содержится углекислый газ. Растения днем поглощают углекислый газ, а ночью выдыхают его. Поэтому происходит непрерывный обмен углекислотой между растениями и атмосферой. Утверждение — из числа общеизвестных, но вспомнить о нем необходимо.

Теперь вторая сторона вопроса. Уже несколько миллионов, а может быть, даже десятков миллионов лет состав атмосферы постоянен. Постоянен и уровень космического излучения. Поэтому постоянным будет и количество радиоактивных элементов, образующихся в атмосфере.

Третья сторона. Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы и перемешивается с «обычной» углекислотой воздуха.

Поэтому атмосферная углекислота нашей планеты характеризуется постоянным содержанием радиоактивного углерода.

Четвертая сторона. Растения ассимилируют углекислый газ, и, следовательно, он переходит в растительные организмы, а так как идет непрерывный обмен углекислотой между воздухом и растениями, то во всей земной флоре устанавливается такое же относительное содержание радиоактивного углерода, как и в воздухе.

Пятая сторона. Животные питаются растениями. Даже если какой-то из представителей фауны — убежденный противник вегетарианской диеты, то он харчуется животными-вегетарианцами. Поэтому радиоуглерод попадает и в организм животных.

И становится ясным, что все живое на Земле — от инфузории до слона, включая в этот промежуток енота, попугая ара, человека и королевского питона, — содержит радиоактивный изотоп углерод-14.

Сторона шестая. Если организм погибает, то прекращается обмен с окружающей средой. И поэтому в органических остатках количественное содержание радиоактивного углерода начинает уменьшаться — этот изотоп распадается наполовину за 5,5 тысячи лет.

Сторона седьмая. Определяя относительное содержание радиоактивного углерода в органических остатках (а измерения радиоактивности, как правило, очень точны и чувствительны), можно, как правило, установить время, когда погибло то или иное растение и животное. Вот почему археологи так радостно взяли на вооружение радиоуглеродный метод: еще бы, они узнали с неслыханной ранее для историков достоверностью и то, в каком веке до нашей эры носили американские аборигены найденные в раскопках сандалии, и когда была сработана погребальная ладья фараона Сезостриса III, и даже когда были написаны кожаные свитки, тексты которых впоследствии были положены в основу Библии. Но об этом пусть и очень интересном применении радиоуглерода здесь рассказывать не место.

Как видим, у радиоуглеродной проблемы столько сторон, что и не понять, какую они образуют фигуру. Оставим размышлять над этим геометров, а сами пойдем дальше.

Геофизики хорошо знают, что плотность силовых линий магнитного поля наиболее высока в районе магнитных полюсов Земли, наименьшая же — в экваториальных областях. Замечание отнюдь не случайное, потому что заряженные частицы космических лучей, приближаясь к нашей планете, начинают перемещаться вдоль линий магнитного поля. Вот отчего концентрация радиоизотопов в воздухе будет различной в различных географических широтах. Рейс «Михайлы Ломоносова», о котором упоминалось ранее, как раз и должен был установить зависимость между радиоактивностью атмосферы и широтой и тем самым подтвердить теорию возникновения естественных радиоактивных элементов в атмосфере.

Стоит ли говорить, что с задачей своей он справился полностью. Иначе этот параграф и не был бы написан.

Долгий век тория и бабочки-однодневки

Если бы мы постоянно закрашивали, скажем, красной краской те клетки таблицы Менделеева, где обнаружено хотя бы по одному естественному радиоактивному изотопу, то, дойдя до этого места книги, мы обнаружили бы, что красной краской покрыты «края» таблицы — начало и конец. Что ж, примемся за середину.

Краски нам потребуется очень много. Пока лишь у единичных элементов середины периодической системы не обнаружены естественные радиоактивные изотопы. «Пока» — здесь очень емкое слово, потому что имеются все основания ожидать, что, пока книга выйдет из печати, придется закрашивать и эти немногие оставшиеся «нерадиоактивными» клетки.

Прежде всего надо ответить на очевидный вопрос: как случилось, что радиоактивные свойства тяжелых элементов были открыты давно, а о естественной радиоактивности подавляющего большинства легких и срединных химических элементов узнали лишь недавно?

Ответ дать легко, и нужды нет доказывать, что легкость эта далась ценой в высшей степени кропотливых экспериментов, обставленных технически с той тщательностью, которая граничит с виртуозностью. Ответ — вот он: все дело в периодах полураспада.

При изучении радиоактивности тяжелых элементов химикам и физикам приходилось иметь дело с «умеренными» периодами полураспада. Этот эпитет относится и к радию, который распадается наполовину за 1600 лет, и к урану-238, период полураспада которого 4,5 миллиарда лет, и даже к торию, который «срабатывается» наполовину за 14 миллиардов лет. Да, по меркам специалистов в области радиоактивности полтора десятка миллиардов лет — срок умеренный.

Периоды полураспада большинства естественных радиоактивных элементов, находящихся в середине таблицы Менделеева, таковы, что могли бы служить великолепной иллюстрацией к разделам книг по занимательной математике, которые повествуют о сверхбольших числах.

Имена этим числам еще не придуманы. Скажу только, что встретить периоды полураспада в 1017, 1018 и даже 1021 лет там не редкость. Что это такое, можно понять разве только из примера.

Примером будет служить самый «короткоживущий» из этих изотопов — олово-124, период полураспада которого всего 21017 лет.

Если взять килограмм олова, то в результате радиоактивного распада за один час в нем будет появляться две бета-частицы. Всего две.

Вот и попробуйте их обнаружить. Попробуйте, если за счет присутствия естественных радиоактивных элементов только в мышцах вашей руки распадается в десятки тысяч раз больше радиоактивных атомов. Попробуйте, если килограмм олова способен поглотить и не допустить к счетчику излучения не какие-то две несчастные бета-частицы, а миллионы. Попробуйте, если даже воздух за счет находящихся там радиоактивных элементов дает в районе счетчика тысячи распадов.

И тем не менее попробовали — и удалось. Хотя нет, плохое в данном случае это слово, наводящее на мысль об удаче. Удача необходима для игры в спортлото. Здесь же, в эксперименте, все решают умение и труд. А эти два существительных помогали решить и не такие проблемы[6].

Не приходится сомневаться, что радиоактивность — такое же общее свойство материи, как, скажем, масса.

Да, любой химический элемент радиоактивен. Каждый атом рано или поздно распадается. Можно было бы по этому поводу поморализировать: ничто, дескать, не вечно под луной. Но поговорка эта здесь как раз «не работает». Потому что иные из элементов хотя и распадаются, но так медленно, что, пока элемент покончит свои счеты с жизнью, исчезнет сама Луна — то ли ее растащут на стройматериалы, то ли она рассыплется от ветхости.

Для нас факт всеобщей радиоактивности важен по другим причинам. Считалось раньше, что представления о непременной изменчивости мира распространяются только на живую, органическую природу. Теперь же мы видим, что эта изменчивость действительно всеобщая. И было бы в высшей степени странно, если бы такой общности не наблюдалось. Это означало бы, что между живой и неживой природой стоит барьер, преодолеть который никогда и ни при каких условиях невозможно. Л раз так, то не могло живое вещество возникнуть из неживого. Следовательно, происхождение жизни — не самопроизвольное возникновение белковой молекулы, а стало возможным лишь в результате чьего-то постороннего вмешательства. Вот ведь до чего договорились.

Итак, весь материальный мир находится в состоянии непрерывной изменчивости. Вот только скорость различных процессов, которые ведут к изменению мира, существенно разнится. Вводя разнообразные системы классификаций, раскладывая наблюдающиеся в природе явления по полочкам научных терминов и представлений, человек вольно или невольно исходит из своего мироощущения, из своего удобства, наконец. Человек различает четыре времени года, и со своей точки зрения, бесспорно, прав. Бабочка-однодневка же считает, что в мире стоит всегда — понимаете, всегда — одинаково ровная температура плюс 16 градусов, и столь же непререкаемо права. С точки зрения человека, и материки стоят на месте, и горы неизменны по своей высоте. Увлекающийся же астрономией подросток четырнадцати с половиной тысяч лет от роду, что проживает на одной из планет далекой-далекой звезды, наблюдает в какой-то там свой прибор Землю и поражается: а все-таки быстро передвигаются на этой планете материки!