Почему одни элементы есть в природе, а других – нет

То, что на Земле существуют железо и медь, люди знали еще несколько тысяч лет назад. Потому, что видели и то, и другое своими глазами и использовали для своих нужд. Если мы можем видеть что-то ежедневно, значит, по нашим меркам, это что-то существует вечно. А вечно ли живут химические элементы, и существует ли для них вечность?

Только через 379 тысяч лет после Большого Взрыва Вселенная охладилась настолько, чтобы из протонов, нейтронов и электронов во всех возможных их сочетаниях стали образовываться атомы химических элементов.

Из состояния плазмы вещество переходило в газообразное состояние. Сохранившееся тепло той эпохи до сих пор доходит до нас из космических далей в виде реликтового излучения. Силы гравитации заставляли сбиваться появившееся вещество в обособленные скопления – кластеры. Считается, что первыми плотными объектами Вселенной были квазары. Затем начали образовываться ранние формы галактик и газопылевых туманностей. Постепенно появлялись первые звёзды, в которых происходил синтез химических элементов тяжелее гелия. Эту гипотезу подтвердила находка Ричарда Эллиса из Калифорнийского технологического института (в просторечии – Калтех). 11 июля 2007 г. на 10-метровом телескопе Keck II он обнаружил 6 звёздных скоплений, которые образовались 13,2 миллиардов лет тому назад. Значит, они возникли, когда Вселенной было всего 500 миллионов лет.

Спустя 8—9 миллиардов лет после Большого Взрыва стали появляться структуры, соизмеримые по масштабу с нашей Солнечной системой. Дающая Земле жизнь звезда по имени Солнце образовалась относительно поздно. Существуют догадки, будто часть массы Солнца представляет собой остатки более ранних звёзд.

Но вернемся к элементам и радиоактивности. Сколько элементов образовалось вследствие Большого взрыва, человечеству доподлинно неизвестно. Физики предполагают, что природа создала до трехсот химических элементов. Большая часть из них оказались короткоживущими и в процессе радиоактивного распада исчезли, превратившись в те элементы, которые живут вечно. Именно они, вечные (по меркам человека), и окружают нас сегодня на Земле.

Вечным мы обычно считаем то, что наблюдаем всю жизнь и что помнят еще наши дальние предки. Но в случае с химическими элементами такое понимание вечности не подходит. Обычно химический элемент, встречающийся в природе, состоит из нескольких изотопов, часть которых радиоактивна. К примеру, щелочной металл калий с атомной массой 39,098 – номер 19 в таблице Менделеева – является смесью трех изотопов: двух стабильных ^>39К и ^>41К и радиоактивного ^>40К. Попутно имеет смысл напомнить, что атомная масса дает представление о количественном соотношении изотопов в этой смеси, поскольку является средним значением атомной массы изотопов с учетом их процентного содержания. Число 39,098 говорит нам о калии, что в природной смеси присутствует больше всего изотопа ^>39К. Остальные два изотопа калия там представлены в крайне незначительных количествах.

Радиоактивный изотоп калия ^>40К имеет период полураспада 1,32 миллиарда лет (чем для человечества не вечность?). Распадаясь, он превращается в стабильный кальций ^>40Сa и инертный газ аргон ^>40Ar. Часть аргона не уходит в атмосферу, накапливаясь в содержащих калий минералах. По накопленному количеству аргона в породе и количеству оставшегося там радиоактивного изотопа калия можно определить возраст слоя, где залегает минерал. Зная, сколько времени нужно для превращения половины атомов калия в аргон (период полураспада) и сколько атомов аргона присутствует в изучаемой горной породе, составляют простую арифметическую пропорцию и получают искомый возраст. Калий-аргоновый метод используется палеонтологами для определения абсолютного возраста горных пород, а значит и находок, содержащихся в них.