Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен

Ей предстояло стать глобальным предприятием необычайного масштаба и огромных научных амбиций. Перспектива была волнующей, но я подозреваю, что каждый также беспокоился о том, как бы не оказаться участником зрелищного, ошеломляющего и очень дорогого провала.

Десять лет спустя результаты этой авантюры превзошли наши самые смелые ожидания. Международная армия исследователей шестого элемента — более 1000 ученых из 50 стран — проникает в загадки земного углерода. С общим международным грантом около полумиллиарда долларов от десятков организаций и фондов по всему миру Обсерватория глубинного углерода представляет собой один из самых всеобъемлющих междисциплинарных исследовательских проектов в истории.

Как это бывает с любой успешной научной программой, мы многому научились, но также стали острее сознавать, сколького мы еще не знаем. Вопросы, которые не давали нам покоя и оставались без ответа, приобрели отчетливость, чтобы мотивировать будущих исследователей. Парадокс науки заключается в том, что чем больше мы знаем, тем яснее понимаем, сколько же остается непознанного, возможно, даже непостижимого. Каждое открытие отворяет дверь в новый, неисследованный мир.

Мне хочется поделиться появившимися захватывающими откровениями исследований углерода, зафиксировать сделанные открытия, а также обозначить границы того огромного пространства, которое еще предстоит исследовать. Но как? Если бы я был Джоном Фредериком Кенсеттом или Уинслоу Хомером, возможно, я бы нарисовал картину. Словами выразить тяжелее. Многотомная энциклопедия углерода вряд ли осветила бы все многочисленные нюансы этой темы. Как тогда можно отразить историю углерода на страницах одной книги? Такая возможность манила меня, но я находился в тупике. Пустая страница насмехалась надо мной, пока Джесси Аусубел не предложил мне путь решения.

— Ты должен написать симфонию! — скомандовал он{3}.

Джесси знал, что я музыкант симфонического оркестра, 40 лет играю на трубе, совмещая дневную работу в лаборатории с вечерними выступлениями во многих оркестрах — регулярно в Вашингтонском камерном симфоническом оркестре и оркестре Национальной галереи, а кроме того — в Национальном симфоническом оркестре и Вашингтонской национальной опере. Я играл все симфонии Бетховена, Брамса, Шумана и Мендельсона много раз. И все же в первый момент его предложение меня озадачило. Симфония в словах, не в музыке? Четыре части… чего?

Я пребывал в неуверенности и замешательстве, но эта метафора имела смысл на нескольких уровнях. Подобно тому как в проекте Обсерватории глубинного углерода работают разные ученые — физики, химики, биологи и геологи, в симфоническом оркестре есть разные музыканты, каждый из которых имеет за плечами годы обучения и опыта. У каждого музыканта оркестра свой инструмент: скрипка или туба, флейта или малый барабан, труба или виолончель… Каждый тембр и диапазон важен, но при этом никто по отдельности не может передать величие целого. Так и с симфонией исследований углерода. Без множества голосов Обсерватории глубинного углерода Симфонию углерода никогда бы не услышали.

Эта метафора также предполагает, что из общей ткани оркестра периодически выступают прекрасные соло. Таким образом наша симфония углерода подчеркивает значение исключительных вкладов отдельных исследователей и исследовательниц, хотя и интегрирует их в общее многозвучие с более мощными темами.

Подобно любой симфонии, эта книга представляет собой индивидуальное путешествие — единственное в своем роде по содержанию, ограниченное по масштабу, изложенное с моей субъективной точки зрения и сыгранное в разных тональностях. Я основывался на работе сотен коллег, но этот рассказ об углеродной истории, по сути, мой личный. Другие Симфонии углерода ждут своего часа.

Когда я провел параллели между научным проектом и большой оркестровой композицией, мне начала нравиться идея Симфонии углерода, хотя и было нелегко представить ее в четких рамках. Тогда меня осенило: ученые древности постулировали существование четырех элементов — Земли, Воздуха, Огня и Воды; каждая сущность обладает своим набором характеристик, каждая является неисчерпаемым компонентом Вселенной, но вместе они суть источник происхождения всей материи. Углерод единственный среди атомов Периодической таблицы обладает характеристиками всех четырех классических первооснов, которые составляют четырехчастную структуру нашей истории.

Как и в симфонии, четыре части этой книги различаются по широте охватываемой темы, тональности и темпу. «Часть I — Земля» посвящена минералам и горным породам, составляющим твердое кристаллическое основание нашей планеты. Эта часть начинается с «зари творения», имевшей место задолго до образования планеты Земля, когда атомы углерода образовывались из более мелких элементарных частиц. Затем рассказ переходит к появлению земных минералов и эволюции их богатства — чествованию растущего разнообразия и пышной красоты кристаллических углеродных соединений.

В «Части II — Воздух» рассказывается о величавом углеродном цикле Земли. Атомы углерода постоянно перемещаются между различными геохимическими резервуарами, мигрируя из океана в атмосферу и обратно, опускаясь в недра Земли при движении литосферных плит и выбрасываясь снова на поверхность с горячими газами, выделяемыми сотнями действующих вулканов. Миллионы лет этот глубинный углеродный цикл пребывал в надежном равновесии, но сейчас оно нарушается человеческой деятельностью, что может привести к нежелательным последствиям. Будучи медленной частью симфонии, эта тема взывает к более мягкому, нежному исполнению.

Динамичная роль углерода в энергетике и промышленности, а также все более активное его применение в высоких технологиях требуют острого, быстрого скерцо «Части III — Огонь». Углерод — «материальный» элемент, элемент вещей, он входит в состав повсеместно необходимых для нашей жизни материалов, обладающих множеством свойств. Истории ученых и музыкантов перемежают это скерцо подобно тому, как углерод пронизывает каждый аспект нашей жизни.

И наконец, в «Части IV — Вода» мы исследуем происхождение и эволюцию жизни. Эта часть начинается спокойно — так и жизнь появлялась из первозданного океана Земли, но неустанно ускоряется вместе с поразительным эволюционным многообразием и новшествами жизни. Симфония углерода стремится к единому финалу, в котором соединяются многие темы исследований углерода.

Занимайте свои места. Гаснет свет. Наша история начинается с самого начала — еще до углерода, даже еще до того, как Вселенная собралась возникнуть из абсолютного небытия.

ТИШИНА

До Космоса была пустота.

Ничего — ни намека на материю, или свет, или даже пустое пространство.

Ни единой мысли и открытия, ни искусства и музыки, ни надежды или мечты.

Темнота. Тишина.

Мы не можем представить такое отсутствие всего, такое абсолютное ничто.

Время до времени остается неизведанным, загадочным, вне нашего перечня физических законов.

Это было время до углерода и появления всего.

ЧАСТЬ I — ЗЕМЛЯ

Углерод — элемент кристаллов

Момент творения!

Время и пространство выходят из ничего.

Космическая сущность всего появляется за мгновение в водовороте чистой энергии, возникающей из пустоты.

Наша