Student World

Únorová silnice třetí třídy kdesi u nás: rozježděná břečka z mokrého sněhu, škváry a soli. Tahle nevábná směs obsahuje snad všechny prvky Mendělejevovy tabulky (a někdy máte dojem, jako by i něco navíc). Většina z nich pochází z příměsí přítomných v uhlí; teď jsou, spolu se zbytky uhlí a organických látek, žárem slity do sklovitých kuliček a hrud. Zvenku k tomu přistupuje voda, vzdušné plyny, sůl a všelijaké další nečistoty.

Se škvárou, ovšem tou, která bude připomínat (ale jen velmi, velmi přibližně) popel z vyhořelé supernovy, budeme teď provádět myšlenkové pokusy. Myšlenkový experiment je dobrá věc, protože dovoluje předpokládat vlastnosti věcí a podmínky, které nikde ve vesmíru neexistují a nedají se vytvořit ani v laboratoři. To není přeřeknutí. Ideální podmínky ve vesmíru nevládnou nikde a v laboratoři se většinou musíme hodně snažit, abychom vytvořili podmínky, které by se ideálním alespoň blížily. Už Galileiho pokus s nakloněnou rovinou představoval uspořádání, jaké pravděpodobně do té doby v přírodě nikdy nebylo. A některé věci nedokážeme vytvořit ani v laboratoři; vnější svět i tam do naší činnosti pořád nějak zasahuje. Neumíme například odstínit gravitaci; také nádoba, ve které je náš systém uzavřen, nepatří už k němu, ale k vnějšímu světu. A tak je někdy dobré si hrát s modely virtuálními a zkoumat, „co by bylo, kdyby…“. Mějme tedy škváry tolik, co váží naše planeta, a její složení co do chemických prvků ať je stejné jako na Zemi. Celou tu břečku jemně rozemeleme a rovnoměrně rozptýlíme do obrovského objemu – kulovitého mračna o poloměru řekněme 150 gigametrů, stejném, jako je poloměr oběžné dráhy Země.

Experiment 1
Naše mračno ať obsahuje jen čisté prvky, nedovolíme existenci žádných sloučenin ani chemických reakcí a zastavili jsme také radioaktivní pochody. Mračno je v klidu, částice se nepohybují, zvenku, z prostoru vně mračna, na ně nic nepůsobí a ven z koule také nic nemůže – mračno si je vesmírem samo pro sebe. Když se nic nepohybuje, znamená to, že i teplota je blízká absolutní nule a částice ani skoro nic nevyzařují. Absurdní představa, co? Až řekneme teď, začne běžet čas a současně začne působit gravitace.

4, 3, 2, 1, TEĎ

Částečky se začínají navzájem přitahovat a skládání sil způsobí, že se vše začne nakonec pohybovat k těžišti soustavy, které leží přesně v geometrickém středu naší koule. Zpočátku se částice budou pohybovat téměř neznatelně, posléze stále rychleji. Cestou vznikají větší shluky, někdy i celé balvany, které jednoho dne s rachotem dopadnou na škvárovou slepeninu, která tam stihla dorazit už před nimi. Gravitační energie všech částic se částečně proměnila na kinetickou, jež se teď s dopadem mění na teplo. Rostoucí kulička se začne stále víc ohřívat, zejména jak na ni stále větší rychlostí dopadají další částice ze vzdálenějších oblastí mračna. Nakonec tam napadá vše, snad s výjimkou nějakých atomů vodíku a helia. Hmota se z obrovského objemu smrskla na drobnou rozžhavenou svítící kapičku velkou zhruba jako naše planeta. Kulička stojí na místě, nic na ni nepůsobí a tavenina chladne pomalu, takže hlavní silou, která zde působí, je nadále jen gravitace. Těžké atomy klesají ke středu, lehké jsou vytlačovány na povrch. (Připomínáme: žádné chemické reakce!) Nejtěžší atomy uranu klesnou až do samého středu a na uranové jádro postupně jako slupky cibule nasedají thorium, olovo atd., s kovovým náletem lithia na povrchu. Naše cibule pomalu chladne, prostor kolem ní se vyplňuje zářením, až se všechno – naše vrstevnatá tuhá kulička uprostřed i záření kolem – ustálí na stejné teplotě. Dva nejlehčí prvky – vodík a helium – se zařídí podle toho, jaká ta výsledná rovnovážná teplota bude: buď zůstanou rozptýleny v prostoru, nebo se na povrchu koule začne usazovat vodíková jinovatka, a pokud bude teplota hodně nízká (což asi nebude), i rosa z helia.

Něco je však s naším experimentem v nepořádku: některé prvky přece nebudou tvořit taveninu – při tak vysokých teplotách se budou chovat jako plyny a z taveniny vybublají na povrch. Přehrajme tedy film znovu od místa, kde se škvárová slepenina začíná tavit: kolem ní se vytvoří atmosféra z plynných prvků (vzácné plyny, kyslík, dusík, fluor, chlor, brom, jod). Výsledkem bude jakási podvojná „cibule“: nejdřív dostaneme cibuli jako výše, jen s menším počtem suknic, a jak bude teplota klesat, na lesklý lithiový povrch se začne postupně usazovat jod, xenon, brom, argon, chlor, kyslík atd. Leze nám do toho jakási nepravidelnost, a to jsme teprve začali.

Experiment 2
Budeme realističtější a povolíme chemické reakce. Naše škvára ať už je opravdovou škvárou, některé další sloučeniny se začnou tvořit už během volného pádu částic (třeba voda), ale pravý kolotoč se dá do pohybu teprve v tavenině. Sloučeniny totiž mohou mít nejrůznější hustotu. Těžký uran cestou „dolů“ potká kyslík stoupající k povrchu a vzniklý oxid začne putovat tam, kam mu jeho hustota velí. Rtuť, která měla skončit hodně hluboko, reaguje s plynným vodíkem na plynný hydrid a octne se najednou v atmosféře. Místo původních několika desítek slupek by jich už musely být tisíce. A samozřejmě sloučenina ubírající se na „své“ místo ve slupce může cestou podlehnout dalšímu mámení a nová sloučenina to už v chladnoucí tavenině na jiné místo nestíhá. Ani prvky nejsou ušetřeny anomálií. Vysoké tlaky, viskozita a teploty tam dole příliš difúzi nepřejí, a tak i lehounký vodík může skončit jako kov v samém jádře. Až celé bláznění nakonec utuhne, jisté vrstvy naše kulička sice mít bude, ale nebudou zdaleka dokonalé ani co do provedení, ani co do složení, budou se všelijak prostupovat, křížit, nebudou mít po celém obvodu stejnou tloušťku. Většina těžkých kovů sice skončí tam, kde má, ale nemalá část zůstane uvězněna na povrchu, a podobné to bude i se sloučeninami lehkými.
Uvažme navíc, že tepelná propustnost a body tuhnutí různých látek nejsou jednotné. Na povrchu se už tvoří tuhý silikátový škraloup, brání úniku tepla z nitra, pod ním zůstává tavenina. Vznikají různě tvarované teplotní gradienty, místy skořepina praská a horká tavenina se objevuje na povrchu, kde „nemá co dělat“. Uran, který se zdržel na povrchu, už je v hornině a nemůže dolů, jiný uran se s plášťovým hřibem opět vynořuje a stává se součástí kůry. (Zde podvádíme: bez radioaktivity nemůže vzniknout žádný hřib.)

Experiment 3
je podobný předchozímu, ale konečně povolíme radioaktivitu. Naštěstí neprobíhá všechno tak pravidelně jako v prvním experimentu: v době formování zemského tělesa bylo ve škváře mnohem víc izotopu uranu 235 než je dnes – tvořil asi 30% veškerého uranu oproti dnešním zlomkům procenta. Náš scénář by záhy způsobil nahromadění nadkritického množství tohoto izotopu v samém jádře planety a ta by možná explodovala ještě dřív, než by stačila pomyslet na zplození živáčků…
Těžké radioaktivní prvky navzdory všem nepravidelnostem sedimentace přece jen nakonec z větší části skončily v hlubokých vrstvách; tam se rozpadají a uvolněná energie zahřívá okolní horninu. Těleso si tedy zevnitř dost intenzivně přitápí, což pochopitelně dramatizuje tepelné anomálie popsané v předchozím experimentu. Navíc radioaktivní rozpad přispívá k dalším nepravidelnostem rozložení prvků: vznikají nové prvky, například lehké helium (2He), které dole opravdu nemá co pohledávat. Na povrch už nemůže a zůstává uzavřeno v hornině; tak se stane, že nejvíc helia nakonec není v atmosféře nebo v okolním prostoru, ale uvnitř tělesa.

Experiment 4
Především jsme nezačali od žádného TEĎ. Částečky byly od začátku ve vzájemném pohybu a celé mračno obíhalo kolem hvězdy. Také hnětení naší kuličky je rozloženo v čase, a tak některé částečky i celé balvany dopadají i poté, co se na povrchu ustavil svrchní škraloup, a dokonce i poté, co se objevil oceán. To vše působí další tavení, drcení a lámání a přispívá k nerovnoměrné distribuci prvků. Vlivem záření hvězdy probíhalo množství chemických reakcí, které by při předpokládané nesmírně nízké okolní teplotě vůbec nemohly probíhat. Balení sněhové koule – planety – se neodehrávalo v těžišti mračna, ale hodně daleko od něho, takže slapové síly do formovacího procesu neustále zasahovaly, lámaly, rozháněly a zase spojovaly. Spolu s hvězdou letěla celá soustava galaxií a cestou sbírala další škváru, plyny a všelijaké létavice. Jedna z létavic byla velká jako Mars a srazila se s naší hypotetickou planetou s takovou razancí a pod takovým úhlem, že z povrchu vyrvala kus o hmotnosti 1/80 planety a první kosmickou rychlostí jej poslala na oběžnou dráhu. Samozřejmě se to neobešlo bez burácení, tavení, praskání na mnoha místech a posléze silných a trvalých slapových působení ze strany nově vzniklého satelitu.

Experiment poslední
Hvězda uprostřed vysílala záření nejrůznějších vlnových délek a nepatrný zlomek z něho dopadal i na naši planetu. V počátečních fázích formování planety – v tom třeštění a bublání – tato skutečnost nehrála žádnou roli. Posléze však, když už povrch utuhl a vznikly oceány a atmosféra, stal se podíl dopadajícího záření energeticky mnohem významnějším než teplo prostupující z nitra planety. Dopadající záření začalo určovat povrchovou teplotu, cirkulaci i kvalitu povrchových složek, mluvilo do klimatu i počasí. A do toho se na planetě najednou objevily i speciální zelené i jinak zbarvené antény, které dovedly zachytávat jednu malou složku záření a jeho energii zapojit do zajímavého a dlouhodobého pracovního procesu, který zahrnuje nevídané chemické syntézy a nevídané struktury, a navíc má co mluvit i do oněch pohybů.
Přísun sluneční energie shora a energie radioaktivního rozpadu zdola tak neustále a stále víc odvádí planetu od původního cíle, od bezčasového ráje. Naopak, snad nic zde není v klidu a nic není homogenní. Zelené stavby z organických látek se vlní ve větru, ze dna oceánu řízeně rostou stovky kilometrů dlouhé vápencové hradby, teplota atmosféry je jiná, než by měla být, a velké duté kovové předměty s uhlíkatými sloučeninami uvnitř létají stratosférou poháněné sluneční energií, která dopadla na planetu před desítkami milionů let. Ba unikají i z dosahu své planety, a některé dokonce i z tenat sluneční soustavy.

***
Tento text je úryvkem z knihy
Anton Markoš, László Hajnal: Staré pověsti (po)zemské aneb Malá historie planety a života
Staré pověsti (po)zemské aneb Malá historie planety a života – anotace
Jak titul prozrazuje, v hlavní roli knihy vystupuje nebeské těleso nám nejbližší. Autoři provádějí čtenáře teoriemi o jeho zrodu a vývoji, věnují se jedinečnému úkazu – životu, jeho vzniku a evoluci, ale hlavně tomu, jak evoluce života a planety probíhaly ruku v ruce. Líčení evoluce obvykle začínají až od prvohor, kdy se objevili živočichové; autoři ukazují, že předcházející tři miliardy let byly neméně zajímavé, protože právě tehdy bakteriální biosféra pilně přetvářela planetu na místo vhodné k našemu životu.
Podrobnosti o knize

autor