Życie i śmierć bez tlenu

Atmosfera ziemska to cienka...

Xennia Baranowa

Pierwsze wzmianki o tlenie spotykamy w rękopisach chińskiego alchemika z VIII wieku – Mao Hao. W XVI wieku Leonardo da Vinci badał tlen, nie podejrzewając nawet, że jest on jednym z najcenniejszych pierwiastków chemicznych.

Wszystkim wiadomo, że tlen (O₂) jest ważny nie tylko dla życia człowieka, ale także dla istnienia całej naszej planety. Na szczęście jest on na Ziemi w dostatecznej ilości: rośliny wytwarzają go każdego dnia. A teraz załóżmy, że tlen nieoczekiwanie znika z naszej planety – całkowicie. No nie, nawet nie musi znikać na zawsze. Wystarczy tylko 5 (pięć!) sekund, by przyjazny nam świat zmienił się nie do poznania.

I tak więc przedstawiamy waszej wyobraźni scenariusz najbardziej niszczącej i najkrótszej katastrofy naturalnej:

0,5 s (sekundy): oparzenia słoneczne

Pół sekundy bez tlenu to wystarczy, żeby zniszczyć największy z ludzkich organów – skórę. Ona poczerwienieje, pokryje się pęcherzami, a potem zapłonie. Czy ktoś będzie w stanie przeżyć coś takiego?

Ale zobaczmy z naszego punktu widzenia, co w takim przypadku zachodzi.

Wraz z tlenem naszą planetę opuści także ozon (O₃), którego cząsteczka składa się z trzech atomów tlenu. Warstwa ozonowa chroni naszą planetę od słonecznego promieniowania ultrafioletowego – UVA, UVB i UVC. Pozbywszy się tarczy ochronnej, Ziemia zostanie wystawiona na pastwę niczym nieograniczonej słonecznej radiacji i jej powierzchnia rychło nagrzeje się do +1000°C i flora i fauna, a oczywiście także ludzie, po prostu spłoną.

...ale jednocześnie mocna tarcza ochronna przed meteoroidami...

1,8 s: woda wyparuje

Przedstawcie to sobie – w każdej chwili po morzach i oceanach świata płyną tysiące, dziesiątki tysięcy statków. Pod ich kadłubami znajduje się warstwa wody o grubości kilku kilometrów. Przypomnijmy – głębina największego rowu oceanicznego – Mariańskiego – sięga do 11 kilometrów, a nad jego dnem też pływają statki.

I oto nagle, w jednej chwili, cała woda zamienia się w jeden wielki kłąb pary. Statki spadają na dno z takiej wysokości, jaka jest głębokość akwenu na jakiej się znajdują. Mieszkańcy Wszechoceanu – począwszy od małych organizmów planktonowych a na płetwalach błękitnych skończywszy – znajdują się na suchej powierzchni dna.

W jakim przypadku może zajść coś takiego? Około 71% naszej planety jest pokryte wodą. Jak wiadomo cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu: H₂O. Bez tlenu woda przekształca się w wodór, który ulatuje do troposfery i wyżej. Cała – absolutnie cała - woda znika z planety – a to jest, proszę ja kogo – 1,5 mld km³!

Także znikają podziemne źródła wody, które są podobne do rur wodociągowych i teraz pustynie na Ziemi stanowią nie 29%, ale całe sto! Sucha, jałowa pustynia – przygnębiający widok…

2 s: zniszczenie DNA

I tak: z planety znikł cały tlen. Co się stanie z ludzkim organizmem w 2. sekundzie po tym wydarzeniu? Tam, gdzie przebiegały ważne metaboliczne procesy następuje chaos. Łańcuchy kwasu dezoksyrybonukleinowego – DNA – rozpadają się jak domki z kart, a krew stanie się ciemnobordowa. I wierzcie mi, kolor krwi to najmniejsze zło, jakie się stanie, kiedy tlen opuści nasze ciała. Im mniejszą ilością tlenu jest nasycona nasza krew, tym jest ona ciemniejsza. Bierze się to z czerwonego, zawierającego żelazo białka krwi jakim jest hemoglobina. Jego zadaniem jest związanie molekuł tlenu i roznoszenie ich po całym organizmie. Kiedy krew jest natleniona, wtedy jej barwa jest jaskrawoczerwona. O na odwrót, kiedy nie jest natleniona, wtedy jest koloru ciemnego.

Jeszcze ciekawszy obraz przedstawia sobą łańcuch DNA. On w 30% składa się z tlenu. Pierwiastek ten stanowi jeden z głównych pierwiastków w całej helisie DNA. A zatem, kiedy znika tlen, łańcuch DNA rozpada się na niteczki. A przecież DNA kontroluje syntezę białek, bez których niemożliwy jest proces przemiany materii i procesy życiowe natychmiast ustają. Człowiek umiera.

2,8 s: niebo przestaje być niebieskie

Każdego dnia patrzymy na niebo i czasami zadajemy sobie pytanie: czemu ono jest niebieskie? Czy zawsze tak było?

Przypomnijmy sobie szkolny kurs fizyki. Promienie słoneczne niosą ze sobą wszystkie kolory tęczy. Oddziałując na atmosferę Ziemi promienie te załamują się i rozpraszają. Każdy z siedmiu kolorów tęczy ma inną długość fal. Długość fal światła niebieskiego (420-440 nm) jest rozpraszana przez ziemską atmosferę. Należy tutaj przypomnieć, że atmosfera składa się z 78% azotu (N₂) i 21% tlenu, który gra główną rolę dla życia na planecie, i domieszkę 1% innych gazów (CO₂, gazy szlachetne).

Jednakże nie zawsze niebo było niebieskie. Dawno, dawno temu, jakieś 4 mld lat temu, atmosfera Ziemi składała się z wodoru (H₂), helu (He) i niewielkiej ilości metanu (CH₄). Pod koniec okresu formowania się planety, gazy wulkaniczne zmieniły skład atmosfery. W tym czasie składała się ona z dwutlenku węgla i pary wodnej. Molekuły tych związków chemicznych mają bardziej złożoną budowę i mogą załamywać inne długości fal świetlnych. I fale te mają już inny kolor – czerwony  (627-780 nm).

A teraz podsumowanie. Jak tylko atmosfera naszej planety zostanie pozbawiona tlenu, to niebo utraci swój kolor i pociemnieje, bowiem bez tego pierwiastka nie dojdzie do rozproszenia niebieskiego koloru w atmosferze. Ziemia będzie wyglądać jak Mars: cienka atmosfera i niemal czarne niebo…

3,8 s: wybuchy i eksplozje

Kiedy zdarza się awaria elektrowni jądrowej, to jej następstwa są straszne. Promieniowanie przenika w powietrze, wodę, glebę i organizmy istot żywych, w tym człowieka. Przykładami takiej strasznej sytuacji mogą być katastrofy w Czarnobylskiej EJ i Daiichi-Fukushima 1 EJ.

A teraz pomnóżmy to wszystko przez 434. Dokładnie tyle elektrowni nuklearnych pracuje na naszej planecie. I tak kiedy wyparuje cała woda, a będzie to miało miejsce już po upływie 1,8 s – jak to stoi powyżej – wszystkie systemy chłodzenia padną. Potem następuje niekontrolowana reakcja łańcuchowa: roztopienie się prętów paliwowych na blokach. A potem zostanie przekroczona masa krytyczna i nastąpi eksplozja jądrowa. Dokładniej 434 potężne eksplozje atomowe, jeżeli mówimy o skali planety!

3,9 s: ginie wszystko, co żyje

Ptaki już nie wzniosą się w niebo, rośliny uschły. Ulice są zawalone trupami. Po zniknięciu tlenu, wszystkie żywe organizmy odczuwają śmiertelny kryzys. Ale być może coś przeżyło. Coś, czemu tlen jest niepotrzebny. Powiedzmy wprost – cyjanobakterie.

Zrodzone w wodzie, posiadają umiejętność przekształcenia energii światła słonecznego w cukry proste z dwutlenku węgla i wody. I co najciekawsze, produktem ubocznym tego procesu jest ni mniej ni więcej tylko tlen. Szkoda, że nie może on już nikogo uratować. Także same cyjanobakterie nie są w stanie wyżyć, bowiem – jak wiemy – cała woda rozłoży się i zniknie w 1,8 s wcześniej…

4,2 s: nawet beton nie jest wieczny

Wyobraźmy sobie następujący obrazek. Jakiś budynek a w nim pomieszczenie. Z sufitu zaczynają spadać małe kamyczki. Potem tam pojawia się niewielka szczelinka, która się powiększa. Szkła okienne rozpadają się na tysiące drobnych odłamków i pokrywają podłogę. Dach się załamuje i cały budynek rozpada się z hukiem. Ziemię pokrywają ciężkie obłoki szarego pyłu, jak tsunami niszczące wszystko na swej drodze.

W świecie, w którym nie ma tlenu, wszystkie budowle rozpadają się jak baby z piasku wysuszone i kopnięte nogą. Dzieje się to dlatego, że tlen jest elementem związującym cement jak i beton. Bez O2 inne komponenty mieszanin budowlanych tracą swoje właściwości. Weźmy na przykład wapień CaCO₃ – jego molekuła składa się z atomu wapnia, atomu węgla wapnia i trzech atomów tlenu. Dziwne – nieprawdaż?

Tak czy owak, na ulicach pozostaną ogromne góry pyłu.

4,5 s: skorupa ziemska pokryje się pęknięciami głębokimi na kilka kilometrów

Ogromne kłęby szarego dymu podnoszą się z samego serca Ziemi. Zaczyna się trzęsienie ziemi i powierzchnię planety pokrywają głębokie pęknięcia. To, co pozostało na powierzchni Ziemi, teraz wpada do jej wnętrza.

Czemu tak się dzieje? Rzecz w tym, że skorupa ziemska w 47% składa się z tlenu (w tlenkach i wodorotlenkach metali i niemetali), a inne pierwiastki: krzem (Si), żelazo (Fe) czy glin (Al) mogą występować tylko jako tlenki. Ale to jeszcze nie wszystko, bo w rezultacie procesów o których mowa, ciśnienie w jądrze Ziemi zwiększa się, temperatura magmy wzrasta do +800°C i wypływa na powierzchnię. Napór magmy wzrasta i następują erupcje wulkanów. Ziemię pokrywa czerwony dywan lawy. Ale jest dobra wiadomość: lawa nie może niczego zapalić z braku tlenu. Jest wiadomość jeszcze lepsza: nie ma kogo podpalać…

5 s: meteoryty atakują Ziemię

Gdybyśmy patrzyli na film zrobiony na podstawie tego artykułu, to niepokojąca muzyka teraz właśnie osiągnęłaby swe finale grosso. A oto końcowy epizod!

To, co zazwyczaj spala się w górnych warstwach atmosfery teraz nie znajduje przeszkody i bez problemów razi powierzchnię naszej planety. Mowa tutaj o meteorytach. W czasie 5 sekund na Ziemię spada co najmniej 20 meteorytów, a impakt każdego jest w stanie wybić sobą krater, w którym zmieściłoby się Tokio, a to jest około 2000 km²!

...i promieniowaniem

Moje 3 grosze

Kiedy przeczytałem ten materiał po raz pierwszy, to zrazu pomyślałem, że jest to kolejny eko-straszak prawie na katowicki szczyt klimatyczny i zabrałem się za przekład bez większego przekonania. Jednakże w miarę zagłębiania się w tekst zaświtało mi, że gdzieś to wszystko już było. Gdzieś już się coś takiego wydarzyło. Na Ziemi? Owszem, Ziemia przeżyła kilka kryzysów, ale życie na niej wyszło obronną ręką. Po każdym Wielkim Wymieraniu życie odradzało się jeszcze bujniejsze i z większą energią. A zatem ślepy tor…?

Ale nie. Jest w Układzie Słonecznym miejsce idealnie odpowiadające czemuś takiemu, co przedstawiła Autorka. To Mars. Planeta odległa o 56 mln km od nas (oczywiście w perygeum). Tam właśnie panują takie warunki, które mogłyby panować na Ziemi, gdyby znikł na niej cały tlen: cienka atmosfera z dwutlenku węgla i gazów szlachetnych, brak wody, temperatura rzędu 380 K w dzień i 90 K w nocy (jak na Księżycu), dziwaczne formy geologiczne w rodzaju gigantycznych wulkanów tarczowych na Tharsis Planitia oraz Elysium Planitia, kanion Coprates (Valles Marineris) czy baseny uderzeniowe Hellas czy Vastitas Borealis (Mare Borealis). Wszystko to stanowi obraz gigantycznego kataklizmu, który uśmiercił tą planetę bardzo dawno temu…

Czy coś takiego grozi Ziemi? Autorka nie postawiła tego pytania, a szkoda. Uważam bowiem, że coś takiego może spotkać i nasz świat.

Moje pokolenie w szkole podstawowej miało jako lekturę obowiązkową książkę Jerzego Broszkiewicza pt. „Ci z Dziesiątego Tysiąca”, w której takie zagrożenie przedstawiono, choć to powieść sci-fi z dalekiej Przyszłości. Otóż bohaterom powieści na sztucznej planecie znajdującej się na peryferiach Układu Słonecznego, zagroził rój dziwnych, radiochłonnych meteoroidów zwany Czarną Rzeką, który wprawdzie nie leciał w kierunku Ziemi, ale porwał dwa kosmoloty z załogami, które trzeba było uratować. Tyle Jerzy Broszkiewicz. A teraz uruchommy wyobraźnię. Czarna Rzeka składająca się z metalowych brył trafia w Ziemię. Żelazo utlenia się lecąc przez tarczę atmosfery i spada jako rdza. Po dłuższym ostrzale Ziemi pokrywa się ona warstwą tlenku żelaza czyli po prostu rdzy, a reszta jak w materiale Xenni Baranowej. Ziemi zostaje upieczona, uduszona a następnie zamrożona jak dzisiejszy Mars…

Oczywiście Czarna Rzeka to fantazja, ale czy nie jest to realne zagrożenie? Czarna Rzeka leciała z prędkością hiperboliczną, to znaczy że była ona pozaukładowa. Od października 2017 roku znamy co najmniej jedno ciało niebieskie, które przeleciało przez Układ Słoneczny z prędkością hiperboliczną – to oczywiście jest obiekt A/2017 U1 C/2017 U1 1I/Oumuamua. To, że na razie nie znamy rojów pozaukładowych wcale nie oznacza, że ich nie ma… Tak więc być może właśnie taki rój niewielkich żelaznych brył uderzył w Marsa, wypalił tlen z jego atmosfery, spowodował odparowanie wody i geologiczny bezruch – zatrzymały się płyty kontynentalne, a na dwóch obszarach pojawiły się gigantyczne wulkany: Olympus Mons (Nix Olympica), Arsia, Ascradeus i Pavonis Mons, postwulkaniczna struktura Alba Mons (Alba Patera), dziwna struktura Lycus Sulcii a także Elysium Mons. Mars ma wiele zagadkowych obiektów, które mogą mieć związek właśnie z tym wydarzeniem. Myslę, że dalsze badania tej planety rzucą nowe światło na historię tej części Układu Słonecznego.          

Komentarze z KKK

Cześć.

Apokalipsa w kilka sekund, straszne. Nieraz się cieszę, że nasze życie tak krótko trwa.

PS póki co mamy małą apokalipsę w postaci pis. 😞  (K A ZE K)

Obawiam się, że Autorka naświetliła tylko niektóre aspekty czegoś takiego i efekty braku tlenu będą jeszcze straszniejsze. Dla nas nie, bo nas nie będzie w ułamkach sekundy, ale dla naszej planety. Będzie ona tak samo zimna i martwa jak Mars... (Arystokles)         

Źródło – „Tajny XX wieka” nr 25/2018, ss. 20-21

Przekład z rosyjskiego - ©R.K.F. Leśniakiewicz 
Foto - NASA