Происхождение. Как Земля создала нас

Все железо на Земле – от руды в коре до красного гемоглобина, который разносит кислород по нашим сосудам, – возникло в результате термоядерного синтеза в ядрах звезд. Возникшая в результате Большого взрыва Вселенная содержала в основном самый простой элемент – водород, – а также немного гелия и крошечную долю лития. Все остальные элементы из таблицы Менделеева возникли в результате термоядерного синтеза в звездах – либо при сгорании других элементов в недрах звезд, либо при взрывах массивных звезд в конце жизненного цикла.

Железо – убийца звезд. Когда при сгорании водорода в ядре массивной звезды накапливается достаточно гелиевого «пепла», начинается реакция, в ходе которой последовательно создаются другие элементы – углерод, кислород, сера, кремний и, наконец, никель и железо. Железо – самый стабильный элемент, и от его сгорания невозможно получить энергию. Когда гигантская звезда утрачивает способность производить достаточно энергии, чтобы удержать свои внешние слои, она коллапсирует в собственное ядро, после чего происходит мощнейший взрыв – рождение сверхновой. При этом последнем всплеске реакции синтеза создаются многие более тяжелые элементы из таблицы Менделеева, и все эти атомы выбрасываются в космос. Несколько важных элементов порождаются при столкновении нейтронных звезд: это и золото в обручальном кольце, и редкоземельные металлы в смартфоне, и свинец в церковной кровле, и уран в атомной электростанции[373]. А значит, не только наша планета, но и молекулы наших тел – звездная пыль[374].

Земля сформировалась из диска пыли и газа, вращавшегося вокруг просто-Солнца 4,5 миллиарда лет назад. Крупицы пыли слипались, возникали зерна, из которых слипались все более и более крупные куски породы, а затем гравитация собрала их вместе и создала нашу планету. Жар от всех этих столкновений расплавил первичную Землю, и железо с высокой плотностью по большей части погрузилось в ее ядро, оставив толстый слой мантии, богатой кремнием; мантия постепенно остыла, и ее поверхность затвердела и образовала тонкую кору. Многие другие металлы хорошо растворяются в жидком железе – их называют «сидерофилы» («железолюбивые»), – поэтому они тоже выделились из земной мантии и вместе с тонущим железом опустились в ядро. В результате элементы-сидерофилы – золото, серебро, никель и вольфрам, – а также металлы платиновой группы, о которых мы вскоре поговорим, практически отсутствуют в породах земной коры. Драгоценное золото, столь желанное для нас на протяжении веков, попало на поверхность Земли в результате столкновения с астероидами после того, как планета разделилась на железное ядро и кремнистую мантию[375][376].

Кроме того, железное сердце нашей планеты служит генератором магнитного поля Земли. Бурлящие течения жидкого железа во внешнем слое ядра нашей планеты генерируют это поле, словно динамомашина. Это приобрело для нас огромное значение начиная с XI века, поскольку сначала китайские, а затем и мусульманские и европейские мореходы начали применять компас для навигации (а задолго до этого – для мигрирующих животных, которые научились ощущать магнитное поле Земли за много веков до нас)[377]. Но у нашего магнитного кокона есть и более фундаментальная функция – он служит отражателем для потока частиц, льющегося на нас с Солнца, – так называемого солнечного ветра – и не позволяет ему сдуть атмосферу Земли в открытый космос. Поэтому ядро из расплавленного железа обеспечивает само существование сложной жизни на Земле: железо в вашей крови связывает вас не только с древними звездами, которые создали их в своей ядерной плавильне, но и с магнитным полем вокруг нашей планеты, которое защищает жизнь на Земле.

Впрочем, не все железо на Земле утонуло и попало в ядро: оно занимает четвертое место среди элементов по распространенности в коре и составляет в среднем 5 % веса всех горных пород. Однако, чтобы приносить пользу человечеству, железо должно было сконцентрироваться в богатых рудах, которые люди добывали и выплавляли. И это подводит нас с одному определенному моменту в истории нашей планеты.

Когда планета заржавела

Практически все железо, добытое в мире с древности до наших дней, взято из одной разновидности породы, которая сформировалась на определенном этапе развития Земли.

Большая часть железа, которое мы применяем, дают полосчатые железистые формации (а также образовавшиеся из них осадочные породы). Каждая формация может протягиваться на сотни километров и иметь толщину несколько сотен метров, а лучшие руды содержат более 65 % железа[378]. Как следует из названия, у них характерная полосатая структура, причем полосы могут быть от миллиметра до нескольких сантиметров шириной. Эти слои состоят из железорудных окислов – гематита и магнетита, чередующихся с кремнями или сланцами.