Металлы, которые всегда с тобой
ТЕРЛЕЦКИЙ Ефим Давидович — инженер; наряду с основной работой нанимается научной популяризацией. Его перу принадлежит ряд научно-популярных статей в центральных газетах и журналах и книга «Лик невидимки» (М., Химия. 1982), удостоенная диплома на ежегодном конкурсе Всесоюзного общества «Знание» на лучшее произведение научно-популярной литературы.
Рецензенты — Н. И. Гринкевич, доктор медицинских наук, профессор;
А. Ф. Топунов, кандидат биологических наук.
Металлы, которые всегда с тобой. Микроэлементы и жизнеобеспечение организма.
Издательство «Знание», 1986
Предисловие
Рискуя повторить незабвенного Козьму Пруткова, простодушно воскликнувшего когда-то: «Глядя на мир, нельзя не удивляться!», все же призовём читателя ещё раз поразиться красоте, гармонии и целесообразности устройства Природы. И возьмём лишь сравнительно узкую область — мир металлов. Но не тот знакомый и зримый мир металлов вокруг нас, а тот, который внутри нас, неведомый и невидимый. Это микромир металлов — химических элементов, без которых невозможны процессы жизни.
О том, что в организме содержатся металлы, науке было известно давно. Но их исключительное значение для живой природы открылось не сразу. Для этого понадобились долгие годы исканий. Картина стала проясняться всего несколько десятилетий назад, когда всемогущая физика с её совершенными методами анализа неумолимо вторглась в биологию, а вездесущая химия ещё дальше проникла в медицину. И вот на стыке наук открылись новые горизонты познания.
Сегодня твёрдо установлено, что для живых существ необходимы по крайней мере 10 металлов: железо, медь, магний, кобальт, цинк, марганец, молибден, натрий, калий и кальций. Их называют металлами жизни. Содержание большинства из них в организме ничтожно. Но отсутствие хотя бы малой толики любого такого микроэлемента приводит к недугам. Металлы жизни и их соединения чрезвычайно заинтересовали учёных различных направлений. Это позволило найти принципиально новые подходы к лечению болезней, считавшихся раньше неизлечимыми.
Однако с металлами «внутри нас» далеко не все ясно. Здесь ещё много неразгаданного, и, может быть, самое удивительное впереди. Но и то, что сегодня известно, на наш взгляд, достойно удивления. Впрочем, читатель сможет судить об этом сам.
С железом в крови
Слово «руда» когда-то означало кровь. И не напрасно наши предки связывали цвет руды с цветом крови. Сегодня мы знаем: и крови, и руде цвет придаёт железо, хотя оно содержится и не во всей крови, а только в красных тельцах — эритроцитах, где сосредоточено в гемоглобине.
Про железо, разумеется, читатель знает немало. О гемоглобине же многие имеют лишь самое общее представление — лишь бы был в норме! Между тем именно гемоглобину природа доверила один из самых своих тончайших процессов — доставку кислорода живой клетке.
Слово «гемоглобин» — искусственно созданная комбинация из греческого гемо — кровь и латинского глобус — шар. По сути гемоглобин представляет собой дыхательный пигмент крови, состоящий из гема — железосодержащего соединения, и белка — глобина. Так вот, если быть совсем уж точным, то перенос кислорода в организме осуществляет не гемоглобин и даже не гем, а заключённое в нем железо.
Итак, наш рассказ о первом и первостепенном металле, о железе, знакомом и незнакомом. Знания о нем теряются в глубине веков, и определить точно, когда впервые человек познакомился с этим металлом, трудно. Известно, что на разных континентах знакомство это состоялось в разное время. Древние греки до Гомера (примерно X век до н. э.) железа не знали. В Америке ацтеки до нашествия в XVI веке испанских конкистадоров железа не знали. Папуасы Новой Гвинеи до прихода к ним Миклухо-Маклая во второй половине XIX века железа не знали. Даже и в наши дни существуют племена, по уровню развития пребывающие ещё в каменном веке и не ведающие о железе, хотя над ними летают реактивные лайнеры, а кинодокументалисты снимают их самой совершенной аппаратурой. Установлено одно: сначала узнали метеоритное железо, а уж потом, тысячелетия спустя, освоили его выплавку из руд. Древнейшие железные предметы, найденные археологами в Египте (IV тысячелетие до н. э.), сделаны именно из метеоритного железа.
То, что камни падали с неба, думается, не очень смущало наших предков. С неба светило солнце, шёл дождь, по библейским преданиям, даже сыпалась манна. Так почему же с неба не могли падать камни? Так, видимо, и зародились первобытные представления о небесном происхождении металлов. В Древнем Египте железо называли «би-ни-пет», что буквально означало «небесный металл», древнегреческое название железа «сидерос» происходит от слова звеада, а в древнеармянском языке железо — «ер-кат» значит «капнувший с неба»
Почему железо падает с неба
Древние мудрецы, не обладая ещё подлинными научными познаниями, силой своёго разума связали происхождение металлов сначала с небесными явлениями, а потом и с планетами. Железо, например, отождествляли с планетой Марс, и, как оказалось сегодня — не случайно. Анализ марсианского грунта, по внешнему виду напоминающего ржавчину, показал, что он и в самом деле состоит из окислов железа. Они-то и придают всей планете зловещий красноватый цвет, побудивший древних назвать её именем кровавого бога войны — Марса.
7 планет и 7 металлов было известно в древности, и вообще число 7 считалось магическим. А если отбросить магию, то следует признать, что древние были правы насчёт космического происхождения металлов. Действительно, атомы металлов, да и вообще всех химических элементов, возникли в недрах звёзд.
Астрономы, поэты и влюблённые, обращая свой взор к звёздам, видели примерно одно и то же. И лишь физики, взглянув на светила своим особым «физическим» взглядом, почище иных фантастов смогли представить таинство рождения звёздных атомов. Начало всему — атом водорода, из которого, по существу, построена Вселенная. Наш мир более чем на 70 % состоит из этого элемента — недаром ему присвоен первый номер. В условиях чудовищных звёздных давлений и температур атомы водорода, сливаясь, образуют атомы более тяжёлых элементов и, в первую очередь гелия — элемента номер два. Синтез гелия — ядерная реакция, знаменитый «термояд» — и есть та печка, от которой пляшут атомы остальных элементов.
В самом конце последовательных ядерных реакций при совершенно невообразимой температуре 4 млрд. градусов рождаются атомы железа. Все имеет свой предел, и цепочка ядерных превращений — тоже. С появлением железа она обрывается. На этом термоядерные ресурсы звезды исчерпаны. Преодолеть железный барьер ей не под силу. Звезда начинает сжиматься. Затем она взрывается, рассеивая вокруг своё вещёство. Астрономы говорят в таких случаях: вспыхнула сверхновая звезда. А это значит — родилось железо.
Теперь с большой долей вероятности мы можем ответить на вопрос: почему железо падает с неба? Последнее время появились весьма обоснованные предположения, что наша Солнечная система образовалась именно в результате взрыва сверхновой звезды. Разлетевшиеся при этом осколки — это астероиды, минипланеты, со множеством из которых часто встречается Земля. Те из них, что сумели пробить броню нашей атмосферы, попадают к нам в виде метеоритов.
Несколько слов о кларках
Да, железо один из самых распространённых элементов, и это не случайно. Поведением атомов, где бы они ни находились, управляет Великий Периодический Закон. Характер же химического элемента, то есть его свойства и распространённость, определены порядковым номером в менделеевской таблице.
Но как узнать, много или мало содержится данного элемента в природе? И чего, например, больше: свинца, известного с незапамятных времён, или незнакомца циркония, производство которого освоили всего лишь несколько десятилетий назад? Для этого нужны средние данные распространённости элементов. Счёт на кристаллы и молекулы, который ведут геологи, не устраивает геохимиков, учитывающих атомы.
