Kosmogonia, Kosmos i Geneza Środowiska

Wstęp 

Myślę, że kosmos znajduje się nadal w rozwoju, o czym może świadczyć „ucieczka galaktyk”; Przypuszczam, że w przyszłości dojdzie do zahamowania „ucieczki” i nastąpi odwrotny bieg galaktyk aż do sytuacji, w jakiej kiedyś nastąpił początek rozwoju kosmosu. Procesy te zachodzą w okresach czasowych mierzonych w dziesiątkach miliardów lat.

Nauka o kosmogonii znajduje się w ciągłym, ostatnio dość szybkim rozwoju, i jako taka nie zaprzecza wierzeniom religijnym. Istnieje i rozwija się obok religii, posługując się metodami naukowymi. Niektórzy powiadają, że nauka będzie rozwijać się dopóki, dopóty nie udowodni tez głoszonych przez religie. Trudno jest dyskutować z takim poglądem z punktu widzenia naukowego, tym bardziej, że na świecie istnieje więcej niż jedna religia, a kosmogonia postrzegana jest przez różne religie różnie.

Kosmogonia naukowa kieruje się w swoim rozwoju rozumowaniem naukowym opartym o znane nauce prawa przyrody (postrzegane i definiowane na ziemi w czasach rejestrowanych historycznie), a jednym z szeroko znanych twórców w tej dyscyplinie jest Stephen Hawking z Uniwersytetu Cambridge w Anglii. W nauce o środowisku interesują nas głównie naukowe teorie o powstaniu wszechświata, galaktyk, gwiazd, układów planetarnych, planety Ziemia, i powstanie życia na ziemi i wreszcie, naturalnego środowiska, które kształtuje byt człowieka.

Powstanie wszechświata

Stosując rozumowanie naukowe, abstrakcyjne, ocenia się, że początek wszechświata miał miejsce ok. 16 miliardów lat temu (istnieją dyskusje dot. (– +) 0.5 mld lat), i rozpoczął się od wielkiego wybuchu (zwanego z angielska „Big Bang”) objętościowo bardzo małej (lecz masowo i energetycznie niezwykle dużej, materii neutronowej, „bryłki”. Trzeba tutaj powiedzieć, że suma masy i energii tej „bryłki” jest wielkością stałą, która utrzymuje się nadal w całym kosmosie (wynika to z teorii Alberta Einsteina E=mc²).

Po wybuchu neutrony zaczęły rozdzielać się na protony i elektrony dając początek materii składającej się najpierw z atomów wodoru, pierwiastka o liczbie atomowej, liczbie porządkowej (liczba atomowa) 1. Atomy wodoru zaczęły się z sobą łączyć w atomy helu, kolejnego już pierwiastka tym razem o liczbie porządkowej 2. Atom wodoru połączywszy się z atomem helu utworzył atom litu (pierwiastka o liczbie porządkowej 3). I tak następowały kolejne łączenia się atomów, w skutek czego powstawały coraz to cięższe pierwiastki o kolejnych liczbach atomowych. Widoczna w Tabeli (na str. 13-14) częstotliwość występowania w kosmosie pierwiastków jest tym mniejsza, im większa jest ich liczba atomowa (wyjątek stanowi żelazo i nikiel), co potwierdzałoby teorię kosmogonii o powstawaniu cięższych pierwiastków z lżejszych, w tym z wodoru.

Drugim pośrednim dowodem na wymienioną teorię kosmogeniczną byłaby zależność między większą zawartością w kosmosie pierwiastków o parzystej liczbie atomowej, a sąsiadujących z nimi pierwiastków o nieparzystej liczbie atomowej. Na skutek łączenia się atomów pierwiastków o nieparzystej liczbie atomowej powstaje zawsze atom pierwiastka o parzystej liczbie porządkowej. Podobnie jest z łączeniem się atomów pierwiastków o parzystej liczbie atomowej. Powstawanie pierwiastków o parzystej liczbie atomowej jest uprzywilejowane, co potwierdza ich częstotliwość występowania w kosmosie.

Cząstki materii, jakie rozprysły się skutkiem wielkiego wybuchu, oddalały się od pierwotnego miejsca pobytu (od centrum kosmosu i od siebie), przy czym dzięki siłom grawitacji cząstki łączyły się z sobą tworząc tzw. ciała niebieskie. Ta „ucieczka” trwa do dzisiaj, co stwierdzamy dzięki efektowi Dopplera w badanym promieniowaniu materialnych składników kosmosu, głównie mgławic.

Pierwiastki syntetyczne

Obecnie metodami naukowymi można stwierdzić, że w przyrodzie (w kosmosie) istnieją 92 pierwiastki (o kolejnych, aż do 92, liczbach atomowych - porządkowych), natomiast człowiek potrafi (w stosach atomowych) syntezować kolejne pierwiastki, o wyższych niż 92 liczbach atomowych, których naturalnej obecności w kosmosie jeszcze nie stwierdził.) Najbardziej znanym i wytwarzanym w dużej skali pierwiastkiem sztucznym (syntetycznym) jest Pluton (o liczbie masowej 94). Inne pierwiastki syntetyczne udało się wytworzyć jedynie w małych ilościach (nieraz tylko pewna liczba atomów).

Powstawanie mgławic (galaktyk) i gwiazd

Cząstki materii oddalającej się od centrum wszechświata dzięki siłom grawitacji zaczęły się gdzie niegdzie łączyć, tworząc mgławice, a wewnątrz mgławic - gwiazdy. Gwiazdy mają swoje„własne życie obejmujące ich narodziny, rozwój i śmierc. Śmierć polega na zniszczeniu struktury gwiazdy, ale pozostawia jej materię w kosmosie.

Jedną z gwiazd jest nasze Słońce. Masa słońca wynosi 2 x 10 ²⁷ Mg; Średnia gęstość wynosi 1,4 g/cm³, a średnica ok. 1.390.000 km, czyli przewyższa ok. 109 razy średnicę Ziemi. Jak to wynika z prostego rachunku, wewnątrz kuli słonecznej zmieściłoby się ok. 1.300.000 kul ziemskich. W porównaniu z innymi gwiazdami w kosmosie, Słońce jest gwiazdą średniej wielkości. Temperatura na powierzchni Słońca wynosi ok. 6000 K, co stwierdzono posługując się metodą spektroskopową.

W centrum Słońca panuje prawdopodobnie temperatura ok. 20 milionów K, lub większa. Umożliwia to zajście reakcji jądrowej polegającej na fuzji atomów wodoru z wytwarzaniem atomów helu i olbrzymiej ilości energii, którą Słońce wypromieniowuje nieustannie w przestrzeń, przy czym samo nie „odczuwa” braku energii.

Tutaj trzeba wspomnieć, że człowiek usiłuje w warunkach ziemskich opanować ten sam proces wytwarzania energii, jaki istnieje w gwiazdach. Jak dotąd udało się to zrealizować jedynie w bombie wodorowej, gdzie cała energia wyzwala się „jednocześnie”, Idzie jednak o to, aby opanować proces powolnego, kontrolowanego wyzwalania się tej energii i odprowadzanie jej do użytkowników, którymi byliby indywidualni mieszkańcy Ziemi.

Tworzenie się mgławic (galaktyk)

Jak powiedziałem wcześniej, gwiazdy stanowiące skupiska grawitacyjne, połączone są w mgławice (galaktyki). Galaktyka, w której znajduje się Słońce, Ziemia, a więc i Środowisko, nosi nazwę „Drogi mlecznej” (gr.: gala ~aktos ‘mleko’); galaksias = Droga Mleczna). P

Powstawanie planet i układów planetarnych

Na określonym etapie swego rozwoju gwiazdom zaczęły towarzyszyć grupy planet, (okrążających swoją gwiazdę), które w czasie swojego istnienia podlegają również narodzinom, rozwojom i „śmierci”.

Wobec ogromnej ilości gwiazd we wszechświecie prawdopodobnie istnieje również wielka ilość planet, na których może istnieć życie. Na niektórych z nich może istnieć życie inteligentne, a w związku z tym może istnieć środowisko, którym zajmują się istoty żyjące w nim i chroniące je przed skutkami własnej działalności technologicznej.

Trudno jest na drodze naukowej stwierdzić istnienie układów planetarnych w przypadku gwiazd innych niż Słońce, gdyż dla obserwatora każda gwiazda jest zawsze tylko punktem. Odkrycie układów planetarnych gwiazd (i to w coraz to większej liczbie) udało się dopiero niedawno polskim astronomom, pracujących w amerykańskich placówkach naukowych.

Jedną z planet w układzie Słońca jest Ziemia, która okrąża je w odległości ok. 150 milionów km w ciągu ok. 365 dni. Posiada masę prawie dokładnie równą 6 x 1021 Mg, co stanowi ok. 1/332.000 część masy Słońca. Średnia gęstość planety Ziemia wynosi 5,5 g/cm³. Średni promień kuli ziemskiej wynosi 6.371 km. Obwód na równiku 40.076 km. Średnia temperatura na powierzchni Ziemi wynosi, jak to ogólnie jest przyjęte, 20^o C. We wnętrzu Ziemi panuje temperatura kilku tysięcy stopni Kelwina, niektóre źródła podają : 7.000 K do 10.000 K.

Planety okrążają Słońce po torach będących (jak to odkrył astronom J. Kepler) niezbyt wydłużonymi elipsami. Brak jest ustalonej teorii na temat powstawania planet. Mogą one tworzyć się przez oderwanie się materii od „swojej” gwiazdy, następnie przez wychłodzenie i skupienie się tej materii w pewnej odległości od gwiazdy, lub mogą zostać „pochwycone” z zewnątrz przez pole grawitacyjne gwiazdy. Możliwe jest, że niektóre planety powstają w jeden sposób, a inne w drugi sposób. Możliwe są również inne warianty powstawania planet i układów planetarnych.

Jest prawdopodobne, że we wszechświecie istnieje ponad 100 milionów planet, o których się przypuszcza, że może na nich istnieć życie, a na niektórych z nich może istnieć życie inteligentne.

Planety mają swoje księżyce

Brak jest również ustalonych jednoznacznych teorii co do powstawania księżyców. Nasze Słońce ma 9 planet. Dzieli się je na „wewnętrzne” (Merkury, Wenus, Ziemia i Mars) i na „zewnętrzne” (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i Pluton). Przypuszcza się, że między wewnętrznymi, a zewnętrznymi planetami istniała kiedyś planeta, która się rozpadła i dała początek bardzo licznym, stosunkowo małym, Planetoidom. Planetoidy okrążają Słońce po torach bardzo wydłużonych elips.

Planety okrążające Słońce mają księżyce , różne planety- różne ilości księżyców – od 0 do kilkunastu. W niektórych przypadkach trudno jest ściśle policzyć ilość księżyców, gdyż są one różnej wielkości, nieraz są bardzo małe. W tych przypadkach może być ich więcej niż kilkanaście. Ziemia ma jeden księżyc, który okrąża ją w odległości ok. 364 tysięcy km (ok. 30 średnic ziemskich) w ciągu ok. 27 dni. Ma średnicę 3.476 km i masę równą 1/82 masy ziemi. Temperatura jego powierzchni waha się od +130^o C dniem do –150^o C nocą.

Powstanie Ziemi jako planety

Planeta Ziemia to nieco spłaszczona kula (ściślej więc: elipsoida). Różnica średnic na biegunach, i na równiku wynosi ok. 45 km.

Planeta Ziemia powstała około 4,6 miliarda lat temu. Począwszy od tego momentu powstawało na niej środowisko - najpierw litosfera, która przez swoją działalność wulkaniczną kształtowała atmosferę, pedosferę, hydrosferę, tworząc warunki do powstania biosfery, a na (dotychczas) ostatnim etapie – powstawanie ssaków i człowieka.

Czy na tym kończy się wpływ kosmogonii, kosmosu, na środowisko ziemskie? Uważam, że kosmogonia trwa nadal i wciąż ma wpływ na dalsze kształtowanie się kosmosu i powoduje zmianę środowiska na ziemi i innych ciałach niebieskich, w tym na tych, gdzie istnieje inteligentne życie.

Kształtowanie się świadomości środowiskowej na Ziemi i powstanie nauki ( w tym chemii) o środowisku

Gdy liczba ludności na ziemi nie była jeszcze zbyt duża, a przemysł nie zaczął się jeszcze rozwijać w sposób rewolucyjny (przed 1850 rokiem), przyroda dawała sobie radę z degradacją zanieczyszczeń dochodzących do niej i potrafiła się sama regenerować.

Na to, aby pierwszy miliard ludności jednocześnie zamieszkał na ziemi, tj. do ok.1850 roku, potrzeba było aż 50.000 lat. Na kolejny miliard wystarczyło czekać lat 100. Trzeci miliard nastał już po 30 latach, a szósty miliard ludności żyjącej równocześnie na ziemi, powstał już po 8 latach. Szybkość narastania mieszkającej równocześnie na ziemi liczby ludności wzrasta stale. Wzrasta również tempo rozwoju technologii, dzięki której tak duża liczba ludności może się wyżywić, ubrać, zamieszkać, mieć coraz to więcej urządzeń mniej lub bardziej trwałego użytku, w tym lekarstw, środków higieny itd. itp.

W takich warunkach środowisko nie może się już „samoregenerować” i wymaga podjęcia zrównoważonych działań w celu jego ochrony.

Człowiek zwrócił uwagę na warunki fizyczne, w których żyje i ukuł słowo „środowisko” (niem.: Umwelt; ang: environment; franc.: environnement; ros.: okrużajuszczaja sreda) po to, aby chronić je przed niektórymi skutkami technologicznego działania. Pojęcie i słowo „środowisko” powstało na przełomie XIX i XX wieku w Europie środkowej (najpierw w języku francuskim i niemieckim) i dość szybko zostało przejęte przez inne regiony, przez kraje kolejno najbardziej rozwinięte technicznie. W ocenie środowiska najbardziej liczą się związki chemiczne, dlatego najbardziej miarodajną dziedziną nauki jest tutaj ”Chemia Środowiska” zwana także „Chemią ekologiczną”. Pierwszy instytut naukowy zajmujący się podmiotowo „chemią środowiska” powstał w Hamburgu w 1925 r.

Sfery składające się na środowisko ziemskie

Różni autorzy patrzą na środowisko w sposób wyjątkowo zróżnicowany. Moim zdaniem środowisko jest układem, który składa się z kilku sfer (gr.:sphaira „kula”, krąg, zakres), oddziałujących na siebie i przez to zmieniających się nieustannie. Jak wiadomo od Arystotelesa: „Układ stanowi więcej niż suma jego części” Moim zdaniem są to następujące sfery : litosfera , atmosfera, hydrosfera, pedosfra, biosfera, technosfera i antroposfera.

Każda ze sfer zawiera charakterystyczne dla niej związki chemiczne, zachodzą w niej specyficzne reakcje chemiczne i rozmaite oddziaływania fizyczne. Na skutek współdziałania wszystkich sfer układ zyskuje nową wartość. Nad tym wszystkim „czuwa” kosmogonia, kosmos, który dostarcza różnego rodzaju energii po to, by zniwelować działalność technologiczną, która jest niezgodna z naturalnym interesem kosmosu.

Kosmos oddziałuje wiec przez promieniowanie różnego rodzaju (elektromagnetyczne i korpuskularne) i w różnym zakresie energii na: górna, środkową i dolną atmosferę, na hydrosferę (w różnych jej warstwach), na pedosferę, na biosferę, a także na litosferę.

Największe i najszybsze zmiany następują w atmosferze, ale również w pedosferze i hydrosferze obserwuje się dość duży wpływ kosmosu. Liczniki Geigera - Muellera wykazują promieniowanie kosmiczne nawet w najgłębszych kopalniach. Można się spodziewać tego promieniowania także w największych głębinach mórz i oceanów.

Wpływ kosmosu (w tym kosmogonii) obserwuje się też poprzez ciągłe opadanie pyłu kosmicznego i meteorów na powierzchnię Ziemi. Przypuszczano też, że pandemie grypy wirusowej jakie miały miejsce w XX wielu miały by być pochodzenia kosmicznego. W tym celu trzeba by przyjąć, ze wirusy mogłyby dotrzeć do powierzchni planet z obfitującej w śmiercionośne promieniowanie przestrzeni kosmicznej (i poparcie zyskałaby teoria na temat interplanetarnego rozmnażania się życia). Jednak domysły te ucichły dość szybko.

Ziemia jako reaktor kosmo-geo-bio-chemiczny

Środowisko ziemskie, w którym żyje człowiek, znajduje się jak gdyby pomiędzy dwoma piecami: jeden to otwarte środowisko kosmiczne, oddziałujący poprzez promieniowanie słoneczne i promieniowanie kosmiczne, a drugi „piec” (wnętrze planety) ogrzewa to środowisko od dołu. Oddziaływanie to również należałoby nazwać kosmogonicznym, gdyż wynika ono z praw przyrody, które są skutkiem lub aktualną częścią składową kosmogonii. W ten sposób powstaje w okolicy powierzchni Ziemi, a więc w środowisku życia człowieka pewna „maszyneria” pochodzenia kosmogenicznego, regulującą stany skupienia, stany „rozdrabniania” skał, procesy ekstrakcji i rozpuszczania gazów ( deszczem z powietrza) i różnych soli z pedosfery i litosfery (wodą morską z dna morskiego i z brzegów) w środowisku, stosunki cieplne, wodne, a także krążenie materii i pierwiastków na planecie Ziemia. Istotną rolę w tej „maszynerii” spełnia również biosfera, w której dzięki promieniowaniu pochodzącemu z kosmosu dochodzi do fotosyntezy tj. do procesu wytwarzającego tkankę biologiczną, ale również wolny tlen ze związku chemicznego który go zawiera. Pierwszy, który zwrócił uwagę na podobieństwo środowiska ziemskiego do „maszynerii”, był Sievers w 1974 („Ziemia jako fabryka biogeochemiczna”). O podobieństwie środowiska do „geologicznej maszyny mielącej” pisali także R.M. Garrels i F. T. Makkenzie (1971).

Procesem, który zaopatruje powierzchnię ziemi w materię, która następnie bywa rozdrabniana (mielona) na drobne części („maszyneria”), a następnie może ulegać procesom i operacjom wymienionym wyżej, jest działalność wulkaniczna litosfery.

Pierwiastkowy skład chemiczny skorupy ziemskiej, wnętrza Ziemi i kosmosu w odniesieniu do 12 najczęściej występujących pierwiastków, w % masowych, (w dostępnym badaniom obszarze), z uwzględnieniem ich Liczb atomowych (L.a.), przedstawiają odpowiednie  tabele.

Krążenie w środowisku ziemskim pierwiastków i prostych związków, takich jak H₂O, CO₂, NO_x , O_x

Różna jest szybkość poruszania się molekuł danej substancji w określonej sferze środowiska. Proste związki chemiczne najszybciej poruszają się (tzn. zmieniają swoje położenie) w atmosferze, potem w hydrosferze, dalej w biosferze, pedosferze, a na końcu (t.zn. bardzo wolno zmieniają swoje położenie) w litosferze. Skomplikowane w swojej budowie związki chemiczne występują głównie w biosferze, technosferze i antroposferze. Najszybciej poruszają się w technosferze, potem w antroposferze i na końcu w biosferze. W związku z ograniczonym (na ogół krótkim) trwaniem życia organizmu biosferycznego szybkość poruszania się substancji w organizmie żywym jest stosunkowo duża. Idzie tutaj o substancje wchodzące w skład organizmów żywych, gdyż procesy metabolizmu substancji odżywczych zachodzące w układzie pokarmowym, są stosunkowo szybkie.

Obieg pierwiastków i prostych związków chemicznych na planecie Ziemia, w środowisku przyrodniczym powoduje, że wszystkie sfery współpracują ze sobą , a są także (moim zdaniem), częścią maszyny kosmo-geo-bio-chemicznej.

Głębsze zastanowienie się nad „maszynerią” życia na ziemi i zachowania się środowiska przyrodniczego prowadzi do przekonania, że planeta Ziemia, pomimo wysokiego stanu kultury i cywilizacji stworzonej na niej przez jeden z gatunków biosferycznych – przez człowieka – znajduje się we władaniu sił przyrody, wywodzących się z kosmogonii (z kosmosu).

Powstawanie atmosfery ziemskiej

W okresie istnienia planety Ziemia, jej atmosfera, skład chemiczny i gęstość kształtowały się stopniowo. Nie jest wiadome, czy własności te są ostateczne. Uważam, że nie, że nadal ulegają zmianie tylko, z szybkością albo raczej z „powolnością” znajdującą się w korelacji ze zmianą okresów geologicznych. Pamiętając o ok. 4,6 miliardach lat, jakie upłynęły od powstania Ziemi można się domyślić, że atmosfera zmieniała się znacznie. W okresie pierwszego miliarda lat istnienia Ziemi zawartość tlenu w atmosferze nie przekraczała ok.0,1%.W okresie drugiego miliarda lat zawartość ta wzrosła do ok. 0.5% co już umożliwiało zaistnienie fotosyntezy, oraz pojawienie się pierwszych organizmów żywych z oksydatywną przemianą materii. Po ok. 3,5 miliarda lat istnienia Ziemi pojawiły się na niej pierwsze rośliny lądowe, a także pierwsze wielokomórkowe zwierzęce organizmy żywe. Stężenie tlenu w atmosferze wynosiło wtedy ok. 2%.

Około 0.5 miliarda lat temu, kiedy stężenie tlenu w atmosferze wyniosło kilkanaście %, pojawiły się pierwsze kręgowce, a ok. 8 - 10 milionów lat temu, kiedy stężenie tlenu wyniosło (podobnie jak to ma miejsce obecnie), ok. 20% - pierwsze ssaki. Obecnie szacuje się, że człowiek pojawił się na ziemi ok. 1 milion lat temu. Od tego czasu możemy mówić o istnieniu środowiska, gdyż pojawiła się istota inteligentna, która potrafiła ocenić i docenić jakość otaczającego ją środowiska.

Substancjalny obraz Środowiska

W środowisku występują głównie następujące substancje:

1. W litosferze: głównie krzemiany i glinokrzemiany wapnia, magnezu, żelaza, potasu, sodu, ditlenek krzemu.
2. W atmosferze: W stężeniach liczących się głównie azot, tlen i argon, a także ditlenek węgla. Ponadto występują w powietrzu, jako składniki śladowe lecz stałe, dziesiątki substancji w bardzo małych stężeniach, które w sumie stanowią ok. 0,036% składu powietrza. Występują one w stężeniach ppm, ppb i ppt. Niektóre z nich byłyby toksynami w przypadku, gdyby występowały w koncentracjach większych.
3. W hydrosferze: tlenek wodoru jest głównym składnikiem hydrosfery. Ponadto występują tam różne sole (mineralne i organiczne), na ogół w małym stężeniu produkty metabolizmu charakterystyczne dla biosfery, rozpuszczone gazy atmosferyczne (w innym stosunku ilościowym niż w atmosferze).
4. W pedosferze: charakterystyczne dla pedosfery są związki huminowe. Ponadto występują w pedosferze te związki chemiczne, które występują w litosferze, hydrosferze, atmosferze i biosferze. W wyjątkowym przypadku występują też związki znane z technosfery i antroposfery, a także z ochrony środowiska.
5. W biosferze: tłuszcze, węglowodany, białka, związki nukleinowe (DNA i RNA)
6. W technosferze: bardzo duża liczba różnych związków chemicznych, rejestrowanych przez technologie, głównie przez technologie chemiczne i pokrewne, a także przez ochronę środowiska.
7. W antroposferze: prawie wszystkie związki chemiczne, które wytwarza technosfera, oraz (po okresie ich użytkowania) – przeróżne ich metabolity.