Американские подписчики канадского химика-любителя Найджела Брауна прислали ему бутыль флоридской морской воды (около 2,5 литра), чтобы он испарил её в распылительной сушилке.
Сушилка испаряет воду при 180 градусах, этот объём она переработала за час.
Соль собрана и взвешена небрежно, поэтому скажем, что получилось более 42 граммов соли.
Итого концентрация морской воды была не менее 16,8 промилле или 1,68 процента. Для справки, средняя солёность морской воды близ флоридского побережья, что со стороны Атлантики что со стороны Мексиканского залива - 35 промилле или 3,5 процента. Близ устьев рек и эстуариев - 8-16 промилле. Самая высокая солёность исторически наблюдается в заливе Флорида Бэй - в наши дни его солёность плавает в пределах 24-42 промилле. Он же держит исторический рекорд - 70 промилле намерили в конце 80-х.
Меч нашел в Гданьском лесничестве копатель Марцин Вишневский, уже известный местным органам охраны памятников по прежним доисторическим находкам в том же районе.
Дату находки определило Воеводское управление по охране памятников (PUOZ). Оружие датировали периодом между 900 и 700 годом до н. э. - последними веками бронзового века, эпохой развитой металлообработки и культурного обмена в Европе. Это пятый, финальный период северного бронзового века по периодизации Монтелиуса (период V, ~900-700 гг. до н. э.).
Тип меча - с цельнолитым хвостовиком (на него насаживалась рукоять из дерева, кости или рога), длина около 60 см.
Меч нашли стоящим вертикально, воткнутым в песок. Судя по положению, оружие, вероятно, воткнули таким образом намеренно, а не потеряли. Это наводит археологов на мысль о ритуальном подношении. Правда, других артефактов рядом не нашли.
Вишневский решил не раскапывать меч самостоятельно и сообщил о нём властям. Он защитил находку от дождя и скрыл её от посторонних глаз, чтобы уберечь от менее добросовестных копателей. Археологи уже провели профессиональные раскопки и зафиксировать точное положение предмета перед извлечением.
В апреле 2000 года два шахтера горнодобывающей и металлургической компании Peñoles — братья Хуан и Педро Санчес — бурили новый туннель на глубине около 300 метров под мексиканской пустыней Чиуауа.
Внезапно бур пробил стену, за которой оказалась просторная полость. Внутри, при температуре 58 °C и влажности воздуха под 100%, росли гигантские кристаллы — зрелище, поразившее даже видавших виды горняков.
Эти образования, о которых пойдет речь в статье, признаны крупнейшими природными кристаллами из когда-либо обнаруженных на Земле.
Параметры
Самый крупный из задокументированных кристаллов имеет длину 11,4 метра, диаметр около одного метра и вес примерно 55 тонн. Все кристаллы в этой пещере состоят из селенита — полупрозрачной разновидности гипса с характерным молочным оттенком. Форма — идеальные шестигранные призмы с острыми гранями.
Полость с кристаллами-гигантами, получившая название "Пещера кристаллов" (исп. Cueva de los Cristales), располагается в руднике Найка на территории мексиканского штата Чиуауа. До этого открытия рекорд принадлежал "Пещере мечей" (исп. Cueva de las Espadas) в том же штате. Она находится на глубине около 120 метров, а ее открытие состоялось в 1910 году. Длина обнаруженных там экземпляров варьируется от одного до двух метров.
Формирование
Под пещерой находится магматический очаг — остывающее тело расплавленной породы, которое нагревало подповерхностные воды, насыщенные ангидритом (безводной формой гипса), до высоких температур. Эта вода постепенно заполняла подземные полости, и около 600 000 лет назад ее температура стабилизировалась в диапазоне 58 °C.
Это критическое значение: выше этой температуры ангидрит растворяется, а ниже — образуется селенит. И вот раствор начал медленно остывать, что запустило механизм роста кристаллов со скоростью около 0,001 миллиметра в год. Изотопный анализ показал, что возраст находок в "Пещере кристаллов" составляет от полумиллиона до миллиона лет.
Примечательно, что в 1985 году компания Peñoles начала откачивать грунтовые воды из шахты. Уровень воды упал, пещеры осушились, и рост кристаллов остановился — но, как вы узнаете дальше, лишь на время.
Адские условия и находки
Температура в пещере составляет 58 °C, но в некоторых участках достигает 60 °C. Влажность — 90–100%. При такой комбинации факторов человеческий организм теряет способность охлаждаться через испарение пота. Без защитного костюма человек может находиться внутри не более десяти минут: затем наступает тепловой удар, потеря сознания и вечный покой.
Исследователи, работавшие в "Пещере кристаллов", использовали костюмы с ледяными жилетами и автономными системами охлаждения. Но даже в этом случае пребывание ограничивалось 30–40 минутами.
С 2000 по 2017 год пещеру посетили несколько международных научных экспедиций. Химический анализ показал высокую чистоту селенита и минимальное содержание примесей. Была подтверждена датировка кристаллов.
В жидких включениях внутри кристаллов были обнаружены живые микроорганизмы возрастом около 60 000 лет, захваченные растущими кристаллами из первичного раствора. Они находились в состоянии анабиоза, но, оказавшись в лабораторных условиях, пробудились и начали стремительно размножаться. Это открытие, важное для астробиологии, расширило научные представления о границах существования жизни в экстремальных условиях.
Текущий статус
В 2015 году компания Peñoles прекратила откачку воды из шахты, так как добыча руды стала нерентабельной. Из-за этого подповерхностные воды начали возвращаться и заполнять полости. В 2017 году "Пещера кристаллов" оказалась полностью затоплена, а ее уникальное содержимое вновь погрузилось в горячий минеральный раствор. Таким образом, теоретически возможно возобновление роста кристаллов.
Сегодня доступ к пещере закрыт, и нет планов по превращению ее в туристический объект. Однако сохранились фотографии, видеоматериалы, научные данные и несколько небольших образцов для музеев.
Это произошло в ночь с 21 на 22 августа 1986 года. Жители деревень вокруг озера Ньос в Камеруне (Африка), как обычно, легли спать, но утром не проснулись 1 746 человек.
Причиной тому стало невидимое облако углекислого газа, которое вырвалось из озера и, будучи тяжелее воздуха, "стекло" вниз по склонам в долины, где находилось несколько деревень. За ночь оно погубило практически всю фауну в низинах на расстоянии до 25 километров от озера.
Это, определенно, была одна из самых странных природных катастроф в истории.
Что такое озеро Ньос
Озеро Ньос расположено на северо-западе Камеруна, в кратере потухшего вулкана на высоте 1 091 метр над уровнем моря. Это небольшое озеро — около двух километров в длину и 1,2 километра в ширину. Максимальная глубина — 210 метров.
До катастрофы озеро было одним из ключевых источников пресной воды, которая использовалась для питья и в сельскохозяйственных целях. Кроме того, в водоеме водилось большое количество рыбы, регулярный вылов которой удовлетворял значительную часть продовольственных нужд. Озеро фактически обеспечивало людей базовыми ресурсами для жизни, поэтому вблизи него и строились деревни.
Под самим озером находится магматический очаг — остатки древней вулканической активности. Магма выделяет углекислый газ (CO2), который просачивается сквозь трещины в земной коре и растворяется в воде озера. На глубине, под давлением толщи воды, CO2 накапливается в огромных количествах. Тропический климат мешает естественному перемешиванию воды, поэтому верхний теплый слой работает как "пробка", удерживая холодную, перенасыщенную газом воду на глубине.
Роковая ночь
Вечером 21 августа 1986 года что-то нарушило равновесие. Возможно, это был обвал скалы, подводный оползень или просто перенасыщение нижних слоев воды газом. Но холодная вода с глубины резко поднялась к поверхности. Давление упало, и растворенный углекислый газ мгновенно начал переходить из растворенного состояния в газообразное — как при открытии бутылки газировки, только в масштабах озера.
За считанные минуты из озера вырвалось около 1,2 кубических километра CO2. Этот газ почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому он не рассеялся, а под действием силы тяжести "потек" вниз по склонам как невидимая река, заполняя долины и низины. Облако двигалось со скоростью до 50 километров в час, вытесняя кислород.
Всего вокруг озера проживало около 4 000 человек. Жители низменностей засыпали и больше не просыпались — к праотцам отправились 1 746 человек. Еще 845 человек серьезно отравились и/или получили повреждения дыхательных путей, но выжили. Кроме того, были потеряны 3 500 голов скота, а озеро, откуда вылавливали рыбу для пропитания, стало практически безжизненным — гарантированный голод для выживших без помощи извне.
Почему это произошло именно там
Озеро Ньос — редкий, но не уникальный случай. Такие озера называют лимнологическими бомбами. Для их формирования необходимо соблюдение трех условий:
Во-первых, озеро должно находиться в вулканической зоне, где из глубин поступает углекислый газ.
Во-вторых, озеро должно быть глубоким и стратифицированным — то есть слои воды не перемешиваются из-за разницы температур и плотности.
В-третьих, климат должен быть стабильным, без сильных ветров и температурных колебаний, которые могли бы перемешивать воду.
Ньос идеально подходил под все условия. Глубина, вулканический источник CO2, тропический климат без штормов — все это создало идеальные условиях для формирования "газовой ловушки".
Есть ли другие подобные озера?
Да, и не одно.
Озеро Монун, также в Камеруне, всего в 95 километрах от Ньос. Его размеры составляют 1,6 × 0,7 километра, а максимальная глубина — 99 метров. 15 августа 1984 года Монун высвободило углекислый газ, погубив 37 человек.
Однако тогда на это событие почти никто не обратил внимания — слишком "скромный" масштаб катастрофы, которая на самом деле была грозным предупреждением.
Озеро Киву находится на границе Руанды и Демократической Республики Конго. На его побережье проживает более двух миллионов человек. Оно гораздо крупнее озера Ньос. Его размеры составляют 89 × 48 километров, а максимальная глубина — 496 метров. По оценкам экспертов, в его недрах растворено около 300 кубических километров CO2 и 65 кубических километров метана (CH4).
Есть также потенциально опасные озера в Италии (вулканические озера Лацио), в Индонезии и на Камчатке. Все они находятся в вулканических зонах и могут накапливать CO2. Однако ни одно из них не идет ни в какое сравнение с трио самых опасных озер, которые расположились на территории африканского континента.
Горький опыт
Наученные инцидентом с озером Ньос, ученые нашли простой, но эффективный способ обезопасить Ньос, Монун и Киву: дегазация.
Эксперимент начали на озере Ньос в 2001 году, установив вертикальную трубу, которая достигает дна. Насос поднимает насыщенную газом воду с глубины на поверхность. Там давление падает, и CO2 выходит контролируемо, образуя фонтан высотой до 50 метров. Процесс идет непрерывно. К 2011 году установили три такие трубы, которые эффективно снижают концентрацию газа в озере. Однако если система выйдет из строя, то накопление газа возобновится.
На озере Монун также установлена дегазационная система. А вот Киву пока не оснащено полноценной защитой из-за огромных размеров и высокой стоимости такого проекта. Однако озеро находится под непрерывным наблюдением. Но если здесь начнет разворачиваться "ньосовский сценарий", то я с трудом представляю себе эвакуацию двух миллионов человек за несколько минут.
Ученые предупреждают, что Киву — бомба замедленного действия. Если в регионе произойдет сильное землетрясение, то это непременно приведет к выбросу газа и последствиям, в сравнении с которыми событие у озера Ньос будет выглядеть как безобидная шалость природы.
В августе 2012 года физики Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разогрели материю до невообразимых 5,5 триллиона градусов — это высочайшая температура, когда-либо достигнутая в лабораторных условиях.
Для сравнения: температура в центре нашего Солнца — "всего" 15 миллионов градусов. Ученым удалось превзойти этот показатель почти в 367 000 раз.
Как это сделали
Рекордная температура была достигнута в Большом адронном коллайдере (БАК) — крупнейшем ускорителе частиц в мире, расположенном на границе Швейцарии и Франции. БАК представляет собой кольцевой туннель длиной 27 километров, проложенный на глубине 100 метров под землей.
В рамках эксперимента 2012 года физики разгоняли ядра свинца до скорости, близкой к скорости света, после чего сталкивали их "лоб в лоб". В результате на мгновение возникали условия, которые, согласно теоретическим моделям, существовали во Вселенной через несколько микросекунд после Большого взрыва.
В ходе таких манипуляций материя переходит в особое состояние — кварк-глюонную плазму. Это не твердое тело, не жидкость, не газ. Это состояние, в котором протоны и нейтроны распадаются на составляющие их кварки и глюоны, свободно движущиеся в мегагорячей "супе".
В обычных условиях кварки заперты внутри протонов и нейтронов из-за сильного взаимодействия — одной из фундаментальных сил природы. Но при экстремальных температурах это взаимодействие ослабевает, и кварки освобождаются.
Зачем это нужно
На фоне этого достижения меркнет не только Солнце, но и самые массивные звезды, недра которых разогреваются до трех миллиардов градусов, а также ядра звезд во время вспышки сверхновой, температура которых подскакивает до 100 миллиардов градусов. Температура, достигнутая на БАК, — это не просто рекорд, а возможность изучать процессы, которые ни при каких других условиях нельзя наблюдать в нашей Вселенной.
Цель экспериментов в БАК — понять, как устроена материя на фундаментальном уровне и как родилась Вселенная.
Сразу после Большого взрыва (примерно 13,8 миллиарда лет назад) Вселенная была невероятно горячей и плотной. В первые микросекунды она представляла собой кварк-глюонную плазму. Затем, по мере расширения и остывания, кварки объединились в протоны и нейтроны, из которых позже сформировались атомы.
Воссоздавая условия ранней Вселенной в лаборатории, физики изучают поведение кварк-глюонной плазмы, взаимодействие кварков и глюонов при экстремальных температурах, переходы материи из одного состояния в другое. Это позволяет уточнять наши теоретические модели и проверять всевозможные гипотезы.
Сегодня одна из главных нерешенных загадок космологии — почему материя победила антиматерию. После зарождения Вселенной их должно было быть поровну, но сейчас антиматерии практически нет. Эксперименты такого рода приближают нас к ответу.
Мгновение на наблюдения
Рекордная температура существует ничтожно короткое время — порядка 10⁻²³ секунды. Это время, за которое свет проходит расстояние меньше диаметра протона.
Затем кварк-глюонная плазма остывает и обратно "собирается" в обычные частицы — протоны, нейтроны, мезоны. Этот удивительный процесс называется адронизацией. Детекторы БАК фиксируют следы этих частиц, и по ним физики буквально реконструируют события, происходившие в момент столкновения.
Энергия, выделяемая в ходе одного такого столкновения, ничтожна — примерно как энергия летящего комара. Но эта энергия сосредоточена в объеме размером с атомное ядро (10⁻¹⁵ метра), тогда как комар состоит из пяти квинтиллионов атомов. Именно поэтому температура достигает столь запредельных значений.
Почему это безопасно
Казалось бы, температура в триллионы градусов должна испепелить все вокруг. Но этого не происходит по двум причинам:
Во-первых, количество материи ничтожно. Столкновение происходит между парой атомных ядер — это несколько сотен протонов и нейтронов. Их общая масса — 10⁻²⁴ грамма. Да, энергия столкновения огромна, но ее носитель — микроскопический.
Во-вторых, время существования кварк-глюонной плазмы составляет 10⁻²³ секунды, так что она просто не успевает передать тепло окружающим материалам.
Предшественник рекорда и планы
До БАК температурные рекорды принадлежали Релятивистскому коллайдеру тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории, США. В 2005 году там впервые получили кварк-глюонную плазму при температуре около четырех триллионов градусов.
Именно тогда ученые впервые доказали, что кварк-глюонную плазму можно создать в лабораторных условиях. Но БАК, работающий на более высоких энергиях, превзошел этот результат.
Но физики не собираются останавливаться на достигнутом. ЦЕРН развернул масштабную программу High-Luminosity LHC по модернизации Большого адронного коллайдера, которая должна завершиться к концу 2020-х годов. Цель — увеличить количество столкновений в пять-десять раз. Это позволит не только достигать более высоких температур, но и собирать больше данных, которые пока ускользают от детекторов.
Кроме того, ЦЕРН работает над концепцией Future Circular Collider, предусматривающей строительство 100-километрового ускорителя. Когда его введут в эксплуатацию (по плану к 2040-м годам), энергия столкновений вырастет в семь-десять раз. Это означает, что появится возможность достигать температуры в десятки триллионов градусов, а значит еще сильнее приблизиться к условиям самых первых мгновений Большого взрыва.
Китай также планирует построить свой гигантский ускоритель CEPC-SPPC — сначала для электронов и позитронов, затем для протонов. К возведению приступят в 2030 году, а сбор данных начнут в 2040 году. Поднебесная не скрывает амбиций обогнать ЦЕРН и достичь энергий, недоступных БАК.
В мире также разрабатываются концепции плазменных и лазерных ускорителей, которые позволят достигать сопоставимых энергий без необходимости строить многокилометровые установки.
Есть ли предел?
Теоретически существует планковская температура — 1,4 × 10³² K. Это абсолютный предел, при достижении которого современная физика просто "перестает работать". На этом рубеже гравитация становится* сравнимой с другими фундаментальными силами, пространство-время начинает "кипеть" квантовыми флуктуациями.
*Считается, что при достижении планковской температуры интенсивности всех четырех взаимодействий (ядерное, электромагнитное, слабое и гравитационное) выравниваются. Они становятся неразличимы и, предположительно, сливаются в одну единую силу.
Планковская температура существовала только в первое мгновение Большого взрыва — 10⁻⁴³ секунды после него. С тех пор ничто во Вселенной не достигало таких значений.
Учитывая действующий рекорд, до планковской температуры нам еще очень далеко — разница как между атомом и галактикой. Однако достичь ее в лабораторных условиях невозможно: чтобы разогреть хотя бы микроскопический объем материи до этого предела, потребовалась бы энергия, превышающая энергию всех звезд в наблюдаемой Вселенной.
Квазары — ярчайшие объекты из всех, что доводилось наблюдать человечеству. Яркость одного такого объекта может превосходить яркость Солнца в триллион раз — он светит ярче целой галактики с миллиардами звезд. Эти космические маяки, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяют астрономам заглянуть в очень далекое прошлое Вселенной.
Но что представляют собой квазары и какие силы обеспечивают им столь невероятную яркость? Давайте разбираться.
Что такое квазар?
Слово "квазар" — сокращение от "квазизвездный радиоисточник". Первый объект такого рода, выглядевший как точечный источник света, похожий на яркую звезду, был обнаружен в 1960 году астрономами Алланом Сэндиджем и Томасом Мэтьюзом. Однако от типичного светила его отличало огромное количество энергии, излучаемой в радиодиапазоне. Несмотря на это, находка, получившая обозначение 3C 48, долгое время рассматривалась как "нетипичная звезда".
Сегодня мы знаем, что 3C 48 и подобные ему объекты — это квазары, представляющие собой активные ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Такая черная дыра с лютой жадностью пожирает огромное количество материи, которая ее окружает — газ, пыль, целые звезды — и в ходе этого процесса генерирует колоссальное количество энергии.
Не секрет, что сама черная дыра не способна быть источником света — все, что падает за горизонт событий, не способно вырваться наружу. Но материя, устремляющаяся к черной дыре, разогревается до миллионов градусов, образуя вокруг нее светящийся аккреционный диск. Именно этот диск и джеты (струи вещества, выбрасываемые вдоль оси вращения черной дыры со скоростью, близкой к скорости света) обеспечивают запредельную яркость квазара.
Для сравнения, светимость Солнца около 3,8 × 10^26 ватт. По земным меркам это, конечно, впечатляющий показатель, но в масштабах космоса — капля в море.
Типичный квазар излучает энергию на уровне 10^40–10^41 ватт и светит ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, в которой может быть более 400 миллиардов звезд.
Просто представьте: объект размером с Солнечную систему (аккреционный диск квазара имеет диаметр в несколько световых дней или недель) светит ярче, чем галактика диаметром в 100 000 световых лет с сотнями миллиардов звезд.
Как работает квазар
Сверхмассивная черная дыра, по сути являющаяся сердцем квазара, поглощает материю с невероятной скоростью — в среднем несколько солнечных масс в год. Падающее вещество закручивается в аккреционный диск, где частицы сталкиваются, трутся друг о друга, разгоняются до релятивистских (околосветовых) скоростей.
Трение и сжатие разогревают диск до 10-100 миллионов градусов, из-за чего материя начинает излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, то есть в одних из самых энергетичных форм света.
Примечательно, что не вся материя попадает в черную дыру — часть выбрасывается вдоль ее магнитных полюсов в виде релятивистских джетов — узких струй плазмы, способных двигаться со скоростью 99,999<...>% скорости света. При этом протяженность джетов может составлять миллионы световых лет, что позволяет наблюдать их далеко за пределами родительской галактики.
Если джет направлен в сторону наблюдателя, квазар кажется еще ярче из-за релятивистского усиления — эффекта, при котором излучение от объекта, движущегося почти со скоростью света, фокусируется в узкий конус.
Рекордсмен среди квазаров
Самый яркий из известных квазаров — QSO J0529−4351, идентифицированный* в 2024 году. Его светимость превышает светимость Солнца в 500 триллионов раз!
*На самом деле объект оказался в данных наблюдений еще в 1980 году. Однако его десятилетиями считали просто звездой.
QSO J0529−4351 находится на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от нас, а значит свет от него, который мы видим сегодня, был испущен, когда возраст Вселенной составлял примерно 1,8 миллиарда лет — она была еще совсем юной.
В центре этого квазара находится сверхмассивная черная дыра массой около 17–20 миллиардов масс Солнца. И эта черная дыра — одна из наиболее быстрорастущих в известной Вселенной. Каждый день она поглощает около одной солнечной массы.
Есть ли квазары рядом с нами?
Абсолютно все известные квазары удалены на миллиарды световых лет от нас. В близлежащих галактиках их нет. Почему?
Потому что квазары существовали исключительно в молодой Вселенной, когда галактики были переполнены газом и пылью — топливом для сверхмассивных черных дыр. В те времена черные дыры активно питались, стабилизируя свои галактики и интенсивно светясь.
Со временем сверхмассивные черные дыры расчистили свои окрестности — поглотили все до чего позволяло "дотянуться" гравитационное поле — и перешли в "спящий режим". То есть сверхмассивные черные дыры никуда не делись, они продолжают пребывать в центрах всех крупных галактик, включая Млечный Путь, — но они больше не светятся** как квазары, потому что нет для этого ресурсов.
**И все же в центрах некоторых галактик есть активные черные дыры. Однако в сравнении с квазарами они светятся крайне тускло, потому что вокруг уже нет такого количества "свободной" материи.
Квазары и судьба галактик
Энергия, выделяемая квазаром, настолько велика, что способна остановить звездообразование в родительской галактике.
Связано это с тем, что джеты и мощное излучение нагревают окружающий газ и часть его выбрасывают из галактики, лишая ее ключевого материала для формирования новых звезд. Это подтверждают наблюдения: в наиболее массивных галактиках практически прекратилось звездообразование.
Интересное наблюдение: в нашей Галактике каждый год рождается всего около 2-3 новых звезд, что является очень низким показателем. Можно предположить, что Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, в свое время питала квазар, который "выжег" львиную долю газа.
Квазары — это одновременно разрушители и созидатели. Они отвечали за рост галактик и распределение материи в ранней Вселенной, формируя ее структуру.
Эра квазаров закончилась миллиарды лет назад. Однако свет, испущенный ими, все еще продолжает свое путешествие по просторам Вселенной, рассказывая о том, каким было это таинственное мироздание в самом начале своей истории.
Одно из самых враждебных мест на Земле, куда регулярно ступает нога человека, находится на глубине более четырех километров, где температура превышает +60 °C, давление колоссально, а воздух приходится закачивать с поверхности. Это Мпоненг — самая глубокая действующая шахта в мире.
Шахта Мпоненг расположена в Южно-Африканской Республике (ЮАР), в 75 километрах к юго-западу от Йоханнесбурга, в регионе Витватерсранд, представляющем собой крупнейший золотоносный бассейн планеты. Название Мпоненг на языке сото означает "смотри на меня" — и шахта действительно заслуживает внимания.
Глубина шахты — около 4,3 километра от поверхности до самых нижних выработок. Для сравнения: гора Народная, высочайшая точка Уральских гор, имеет высоту "всего" 1 895 метров над уровнем моря.
Шахта принадлежит южноафриканской горнодобывающей компании Sibanye-Stillwater, специализирующейся на добыче золота и металлов платиновой группы на территории ЮАР и США. Ежегодно Мпоненг поставляет на мировой рынок около 7–9 тонн золота, и каждый грамм от этого огромного числа добывается ценой невероятных усилий и огромного риска для жизни.
На глубине более четырех километров условия радикально отличаются от поверхности:
Из-за геотермального градиента (повышения температуры по мере углубления в земную кору) температура горных пород на дне шахты достигает +60–70 °C. Чтобы шахтеры могли работать, в глубины шахты по изолированным трубам подается вода, охлажденная почти до точки замерзания, которая через радиаторы забирает избыточное тепло у воздуха. Нагретая вода возвращается на поверхность, проходит через чиллеры (промышленные холодильные установки) и вновь подается в шахту. Вкупе с мощными вентиляторами это позволяет снизить температуру воздуха в рабочих зонах на дне шахты до +28–30 °C. Но даже это — экстремальные условия для изнурительного физического труда.
Горное давление на такой глубине колоссально. Породы буквально "давят" со всех сторон, что создает риск обвалов. Стены и потолки шахты постоянно трещат и "дышат", что сопровождается специфическими звуками, которые способны напугать любого неподготовленного человека. Для их укрепления используются стальные сетки, анкеры, бетонные конструкции, но угроза обрушения сохраняется всегда.
На глубине более четырех километров воздуха нет. Его закачивают с поверхности через систему вентиляционных шахт.
Чтобы добраться до рабочего места, шахтеры используют лифты, но это не быстрая поездка, как в офисном здании, а медленное погружение в недра планеты. Затем от последнего лифта до места добычи нужно еще ехать на кресельном подъемнике и идти пешком по низким и узким туннелям. Спуск с поверхности до дна шахты занимает в среднем полтора часа.
Рабочий день в Мпоненге начинается задолго до того, как шахтер окажется в забое. Спуск, инструктаж, переход к месту работы — все это занимает часы. Затем начинается бурение, взрывные работы, откатка породы.
Золото в Мпоненге залегает в тонких жилах толщиной всего несколько сантиметров, зажатых между слоями твердых пород. Чтобы извлечь его, приходится прорубать туннели, взрывать породу, дробить ее, транспортировать на поверхность и там перерабатывать. На одну тонну золотоносной руды приходится всего несколько граммов золота.
Работа идет круглосуточно, в три смены. В шахте одновременно находятся около 4 000 человек. Условия труда — одни из тяжелейших в мире. Несмотря на все меры предосторожности, в Мпоненге регулярно происходят несчастные случаи.
До недавнего времени самой глубокой шахтой считалась Тау-Тона, также в Южной Африке, всего в нескольких километрах от Мпоненга. Ее глубина достигала 3,9 километра.
Тау-Тона работала с 1962 года и долгое время удерживала рекорд глубины. Условия там были практически такими же экстремальными. В 2018 году шахту закрыли из-за истощения запасов и экономической нецелесообразности.
Можно ли копать еще глубже?
Технически человечество могло бы углубляться и дальше, но есть ряд ограничений:
С каждым километром температура растет примерно на 25–30 °C (среднее значение по планете). На глубине 5–6 километров она превысит +100 °C, а на 10 километрах — +200 °C и выше. Система охлаждения потребляла бы колоссальное количество энергии, что делало бы любую добычу нерентабельной.
Горное давление растет пропорционально глубине. На глубине более пяти километров породы начинают вести себя подобно пластичной массе, поэтому никакие укрепления не выдержат таких "гуляющих" нагрузок.
Чем глубже шахта, тем затратнее добыча. Нужно больше энергии на охлаждение, вентиляцию, подъем породы, больше времени на спуск и подъем людей, выше риски и дороже страховки. Все это съедает прибыль. Сегодня золото в Мпоненге уже добывается на пределе рентабельности — дальше просто невыгодно.
Глубокие шахты — это не только добыча ресурсов, но и лаборатории для исследования Земли. В Мпоненге работает научная станция для изучения нейтрино и поиска темной материи. Многокилометровая толща породы практически полностью отсекает космические мюоны и подавляет естественный радиационный фон, который на поверхности забивает сверхчувствительные датчики.
Кроме того, шахты помогают понять, как ведут себя породы под давлением, как циркулирует вода в глубинах, какие микроорганизмы могут жить в экстремальных условиях. Так в 2002 году в Мпоненге был обнаружен полностью изолированный штамм бактерии-экстремофила Candidatus Desulforudis audaxviator, который процветает на глубине за счет радиоактивных руд.
Мпоненг — это не просто шахта. Это предел человеческих возможностей, граница между тем, что мы можем контролировать, и тем, что нас уничтожит. А еще — это памятник нашей жадности, ненасытности и обесценивания человеческой жизни. Каждый день тысячи людей кровью и потом зарабатывают себе на хлеб, доставляя на поверхность металл, из которого будут сделаны модные украшения и электроника.
Прочитав заголовок, многие подумают о золоте, платине или палладии. Однако самый дорогой металл на Земле — это не то, из чего делают кольца и серьги, а радиоактивный элемент, грамм которого стоит около 27 миллионов долларов (по состоянию на 23 июня 2026 года — почти два миллиарда рублей). А называется этот металл — калифорний.
Его впервые синтезировали в феврале 1950 года в Калифорнийском университете в Беркли. Американские ученые Стенли Томпсон и Альберт Гиорсо бомбардировали атомы кюрия (Cm) альфа-частицами и в итоге получили новый элемент, которому присвоили название калифорний (Cf) — в честь штата Калифорния, его "родины". В периодической системе химических элементов он занял 98-й атомный номер.
Калифорний — искусственный элемент, который ни разу не был обнаружен в природе. Хотя теоретически он может образовываться в ничтожных количествах при ядерных реакциях в урановых рудах.
Производство калифорния
Насколько известно*, в мире существует всего два места, где синтезируют калифорний (главным образом изотоп калифорний-252): Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде, Россия, и Ок-Риджская национальная лаборатория в штате Теннесси, США.
*Допускаю, что неофициально производством может заниматься Китай, чтобы ни от кого ни в чем не зависеть.
Процесс производства крайне сложный и долгий. Плутоний-239 подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе. В результате серии захватов нейтронов и бета-распадов образуется калифорний. Весь цикл занимает 8-18 месяцев. После этого из смеси облученных элементов химическими методами выделяют крошечные количества калифорния.
Ежегодно Россия и США в совокупности производят всего 30-60 миллиграммов калифорния. Для сравнения: вес одной среднестатистической фасолины в сухом виде составляет около одного грамма.
Свойства калифорния
Калифорний — серебристо-белый актиноидный металл, который обладает настолько высокой податливостью и мягкостью, что его можно легко резать ножом. Температура его плавления — около 900 °C, а кипения (по расчетам) — 1 470 °C.
Но главная его особенность — высокая радиоактивность. Калифорний-252, самый распространенный изотоп, — это мощнейший искусственный источник нейтронного и гамма-излучения. Благодаря способности к спонтанному делению, всего один грамм этого изотопа испускает примерно 2,3 триллиона нейтронов в секунду. Для сравнения: один грамм урана-235 испускает около 0,0003 нейтрона в секунду.
Где его используют
Несмотря на мизерные объемы производства, калифорний находит применение в самых разных областях:
Медицина
Калифорний применяется в брахитерапии, представляющей собой метод лучевой терапии, в рамках которой источник излучения вводится непосредственно в опухоль или располагается рядом с ней.
Нейтронное излучение калифорния эффективно разрушает раковые клетки, особенно те, что устойчивы к обычному рентгеновскому облучению. Локальное воздействие позволяет значительно уменьшить влияние на здоровые ткани, а значит, и снизить выраженность побочных эффектов.
Геология и ресурсодобыча
Калифорний используют в нейтронном каротаже — методе геофизического исследования горных пород в скважинах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, проникают глубоко в породу и по характеру рассеяния позволяют определить ее состав, влажность, наличие нефти или газа. Этот метод намного точнее рентгеновского, что при массовой разработке месторождений позволяет экономить десятки миллионов долларов.
Поиск драгоценных металлов
Калифорний применяется в нейтронно-активационном анализе для поиска золота, серебра, других металлов и редкоземельных элементов. Облучение породы нейтронами позволяет выявить даже следовые количества искомых элементов.
Контроль качества в промышленности
С помощью нейтронной радиографии просвечивают детали самолетов, турбин, ядерных реакторов. Метод позволяет обнаружить микротрещины, пустоты, коррозию — дефекты, которые не видны на рентгеновских снимках. Благодаря этому калифорний минимизирует любые риски, тем самым спасая тысячи жизней.
Научные исследования
Калифорний используют в фундаментальной физике для изучения структуры атомных ядер, синтеза новых сверхтяжелых элементов, исследования свойств материи и ее поведения в экстремальных условиях.
Таким образом, калифорний — не просто самый дорогой металл. Это уникальный инструмент, который помогает лечить рак, искать нефть, контролировать качество сложнейших конструкций и исследовать материю на атомном уровне. И все это — благодаря крошечным количествам вещества, которое человечество научилось синтезировать лишь 76 лет назад.
Она представляет собой результат выброса вещества звезды-гипергиганта Эта Киля A, масса которой превышает массу Солнца примерно в 100-120 раз. Диаметр этой звезды в 200 раз больше солнечного, а светимость — в пять миллионов раз.
Породившая туманность звезда Эта Киля A является частью двойной системы. Эта Киля B — более "скромный" компаньон с массой около 30-80 масс Солнца и диаметром в 20-24 раза больше солнечного. Его светимость в 500 000 раз превышает аналогичный параметр нашей звезды.
В 1843 году Эта Киля A пережила так называемую Великую вспышку — событие, которое на короткое время сделало ее второй по яркости звездой на земном небе после Сириуса, удаленного "всего" на 8,6 световых года от нас.
Примечательно, что Эта Киля A начала аномально увеличивать свою яркость еще в 1837 году, а пик был достигнут через шесть лет. К 1856 году она перестала быть видимой невооруженным глазом.
В ходе Великой вспышки Эта Киля A выбросила в окружающее пространство колоссальное количество материи — по разным оценкам, от 10 до 20 солнечных масс. Это вещество разлеталось со скоростью около 650 километров в секунду, формируя характерную двухлопастную (биполярную) структуру, напоминающую гантель или песочные часы.
Сегодня туманность продолжает расширяться, а ее полярный диаметр составляет около 0,7 световых года. Газ и пыль, выброшенные почти два века назад, до сих пор светятся под воздействием излучения центральной звезды.
Туманность Гомункул состоит из двух массивных "лопастей", направленных в противоположные стороны вдоль оси вращения звезды. Эта форма объясняется тем, что выброс происходил неравномерно: вещество двигалось быстрее вдоль полюсов звезды и медленнее в экваториальной области.
В центре туманности, где сталкиваются потоки газа, температура достигает миллионов градусов. Эти ударные волны порождают жесткое рентгеновское излучение, которое можно зафиксировать с помощью таких инструментов, как космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра".
Эта Киля A — одна из самых массивных и нестабильных звезд в нашей Галактике, которая находится на поздней стадии эволюции и считается кандидатом в сверхновые.
По астрономическим меркам, Эта Киля может взорваться в любой момент — завтра вечером, через век или через несколько тысяч лет. Когда это произойдет, взрыв будет настолько мощным, что его можно будет наблюдать с Земли невооруженным глазом даже днем. Однако, учитывая удаленность двойной системы, это событие будет безопасным для нашей планеты и ее обитателей.
На коралловых рифах Индо-Тихоокеанского региона обитает одно из самых удивительных существ планеты — краб рода Lybia, известный под прозвищами "пом-пом", "чирлидер" и "боксер". Размер панциря этого чуда не превышает 2,5 сантиметра, но, несмотря на столь скромные габариты, "краб-боксер" отказался от стратегии скрытности.
Вместо того чтобы прятаться от любой потенциальной угрозы, крабик вооружился. Так как эволюция не наделила его шипастым панцирем или высокой скоростью передвижения, он взял ситуацию в свои клешни — в прямом смысле.
Этот краб обзавелся живым оружием — морскими анемонами (они же актинии). Эти создания, похожие на крошечные цветки, обладают ядовитыми щупальцами. И краб, постоянно нося их в клешнях, напоминает боксера в перчатках или чирлидера с помпонами.
Актинии, которые становятся компаньонами краба, содержат в своих клетках стрекательные органеллы — нематоцисты, заполненные токсинами. Когда рыба или осьминог пытаются напасть на краба-боксера, то они немедленно получают ядовитый удар. Пропущенная двоечка от боксера — и любой хищник теряет интерес к такой добыче.
В итоге краб, не имеющий врожденных оборонительных механизмов, самостоятельно обзавелся надежной защитой, сделавшей его почти неуязвимым.
Но самое удивительное в этой истории — это не защита, а сотрудничество. Отношения между крабом и актиниями — это не попытка паразитизма, а настоящий симбиоз.
Перенося актиний по рифу, краб предоставляет им доступ к новым охотничьим угодьям. Питаются они мелкими беспозвоночными — креветками, рачками, зоопланктоном. Кроме того, когда краб разрывает и поедает добычу, что-то из этого перепадает его живым перчаткам.
Интересно, что если краб потеряет одну из своих актиний — в схватке с хищником или просто выронит случайно — он берет оставшуюся и делит ее на две части. Каждая половина, обладающая способностью к регенерации, быстро вырастает в полноценное существо. А краб вновь получает функциональные токсичные "перчатки", готовые к боевым действиям.
Этот крабик размером с пятирублевую монету является наглядным примером того, что в природе самые эффективные стратегии выживания часто основаны не на силе и размере, а на сотрудничестве и — не побоюсь этого слова — интеллекте.
покажешь?))
Ну там разные вариации на доске были, это показалось самым забавным