Articles

Hoeveel Atomen Hebben We Met Elkaar Gemeen?

by admin

in ieder van ons bevinden zich onze organen, cellen, moleculen en atomen. Op de kleinste schalen van allemaal, daar… zijn meer dan 10^28 subatomaire deeltjes in ons lichaam, een enorm aantal. Als we vragen stellen hoeveel van hen ooit in het lichaam van een ander zijn geweest, krijgen we een alarmerend groot antwoord.

Getty

wanneer u voedsel eet, vloeistoffen drinkt of zelfs de lucht inademt, worden veel van deze atomen in uw lichaam opgenomen. Wanneer je zweet, uitademt, en materie uit je lichaam afscheidt of afscheidt, gaan die atomen terug naar de biosfeer van de aarde, waar ze uiteindelijk in het lichaam van andere mensen kunnen worden opgenomen. Hier op aarde is alles met elkaar verbonden.

maar hoe verbonden zijn we? In het bijzonder, hoeveel van de atomen in ons lichaam waren in het lichaam van een ander mens op een bepaald moment? Delen we atomen met iedereen die vandaag leeft? Met iedereen die ooit heeft geleefd? Met Koning Tut, Cleopatra, Julius Caesar, George Washington, enz.? Het antwoord is fascinerend: niet alleen hebben we elk honderden miljarden atomen die ooit in ieders lichaam waren, maar we hebben ongeveer 1 atoom in ons lichaam van elke ademhaling die elke mens ooit heeft genomen. Dit is hoe we het weten.

het menselijk lichaam, zoals we het conventioneel zien, bestaat uit organen die gemaakt zijn van cellen. Maar… op een nog kleiner niveau bestaat alles in ons uit atomen: een enorm aantal door hun overweldigend kleine omvang.

user PublicDomainPictures

laten we beginnen met een kijkje te nemen naar wat het menselijk lichaam eigenlijk is. Je zou jezelf kunnen zien als een verzameling van je macroscopische organen en de cellen waaruit ze bestaan. Dat je niets anders bent dan botten, spieren, huid en de andere organen in je. Maar vanuit een cellulair standpunt, dat maakt slechts 4% van de cellen in je lichaam. De andere 96% zijn ruwweg gelijkmatig verdeeld tussen uw bloedcellen en bacteriële cellen die op en in uw lichaam leven.

de bloedcellen (meestal rode cellen) leven slechts ongeveer 4 maanden per stuk, waarna ze worden afgebroken, hun componenten worden uitgescheiden en vervangen door nieuwe cellen die in uw beenmerg werden aangemaakt. Bacteriën leven overal waar ze kunnen: er zijn ongeveer een miljoen bacteriële cellen op elke vierkante centimeter van je huid, en tientallen biljoenen bacteriële cellen gedijen in je spijsverteringskanaal.

de elementen in het menselijk lichaam. Terwijl, per massa, we zijn meestal zuurstof, koolstof, stikstof en waterstof,… er zijn tientallen elementen die essentieel zijn voor levensprocessen in het menselijk lichaam. Er zijn meer dan 10^28 protonen die samen een typisch volwassen menselijk lichaam vormen.

Openstax college, Anatomy & Fysiologie, Connexions Website

in termen van atomen bestaan deze cellen grotendeels uit slechts enkele elementen. Het menselijk lichaam is:

  • 65% zuurstof,
  • 18,5% koolstof,
  • 9,5% waterstof,
  • 3,2% stikstof,

en ongeveer 4% al het andere gecombineerd. Dat omvat het calcium in je botten, de fosfor die cruciaal is voor die ATP-moleculen, het natrium en kalium die de sleutel zijn tot het reguleren van de neuronen van je lichaam, en de zwavel, chloor en magnesium die een belangrijke rol spelen in je lichaam.

maar zelfs als we het hebben over de vier meest voorkomende elementen, hebben we het over Opmerkelijk grote aantallen atomen. Als je alles in ons optelt, is een mens eigenlijk een verbazingwekkend grote verzameling atomen: er zijn meer atomen in je lichaam dan sterren in het hele universum.

verschillende campagnes voor langdurige blootstelling, zoals het hier getoonde Hubble eXtreme Deep Field (XDF), hebben aangetoond… duizenden sterrenstelsels in een volume van het heelal dat een fractie van een miljoenste van de hemel vertegenwoordigt. Al met al schatten we dat er ongeveer 2 biljoen sterrenstelsels in het waarneembare universum zijn, maar zelfs als ze elk een biljoen sterren zouden hebben (een hoge schatting), zouden er meer atomen in ons lichaam zijn dan sterren in het universum.NASA, ESA, H. Teplitz en M. Rafelski (Ipac / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), en Z. Levay (STScI)

met elk jaar dat voorbij gaat, in feite, zou je verbaasd zijn om te horen dat meer dan 90% van de atomen die in je lichaam waren er niet meer zijn. Cellen worden afgebroken, opgenomen in uw bloedbaan, gefilterd door uw lever en nieren, en grote componenten van hun inhoud worden uitgescheiden. Ondertussen neem je voortdurend nieuwe atomen in en adem je ze in, waar je lichaam ze samenvoegt tot nieuwe moleculen en cellen. Op een bepaald moment in de tijd, je lichaam bevat ongeveer (voor een gemiddelde-sized mens):

  • 4 × 1027 waterstofatomen,
  • 2 × 1027 zuurstofatomen,
  • 3 × 1026 koolstofatomen en
  • 8 × 1025 stikstofatomen.

Dit zijn enorme aantallen, zelfs naar astronomische maatstaven. En toch moeten we vragen waar ze vandaan komen.

de elementen die deel uitmaken van het menselijk lichaam en die het meest essentieel zijn voor het leven nemen een verscheidenheid van… locaties op het periodiek systeem, maar alles kan worden gegenereerd door de processen van een paar verschillende soorten sterren in het universum.

Ed Uthman, M. D., via http://web2.airmail.net/uthman/ (L); Wikimedia Commons gebruiker Zhaocarol (R), onder c.c.a.-s.a.-3.0.

bijna alle zuurstof en waterstof in ons lichaam komen van drinkwater en ademlucht. Ondertussen komt het grootste deel van de koolstof en stikstof in ons lichaam van het voedsel dat we eten. Dit maakt een verschil: het is makkelijker voor water en lucht om over de hele planeet te circuleren en goed en grondig te mengen. Ervan uitgaande dat atomen niet gemaakt of vernietigd zijn — een goede benadering van de werkelijkheid — was een fractie van de atomen van lucht die je inademt ooit in iemands longen door de geschiedenis heen, of dat nu Hitler, Caesar, Ramses, of Otzi de Iceman is.

gegeven het feit dat waterstof en zuurstof de grootste aantallen atomen in je lichaam bevatten, en dat de atmosfeer en de waterige lichamen van de aarde daar zijn waar die atomen zich bevinden, geeft dit ons een methode om het probleem te benaderen: door het aantal atomen in de atmosfeer en in al het water van de aarde te beschouwen.

de droge aarde, vergeleken met alle oceanen van de aarde (grote blauwe stip), alle zoetwater op aarde… (middelgrote blauwe stip), en alle rivieren en meren op aarde (kleine blauwe stip), waarvan de laatste dezelfde relatieve massa/grootte van de atmosfeer van de aarde is.Howard Perlman, USGS/illustration door Jack Cook, WHOI de aarde is een massieve plaats met een enorm aantal atomen, maar de meeste van die atomen bevinden zich in het binnenste van onze planeet. Het buitenste deel ervan — de biosfeer van onze planeet — is de enige component waar we om geven als het gaat om de atomen waar we regelmatig mee interageren. Over het geheel genomen, de totale som van alle waterige lichamen op aarde, inclusief meren, oceanen, rivieren, zeeën, ijskappen, gletsjers, enz., vertaalt zich in ongeveer 0,02% van de massa van de planeet: 1,35 × 1021 kg. De hele atmosfeer, ondertussen, is ongeveer 1-deel-in-een-miljoen van de hele planeet: 5,15 × 1018 kg.

wanneer we de berekening doen om deze om te zetten in atomen, krijgen we dit:

  • 4.1 × 1040 zuurstofatomen (atmosfeer),
  • 4.5 × 1043 zuurstofatomen (water) en
  • 9,0 × 1043 waterstofatomen (water).

Dit zijn enorme aantallen, vooral in vergelijking met het aantal atomen in een menselijk lichaam. Maar ze zijn niet groot genoeg.

of we nu een masker dragen of niet, we inhaleren nog steeds hetzelfde aantal atomen in ons lichaam met… elke ademhaling die we nemen, en die atomen hebben dezelfde kans dat ze ooit in iemand anders hebben gezeten. (Jaap Arriens/nurphoto via Getty Images)

Getty

als je alle atomen in je lichaam zou nemen en ze zou laten terugkeren naar de natuurlijke omgeving van de aarde, en je dan alle lucht en water op de aarde grondig zou mengen, zou je een paar spectaculaire feiten realiseren.

  1. Eén op de 21 biljard waterstofatomen (2,1 × 1016 atomen) komt uit uw lichaam.
  2. Eén op elke 26 biljard zuurstofatomen (2,6 × 1016 atomen) komt uit je lichaam.

en dit geldt voor ieders lichaam, Gemiddeld, als je kijkt naar de atomen die ze een jaar geleden vormden.

maar vergeet niet: het typische menselijk lichaam heeft 4 × 1027 waterstofatomen en 2 × 1027 zuurstofatomen in het! Als ieder van ons willekeurig atomen ophoopt, betekent dat nog steeds dat ieder van ons, gemiddeld, honderden miljarden atomen heeft die een jaar geleden in elke andere persoon op aarde zaten. Honderden miljarden atomen zijn in je lichaam niet alleen van mij en iedereen op aarde, maar ook van dinosaurussen die miljoenen jaren geleden leefden.

deze afbeelding toont het overgebleven skelet van Sue de T-Rex, te zien in het Field Museum in Chicago…. Er zijn ongeveer een paar biljoen atomen die ooit in Sue zaten en die vandaag je lichaam vormen.

Dallas Krentzel / Flickr

Het is alleen omdat atomen zo klein zijn, en er zoveel van zijn in ieder van ons, dat dit mogelijk is. Als atomen groter en massiever zouden zijn, en we zouden uit minder bestaan, zou dit een veel moeilijker stelling zijn. Maar de realiteit is dat we zijn gemaakt van uiterst kleine bouwstenen, en er zijn er meer in ieder van ons dan er kilo ‘ s in de aarde zijn, sterren in het waarneembare universum, of zandkorrels in het hele zonnestelsel.

in feite, als je nu diep ademhaalt en dan uitademt, zal tegen de tijd dat een jaar voorbij is, ongeveer één atoom van die adem op elk moment in de longen van elke andere persoon op aarde terechtkomen. Met andere woorden, Je hebt waarschijnlijk ongeveer één atoom van Caesars laatste adem in je longen op dit moment.

elke menselijke adem bevat ongeveer 10^19 atomen, wat betekent dat zelfs in onze goed gemengde… atmosfeer, je hebt waarschijnlijk ongeveer 1 atoom dat op een bepaald punt een deel was van elke adem ooit in de menselijke geschiedenis ingeademd.

Sasha Kargaltsev / flickr

ons lichaam lijkt ongeveer hetzelfde te blijven op een jaar-tot-jaar basis, maar het feit is dat we eigenlijk de atomen in ons de hele tijd verdrijven:

  • De koolstof die we uitademen in kooldioxide is de koolstof waaruit ons lichaam bestaat,
  • het water dat we uitscheiden als we urineren is de waterstof en zuurstof uit ons lichaam,
  • en de andere elementen, in een combinatie van zweet, urine en vast afval, verlaten ons lichaam ook regelmatig.ondertussen ademen we lucht, drinken we water en eten we planten en dieren, en dat brengt nieuwe atomen in ons lichaam om de atomen te vervangen die we constant verliezen. Planeet Aarde is een ruwweg gesloten systeem voor zover de atomen in onze biosfeer gaan, wat betekent dat, gegeven genoeg tijd om dingen voldoende te mengen, deze kleine, microscopische componenten van onze wereld zich onvermijdelijk zullen verspreiden waar water en lucht mogen gaan.

    van macroscopische schalen tot subatomaire schalen spelen de grootte van de fundamentele deeltjes slechts a… kleine rol bij het bepalen van de maten van composietstructuren. Of de bouwstenen werkelijk fundamenteel en/of puntachtige deeltjes zijn is nog niet bekend, maar we begrijpen het universum van grote, kosmische schalen tot kleine, subatomaire. Elk menselijk lichaam bestaat uit bijna 10^28 atomen.

    Magdalena Kowalska / CERN / ISOLDE team

    elke keer dat u inademt, ademt u atomen lucht in die ooit in een ander mens zaten. Elke keer als je water drinkt, drink je water dat ooit in een ander mens zat. En elke hap voedsel die je neemt bestaat uit atomen die in een andere persoon zaten. We delen allemaal dezelfde planeet, dezelfde biosfeer, en — op een fundamenteel niveau — zelfs dezelfde atomen.

    op atomair niveau zijn we allemaal ongelooflijk diep verbonden. In je lichaam, op dit moment, zijn honderden miljarden atomen die ooit in elkaar zaten mensen op aarde. Door de generaties en de eonen heen, blijven diezelfde atomen alles uitmaken: de atomen van de dinosaurussen, de planten, de trilobieten, en zelfs de eencellige organismen die ooit onze planeet domineerden, zitten nu in je.

    Het is nu jouw beurt. Maak er het beste van.