Articles

Ile Atomów Mamy Ze Sobą Wspólnego?

wewnątrz każdego z nas znajdują się nasze organy, komórki, cząsteczki i Atomy. W najmniejszych skalach… jest ponad 10^28 cząsteczek subatomowych w naszych ciałach, ogromna liczba. Jeśli zadamy pytanie, ile z nich znajdowało się w ciele innej osoby w pewnym momencie, otrzymamy niepokojąco dużą odpowiedź.

Getty

Kiedy jesz jedzenie, pijesz płyny, a nawet oddychasz powietrzem, wiele z tych atomów zostaje wcielonych do twojego ciała. Kiedy pocisz się, wydychasz i albo wydzielasz lub wydalasz materię z twojego ciała, te atomy wracają do biosfery ziemi, gdzie mogą ostatecznie zostać włączone do ciał innych ludzi. Tu na ziemi wszystko jest połączone.

ale jak jesteśmy połączeni? W szczególności, ile atomów w naszych ciałach było w ciele innego człowieka w pewnym momencie? Czy dzielimy Atomy ze wszystkimi żyjącymi dzisiaj? Z każdym, kto kiedykolwiek żył? Z królem Tutem, Kleopatrą, Juliuszem Cezarem, Jerzym Waszyngtonem itp.? Odpowiedź jest fascynująca: nie dość, że każdy z nas ma setki miliardów atomów, które kiedyś znajdowały się w ciele każdego z nas, to jeszcze mamy w naszym ciele około 1 atomu z każdego oddechu, jaki kiedykolwiek wziął każdy człowiek. Oto skąd wiemy.

Ludzkie ciało, jak to umownie myślimy, składa się z narządów, które są zbudowane z komórek. Ale… na jeszcze mniejszym poziomie wszystko w nas składa się z atomów: Ogromna ich liczba ze względu na ich przytłaczająco małe rozmiary.

user PublicDomainPictures

zacznijmy od przyjrzenia się, czym właściwie jest ludzkie ciało. Możesz myśleć o sobie jak o kolekcji swoich makroskopowych narządów i komórek, które je tworzą. Że jesteście tylko kośćmi, mięśniami, skórą i innymi organami wewnątrz was. Ale z komórkowego punktu widzenia, to stanowi tylko 4% komórek w twoim ciele. Pozostałe 96% jest podzielone, mniej więcej równomiernie, pomiędzy krwinki i komórki bakteryjne, które żyją na i w organizmie.

krwinki (głównie czerwone) żyją tylko przez około 4 miesiące, po czym są rozkładane, ich składniki są wydalane i zastępowane przez nowe komórki, które powstały w szpiku kostnym. Bakterie żyją wszędzie, gdzie mogą: na każdym centymetrze kwadratowym skóry znajduje się około miliona komórek bakteryjnych i dziesiątki bilionów komórek bakteryjnych kwitnących w przewodzie pokarmowym.

elementy w organizmie człowieka. Podczas gdy masowo jesteśmy głównie tlenem, węglem, azotem i Wodorem… istnieją dziesiątki elementów niezbędnych do procesów życiowych w ludzkim ciele. Istnieje ponad 10^28 protonów tworzących typowy dorosły organizm ludzki.

OpenStax college, Anatomy & fizjologia, koneksje strona internetowa

jeśli chodzi o Atomy, komórki te są w przeważającej mierze zbudowane z zaledwie kilku elementów. Masa ciała ludzkiego to:

  • 65% tlenu,
  • 18,5% węgla,
  • 9,5% wodoru,
  • 3,2% azotu,

i około 4% wszystkiego innego razem. Obejmuje to wapń w kościach, fosfor o kluczowym znaczeniu dla cząsteczek ATP, sód i potas, które są kluczowe dla regulacji neuronów organizmu, oraz siarkę, chlor i magnez, które odgrywają kluczową rolę w organizmie.

ale nawet jeśli mówimy tylko o czterech najczęstszych pierwiastkach, mówimy o niezwykle dużej liczbie atomów. Człowiek, kiedy policzy się wszystko w nas, jest w rzeczywistości zadziwiająco dużym zbiorem atomów: w twoim ciele jest więcej atomów niż gwiazd w całym wszechświecie.

ujawniły się różne kampanie długiej ekspozycji, takie jak pokazane tutaj Hubble eXtreme Deep Field (XDF)… tysiące galaktyk w objętości wszechświata, która stanowi ułamek milionowej części nieba. Podsumowując, szacujemy, że w obserwowalnym wszechświecie jest około 2 bilionów galaktyk, ale nawet gdyby każda z nich miała bilion gwiazd (wysokie oszacowanie), w naszych ciałach byłoby więcej atomów niż gwiazd we wszechświecie.

NASA, ESA, H. Teplitz i M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer( STScI), R. Windhorst (Arizona State University) i Z. Levay (STScI)

z każdym rokiem możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że ponad 90% atomów, które były w twoim ciele, już tam nie ma. Komórki są rozkładane, pobierane do krwiobiegu, filtrowane przez wątrobę i nerki, a duże składniki ich zawartości są wydalane. Tymczasem cały czas jesz i wdychasz nowe Atomy, gdzie twoje ciało gromadzi je w nowe cząsteczki i komórki. W danym momencie organizm zawiera około (dla przeciętnego człowieka):

  • 4 × 1027 atomów wodoru,
  • 2 × 1027 atomów tlenu,
  • 3 × 1026 atomów węgla i
  • 8 × 1025 atomów azotu.

to ogromne liczby, nawet jak na standardy astronomiczne. A jednak musimy zapytać, skąd pochodzą.

elementy, które składają się na ludzkie ciało i są najbardziej niezbędne do życia, zajmują wiele… miejsca w układzie okresowym, ale wszystkie mogą być generowane przez procesy kilku różnych typów gwiazd we wszechświecie.

Ed Uthman, M. D., viahttp://web2.airmail.net/uthman/ (L); Wikimedia Commons user Zhaocarol (R), under c. c. A. – s. A. -3.0.

prawie cały tlen i wodór w naszym ciele pochodzą z wody pitnej i powietrza oddechowego. Tymczasem większość węgla i azotu w naszym organizmie pochodzi z żywności, którą spożywamy. To robi różnicę: woda i powietrze łatwiej krążą po całej planecie i dobrze się mieszają. Zakładając, że atomy nie są ani tworzone, ani niszczone — naprawdę dobre przybliżenie rzeczywistości — pewna część atomów powietrza, którym oddychasz, była kiedyś w czyichś płucach w historii, czy to Hitlera, Cezara, Ramzesa, czy Otziego Icemana.

biorąc pod uwagę, że wodór i tlen zawierają największą liczbę atomów w twoim ciele, a atmosfera i ziemskie ciała wodne są tam, gdzie te atomy znajdują się, daje nam to metodę podejścia do problemu: biorąc pod uwagę liczbę atomów w atmosferze i w całej ziemskiej wodzie.

sucha ziemia, w porównaniu do wszystkich ziemskich oceanów (duża niebieska kropka), wszystkich słodkowodnych na Ziemi… (średnia niebieska kropka), oraz wszystkie rzeki i jeziora na Ziemi (mała niebieska kropka), z których ostatnia jest tą samą względną masą/wielkością atmosfery ziemskiej.

Howard Perlman, USGS / illustraion Jack Cook, WHOI

Ziemia jest ogromnym miejscem z ogromną liczbą atomów, ale większość z tych atomów znajduje się we wnętrzu naszej planety. Jego zewnętrzna część-Biosfera naszej planety – jest jedynym składnikiem, na którym nam zależy, jeśli chodzi o Atomy, z którymi regularnie wchodzimy w interakcje. Ogólnie rzecz biorąc, cała suma wszystkich wodnych ciał na ziemi, w tym jezior, oceanów, rzek, mórz, lodowców, lodowców itp., co przekłada się na około 0,02% masy planety: 1,35 × 1021 kg. Tymczasem cała atmosfera to około 1-części na-milion całej planety: 5,15 × 1018 kg.

Kiedy wykonujemy obliczenia, aby przekształcić je w Atomy, oto co otrzymujemy:

  • 4,1 × 1040 atomów tlenu (atmosfery),
  • 4.5 × 1043 atomy tlenu (woda) i
  • 9,0 × 1043 atomy wodoru (woda).

są to ogromne liczby, zwłaszcza w porównaniu do liczby atomów w ludzkim ciele. Ale nie są wystarczająco duże.

niezależnie od tego, czy nosimy maskę, czy nie, wciąż wdychamy tę samą liczbę atomów do naszych ciał… każdy oddech, który bierzemy, a te atomy mają takie samo prawdopodobieństwo, że kiedyś były w kimś innym. (Jaap Arriens/NurPhoto via Getty Images)

Getty

gdybyś wziął wszystkie atomy w swoim ciele i pozwolił im powrócić do naturalnego środowiska Ziemi, a następnie dokładnie wymieszał całe powietrze i wodę na Ziemi, uświadomiłbyś sobie kilka spektakularnych faktów.

  1. jeden na każde 21 kwadrylionów atomów wodoru (2,1 × 1016 atomów) pochodzi z twojego ciała.
  2. jeden na każde 26 kwadrylionów atomów tlenu (2,6 × 1016 atomów) pochodzi z twojego ciała.

i to jest prawda dla każdego ciała, średnio, jeśli wziąć pod uwagę atomy, które je tworzyły rok temu.

ale pamiętaj: typowe ludzkie ciało ma 4 × 1027 atomów wodoru i 2 × 1027 atomów tlenu w nim! Jeśli każdy z nas gromadzi Atomy losowo, to nadal oznacza, że każdy z nas, średnio, setki miliardów atomów, które były, rok temu, w każdej innej osobie na Ziemi. Setki miliardów atomów są w twoim ciele nie tylko ode mnie i wszystkich innych na Ziemi, ale także od dinozaurów, które żyły miliony lat temu.

to zdjęcie przedstawia szkielet Sue T-Rex, wystawiony w Field Museum w Chicago…. Istnieje około kilku bilionów atomów, które kiedyś były w Sue, które teraz tworzą twoje ciało.

Dallas Krentzel/Flickr

To jest możliwe tylko dlatego, że atomy są tak małe, a w każdym z nas jest ich tak wiele. Gdyby Atomy były większe i masywniejsze, a my bylibyśmy z nich mniejsi, byłoby to o wiele trudniejsze. Ale rzeczywistość jest taka, że jesteśmy zbudowani z bardzo małych klocków, a w każdym z nas jest ich więcej niż kilogramów na Ziemi, gwiazd w obserwowalnym wszechświecie czy ziaren piasku w całym Układzie Słonecznym.

w rzeczywistości, w tej chwili, jeśli weźmiesz głęboki oddech, a następnie wydech, do czasu upływu roku, około jeden atom z tego oddechu wyląduje w płucach każdej innej osoby na ziemi w dowolnym momencie. Innymi słowy, prawdopodobnie masz w płucach około jednego atomu z ostatniego oddechu Cezara.

każdy ludzki oddech zawiera około 10^19 atomów, co oznacza, że nawet w naszym dobrze wymieszanym… atmosfera, prawdopodobnie masz około 1 atom, który był w pewnym momencie częścią każdego oddechu kiedykolwiek w historii ludzkości.

Sasha Kargaltsev/flickr

nasze ciała mogą wydawać się mniej więcej takie same z roku na rok, ale faktem jest, że w rzeczywistości wydalamy Atomy wewnątrz nas przez cały czas:

  • węgiel, który wydychamy w dwutlenku węgla, to węgiel, który tworzy nasze ciała,
  • woda, którą wydalamy podczas oddawania moczu, to wodór i tlen z naszych ciał,
  • i inne pierwiastki, w połączeniu potu, moczu i stałych odpadów, również opuszczają nasze ciała regularnie.

w międzyczasie oddychamy powietrzem, pijemy wodę, jemy Rośliny i zwierzęta, a to wprowadza do naszego ciała nowe atomy, które zastępują te, które ciągle tracimy. Planeta Ziemia jest z grubsza zamkniętym systemem, jeśli chodzi o Atomy w naszej biosferze, co oznacza, że biorąc pod uwagę wystarczająco dużo czasu, aby rzeczy się odpowiednio zmieszały, te maleńkie, mikroskopijne składniki naszego świata nieuchronnie rozprzestrzenią się tam, gdzie woda i powietrze są dozwolone.

od skal makroskopowych do subatomowych, rozmiary cząstek podstawowych grają tylko a… mała rola w określaniu rozmiarów struktur kompozytowych. To, czy budulec jest naprawdę fundamentalny i/lub cząsteczkami przypominającymi punkt, wciąż nie jest znane, ale rozumiemy wszechświat od dużych, kosmicznych skal do maleńkich, subatomowych. Jest prawie 10^28 atomów tworzących każde ludzkie ciało, w sumie.

Magdalena Kowalska / CERN/ISOLDE team

za każdym razem, gdy wdychasz, oddychasz atomami powietrza, które kiedyś były w innym człowieku. Za każdym razem, gdy pijesz wodę, pijesz wodę, która była kiedyś w innym człowieku. A każdy kęs jedzenia, który bierzesz, składa się z atomów, które były wewnątrz innej osoby. Wszyscy dzielimy tę samą planetę, tę samą biosferę i — na podstawowym poziomie-nawet te same Atomy.

na poziomie atomowym wszyscy jesteśmy niesamowicie głęboko połączeni. W twoim ciele są teraz setki miliardów atomów, które kiedyś były wewnątrz siebie, istoty ludzkiej na Ziemi. Przez pokolenia i eony, te same Atomy nadal tworzą wszystko: Atomy dinozaurów, roślin, trylobitów, a nawet jednokomórkowych organizmów, które kiedyś zdominowały naszą planetę, są teraz w was.

teraz twoja kolej. Wykorzystaj to jak najlepiej.