Articles

Câți Atomi Avem În Comun Unul Cu Celălalt?

în interiorul fiecăruia dintre noi sunt organele, celulele, moleculele și atomii noștri. Pe cele mai mici scări dintre toate, acolo… sunt mai mult de 10^28 particule subatomice în corpurile noastre, un număr enorm. Dacă punem întrebări despre câți dintre ei au fost în interiorul corpului altei persoane la un moment dat, obținem un răspuns alarmant de mare.

Getty

când mănânci alimente, bei lichide sau chiar respiri în aer, mulți dintre acești atomi ajung să fie încorporați în corpul tău. Când transpirați, expirați și fie secretați, fie excretați materia din corpul vostru, acei atomi se întorc în biosfera Pământului, unde în cele din urmă pot ajunge să fie încorporați în corpurile altor oameni. Aici, pe pământ, totul este conectat.

dar cât de conectați suntem? În special, câți dintre atomii din corpul nostru au fost în corpul altui om la un moment dat? Împărtășim atomii în comun cu toți cei vii astăzi? Cu toți cei care au trăit vreodată? Cu regele Tut, Cleopatra, Iulius Cezar, George Washington etc.? Răspunsul este fascinant: nu numai că avem fiecare sute de miliarde de atomi care au fost odată în corpurile tuturor celorlalți, dar avem aproximativ 1 atom în corpul nostru din fiecare respirație pe care fiecare om a luat-o vreodată. Iată cum știm.

corpul uman, așa cum ne gândim convențional la el, este compus din organe care sunt făcute din celule. Dar… la un nivel și mai mic, totul din interiorul nostru este compus din atomi: un număr enorm dintre ei datorită dimensiunii lor copleșitor de mici.

utilizator PublicDomainPictures

să începem prin a lua o privire la ceea ce corpul uman este de fapt. S-ar putea să vă gândiți la voi ca la o colecție de organe macroscopice și celule care le compun. Că nu sunteți altceva decât oase, mușchi, piele și celelalte organe din interiorul vostru. Dar din punct de vedere celular, aceasta reprezintă doar 4% din celulele din corpul vostru. Celelalte 96% sunt împărțite, aproximativ uniform, între celulele sanguine și celulele bacteriene care trăiesc pe și în corpul tău.celulele sanguine (în mare parte celulele roșii) trăiesc doar aproximativ 4 luni fiecare, moment în care sunt descompuse, componentele lor sunt excretate și înlocuite cu celule noi care au fost create în măduva osoasă. Bacteriile trăiesc oriunde pot: există aproximativ un milion de celule bacteriene pe fiecare centimetru pătrat al pielii și zeci de trilioane de celule bacteriene care înfloresc în tractul digestiv.

elementele din corpul uman. În timp ce, în masă, suntem în mare parte oxigen, Carbon, azot și hidrogen,… există zeci de elemente esențiale pentru procesele de viață din corpul uman. Există mai mult de 10^28 de protoni care compun un corp uman tipic adult.

OpenStax college, Anatomia & Fiziologie, site-ul web conexiuni

în ceea ce privește atomii, aceste celule sunt în majoritate formate din doar câteva elemente. În greutate, corpul uman este:

  • 65% oxigen,
  • 18,5% carbon,
  • 9,5% hidrogen,
  • 3,2% azot,

și aproximativ 4% orice altceva combinat. Aceasta include calciul din oase, fosforul critic pentru acele molecule ATP, sodiul și potasiul care sunt esențiale pentru reglarea neuronilor corpului și sulful, clorul și magneziul care joacă roluri cheie în corpul tău.dar chiar dacă vorbim doar despre cele mai comune patru elemente, vorbim despre un număr remarcabil de mare de atomi. O ființă umană, atunci când numărați totul în interiorul nostru, este de fapt o colecție uimitor de mare de atomi: există mai mulți atomi în corpul vostru decât există stele în întregul univers.

diverse campanii de expunere lungă, cum ar fi Hubble eXtreme Deep Field (xdf) prezentate aici, au dezvăluit… mii de galaxii într-un volum al Universului care reprezintă o fracțiune de milionime din cer. Cu toate acestea, estimăm că există aproximativ 2 trilioane de galaxii în universul observabil, dar chiar dacă ar avea câte un trilion de stele fiecare (o estimare ridicată), ar exista mai mulți atomi în corpurile noastre decât stelele din Univers.

NASA, ESA, H. Teplitz și M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universitatea de Stat din Arizona) și Z. Levay (STScI)

cu fiecare an care trece, de fapt, s-ar putea să fiți surprinși să aflați că mai mult de 90% din atomii care au fost în corpul vostru nu mai există. Celulele se descompun, luate în fluxul sanguin, filtrate de ficat și rinichi, iar componentele mari ale conținutului lor sunt excretate. Între timp, ingerezi și respiri în atomi noi tot timpul, unde corpul tău îi asamblează în molecule și celule noi. La un moment dat în timp, corpul tau contine aproximativ (pentru un om de dimensiuni medii):

  • 4 1027 atomi de hidrogen,
  • 2 1027 atomi de oxigen,3 1026 atomi de carbon și 8 1025 atomi de azot.

acestea sunt numere enorme, chiar și după standardele astronomice. Și totuși, trebuie să întrebăm de unde provin.

elementele care alcătuiesc corpul uman și sunt cele mai esențiale pentru viață ocupă o varietate de… locații pe tabelul periodic, dar toate pot fi generate de procesele câtorva tipuri diferite de stele din Univers.

Ed Uthman, MD, via http://web2.airmail.net/uthman/ (L); Utilizatorul Wikimedia Commons Zhaocarol (R), sub c.c.A.-s.a.-3.0.

aproape tot oxigenul și hidrogenul din corpul nostru provin din apa potabilă și aerul respirat. Între timp, cea mai mare parte a carbonului și a azotului din corpul nostru provine din alimentele pe care le consumăm. Acest lucru face diferența: este mai ușor ca apa și aerul să circule pe toată planeta și să se amestece bine și bine. Presupunând că atomii nu sunt nici creați, nici distruși — o aproximare foarte bună a realității — o parte din atomii de aer pe care îi respirați au fost odată în plămânii altcuiva de-a lungul istoriei, fie că este Hitler, Cezar, Ramses sau Otzi omul de gheață.având în vedere că hidrogenul și oxigenul cuprind cel mai mare număr de atomi din corpul vostru și că atmosfera și corpurile apoase ale Pământului sunt locul în care locuiesc acești atomi, acest lucru ne oferă o metodă de abordare a problemei: luând în considerare numărul de atomi din atmosferă și din toată apa Pământului.

pământul uscat, în comparație cu toate oceanele Pământului (punct albastru mare), toată apa dulce de pe Pământ… (punct albastru mediu) și toate râurile și lacurile de pe Pământ (punct albastru mic), ultimul dintre acestea având aceeași masă/Dimensiune relativă a atmosferei Pământului.

Howard Perlman, USGS/illustraion de Jack Cook, WHOI

Pământul este un loc masiv cu un număr enorm de atomi, dar majoritatea acestor atomi se află în interiorul planetei noastre. Partea exterioară a acesteia — biosfera planetei noastre-este singura componentă de care ne pasă atunci când vine vorba de atomii cu care interacționăm în mod regulat. În general, întreaga sumă a tuturor corpurilor apoase de pe Pământ, inclusiv lacuri, oceane, râuri, mări, calote de gheață, ghețari etc., se traduce în aproximativ 0,02% din masa planetei: 1,35 1021 kg. Întreaga atmosferă, între timp, este de aproximativ 1 parte la un milion din întreaga planetă: 5,15 1018 kg.

când facem calculele pentru a le transforma în atomi, iată ce obținem:

  • 4.1 1040 atomi de oxigen (atmosferă),
  • 4.5 int. 1043 atomi de oxigen (apă) și
  • 9,0 int.1043 atomi de hidrogen (apă).

acestea sunt numere enorme, în special în comparație cu numărul de atomi dintr-un corp uman. Dar nu sunt destul de mari.

fie că purtăm o mască sau nu, încă inhalăm același număr de atomi în corpurile noastre… fiecare respirație pe care o luăm, și acei atomi au aceeași probabilitate pe care au făcut-o întotdeauna de a fi fost odată în altcineva. (Jaap Arriens/NurPhoto prin Getty Images)

Getty

dacă ai lua toți atomii din corpul tău și i-ai lăsa să se întoarcă în mediul natural al Pământului și apoi ai amesteca bine tot aerul și apa de pe Pământ, ai realiza câteva fapte spectaculoase.

  1. unul din 21 de cvadrilioane de atomi de hidrogen (2,1 1016 atomi) provine din corpul nostru.
  2. unul din fiecare 26 de cvadrilioane de atomi de oxigen (2,6 1016 atomi) provin din corpul vostru.

și acest lucru este valabil pentru corpul fiecăruia, în medie, când luați în considerare atomii care i-au format acum un an.

dar amintiți-vă: corpul uman tipic are 4 atomi de hidrogen 1027 și 2 atomi de oxigen 1027! Dacă fiecare dintre noi acumulează atomi la întâmplare, asta înseamnă că fiecare dintre noi, în medie, are sute de miliarde de atomi care erau, acum un an, în interiorul fiecărei persoane de pe Pământ. Sute de miliarde de atomi sunt în corpul vostru nu numai de la mine și de la toți ceilalți de pe Pământ, ci și de la dinozaurii care au trăit cu milioane de ani în urmă.

această imagine prezintă scheletul rămas al lui Sue T-Rex, expus la Muzeul Field din Chicago…. Există aproximativ câteva trilioane de atomi care au fost odată în Sue, care acum alcătuiesc corpul tău astăzi.

Dallas Krentzel/Flickr

este doar pentru că atomii sunt atât de mici, și există atât de mulți dintre ei în interiorul fiecăruia dintre noi, că acest lucru este posibil. Dacă atomii ar fi mai mari și mai masivi și am fi făcuți din mai puțini dintre ei, aceasta ar fi o propunere mult mai dificilă. Dar realitatea este că suntem făcuți din blocuri de construcție extrem de mici și există mai multe dintre ele în fiecare dintre noi decât există kilograme în pământ, stele în universul observabil sau granule de nisip în întregul sistem Solar.

de fapt, chiar acum, dacă respirați adânc și apoi expirați, până când trece un an, aproximativ un atom din acea respirație va ajunge în fiecare persoană de pe plămânii Pământului în orice moment în timp. Cu alte cuvinte, probabil că aveți aproximativ un atom de la ultima suflare a lui Cezar în plămâni chiar acum.

fiecare respirație umană conține aproximativ 10^19 atomi, ceea ce înseamnă că, chiar și în nostru bine amestecat… atmosferă, probabil că aveți în jur de 1 atom care a fost la un moment dat o parte din orice respirație respirată vreodată în istoria omenirii.

Sasha Kargaltsev / flickr

corpurile noastre ar putea părea să rămână aproximativ la fel pe o bază de la an la an, dar faptul este că suntem de fapt expulzarea atomii din interiorul nostru tot timpul:

  • carbonul pe care îl expirăm în dioxidul de carbon este carbonul care compune corpurile noastre,
  • apa pe care o eliminăm atunci când urinăm este hidrogenul și oxigenul din corpurile noastre,
  • și celelalte elemente, într-o combinație de transpirație, urină și deșeuri solide, părăsesc, de asemenea, corpurile noastre în mod regulat.

între timp, respirăm aer, bem apă și mâncăm plante și animale, iar asta aduce noi atomi în corpul nostru pentru a-i înlocui pe cei pe care îi pierdem constant. Planeta Pământ este un sistem aproximativ închis în ceea ce privește atomii din biosfera noastră, ceea ce înseamnă că, având suficient timp pentru ca lucrurile să se amestece suficient, aceste mici componente microscopice ale lumii noastre se vor răspândi inevitabil oriunde li se permite să meargă apa și aerul.

de la scări macroscopice până la cele subatomice, dimensiunile particulelor fundamentale joacă doar a… rol mic în determinarea dimensiunilor structurilor compozite. Nu se știe încă dacă elementele de bază sunt cu adevărat fundamentale și/sau particule asemănătoare punctelor, dar înțelegem universul de la scări cosmice mari până la mici, subatomice. Există aproape 10^28 de atomi care alcătuiesc fiecare corp uman, în total.

Magdalena Kowalska / CERN/ISOLDE team

de fiecare dată când respiri, respiri atomi de aer care au fost odată în interiorul unei alte ființe umane. De fiecare dată când bei un pahar de apă, bei apă care a fost odată în interiorul unei alte ființe umane. Și fiecare mușcătură de mâncare pe care o luați constă din atomi care se aflau în interiorul unei alte persoane. Cu toții împărtășim aceeași planetă, aceeași biosferă și — la un nivel fundamental — chiar aceiași atomi.

la nivel atomic, suntem cu toții incredibil de profund conectați. În interiorul corpului vostru, chiar acum, sunt sute de miliarde de atomi care au fost odată în interiorul celuilalt om de pe Pământ. De-a lungul generațiilor și eonilor, aceiași atomi continuă să alcătuiască totul: atomii dinozaurilor, plantele, trilobiții și chiar organismele unicelulare care au dominat cândva planeta noastră se află acum în interiorul vostru.

e rândul tău acum. Profita din plin de ea.