شروع حیات در زمین

در حدود چهار میلیارد سال پیش سطح زمین پوشیده از مواد مذاب بود و امکان تشکیل حیات بر روی کره زمین وجود نداشت . پس از مدتی سطح سیاره زمین سرد شد وپوستهای سنگی آنرا فرا گرفت .بخار آب موجود در اتمسفر متراکم شد و با بارش باران اقیانوس های وسیعی بر روی کره زمین به وجود آمد ؟ بسیاری از زیست شناسان اعتقاد دارند که حیات اولین بار در این اقیانوس های حاصل از باران به وجود آمده است و به عقیده آنان تکامل جانداران صدها میلیون سال طول کشیده است و شواهد حاکی از این است که زمین مدتها قبل از پیدایش حیات وجود داشته است که این شواهد را اندازه گیری سن زمین نشان می دهد.

مواد شیمیایی و پایه ای حیات چگونه تشکیل شدند ؟

نظریه های علمی بیانگر این مطلب است که در نخستین مراحل پیدایش حیات ملکولهای غیر زنده در طی واکنش هایی شیمیایی با هم تعداد زیادی ملکول های آلی ساده را تشکیل دادند و این ملکولهای ساده با استفاده از انرژی های محرک( از قبیل انرژی خورشید ، گرمای حاصل از فعالیت های آتشفشانی و رعدو برق) ملکولهای پیچیده تری را به وجود آوردند.این ملکولهای پیچیده واحدهای سازنده اولین سلولها را تشکیل دادند و این فرضیه که بسیاری از واحد های آلی سازنده حیات نخستین بار از ملکولهای غیر زنده تشکیل شده اند بارها مورد آزمایش قرار گرفت و از لحاظ علمی تایید شد.

 درباره چگونگی تشکیل حیات چندین نظریه وجود دارد که تعدادی از آنان را برای شما معرفی می کنیم .

 1- مدل سوپ بنیادین :

در دهه 1920 دانشمندان اظهار داشتند که در اقیانوس های اولیه زمین یکباره مقدار زیادی مواد آلی پدید آمدند و این نظریه به مدل سوپ بنیادین مشهور است .تصور دانشمندان بر این است که درآن هنگام اقیانوس های زمین مملو از ملکولهای آلی مختلف بودند.این دانشمندان فرض کرده بودند که این ملکولها در اثر انرژی حاصل از تابش خورشید ؟ انفجارهای آتشفشانی و رعد و برق پدید آمده بودند.پس از آن گروهی از دانشمندان اعلام کردند که در جو اولیه زمین اکسیژن وجود نداشته است و در عوض غنی از نیتروژن،هیدروژن و گازهای دارای هیدروژن مانند بخار آب و آمونیاک و متان بوده است .در آن زمان انرژی خورشید یا انرژی الکتریکی حاصل از رعد و برق این ملکولها را به سطوح انرژی بالاتر ( ملکولهای برانگیخته ) انتفال داده اند.

استانلی میلر ( Stanley Miller  ) در نیمه های قرن بیستم مدل سوپ بنیادین را آزمایش کرد . وی گازهای متان و بخار آب ، آمونیاک و هیدروژن را درون دستگاهی قرار داد و منظور شبیه سازی رعدو برق از یک جرقه الکتریکی استفاده کرد ، بعد از چند روز وی در آن دستگاه ترکیبات متعددی پیدا کرد که این ترکیبات شامل برخی از عناصر تشکیل دهنده حیات از جمله آمینو اسیدها ، اسیدهای چرب و کربوهیدراتها بودند.این نتایج نشان میدهد که برخی از مواد شیمیایی پایه ای حیات در شرایطی مشابه شرایط آزمایشگاهی میلر پدید آمدند.

دلیل مردود بودن آرمایشات میلر را از نظر سایر دانشمندان :

 تحقیقاتی درباره مدل سوپ بنیادین :

اکتشافات جدیدی که بعد از نظریه سوپ بنیادین به دست آمد باعث ارزیابی مجدد مدل سوپ بنیادین شد . در زمان آزمایش میلر زیست شناسان تصور می کردند که پیدایش حیات در حدود یک میلیارد سال پیش روی داده است . اما اندازه گیری سن زمین و کشف سنگواره هایی که 5/3 میلیارد سال سن داشتند نشان داد که حیات در واقع بسیار پیشتر از آن تشکیل شده است .ما اکنون می دانیم که مخلوطی از گازهای مورد استفاده در آزمایش میلر هنگام پیدایش حیات وجود نداشته است .

در آن زمان زمین فاقد لایه حفاظتی اوزون بوده است و پرتوهای ماورای بنفش بدون اوزون همه آمونیاک ها و متانهای موجود در اتمسفر را از بین می برند .از سوی دیگر در صورتی که گازهای آمونیاک و متان در آزمایش میلر وجود نداشته باشند .بعد از مردود شناختن نظریه میلر دانشمندان مدلی دیگر به نام مدل حباب را پیشنهاد کردند.

 مدل حباب :

چندی بعد دانشمندان اعلام کردند که فرآیندهای کلیدی که مواد شیمیایی مورد نیاز برای حیات را به وجود آوردند درون حباب های سطح اقیانوس ها انجام شده است .

این مدل شامل پنج مرحله اصلی است  :

1- آمونیاک , متان و دیگر گازهای حاصل از انفجار های آتشفشانی زیر دریایی در حباب های زیر دریا محبوس می شدند .

2- متان و آمونیاک های مورد نیاز برای تشکیل آمینو اسید ها درون حباب ها در مقابل صدمات حاصل از اشعه ماورای بنفش محفوظ می ماندند .

3- حباب ها به سطح اقیانوس ها می آمدند و و پس از ترکیدن ؟ ملکول های آلی ساده آزاد می کردند .

4- ملکول های آلی ساده ضمن انتقال توسط باد و حرکت به سمت بالا در معرض اشعه ماورای بنفش نور خورشید و رعد و برق قرار می گرفته اند و در نتیجه نیروی لازم برای واکنش های بعدی برایشان فراهم می شد .

5- باران بسیاری از این ملکول های آلی را که به تازگی تشکیل شده بودند به درون اقیانوس می برد و چرخه دیگری را شروع می کردند .

منبع:سایت ملاصدرا

چگونه یک بمب هسته ای جدید بسازیم ؟؟

 

بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:

1- شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و اورانیوم 233) به کار می رود.

- همجوشی هسته ای: می توان با استفاده از دو اتم کوچک تر که معمولا هیدروژن یا ایزوتوپ های هیدروژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند، یک اتم بزرگ تر مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشکیل داد. این همان شیوه ای است که در خورشید برای تولید انرژی به کار می رود. در هر دو شیوه یاد شده میزان عظیمی انرژی گرمایی و تشعشع به دست می آید.

برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است:

• یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.
• دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
• راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد.


در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.

بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم 235 یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم 235 دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.

- احتمال اینکه اتم اورانیوم 235 نوترونی را که به سمتش است، جذب کند، بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.

2 - فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (12-10 ثانیه) رخ می دهد.

3 - حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود. انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع یک ساختمان 5 طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم 235 به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یک بمب شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.

1 - دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد.

2 - نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.

3 - برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم 235 به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ

2 - برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت

3 - انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. این بمب 5/14 کیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.

در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم 235 و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم 239 تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:

- انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.

2 - موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.

3 - فرآیند شکافت شروع می شود.

4 - بمب منفجر می شود.

در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این بمب 23 کیلو تن و کارآیی آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.

بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند.

بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد. در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:

1 - بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.

4 - لیتیوم - دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 - امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.

6 - میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.

7 - نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.

8 - ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.

9 - نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.

10 - شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.

11 - بمب منفجر شود.
از سایت ملا صدرا

کاریکاتور