Příběh kyslíku: O původu životodárného prvku ve vesmíru (1)

Jeho historie se začala psát zhruba sto milionů roků po Velkém třesku – události, při níž vznikl náš vesmír. Do té doby bychom v kosmu nalezli pouze tři chemické prvky: vodík, helium a nepatrné množství lithia. A právě z tohoto poněkud éterického materiálu se zformovaly první hvězdy, jež mají na cestě ke kyslíku nezastupitelné místo. Kyslík totiž představuje produkt fúzních reakcí, které se rozběhly v jejich nitrech.

Uvnitř těchto termojaderných kotlů se za nepředstavitelně vysokých tlaků a teplot dostávala atomová jádra vodíku a helia do takové blízkosti, až spolu mohla reagovat. Jejich slučováním vznikaly nové, těžší chemické prvky, jež se vzápětí samy staly součástí dalších fúzních reakcí. V té chvíli se do značné míry začal psát i příběh slavné Mendělejevovy periodické tabulky. Objevilo se beryllium a posléze i uhlík, dusík a kyslík. Ani u něj se však termojaderné pochody nezastavily a pokračovaly dál… Jejich vedlejším produktem navíc bylo i ohromné množství energie, která v podobě záření hvězd zaplavila do té doby ponurý vesmírný prostor. 

Konec hvězdy, začátek všeho

Vraťme se však ke kyslíku. Zatím je totiž nedobytně uvězněný hluboko uvnitř stálic. A s ním i další chemické prvky. Těch lehčích ovšem v důsledku termojaderných reakcí rychle ubývá a hvězdám nezbývá než spalovat čím dál těžší elementy. Jenže nic netrvá věčně. Jakmile se jako produkt fúzních reakcí objeví železo, nastává v životě hvězdy významný přerod: Slučováním jader atomů železa se totiž již žádná další energie neprodukuje, ale naopak se spotřebovává. 

Mechanismus, který držel stálici při životě, kolabuje a s ním v podstatě i celá hvězda. Má-li navíc alespoň osmkrát větší hmotnost než Slunce, děje se tak velmi dramatickým způsobem. Vnější vrstvy se hroutí, doslova padají na hvězdné jádro, načež jsou odhozeny a rozmetány do okolí. A právě v této chvíli se ze zajetí osvobozují těžší prvky uvězněné ve hvězdném nitru, včetně kyslíku – konec stálice je tak vlastně začátkem jeho existence ve vesmírném prostoru. To ale není všechno: Při explozi tzv. supernov vznikají i chemické prvky těžší než železo, které by dosavadními procesy uvnitř hvězd nikdy nevznikly (viz Tvořivé supernovy).

Popsaným způsobem a díky následným generacím stálic nabývá chemické složení kosmu neuvěřitelné rozmanitosti – naštěstí pro nás pozemšťany. Právě z hvězdného popela se totiž formují i objekty, které u první generace hvězd chyběly – planety. Zní to možná trochu neuvěřitelně, ale valná většina prvků, jež tvoří svět kolem nás, a dokonce i nás samotné, má opravdu hvězdný původ.

Epidemie života

Dalo by se říct, že z pohledu chemie je kyslík neobyčejně přátelský element. Snadno totiž vytváří sloučeniny s celou řadou ostatních chemických prvků. To je mimochodem důvod, proč ho ve vesmíru nalezneme spíš v podobě sloučenin než jako samostatné atomy či molekuly. Na mladé Zemi volný kyslík v podstatě neexistoval. Byl vázán do oxidů křemíku a železa v zemské kůře, do sopečných plynů v atmosféře a později i do vody v oceánech.

Pak se však něco změnilo. Na Zemi se objevil život a s ním i chemická reakce zvaná fotosyntéza. Přibližně před 2,4 miliardy let začaly zelené řasy v oceánech a posléze i rostliny na pevninách při fotosyntéze spotřebovávat oxid uhličitý z mořské vody i z atmosféry. Vedlejší produkt pak představoval dvouatomový molekulární kyslík. V naší atmosféře ovšem najdeme i tříatomové molekuly kyslíku (viz Blahodárný ozon). 

A jelikož „epidemie života“ záhy zachvátila celou planetu, dostával se kyslík do atmosféry ve velkém, až se stal jednou z jejích dominantních složek. Nikde jinde ve Sluneční soustavě, a dokonce ani ve vesmíru jsme zatím neobjevili tak velkou zásobárnu plynného kyslíku, jakou je naše atmosféra. Pokud by se nám to v případě nějaké exoplanety obíhající kolem jiné hvězdy podařilo, zcela jistě by se dostala do popředí i otázka existence života na tomto vzdáleném světě.

Éra hmyzích obrů

Následující řádky by měli přeskočit všichni, kdo nemají v oblibě hmyz ani pavouky. Prudký nárůst koncentrace kyslíku v zemské atmosféře až na hranici 35 % před 300 miliony let totiž vedl k tomu, že mohla hmyzí těla narůst do obřích rozměrů (současný plynný obal naší planety obsahuje přibližně 78 % dusíku, 21 % kyslíku, 0,9 % argonu a pouhé, avšak významné 0,04 % oxidu uhličitého). 

Dokončení: Příběh kyslíku: O původu životodárného prvku ve vesmíru (2.) (vychází v neděli 29. prosince)

Dnes už by příliš velký hmyz nedokázal zásobovat své orgány kyslíkem – jeho systém vzdušnic totiž není při distribuci životodárného plynu tak efektivní jako oběhová soustava obratlovců. Umíte si však představit mouchy či vážky konkurující současným velkým ptákům nebo půlmetrové pavouky? Pokud by takové obohacení atmosféry kyslíkem vydrželo, je možné, že by byl tento článek napsán nikoliv dvěma, ale rovnou osmi končetinami najednou…