От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем - [10]

Дмитрий Орешкин, географ

№ 16. Как растет кристалл?

С кристаллизацией мы сталкиваемся постоянно. Это и замерзание воды в речке или морозильнике, и образование града и снежинок в облаках, и засахаривание варенья, меда и сгущенки, и появление накипи, и затвердевание паяльного сплава.

Кристалл – это огромная совокупность одинаковых атомов, ионов или молекул, которые во всех трех измерениях расположены в строго определенном порядке. Обычно кристаллами называют твердые тела, образующиеся в природных или лабораторных условиях в виде многогранников (например, широко известные кварц, кальцит и его прозрачная разновидность исландский шпат, корунд, изумруд, топаз и многие другие).

В отличие от живых организмов и растений, которые растут за счет деления клеток, кристаллизация происходит на поверхности: частицы присоединяются к плоской грани кристалла подобно кирпичам, которые кладет каменщик на строящуюся стену, вплотную подгоняя один к другому и заполняя поочередно ряд за рядом и слой за слоем. Точнее, так растет модельный, то есть идеализированный, не существующий в природе кристалл. Его называют «идеальным», поскольку он лишен каких-либо несовершенств или дефектов, обязательно присутствующих во всех природных или полученных в лабораториях реальных кристаллах. А ведь именно эти несовершенства зачастую облегчают присоединение новых частиц, воздействуя тем самым на скорость роста кристаллов. В 1948 году английский кристаллограф Ф. Франк предположил, что реальные кристаллы, в отличие от идеальных, не всегда растут параллельными слоями с последовательным заполнением частицами каждого такого слоя – иногда они растут винтовой лестницей, или спиралью. При росте такой кристалл «накручивается» как бы сам на себя, продвигая вперед одну и ту же ступеньку – незарастающий ряд/слой, торец которого получил название «излом». В этом случае всегда присутствует удобная «посадочная площадка» для каждой новой частицы, и со временем эта ступенька с открытым изломом не исчезает. Именно так в настоящее время объясняется и экспериментально подтверждается механизм роста большинства реальных кристаллов с привычной нам многогранной формой.

Что же происходит в случае избыточного содержания кристаллообразующих частиц в среде – растворе, расплаве, паре? Такая среда не в состоянии удерживать все частицы, и их избыток начинает осаждаться в произвольном месте растущего кристалла. Оказывается, дело здесь не только в каких-то особых свойствах его поверхности, но и в пересыщенном состоянии кристаллизационной среды. Это наиболее ярко проявляется в случаях, когда концентрация кристаллизуемого вещества в ней достаточно велика. В итоге кристалл приобретает не привычную нам (ограненную), а так называемую вынужденную форму роста, которая образуется главным образом под влиянием внешних факторов.

Такие известные минералы, как оливин, топаз, кварц, полевые шпаты, апатит, формируются по тому же принципу, осаждаясь из кристаллообразующей среды, только уже в условиях геологических процессов, например при остывании магмы. Если магматический очаг располагается на большой глубине и она остывает очень медленно, то кристаллы вырастают достаточно крупными и четко ограненными. Если же это происходит быстро, например при вулканических извержениях лавы на поверхность Земли, то она затвердевает с образованием мельчайших кристалликов минералов и даже стекол.

Николай Леонюк и Елизавета Копорулина, кристаллографы

Часть II Природа: Животные и растения

№ 17. Откуда взялся первый динозавр?

Ученые считают, что динозавры произошли от так называемых текодонтов (ячеистозубых). Название этих рептилий объясняется особым расположением зубов, находившихся в челюсти в специальных углублениях. Эти существа, внешне больше всего похожие на современных крокодилов, успешно пережили великое пермское вымирание, когда катастрофы смели с лица Земли 90 % всей жизни. При этом исчезли и гигантские ящеры, которые в то время населяли планету. Предки же динозавров в те времена были мелкие и лучше пережили эту катастрофу. Они смогли воспользоваться ситуацией и заняли освободившееся место. Динозавры быстро стали очень разнообразными, освоили все экологические ниши и скоро оказались весьма многочисленной группой живых существ. Это произошло примерно 240 миллионов лет назад, в начале мезозойской эры. Судя по всему, первые динозавры были мелкими двуногими хищниками.

При переходе от текодонтов к динозаврам эта очень успешная группа рептилий получила два приобретения: во-первых, колени, которые смотрели вперед, а не в стороны, благодаря чему динозавры быстро смогли встать на задние ноги и научились бегать. А во-вторых, вертикализированные челюсти, в которых мышца тянет нижнюю челюсть строго вверх (а не наискосок, как было раньше). Укус этой усовершенствованной челюсти стал намного мощнее и позволил динозаврам стать чемпионами по захвату и переработке пищи.

Илья Колмановский, зоолог

№ 18. Почему динозавры вымерли?

Почему вымерли динозавры, никто не знает наверняка, но по этому поводу есть несколько точек зрения. Все они сходятся на том, что к концу мелового периода (последнего периода мезозойской эры) динозавры как группа уже довольно плохо себя чувствовали. С одной стороны, они были чрезвычайно крупными животными, а это значит, что им нужно было очень много еды; планета уже с трудом могла их прокормить. С другой стороны, им было трудно оберегать свое потомство: детеныши из-за естественных пределов размера яйца рождались очень мелкими и, вероятно, легко делались жертвами активных ночных млекопитающих. Большинство детенышей погибало, и динозавры очень медленно воспроизводились. Плюс ко всему в этот момент, видимо, произошло столкновение Земли с метеоритом, в атмосферу поднялось большое количество пыли, стало темнее, и в результате средняя температура на планете могла понизиться сразу на несколько градусов. Изменение температуры плохо отразилось на растительности, которой питались травоядные динозавры. Если бы они не были такими огромными, то смогли бы приспособиться и начать питаться другими растениями, но большой размер автоматически означает очень высокую специализацию, то есть негибкость в том, что можно есть. Уменьшение количества травоядных динозавров в свою очередь ударило и по хищным – им тоже стало не хватать еды.