Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

Наконец, еще более гигантский запас углекислоты находится под землей в связанном состоянии, в виде известняков, мела, мрамора и других минералов, образующих мощные слои в сотни и даже тысячи метров. Если бы все это количество углекислоты, связанной в них в виде углекислого кальция и магния, мы могли бы возвратить в атмосферу, то углекислоты в воздухе стало бы в 25 тысяч раз больше.

Углекислота из атмосферы частично растворяется в воде мирового океана. Из воздуха и воды углекислота поглощается растительными организмами. По мере того как в воде океана ее становится меньше, новые количества ее поступают из воздуха. Океан действует на огромной своей поверхности как грандиозный насос, поглощая, затягивая углекислоту.

Первоначальное вовлечение углекислоты в круг живого вещества осуществляют растения. Именно листья зеленых растений на свету улавливают углекислоту и превращают ее в сложные органические соединения. Этот процесс называется фотосинтезом и происходит при участии света и зеленого вещества растения — хлорофилла. Огромное значение фотосинтеза в природе впервые выяснил и подробно изучил гениальный русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. В течение года все растения успевают пропустить таким образом большое количество углекислоты, находящейся в атмосфере. Но этот недостаток непрестанно пополняется выделением углекислоты из водоемов и организмов животных.

В результате фотосинтеза образуются огромные массы органического вещества — ткани растений. Растения служат пищей животным, обеспечивая их существование и развитие. Если к этому мы еще добавим, что нефти и угли создаются за счет погибших организмов[32], то станет ясным, какое значение для геохимии имеет поглощение углекислоты растениями. Нет реакции, более важной по своему геохимическому эффекту, чем реакция фотосинтеза у растений.

Как мы уже говорили, круговорот углерода не заканчивается образованием из углекислоты органических соединений в растениях, а затем и у животных. Организмы гибнут. Их тела, ткани, в виде отложений на дне прудов, озер, морей, отложений торфа, накапливаются в больших количествах. Эти остатки организмов подвергаются действию воды, процессов брожения и гниения. Бактерии резко изменяют состав тканей организмов. Наиболее упорно сохраняется клетчатка, лигнин растений.

Органические остатки покрываются толстым слоем песка, глины.

Затем из них под влиянием нагревания, давления и сложных химических процессов постепенно начинают образовываться каменный уголь или нефть, в зависимости от природы этих остатков и условий сохранения.

Твердый органический углерод, возникающий в результате процесса разложения растений, встречается в трех видах: в виде антрацита, каменного и бурого угля.

Наиболее богат углеродом антрацит. Изучение под микроскопом подтверждает первоначальную растительную природу и растительное происхождение каменного и бурого угля.

Эти угли слоисты, и местами в прослойках можно увидеть даже невооруженным глазом отпечатки листьев, спор, семян. Каждый кусочек угля представляет собой часть того углерода, который когда-то в виде угольной кислоты был поглощен живой клеткой растения при участии энергии солнечного луча и хлорофилла.

«Пойманный солнечный луч» — говорят про каменный уголь. И действительно, в каждом маленьком кусочке угля сохраняется солнечный луч, пойманный растением, превратившийся сначала в сложную растительную ткань, а затем постепенно преобразованный в процессе медленного разложения. Его теплом согреваются котлы фабрик, заводов, морских пароходов, его энергия двигает колоссальные машины, его добыча определяет гигантское развитие современной промышленности.

Ежегодная добыча угля выражается грандиозной цифрой более миллиарда тонн, что далеко превышает добычу любого другого полезного ископаемого. Но каменный уголь дает не только тепло. Человек извлекает из него множество различных ценных продуктов, которые положили начало химической промышленности угля. Из простого угля научились делать кокс, бензол, красители, пластические массы, аспирин, стрептоцид и так далее.

Если на образование угля использовались главным образом клетки тканей растений, то такое жидкое органическое вещество, как нефть, образовалось из других простейших организмов и их спор; следовательно, и эта горючая жидкость, еще более ценная, чем уголь, является своеобразным «пойманным солнечным лучом». Как и уголь, нефть пока больше всего используется как источник энергии. Продукты переработки ее — мазут, керосин, бензин — всем хорошо известны. Современные быстроходные корабли и авиация могут пока существовать только на нефти, очищенной и перегнанной в виде чистых сортов бензина. Но помимо этого, нефть и уголь дадут нам ценнейшие синтетические материалы: искусственные волокна, битумы, жиры, глицерин и так далее. Из некоторых сортов каменного угля научились получать искусственный бензин, но углей, пригодных для этой цели, не очень много, выход жидких продуктов мал, а по качеству искусственный бензин хуже. В погоне за нефтью люди бурят скважины иногда свыше четырех километров глубиной, извлекая из недр земли эту драгоценную жидкость, «черную кровь земли»[33].

Скважина, добывающая нефть, действует по нескольку лет. На поверхности земли ставят сложное сооружение — вышку высотой в 37–43 м. Лес вышек нефтяного промысла издали выглядит очень эффектно. Такие нефтяные промыслы имеются у нас на Кавказе, на западных склонах Урала (Башкирия), в Средней Азии и на Сахалине. Значительны и месторождения нефти в Иране, Месопотамии и в других странах земного шара.

Так из глубин углерод снова появляется на поверхности Земли; на этот раз его поднимает сам человек; и в постоянной борьбе за свое существование, за завладение природными запасами энергии человечество ежегодно сжигает более 700 миллионов тонн угля.

С целью получить тепло человек превращает все вновь в углекислоту и воду. Так борются между собой деятели различного порядка и различного значения, то окисляя углерод, то переводя его в самородное состояние.

Но, как мы уже говорили, вы все хорошо знаете, помимо угля, еще две интересные разновидности чистого углерода — алмаз и графит. Как не похож сияющий огнями драгоценный алмаз на простой серый графит, которым мы пишем! Различие в свойствах тел мы всегда объясняем различием в составе. Однако в данном случае разные свойства объясняются различным расположением атомов в кристаллах.

В кристалле алмаза атомы лежат очень плотно друг к другу. С этим связаны его значительный удельный вес и твердость, превосходящая твердость всех остальных минералов, а также исключительно высокий показатель преломления.

Алмаз может образоваться из расплавленной породы лишь при очень больших давлениях, достигающих 30, а может быть даже и 60 тысяч атмосфер[34].

Такие давления существуют лишь на глубине 60–100 км от земной поверхности. Очень редко породы с такой глубины выходят на поверхность, и этим можно объяснить, почему алмаз встречается исключительно редко. За твердость, игру цвета он ценится очень высоко, как первоклассный драгоценный камень. Ограненный, шлифованный алмаз называется бриллиантом.

С давних пор Индия славилась своими алмазами, добываемыми из россыпей. Затем алмазные россыпи были открыты в Бразилии (1727 г.), в Африке (1867 г.) и у нас[35]. Главная масса алмазов в