Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

магм, проникает в горячие кварцевые жилы, и там вместе с другими сернистыми соединениями, особенно железа, мышьяка, цинка, свинца и серебра, оно выкристаллизовывается при сравнительно низких температурах — около 150–200°. Так образуются большие скопления золота. При разрушении гранитов и кварцевых жил золото попадает в россыпи и, благодаря своей стойкости и удельному весу, собирается в нижних слоях песков. На него почти не влияют химически водные растворы, циркулирующие в пластах земной коры.

Много и долго трудились геологи и геохимики для того, чтобы выяснить судьбу золота на поверхности Земли. Точные исследования показали, что оно странствует и здесь.

Оно не только механически измельчается до субмикроскопических размеров и в таком виде уносится в огромных количествах реками, но и частично растворяется, особенно в южном климате, где реки содержат много хлора, перекристаллизовывается и попадает в растения и в почвенные покровы. Опыты показали, что корни деревьев всасывают золото в свою древесину. Несколько лет тому назад ученые доказали, что золото собирается в зернах кукурузы в довольно большом количестве. Но еще больше золота накапливается в золе некоторых каменных углей, где количество его достигает одного грамма на тонну золы.

Таким образом, мы видим, что золото проходит сложнейший путь в земной коре, пока человек не извлечет его. Но все же, как ни бьется больше 2000 лет человеческая мысль в борьбе за добычу золота, как ни грандиозны отдельные золотые предприятия, все же история, полная история этого металла нам неизвестна.

Наши сведения о судьбе рассеянного золота так малы, что мы не можем составить полную цепь из отдельных звеньев его странствования. Куда делось золото, вынесенное в моря и океаны после размыва грандиозных горных цепей и гранитных скал, куда исчезло золото большого пермского моря, оставившего у берегов Урала богатейшие остатки солей, известняков и битумов?

Геохимики и геологи, вам еще очень много работы. На просторе миллионов квадратных километров наших золотоносных областей Сибири есть где разгуляться смелой научной мысли!

Но будущее золота — не в кладовых банков, не в биржевой игре маклеров и капиталистов, а в новых путях использования этого металла, широко применяемых советской наукой, точными отраслями индустрии, в точной промышленности электротехники, радиотехники — всюду, где нужен неизменяемый металл большой электропроводимости, устойчивый против всех химических реагентов. И из кладовых и сейфов золото перейдет на заводы и в лаборатории, как вечный металл!

Редкие рассеянные элементы

Земная кора состоит из многих десятков химических элементов. Только 15 из них являются сравнительно частыми и обычными: их мы можем встретить в составе почти каждой горной породы, остальные же более редки.

При этом некоторые из более редких элементов образуют крупные скопления в форме рудных минералов в рудных залежах; другие, как, например, золото или платина, содержание которых в земной коре очень невысоко, образуют мельчайшие, едва видимые крупинки самородных металлов и только очень редко — более крупные самородки.

Но как они ни редки, они встречаются в виде самостоятельных минералов, пусть даже очень мелких, даже таких мелких, что глазу не видно, но все-таки в виде своих собственных минералов. А вот есть такие химические элементы, которых мало в земной коре, и своих минералов они не образуют[51]. Химические соединения этих элементов растворены в других, более обыкновенных минералах; растворены подобно тому, как соль или сахар растворяются в воде, когда по внешнему виду не скажешь, чистая ли это вода или в ней что-то растворено.

Точно так же трудно и не всегда можно по внешнему виду минералов судить, какие химически растворенные примеси в них содержатся. Если воду достаточно попробовать на вкус, чтобы сказать, безвкусная она, соленая или сладкая, то химический анализ минералов производится значительно сложнее, и особенно трудно выделить те химические элементы, которые прячутся в чужих минералах.

Сложный, длинный путь странствований по расплавам и по растворам прошли химические элементы, прежде чем в горных породах или в минеральных жилах они соединились в твердые минералы, наиболее устойчивые химические соединения. На этом длинном пути они испытали много различных превращений. Вместе и неразлучно прошли этот путь только те, которые особенно похожи друг на друга.

А чем больше сходство в химических свойствах двух каких-либо элементов, тем труднее найти такую химическую реакцию, которой их можно было бы разделить. И вот некоторые редкие элементы, вместо того чтобы выделиться в виде своих минералов, растворились, рассеялись иногда по многим минералам других химических элементов; поэтому мы и называем их рассеянными элементами.

Что же это за элементы? В обыденной жизни и даже на школьных уроках по химии о них не услышишь, хотя с развитием техники эти элементы все больше и больше входят в наш обиход.

Это галлий, индий, таллий, кадмий, германий, селен, теллур, рений, рубидий, цезий, радий, скандий и гафний[52]. Мы перечислили только наиболее характерные, но при желании этот список можно было бы еще увеличить.

Давайте посмотрим, где же и как эти редкие рассеянные элементы находятся в природе, как человек научился их открывать в других минералах и где они употребляются.

Вот перед нами лежит желтовато-бурый минерал, который в изломе часто образует совершенно ровные блестящие грани. Минерал этот довольно тяжелый, но внешне мало напоминает собою руду, хотя это и руда.

Этот минерал называется цинковой обманкой, или, иначе, сфалеритом.

Состав его очень прост: на один атом цинка приходится атом серы. Но это только основной фон, это только главные составные части. Простота состава цинковой обманки только кажущаяся. Если наш образец желтовато-бурый, то другие образцы этого же минерала могут быть и бурыми, и темно-бурыми, и черно-бурыми, и даже совсем черными и тогда уже обладают настоящим металлическим блеском.

В чем же дело?

Оказывается, что темная окраска цинковой обманки зависит от растворенной в ней примеси сернистого железа: цинковые обманки, не содержащие железа, почти бесцветны или желтовато-зеленого и светло-желтого цвета. Чем больше железа, тем менее окрашена цинковая обманка. Значит, в отношении железа верным указателем служит окраска этого минерала. Изучение внутреннего строения цинковой обманки рентгеновскими лучами показало, что отдельные частицы цинка и серы в ней расположены так, что каждый атом цинка окружен четырьмя атомами серы, а каждый атом серы — четырьмя атомами цинка.

И вот на место отдельных атомов цинка встало железо и вызвало окраску цинковой обманки, причем атомы железа расположились вполне равномерно; атом железа встал или вместо каждого сотого атома цинка, или вместо каждого пятидесятого, или каждого тридцатого, двадцатого, десятого… И вот тут-то гостеприимный хозяин — цинк — обратился к железу