Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

в прекрасных романах, но и в действительной жизни одержит техническую победу над Землей. Нет границ познанию мира, нет границ победам человеческого ума!

История атомов в истории Земли

Более ста лет тому назад в Берлинском университете известный натуралист Александр Гумбольдт (1769–1859), вернувшись из путешествия по неведомым тогда странам Америки, прочел серию лекций, в которых пытался нарисовать перед слушателями необычайные картины мироздания.

Идеи этих своих лекций он позднее изложил в сочинении, которое назвал «Космос». Слово «космос» взято из греческого языка, оно выражает не только понятие мира, но и понятие порядка и красоты, так как в греческом языке это слово одинаково обозначает и мироздание и красоту человека[60].

В изложении Гумбольдта космос представлялся как совокупность разнородных фактов.

Основываясь на достижениях науки XIX века, он пытался объяснить порядок единством законов природы и хотел в картине настоящего видеть нечто большее, чем один из моментов в сложном процессе развития мира. Но это ему не удалось, мир все же в его представлении разбивался на отдельные царства природы. В каждом из них были свои отдельные представители, между которыми не существовало никакой общей связи.

Старая классификация разбивала весь мир на отдельные клеточки и непроходимыми границами отделяла друг от друга «царства» минералов, растений и животных.

Еще звучали старые взгляды XVII и XVIII веков, еще весь мир казался незыблемым, составленным, по воле бога, из огромного количества независимых «царств», и хотя Александр Гумбольдт как раз хотел показать, что все явления природы связаны между собой, он этого сделать не смог, так как не было фактов, не было тех доказательств, тех единиц, которые можно было бы поставить в основу взаимоотношений окружающей нас природы.

Такими единицами явились атомы, и в наше время картина космоса строится совершенно на другой основе. Неумолимые законы физики и химии управляют сложной и длинной историей странствований отдельных атомов природы. Мы уже видели, как в центре космических тел отдельные атомные ядра лишены своих электронов, мы видели, как потом постепенно создается сложный клубок элемента с вращающимися вокруг центра электронами-планетами.

Мы видели, как, сплетаясь и обволакиваясь кольцами этих планет, в пустынном мире охлаждающихся звезд рождаются молекулы, то есть химические сочетания. Дальше возникают все более и более сложные постройки; ионы, атомы, молекулы образуют целые кристаллы — эти новые замечательные элементы мира, элементы высшего порядка, математически завершенные и физически прекрасные. Примером может служить прозрачный чистый кристалл кварца, еще древними греками названный кристаллос, то есть окаменевший лед.

Мы видели с вами, как на самой поверхности Земли растут и разрушаются прекрасные постройки кристаллов, как из их обломков создается новая механическая система — мир коллоидов, мельчайших групп атомов и молекул. И в этой среде оказывается устойчивым новый тип сложных и крупных молекул, содержащих углерод, тип, который мы называем живой клеткой.

Новые законы развития живого вещества все больше и больше усложняют судьбы атомов на их историческом пути, создавая сложные сгустки мицеллий — мельчайшие, едва видимые в ультрамикроскопы полуживотные, полурастения, полуколлоиды, которые мы называем вирусами, и, наконец, те первые одноклеточные организмы, которые мы уже хорошо различаем в нашем микроскопе, — бактерии и инфузории.

По этим этапам истории проходят атомы различных элементов окружающего нас мира, и для каждого из них можно построить историю жизни, начиная с момента охлаждения первого земного клубка и кончая их странствованиями в живой клетке.

Когда-то почти так, как рассказывается в сказке, в мировом хаосе возник клубок атомов, которые излучают электромагнитные волны; постепенно падает тепловое движение, как говорят астрономы, и система охлаждается.

Для нас даже неважно, когда, кто первый среди разнообразных астрономов и философов пытался разгадать механику этого процесса. Важно для нас только то, что образуется клубок, где соприкасаются атомы отдельных элементов.

Мы знаем состав этого клубка: блестящие работы геохимиков нашего времени говорят нам о том, что он состоит примерно на 40 % из железа, на 30 % — из кислорода, на 15 % — из атомов кремния, на 10 % — из магния, на 2–3 % — из никеля, кальция, серы и алюминия. Далее следуют элементы, входящие в меньших количествах: натрий, кобальт, хром, калий, фосфор, марганец, углерод и другие.

Из этого списка мы видим, что главные химические элементы, составляющие мироздание, — это все устойчивые, прочные атомы, построенные по тем законам, о четности которых мы уже говорили.

Этот запутанный клубок состоит почти из ста типов атомов, причем одни встречаются в громадных количествах, другие же — только в миллиардных долях процента.

Мало-помалу при дальнейшем охлаждении свободные атомы-газы образуют жидкости, и, сблизившись в виде отдельных расплавленных огненно-жидких капель, они подвергаются всем тем процессам, через которые проходят расплавленные руды в доменной печи.

И разгадку строения нашей планеты неожиданно дали не теоретики, не геофизики, а металлурги, — те люди, которые привыкли выплавлять металл, расправляться со шлаками и которые научились управлять судьбой отдельных атомов в пекле доменной печи. Согласно законам физики и химии, атомы при этом отталкиваются друг от друга, и первоначальный расплав разделяется на отдельные части. Все химические элементы при этом располагаются в определенном порядке. Легкие, подвижные части устремляются кверху, к поверхности, а тяжелые — к центру.

Таким образом накапливается металлическое ядро. Над ним нередко создается оболочка сернистых металлов; наконец, еще выше, как окалина или шлак, отлагается кора кремневых соединений. Геофизики говорят нам, что все отдельные оболочки, или геосферы, из которых состоит наша Земля, как раз и отвечают отдельным зонам, отдельным продуктам плавки большой доменной печи.

В самых глубинах, на глубине примерно до 2900 км, находится железное ядро. Здесь накоплены те металлы, которые и в доменной печи идут вместе с железом; это прежде всего само железо и его ближайшие друзья и аналоги — никель и кобальт.

Здесь же и элементы, которые химики называют сидерофилами, «любящими железо», повторяя почти точно слова алхимиков, над которыми так насмехались схоласты XVIII века. К сидерофилам принадлежат платина, молибден, тантал, фосфор и сера, которые, несомненно, имеют сходство с железом. Вот как рисуется нам состав самых глубоких частей нашей Земли.

Над ядром, вероятно на глубине 1200–1300 км, идет другая зона; много было споров, как разгадать ее химический состав, но несомненно, что это та зона, которую мы хорошо знаем при выплавке меди или никеля; на заводах цветной металлургии ее называют «штейн». Это сернистые металлы. И недаром огромную зону земной коры в 1700 км нередко называют рудной оболочкой.

Здесь должны накапливаться сернистые соединения меди, цинка, свинца, олова, сурьмы, мышьяка и висмута. Большая их часть, однако, входит в состав сернистых минералов,