Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

Далее идет сама «окалина», или окисная зона. Она также разделяется на отдельные зоны. В глубинах мы имеем огромные скопления пород, богатых кремнием, магнием и железом. Это зона, о которой мы стали догадываться только после того, как были изучены громадные алмазные трубки Южной Африки, заполненные вынесенными из глубин наиболее плотными и тяжелыми минералами — продуктами кристаллизации глубинных расплавов.

Над ней, примерно с глубины 1200 км, начинается та кремневая окалина (каменная метосфера, или каменная оболочка), на которой протекает наша жизнь. Мы представляем ее себе как довольно сложную систему различных горных пород и минералов, хотя фактически знаем ее только до глубины 20 км.

Ее состав резко отличен от среднего состава Земли и может быть выражен в следующих цифрах: половину занимает кислород, на долю кремния приходится около 25 %, алюминия — 7 %, железа — 4 %, кальция — 3 %, натрия, калия и магния — по 2 %; далее следуют водород, титан, хлор, фтор, марганец, сера и все остальные элементы.

Мы уже видели, что эти цифры установлены тысячами отдельных подсчетов и анализов. На каждом шагу мы убеждаемся, что наша твердая земная кора неоднородна, что распределение атомов необычайно сложно и что очень трудно точно представить себе картину строения земной коры, состоящей то из розового сверкающего гранита, то из тяжелых темных базальтов, то из совсем белых известняков и песчаников или из цветистых сланцев. Мы знаем, что на этой пестрой, запутанной основе в столь же беспорядочном хаосе рассеяны сернистые металлы, соли и полезные ископаемые. Можно ли найти какие-нибудь законы распределения атомов в этой сложной картине или же нет возможности открыть закон строения этого пестрого ковра?

Исследования геохимиков за последние годы показали, что в этом кажущемся мире случайностей существуют свои необычайно четкие и неумолимые законы.

Геохимики не только выделили из огненного жидкого клубка атомов кремневую окалину, земную кору, они разделили ее на отдельные атомы и в строгом порядке изучают поведение каждого из них.

Мы представляем себе расплавленную массу и окалину подобной вылитому из домны шлаку, который начал постепенно остывать. Последовательно, один за другим, стали из него выкристаллизовываться отдельные минералы. Первыми отделились вещества более тяжелые и стали падать на дно; более легкие составные части, газы, летучие вещества стали устремляться кверху. Так, из расплава базальтов опускались вниз минералы, богатые железом и магнием; в них мы встречаем соединения хрома и никеля, находим источники драгоценных камней алмаза и дорогих платиновых руд; с другой стороны, кверху, в верхнее поле поступали другие вещества, и из них образовывались те породы, которые мы называем гранитами. Они явились как бы последовательными выжимками охлаждающегося массива; именно они образовали основу наших материков, которые как бы плавают на тяжелом базальтовом слое, выстилающем большую часть дна океанов.

Строгие законы физической химии руководили этим новым распределением атомов в мировых пространствах, и в науке зажглась заря новых идей с того момента, как в геохимии стали применять законы физической химии.

Сложно идет охлаждение гранитных очагов: из них выделяются перегретые пары, летучие газы, которые проникают через окружающие породы, образуя горячие водные растворы, хорошо известные нам по минеральным источникам. Как ореолом окружен гранитный очаг этим горячим дыханием; газы и пары с различным содержанием летучих веществ прорываются в трещины и разломы охлаждающихся гранитных пород; текут как бы горячие подземные реки, которые, постепенно охлаждаясь, образуют на стенках кристаллические корки минералов и превращаются на поверхности в холодные источники.

В этом ореоле охлаждающегося гранита мы видим прежде всего остаточные расплавы; это те знаменитые пегматитовые жилы, которые являются носителями тяжелых атомов радиоактивных руд. Они несут с собой драгоценные камни, сверкающие кристаллы берилла и топаза; в них намечаются соединения олова, вольфрама, циркония и редких металлов.

В сложном процессе постепенного расслоения тянутся дальше жилы кварца с оловом, вольфрамитом, еще дальше протягиваются ветвистые кварцевые жилы с золотом, потом начинаются отложения цинка, свинца и серебра, образующие полиметаллические жилы, а далеко от раскаленных очагов, за несколько километров от кипящих глубин гранитных расплавов мы встречаем соединения сурьмы, красные кристаллы сернистой ртути и огненно-желтые или красные соединения мышьяка.

Эти рудные массы распределяются по законам все той же физической химии. Когда же они застывают по длинным расколам Земли, то скопления атомов вытягиваются в длинные кольца или пояса, закономерно следующие один за другим вокруг раскаленных массивов. Перед нами на поверхности Земли раскрываются грандиозные картины этих рудных поясов: одни протягиваются через оба американских материка, начинаясь на севере, где-то в районе Калифорнии; они несут с собой свинец, цинк и серебро. Другие по меридиану прорезают всю Африку. Третьи в виде гирлянд опоясывают устойчивые окаменевшие щиты Азии, создавая пояс, богатый рудами и цветными камнями, прослеженный на много сотен километров.

Непонятная картина, казалось бы, беспорядочно разбросанных точек рудных месторождений превращается таким образом для геохимика в четкую закономерную картину распределения атомов. И крупнейшие практические задачи и достижения решаются на основе этой новой идеи естественных законов распределения атомов в земной коре в зависимости от их свойств и поведения.

На смену старым наблюдениям горняков Средних веков и старого опыта рудокопного дела появляются настоящие законы, о которых так мечтал еще в XVI веке Агрикола, говоря о таинственной любви отдельных металлов друг к другу.

Говорил об этом и профессор минералогии горной Академии во Фрейберге Брейтгаупт, когда он полтораста лет назад призывал химиков объединиться с металлургами, чтобы отыскать равновесие и причины совместного нахождения руд и ответить на вопросы: почему цинк и свинец встречаются вместе, почему так часто кобальт следует за серебром, почему металлы этих враждебных горному делу гномов — Никеля и Кобальта[61] — находятся со странным элементом ураном?

Что же заставляет отдельные атомы так закономерно распределяться в гранитных породах? Здесь на арену выступают новые силы природных процессов; и если там, в глубинах, когда расплавленный клубок делился на ядро, окалину и шлак, основные законы деления обусловливались природой самих атомов, то здесь на смену этим законам пришли новые.

Атомы и их части стали соединяться вместе, не только образуя систему нагроможденных свободных атомов и молекул, которую мы называем жидкостью или стеклом, но и постройки, которых нет в глубинах Земли и которые носятся в мировом пространстве лишь там, где холод межпланетных пространств охлаждает бурно движущиеся атомы ниже 2000°.

Эта замечательная гармоническая постройка, определяющая всю стройность нашего мира, названа кристаллом. Мы говорили уже о том, что 1 см3 кристалла состоит из триллиона триллионов атомов, которые расположены в определенных точках пространства на